ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΟΣΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΣΤΑΣΗΣ ΠΑΠΑΘΕΟΔΩΡΟΥ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΤΡΑ 2006

2 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ 1. Ελένη Παπαδάκη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ανατομικής Πανεπιστημίου Πατρών, Επιβλέπουσα Καθηγήτρια 2. Ιωάννης Βαράκης, Καθηγητής Ανατομικής Πανεπιστημίου Πατρών, Μέλος τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής 3. Παναγιώτης Δημόπουλος, Αναπληρωτής Καθηγητής Ακτινολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, Μέλος τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...4 ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ...5 ΟΣΤΕΟΤΡΟΠΙΣΜΟΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΘΕΩΡΕΙΕΣ...8 ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ ΠΡΟΣ ΤΟ ΟΣΤΟ ΧΗΜΕΙΟΤΑΚΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ...12 ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΚΑΙ ΑΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΣΗ (DOCKING AND LOCKING)...14 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΟΣΤΟΥ...16 ΕΙΔΗ ΟΣΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΣΤΑΣΗΣ...20 ΟΣΤΕΟΛΥΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΣΤΑΣΕΙΣ...21 ΟΣΤΕΟΒΛΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΣΤΑΣΕΙΣ...23 ΜΙΚΤΟΥ ΤΥΠΟΥ ΜΕΤΑΣΤΑΣΕΙΣ...24 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ RANKL RANK OPG...26 ΜΟΡΙΑ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ...31 ΙΝΤΕΓΚΡΙΝΕΣ...31 ΚΑΝΤΧΕΡΙΝΕΣ...34 CD ΣΕΛΕΚΤΙΝΕΣ...37 ΛΑΜΙΝΙΝΗ...38 ΧΗΜΟΚΙΝΕΣ (CXC)...40 CXCR4 ΚΑΙ SDF IL IL Runx ΜΗ ΚΟΛΛΑΓΟΝΩΔΕΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΗΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΘΕΜΕΛΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ...46 ΟΣΤΕΟΠΟΝΤΙΝΗ (BSP1) ΟΣΤΙΚΗ ΣΙΑΛΟΠΡΩΤΕΙΝΗ (BSP2)...46 ΟΣΤΕΟΝΕΚΤΙΝΗ...48 ΜΜΡ...50 ΠΡΟΣΤΑΓΛΑΝΔΙΝΗ Ε 2 COX ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΘΕΜΕΛΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ...57 PDGF...57 VEGF...58 IGF...59 FGF...60 ΑΙΜΟΠΟΙΗΤΙΚΟΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ...63 ΥΠΕΡΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ TGF-β...65 TGF-β...65 BMP...67 PTHrP...70 LIF...73 ΕΝΔΟΘΗΛΙΝΗ...74 WNT ΚΑΙ β - ΚΑΤΕΝΙΝΗ...76 upa...79 ΑΜΥΛΟΕΙΔΕΣ ΤΟΥ ΟΡΟΥ Α...81 PAR ΝΕΦΡΟΝΕΚΤΙΝΗ...82 ΜΥΕΛΟΕΠΙΝΕΦΡΙΝΗ (Adrenomedullin)...83 Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 2

4 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΣΜΟΙ, ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΥΣΚΟΛΙΕΣ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ...85 ΕΠΙΛΟΓΟΣ...88 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ...90 ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΙΣΤΟΛΟΓΙΑ ΜΟΡΙΑΚΗ ΑΝΑΤΟΜΙΑ...90 ΕΙΔΗ ΟΣΤΩΝ...90 ΕΙΔΗ ΟΣΤΙΤΗ ΙΣΤΟΥ...90 ΓΕΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΟΣΤΩΝ...91 ΟΣΤΕΩΝΑΣ...92 ΑΓΓΕΙΩΣΗ...94 ΝΕΥΡΩΣΗ...94 ΙΣΤΟΓΕΝΕΣΗ...95 ΕΝΔΟΜΕΜΒΡΑΝΩΔΗΣ ΟΣΤΕΟΠΟΙΗΣΗ...95 ΕΝΔΟΧΟΝΔΡΙΑ ΟΣΤΕΟΠΟΙΗΣΗ...96 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑ ΘΕΜΕΛΙΑ ΟΥΣΙΑ (ECM)...98 ΚΥΤΤΑΡΑ...98 ΟΣΤΕΟΚΛΑΣΤΕΣ...99 ΟΣΤΕΟΠΡΟΓΟΝΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΕΠΕΝΔΥΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΟΣΤΕΟΒΛΑΣΤΕΣ ΟΣΤΕΟΚΥΤΤΑΡΑ ΟΣΤΙΚΗ ΑΝΑΔΟΜΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 3

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι οστικές μεταστάσεις εμφανίζονται συχνά κατά την εξέλιξη του καρκίνου, συχνότερα σε συγκεκριμένου τύπου καρκίνους όπως ο καρκίνος του μαστού και του προστάτη και λιγότερο συχνά σε άλλους κακοήθεις όγκους όπως του πνεύμονα και του νεφρού. Περισσότερο από 50% των ασθενών με προχωρημένο καρκίνο του μαστού και του προστάτη εμφανίζουν οστικές μεταστάσεις, ενώ άπαξ και ο όγκος προσβάλλει τα οστά η νόσος καθίσταται στην πλειονότητα των περιπτώσεων μη ιάσιμη. Τα συμπτώματα από την προσβολή του σκελετού περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων πόνο, παθολογικά κατάγματα, υπερασβεστιαιμία, και εκδηλώσεις από τα νεύρα Οι υπάρχουσες θεραπευτικές παρεμβάσεις είναι παρηγορητικές καθιστώντας επιτακτική την καλύτερη κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών, η οποία θα επιτρέψει την ανακάλυψη νέων θεραπειών. Ο οστεοτροπισμός συγκεκριμένων νεοπλασιών είχε απασχολήσει από πολύ νωρίς τους επιστήμονες δίνοντας τις βάσεις για τις πιο σύγχρονες προσεγγίσεις (βλ. παρακάτω). Τα όλο αυξανόμενα δεδομένα υπογραμμίζουν ότι ο σχηματισμός των οστικών μεταστάσεων δεν αποτελεί μια απλή διαδικασία μετανάστευσης των καρκινικών κυττάρων στην μεταστατική εστία. Αντίθετα συνίσταται από ένα σύνολο πολύπλοκων διεργασιών στο οποίο συμμετέχουν τα καρκινικά κύτταρα και τα κύτταρα του ξενιστή (βλ. εικόνα 1). Αρχικά εμφανίζεται επέκταση της πρωτοπαθούς εστίας εις βάρος των παρακείμενων κυττάρων και του στρώματος του ιστού. Στη συνέχεια η μείωση της έκφρασης μορίων προσκόλλησης στην επιφάνεια των καρκινικών κυττάρων οδηγεί σε αποκοπή τους από την πρωτοπαθή εστία και σε διήθηση του ιστού και των αγγειακών τοιχωμάτων. Ακολουθεί η μετανάστευσή τους μέσω της αιματικής ροής ενώ με την βοήθεια κατάλληλων μορίων διαφεύγουν της εποπτείας του ανοσοποιητικού συστήματος και καταλήγουν στα κολποειδικά τριχοειδή του μυελού όπου αγκυροβολούν και αναπτύσσονται. Στη συνέχεια διηθούν και πάλι τα αγγειακά τοιχώματα για να εγκατασταθούν πλέον στον μυελό των οστών όπου και θα αναπτυχθεί η δευτεροπαθής εστία με μηχανισμούς που θα αναλυθούν στη συνέχεια (βλ. πίνακα 1). Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 4

6 Εικόνα 1. Τα βήματα της μετάστασης των καρκινικών κυττάρων από την πρωτοπαθή εστία στο σκελετό. Στην πρωτοπαθή εστία επάγεται ο σχηματισμός αιμοφόρων αγγείων, τα οποία μεταφέρουν τα καρκινικά κύτταρα στα τριχοειδή του οστού. Αθροίσματα καρκινικών κυττάρων και κυττάρων του αίματος σχηματίζουν έμβολα που τελικά παγιδεύονται σε μικρής διαμέτρου αγγεία. Τα καρκινικά κύτταρα στη συνέχεια προσκολλώνται στο αγγειακό ενδοθήλιο και τελικά εξέρχονται από τα αγγεία. Καθώς εισέρχονται στο οστό, εκτίθενται σε παράγοντες του μικροπεριβάλλοντος οι οποίοι υποστηρίζουν την ανάπτυξή τους. (Mundy, 2002) ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ Τα αναφερόμενα ποσοστά οστικών μεταστάσεων ποικίλουν ως αποτέλεσμα των πολλών παραμέτρων που ενέχονται στον υπολογισμό τους. Οι παράμετροι αυτοί σχετίζονται με την επιλογή των ασθενών, τον τύπο και την εντόπιση του πρωτοπαθούς καρκίνου, τον ιστολογικό βαθμό κακοήθειας, το στάδιο ανάπτυξης, τη μέθοδο ανίχνευσης κ.α. Επιπλέον οι μικρομεταστάσεις, οι οποίες δεν είναι διακριτές από το σπινθηρογράφημα, τη συχνότερα χρησιμοποιούμενη μέθοδο ανίχνευσης οστικών μεταστάσεων, δεν οδηγούν πάντα σε κλινική εκδήλωση, περιπλέκοντας περαιτέρω τα δεδομένα. Λαμβάνοντας τα παραπάνω υπόψη και αγνοώντας τις μικρομεταστάσεις η συχνότητα των οστικών μεταστάσεων σε συμπαγείς, μη αιματολογικές νεοπλασίες κυμαίνεται από 25 45%. Προφανώς τα ποσοστά αυτά μεγαλώνουν στις περιπτώσεις οστεοτροπικών καρκίνων όπως ο μαστός και ο προστάτης. To μέγεθος του προβλήματος γίνεται εμφανές αν λάβουμε υπόψη μας ότι για το έτος 2005 οι υπολογισμοί για νέες περιπρώσεις ασθενών που πάσχουν από Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 5

7 διηθητικό καρκίνο φτάνουν στα 1,4 εκατομμύρια άτομα μόνο στις Ενωμένες Πολιτείες ενώ ο καρκίνος αποτελεί την πρώτη αιτία θανάτου σε ηλικίες κάτω των 85 ετών (Jemal, and Murray, et al, 2005). Υπολογίζεται ότι στις ΗΠΑ άτομα ετησίως έχουν ηδη οστικές μεταστάσεις κατά τη διάγνωση (Demers, 2003) και άτομα καταλήγουν έχοντας προσβολή του σκελετού ενώ το ποσό αυτό διπλασιάζεται ή τριπλασιάζεται αν συμπεριληφθούν οι ασθενείς από την Ευρώπη και την Ιαπωνία (Mundy, 2002). Τέλος σε περιπτώσεις πολύ επιθετικών καρκίνων όπου οι ασθενείς καταλήγουν πολύ γρήγορα, η απουσία κλινικής έκφρασης των οστικών μεταστάσεων δε αποκλείει τη συμμετοχή του σκελετού, καθώς ο χρόνος μπορεί να μην είναι αρκετός για την ανάπτυξη του όγκου στα οστά. Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 6

8 Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των νεοπλασματικών κυττάρων που συμβάλουν στο σχηματισμό μεταστάσεων (Iddon, Byrne, and Bundred, 1999) Δράση καρκινικών κυττάρων Αποκοπή από την πρωτοπαθή εστία Μετακίνηση διαμέσου βασικής μεμβράνης και αγγειακού ενδοθηλίου Πορεία στην αιματική κυκλοφορία Προστασία από το ανοσοποιητικό σύστημα Εγκατάσταση στην απομακρυσμένη εστία Διήθηση περιβαλλόντων φυσιολογικών ιστών Πολλαπλασιασμός στο νέο μικροπεριβάλλον Εξασφάλιση αιματικής τροφοδότησης Ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων οι οποίες επιτρέπουν τη δράση αυτή Παραγωγή λυτικών ενζύμων π.χ. κολαγγενάσης τύπου ΙV Απώλεια έκφρασης μορίων προσκόλλησης π.χ. Ε καντχερινών Παραγωγή λυτικών ενζύμων π.χ. ΜΜΡ Κινητικότητα Κινητικότητα χημειοταξία π.χ. HGF Μειωμένη έκφραση HLA π.χ. M-CSF Προστατευτικοί παράγοντες π.χ. OPN Αλληλεπίδραση με συστατικά του αίματος Έκφραση μορίων προσκόλλησης π.χ. ΟΡΝ, ιντεγκρίνη α 4 β 1 Παραγωγή λυτικών ενζύμων π.χ. MMP, upa Κινητικότητα π.χ. υποδοχέας M-CSF Άμεση και έμμεση διέγερση οστεοκλαστών για αποδόμηση θεμέλιας ουσίας Επαγωγή οστεοκλαστογένεσης Υποδοχείς για διεγερτικούς παράγοντες Παραγωγή αγγειακών παραγόντων π.χ. VEGF Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 7

9 ΟΣΤΕΟΤΡΟΠΙΣΜΟΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΘΕΩΡΕΙΕΣ Η αυξημένη συχνότητα οστικών μεταστάσεων του καρκίνου του μαστού οδήγησαν τον Stephen Paget στο να διατυπώσει ήδη από το 1889 (Paget, 1989) την θεωρία σπόρου-εδάφους (seed and soil theory). Προγενέστεροι ακόμα ερευνητές όπως ο Langenbeck και ο Billroth, τους οποίος μνημονεύει και ο Paget, ασχολήθηκαν με τους υποκείμενους μηχανισμούς που καθορίζουν τον τρόπο διασποράς των νεοπλασιών. Προφανείς παράμετροι όπως η αιματική ροή (βλ. παρακάτω) (Batson, 1995; Moore, 1860; Ewing, 1940) δεν είναι ικανοί στο να εξηγήσουν ικανοποιητικά γιατί τα καρκινικά κύτταρα εμφανίζουν οστεοτροπισμό, τουλάχιστον όχι για όλες τις περιπτώσεις οστικής μετάστασης. Άλλωστε, το γεγονός ότι οι μύες, οι οποίοι δέχονται το 25% του καρδιακού κλάσματος εξώθησης, σπάνια αποτελούν περιοχή μετάστασης, υποδηλώνει την ύπαρξη και άλλων παραμέτρων που ενέχονται στη διαδικασία αυτή. Η «μηχανική» αυτή θεωρία στηρίζεται στην υπόθεση ότι τα κυκλοφορούντα καρκινικά κύτταρα ακολουθούν την αιματική ροή έως ότου παγιδευτούν σε αγγεία μικρής διαμέτρου. Κυριότερος υποστηρικτής της υπήρξε ο Ewing ( ) ο οποίος στο έργο του «Neoplastic Diseases: A Treatise on Tumors» (1919) παρόλο που πιθανότατα γνώριζε την υπόθεση του Paget, την αποσιωπά ελλείψει ισχυρών ευρημάτων εκείνη την εποχή και υποστηρίζει τη σημαντικότητα της κυκλοφορίας στη διασπορά του καρκίνου. Τα όλο αυξανόμενα επιστημονικά δεδομένα, επιβεβαιώνουν σήμερα την αντίληψη ότι η εκλεκτικότητα με την οποία εποικίζουν τα καρκινικά κύτταρα συγκεκριμένους ιστούς, οφείλεται στο πρόσφορο μικροπεριβάλλον το οποίο συναντούν στους ιστούς αυτούς. Η προσφορότητα αυτή έγκειται σε ποικίλους παράγοντες οι οποίοι ευνοούν την εγκατάσταση και την ανάπτυξη του μεταστατικού όγκου διεγείροντας και υποστηρίζοντας τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων. Συγκεκριμένα το «έδαφος» (soil) περιλαμβάνει τη θεμέλια ουσία, τις πρωτεΐνες της εξωκυττάριας ουσίας, τα κύτταρα του στρώματος, τα ενδοθηλιακά κύτταρα με τις παρακρινικές και ενδοκρινικές δράσεις τους (μέσω αυξητικών παραγόντων και αναστολέων), τις μεταλλοπρωτεϊνάσες και τους αναστολείς ή ενεργοποιητές τους, κύτταρα του ανοσοποιητικού με τις κυτταροκίνες που παράγουν, μακροφάγα και σιτευτικά κύτταρα, μικροαγγεία και παράγοντες αγγειογένεσης. Η Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 8

10 εγκατάσταση και ανάπτυξη της μεταστατικής εστίας είναι τελικά αποτέλεσμα της πολύπλοκης διασυνομιλίας των παραγόντων αυτών. Συνοψίζοντας τα παραπάνω, οι νεότερες ανακαλύψεις οδηγούν σε μια αναπροσαρμογή της θεωρίας του Paget, η οποία σύμφωνα με τον Isaiah Fidler συνίσταται σε τρεις αρχές (Fidler, 2002) : 1. Τα νεοπλάσματα εμφανίζουν βιολογική ετερογένεια και περιέχουν υποπληθυσμούς κυττάρων με διαφορετικές αγγειογενετικές, διηθητικές και μεταστατικές ιδιότητες. 2. Η μεταστατική διαδικασία είναι εκλεκτική για κύτταρα με ικανότητα διήθησης, εμβολισμού, επιβίωσης στην κυκλοφορία, εποικισμού απομακρυσμένου αγγειακού δικτύου, εξαγγείωσης και πολλαπλασιασμού στο παρέγχυμα του οργάνου. Κατ επέκταση η μετάσταση ευνοεί την επιβίωση και ανάπτυξη λίγων υποπληθυσμών κυττάρων που προϋπάρχουν στην πρωτοπαθή εστία και για το λόγο αυτό οι μεταστάσεις προέρχονται από συγκεκριμένους κυτταρικούς κλώνους και διαφορετικές μεταστάσεις μπορούν να προκύπτουν από τον πολλαπλασιασμό διαφορετικών, μεμονωμένων κυττάρων. 3. Η κατάληξη μιας μετάστασης εξαρτάται από πολλαπλές αλληλεπιδράσεις των μεταστατικών κυττάρων με ομοιοστατικούς μηχανισμούς τους οποίους τα καρκινικά κύτταρα εκμεταλεύονται και οι οποίοι θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη ως πιθανοί θεραπευτικοί στόχοι. Στην περίπτωση των οστικών μεταστάσεων το ενδιαφέρον των επιστημόνων επικεντρώνεται, εκτός των άλλων, στον ομοιοστατικό μηχανισμό της οστικής απορρόφησης, η οποία συμμετέχει στις οστεολυτικές μεταστάσεις καθώς και στα πρώτα στάδια των οστεοβλαστικών (Koeneman, Yeung, and Chung, 1999) (βλ. παρακάτω). Μελέτες σε πειραματικά μοντέλα οστικής μετάστασης καταδεικνύουν ότι η χρήση παραγόντων που μειώνουν την οστική μετάσταση (διφωσφωνικά και οστεοπρωτογερίνη), με εντελώς διαφορετικό μηχανισμό δράσης, μειώνουν την επίπτωση των οστικών μεταστάσεων (Morony, and Capparelli, et al, 2001). Εκτός αυτού, σημαντικός φαίνεται επίσης να είναι και ο ρόλος χημειοτακτικών παραγόντων των οστών οι οποίοι συμβάλλουν στην μετανάστευση των κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων στο σκελετό (βλ. παρακάτω). Στην περίπτωση του καρκίνου του προστάτη, όπου οι οστικές μεταστάσεις έχουν στις περισσότερες περιπτώσεις οστεοβλαστικό χαρακτήρα, μεγάλη έρευνα έχει γίνει πάνω στα οστεομιμητικά χαρακτηριστικά των καρκινικών κυττάρων. Όπως προκύπτει, τα κύτταρα αυτά εμφανίζουν ένα πρωτεϊνικό προφίλ το οποίο προσομοιάζει αυτό των οστεοβλαστών (βλ. παρακάτω). Το γεγονός αυτό είναι αποτέλεσμα της διασυνομιλίας Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 9

11 των καρκινικών κυττάρων και του οστικού περιβάλλοντος, το οποίο μέσω συγκεκριμένων διαμεσολαβητών και μεταγραφικών παραγόντων επάγει την τροποποίηση της πρωτεϊνικής έκφρασης και οδηγεί τελικά στην ανάπτυξη της μεταστατικής εστίας. Από τα παραπάνω γίνεται προφανές, ότι καλούμαστε με τη βοήθεια των σύγχρονων μέσων και δεδομένων, να συμπληρώσουμε τις ψηφίδες στο πλαίσιο που ο Paget έθεσε πριν από εκατό και πλέον χρόνια. Αξίζει ωστόσο να σημειωθεί ότι έχουν πραγματοποιηθεί και μελέτες οι οποίες ενισχύουν τη θεωρία του Batson για την σημαντικότητα της αιματικής ροής στον οστεοτροπισμό των καρκινικών κυττάρων. Σύμφωνα με τους Bubendorf και συν. (Bubendorf, and Schopfer, et al, 2000), οι οποίοι πραγματοποίησαν νεκροψίες σε μεγάλο αριθμό ανδρών, η επίπτωση των σκελετικών μεταστάσεων ήταν μεγαλύτερη σε καρκίνο του προστάτη σε σχέση με καρκίνο της ουροδόχου κύστης ή των νεφρών. Συγκεκριμένα η κατώτερη οσφυϊκή μοίρα παρουσίαζε την υψηλότερη συχνότητα μεταστάσεων και ακολουθούν οι ανώτερες μοίρες της σπονδυλικής στήλης, οι πλευρές, τα μακρά οστά και το κρανίο. Από την στατιστική ανάλυση προέκυψε ότι υπάρχει ένα πρότυπο διαδοχικής προσβολής των οστών αυτών, σύμφωνα με το οποίο πολύ σπάνια εμφανίζεται μεταστατική εστία στα πιο σπάνια προσβαλλόμενα οστά χωρίς ταυτόχρονη συμμετοχή των πιο συχνά προσβαλλόμενων. Εκτός αυτού ο πνεύμονας, ο οποίος αποτελεί συχνή επίσης εντόπιση μεταστάσεων, σπάνια συνοδευόταν από ταυτόχρονη σκελετική μετάσταση. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τα δεδομένα αυτά συντείνουν στην θεωρία του Batson σύμφωνα με την οποία η ύπαρξη ενός πυλαίου φλεβικού συστήματος μεταξύ προστάτη και οσφυϊκών σπονδύλων (φλέβες του Batson) οδηγεί σε αυξημένη διανομή κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων στους σπονδύλους αυτούς. Ένας δεύτερος τρόπος αιματικής διασποράς μπορεί επίσης να είναι η ροή των προστατικών φλεβών στην κάτω κοίλη φλέβα, η οποία θα μπορούσε να εξηγήσει την αντίστροφη σχέση μεταξύ οστικών και πνευμονικών μεταστάσεων καθώς το αίμα από την κάτω κοίλη απαραίτητα περνά από την πνευμονική κυκλοφορία προτού κατανεμηθεί συστηματικά (Cher, 2001). Εκτός από τις φλέβες του Batson, έχουν προταθεί και άλλοι τρεις παρακαμπτηριοι οδοί : (1) πυλαιοσυστηματικές φλεβικές παρακάμψεις (2) παλίνδρομες φλεβικές οδοί (3) παράδοξες φλεβικές οδοί. (Weiss, 2000) Αξίζει να σημειωθεί ότι ανεξάρτητα από την τάση των καρκινικών κυττάρων να μεθίστανται στα οστά, δεν έχουν όλα τα οστά ισότιμη συμμετοχή στις οστικές Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 10

12 μεταστάσεις. Η πλειοψηφία των οστικών μεταστάσεων αφορούν τα μακρά οστά, τις πλευρές και τους σπονδύλους (Rubens, and Mundy, 2000). Επιπλέον οι μεταστάσεις τείνουν να εμφανίζονται στα άκρα των οστών όπου και βρίσκονται οι σπογγώδεις μεταφύσεις. Οι μεταφυσιακές περιοχές χαρακτηρίζονται από δίκτυο σπογγώδους οστού, από πλούσια αιματική ροή και από την ύπαρξη ερυθρού μυελού. Τα αγγειακά και μυελικά διαμερίσματα χωρίζονται από τριπλή στιβάδα αποτελούμενη από το ενδοθήλιο, τη βασική μεμβράνη και τα υποστηρικτικά κύτταρα. Το σπογγώδες οστό καλύπτεται από οστεοβλάστες και επενδυματικά κύτταρα από τα οποία προκύπτουν οι οστεοβλάστες. Η προτίμηση των νεοπλασματικών κυττάρων στα σπογγώδη οστά έχει αποδοθεί στην πλούσια αγγείωσή τους η οποία επιτρέπει την εύκολη πρόσβαση των κυττάρων. Η υπόθεση αυτή άλλωστε θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι περισσότερες μεταστάσεις αφορούν τον πλουσιότερο σε αιμάτωση ερυθρό, ενεργό μυελό των οστών (π.χ. σπονδύλους, πλευρές, άκρα των μακρών οστών) σε σχέση με τον ωχρό (Mastro, Gay, and Welch, 2003; Imbriaco, and Larson, et al, 1998). Αξίζει να σημειωθεί ότι ορισμένα καρκινικά κύτταρα εμφανίζουν αυξημένη προσκολλητικότητα στο ενδοθήλιο του μυελού των οστών σε σχέση με το ενδοθήλιο άλλων περιοχών, όπως για παράδειγμα της αορτής ή της ομφαλικής,(cooper, and McLean, et al, 2000b; Lehr, and Pienta, 1998) γεγονός που ενισχύει τη θεωρία σπόρου εδάφους (seed and soil) και αποδίδεται στην παλέτα των μορίων που εκφράζονται στο ενδοθήλιο της περιοχής (Tantivejkul, Kalikin, and Pienta, 2004). Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 11

13 ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ ΠΡΟΣ ΤΟ ΟΣΤΟ ΧΗΜΕΙΟΤΑΚΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Στον οστεοτροπισμό των νεοπλασματικών κυττάρων συμβάλλουν και χημειοτακτικοί παράγοντες που εκκρίνονται από στρωματικά κύτταρα του οστού και από οστεοβλάστες. Από πολύ νωρίς οι Orr και συν. είχαν επισημάνει σε μελέτες οστεοτροπικής καρκινικής σειράς, ότι το μέσο συντήρησης από καλλιέργεια απορροφούμενου οστού διεγείρει τη χημειοτακτική μετανάστευση των κυττάρων, και μάλιστα με ένταση ανάλογη του βαθμού οστικής απορρόφησης στην καλλιέργεια (Orr, and Lee, et al, 2000). Σήμερα, πλειάδα μορίων που υπερεκφράζονται στον οστίτη ιστό έχουν αναδειχτεί ως χημειοτακτικοί / χημειοελκυτικοί παράγοντες καρκινικών κυττάρων. Η οστεονεκτίνη, η οποία παράγεται από τους οστεοβλάστες, ασκεί χημειοτακτική δράση σε διάφορους τύπους καρκίνου. Σε μελέτη με ιστικά εκχυλίσματα πρόκυψε ότι το οστό επάγει κατευθυνόμενη μετακίνηση των προστατικών καρκινικών κύτταρων και αυτή του η ιδιότητα αποδόθηκε με την βοήθεια MALDI-MS και πρωτεϊνικής αλληλούχησης στην οστεονεκτίνη. Αντίθετα, σε καρκινικά κύτταρα που δεν εμφανίζουν οστεοτροπισμό, η οστεονεκτίνη δεν είχε τα ίδια αποτελέσματα (Jacob, and Webber, et al, 1999). Ανάλογα ευρήματα υπάρχουν και για την κατευθυνόμενη μετανάστευση των καρκινικών κυττάρων του μαστού (Gay, Mastro, and Welch, 2001). Η οστεοποντίνη (OPN) είναι ένα ακόμα μόριο που υπερεκφράζεται στο οστό και ενέχεται στην χημειοταξία των καρκινικών κυττάρων. Ο ρόλος της στην κατευθυνόμενη μετανάστευση των καρκινικών κυττάρων διαμεσολαβείται κυρίως από την ιντεγκρίνη α ν β 3 και αφορά καρκίνους όπως το μελάνωμα και τον καρκίνο του μαστού ενώ πιθανό ρόλο έχει η αλυσίδα β 1 των ιντεγκρινών σε συνδυασμό με α αλυσίδες ( ειδικά με τις α ν, α 4, και α 9 ) (Weber, 2001). Η μετανάστευση αυτή εξαρτάται από δύο τουλάχιστον αυξητικούς παράγοντες και τους αντίστοιχους υποδοχείς τους (ηπατοκυτταρικός αυξητικός παράγοντας / υποδοχέας του cmet και ο επιδερμιδικός αυξητικός παράγον και οι συνδέτες τους) καθώς επίσης και από πολλαπλά σηματοδοτικά μονοπάτια (Standal, Borset, and Sundan, 2004). Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 12

14 Η οστική σιαλοπρωτεΐνη (BSP) αποτελεί άλλη μια από τις μη κολλαγονώδεις πρωτεΐνες της οστικής θεμέλιας ουσίας η οποία ενέχεται στη χημειοταξία των καρκινικών κυττάρων προς το οστό. Μελέτη σε καρκινικά κύτταρα μαστού έδειξε ότι αυτό επιτυγχάνεται μέσω σύνδεσης με την ιντεγκρίνη α ν β 3 και εξαρτάται από ένα τριπεπτίδιο αργινινής γλυκίνης ασπαραγινικού (RGD). Ωστόσο πιθανολογείται και η συμμέτοχη περιοχών ανεξάρτητων του RGD τριπεπτίδιου (Sung, and Stubbs, et al, 1998)(Felding-Habermann, 2003). Ανάλογα δεδομένα υπάρχουν και για κύτταρα μελανώματος (Byzova, and Kim, et al, 2000). Μια άλλη σημαντική κατηγορία είναι η χημοκίνες, οι οποίες πληρούν με τον καλύτερο τρόπο τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει ένα ρυθμιστικό μόριο της κατευθυνόμενης διασποράς των καρκινικών κυττάρων : εκφράζονται συνεχώς στην πρωτοπαθή εστία, επάγουν την προσκόλληση των καρκινικών κυττάρων στο ενδοθήλιο, την διενδοθηλιακή μετανάστευση τους και τη διήθηση ενώ ταυτόχρονα τα καρκινικά κύτταρα στόχοι εκφράζουν συγκεκριμένους υποδοχείς για αυτές (Muller, and Homey, et al, 2001). Εξ αυτών σημαντικό ρόλο φαίνεται ότι διαδραματίζουν η CXCL12(SDF-1) με τον υποδοχέα της CXCR4 και η CCL21 με τον CCR7 (Muller, and Homey, et al, 2001; Taichman, and Cooper, et al, 2002; Geminder, and Sagi- Assif, et al, 2001; Sanz-Rodriguez, Hidalgo, and Teixido, 2001). Από πρόσφατη μελέτη με οστεοτροπικά κύτταρα PC3 καρκίνου του προστάτη προέκυψε ότι η δράση της SDF-1 διαμεσολαβείται από τον NF-κB και η διαφορετική αντίδραση καρκινικών σειρών στην SDF-1 πιθανόν είναι αποτέλεσμα του διαφορετικού βαθμού ενεργοποίησης του ΝF-κB, ο οποίος με τη σειρά του επηρεάζεται από την έκφραση υποδοχέων ανδρογόνων στο κύτταρο (Kukreja, and Abdel-Mageed, et al, 2005). Σχετικές μελέτες έχουν γίνει με διάφορες κυτταρικές σειρές όπως με κύτταρα καρκίνου μαστού, προστάτη, νευροβλαστώματος και πολλαπλού μυελώματος. Εκτός από τα παραπάνω μόρια, χημειοτακτικές ιδιότητες φαίνεται να έχουν τα πεπτίδια του κολλαγόνου, (Wass, and Varani, et al, 1981; Mundy, DeMartino, and Rowe, 1981) ο TGF-β (Orr, Millar-Book, and Singh, 1990; Festuccia, and Bologna, et al, 1999), ο IGF-I, ο IGF-II (Cooper, and Chay, et al, 2003) και η μονοκυτταρική χημειτακτική πρωτεΐνη 1(MCP-1) (Vanderkerken, and Vande Broek, et al, 2002). Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 13

15 ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ ΚΑΙ ΑΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΣΗ (DOCKING AND LOCKING) Τα μεταστατικά κύτταρα που φτάνουν στη μετάφυση, αλληλεπιδρούν πρώτα με τα ενδοθηλιακά κύτταρα των κολποειδών με τρόπο ανάλογο με τον εποικισμό (homing) των λευκοκυττάρων (Kubes, and Kerfoot, 2001). Σε σχέση με άλλους ιστούς, η πιθανότητα ο τροπισμός για το οστό να είναι μη ειδικός είναι μικρή. Και αυτό γιατί η διάμετρος των κολποειδικών αυλών είναι πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με αυτήν των κολποειδών του ήπατος ή των αγγείων του πνεύμονα, μειώνοντας με αυτό τον τρόπο την πιθανότητα τυχαίας προσάραξης των καρκινικών κυττάρων στα τοιχώματά τους. Από την άλλη μεριά η αιματική ροή στα κολποειδή ευνοεί τον εποικισμό από τα καρκινικά κύτταρα. Συγκεκριμένα, όπως έχει προκύψει από πειράματα σε σκύλους και ποντίκια, η αιματική ροή στα κολποειδή είναι χαμηλότερη σε σχέση με την αρτηριακή αιματική ροή (Mazo, and von Andrian, 1999; Orr, and Wang, et al, 2000; Schnitzer, and McKinstry, et al, 1982) διευκολύνοντας προφανώς τα κύτταρα να προσκολληθούν. Εκτός από τις οστικές μεταστάσεις στον μυελό των οστών, υπάρχει και η λεγόμενη φλοιϊκή μετάσταση η οποία πιθανόν εμφανίζεται συχνότερα από ότι θεωρείτο στο παρελθόν. Είναι συχνή σε καρκίνο του πνεύμονα και του νεφρού και χαρακτηρίζεται από προσβολή του φλοιού του οστού χωρίς προηγούμενη συμμετοχή του μυελού. Ο υποκείμενος μηχανισμός δεν έχει διαλευκανθεί ακόμα, ωστόσο κεντρικό ρόλο φαίνεται ότι κατέχει το αγγειακό σύστημα του φλοιού. Ο φλοιός προμηθεύεται αίμα από αναστομωτικούς κλάδους συμπεριλαμβανομένων μυελικών, περιοστικών και τροφοφόρων αγγείων, τα οποία μπορούν να είναι οι δίοδοι για τα καρκινικά κύτταρα (Deutsch, and Resnick, 1980; Hendrix, Rogers, and Davis, 1991; Miric, and Banks, et al, 1998). Ο οστεοτροπισμός ωστόσο είναι μια πιο πολύπλοκη ιδιότητα των καρκινικών κυττάρων, η οποία εξασφαλίζεται μέσω της αναγνώρισης συγκεκριμένων μοναδικών μακρομορίων ή συνδυασμούς τους στο οστικό μικροπεριβάλλον (Ruoslahti, and Rajotte, 2000; Pasqualini, and Ruoslahti, 1996). Αρκετά πρώιμα οι επιστήμονες είχαν επισημάνει τα ποικίλα αντιγονικά προφίλ που απαντώνται στο αγγειακό δίκτυο διαφορετικών οργάνων, γεγονός το οποίο πιθανώς συμβάλει στον τροπισμό τον καρκινικό κυττάρων για συγκεκριμένα όργανα (Auerbach, and Alby, et al, 1985; Orr, and Wang, et al, 2000; Pressman, and Yagi, 1964). Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 14

16 Ενδιαφέρον παρουσιάζει μελέτη των Sipkins και συν. οι οποίοι με τη βοήθεια κατάλληλα σημασμένων κυττάρων και τη χρήση συνεστιακού (confocal) μικροσκοπίου διαπίστωσαν ότι συγκεκριμένες περιοχές του ενδοθηλίου του μυελού των οστών δημιουργούν το κατάλληλο μικροπεριβάλλον για τον εποικισμό από τα καρκινικά κύτταρα. Σε αυτό συμβάλλουν, σύμφωνα με τη μελέτη αυτή, ο SDF-1 και η Ε- σελεκτίνη (βλ. παρακάτω). Η καινούρια παράμετρος που εισάγεται με την προσέγγιση αυτή είναι ότι από το σύνολο του αγγειακού δικτύου του στρώματος του μυελού του οστού ένα μέρος εμφανίζει τις κατάλληλες προδιαγραφές για την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με τα κυκλοφορούντα καρκινικά κύτταρα. Με άλλα λόγια η προσέγγιση αυτή, επιτρέποντας να έχουμε χωρική και χρονική συσχέτιση των κυττάρων, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο τροπισμός δε σχετίζεται μόνο με το εκάστοτε όργανο αλλά και με συγκεκριμένη περιοχή του οργάνου αυτού (Sipkins, and Wei, et al, 2005). Σε αντίθεση με το ενδοθήλιο άλλων οργάνων, το οστικό ενδοθήλιο εκφράζει ταυτόχρονα συνδετικά μόρια, όπως τις σελεκτίνες p και e, και μόρια προσκόλλησης όπως το VCAM-1 και το ICAM-1. Στα ενδοθηλιακά κύτταρα άλλων οργάνων η έκφραση των μορίων αυτών είναι παροδική ως απάντηση σε φλεγμονώδη ερεθίσματα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μεταστάσεις είναι συχνότερες σε περιοχές φλεγμονής (Orr, Adamson, and Young, 1986; Warren, 1984) θα μπορούσε κάποιος να υποστηρίξει ότι τα καρκινικά κύτταρα προσκολλούνται επιτυχώς στο κολποειδικό ενδοθήλιο επειδή σε αυτό εκφράζονται επιφανειακά μόρια παρόμοια με αυτά που εκφράζονται σε περιοχές φλεγμονής (Welch, and Harms, et al, 2003). Η υπόθεση αυτή ενισχύεται από πειραματικά δεδομένα που δείχνουν ότι καρκινικά κύτταρα εκφράζουν τους αντίστοιχους υποδοχείς των μορίων αυτών. Ιστολογικές μελέτες οστικών μεταστάσεων δείχνουν ότι τα καρκινικά κύτταρα βρίσκονται σε στενή συνάφεια με τις οστικές επιφάνειες και σε επόμενο στάδιο διηθούν τον ενδοθηλιακό φραγμό ή εξαγγειώνονται. Τα καρκινικά κύτταρα που βρίσκονται σε στενή επαφή με αγγειακές επιφάνειες επάγουν σύσπαση των ενδοθηλιακών κυττάρων (Kramer, and Nicolson, 1979; Goldblum, and Ding, et al, 1994) τα οποία διευκολύνουν την εξαγγείωση των καρκινικών κυττάρων, πάντα προς κατεύθυνση καθοριζόμενη από την κλίση συγκέντρωσης χημειοτακτικών παραγόντων (βλ. παρακάτω). Αξίζει, τέλος, να σημειωθεί ότι είναι περιορισμένα τα δεδομένα που υπάρχουν για το μικροπεριβάλλον των καρκινικών κυττάρων μέσα στην κυκλοφορία. Κατά την πορεία Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 15

17 τους μέσα σε αυτό το μικροπεριβάλλον τα κύτταρα πρέπει να προφυλαχθούν από τις μηχανικές πιέσεις της αιματικής ροής και από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού. ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΟΣΤΟΥ Η οστική ανακατασκευή είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, η οποία περιλαμβάνει ένα σύνολο κυττάρων και διαμεσολαβητών-τοπικών και συστηματικών- που ως σκοπό έχουν την ομοιόσταση του οστού. Υπό φυσιολογικές συνθήκες εξασφαλίζεται μια δυναμική ισορροπία δυο αντίθετων διεργασιών, της καταστροφής και του ανασχηματισμού του οστού. Κατά τη δημιουργία των οστικών μεταστάσεων ο εποικισμός από τα καρκινικά κύτταρα επάγει μια ανισορροπία. Στην περίπτωση των οστεοβλαστικών μεταστάσεων επικρατεί ο σχηματισμός ενώ στην περίπτωση των οστεολυτικών η απορρόφηση του οστού. Είναι προφανής λοιπόν η αναγκαιότητα να περιγραφούν συνοπτικά οι φυσιολογικές διεργασίες, η εκτροπή των οποίων οδηγούν στο σχηματισμό των οστικών μεταστάσεων. Κεντρικό γεγονός για την αναδομητική διαδικασία αποτελεί η στρατολόγηση και η ενεργοποίηση των οστεοκλαστών. Οι οστεοκλάστες είναι πολυπύρηνα κύτταρα, τα οποία προέρχονται από σύντηξη μονοπύρηνων προγονικών κυττάρων της οικογένειας των μονοκύτταρων μακροφάγων υπό τη διέγερση του M-CSF (macrophage-colony stimulating factor) και με την προϋπόθεση ότι υπάρχει κατάλληλο μικροπεριβάλλον από αρχέγονα κύτταρα (stem cells) του μυελού του οστού ή οστεοβλάστες (Kondo, and Irie, et al, 2001; Suda, and Nakamura, et al, 1997). Η αναγκαιότητα ύπαρξης των κυττάρων αυτών έγκειται στο γεγονός ότι εκφράζουν στην επιφάνειά τους το μόριο RANKL, το οποίο συνδεόμενο με τον υποδοχέα του RANK στην επιφάνεια των προγονικών μονοκύτταρων / μακροφάγων επάγει την οστεοκλαστογένεση. Κομβικά γεγονότα για τη διεργασία αυτή είναι η ενεργοποίηση του NF-κΒ και της c-jun NH 2 - terminal kinase (JNK). Τη δράση της RANKL ανταγωνίζεται η OPG (βλ. Εικόνα 2) ενώ ρυθμιστικό ρόλο ασκούν και άλλοι παράγοντες όπως οι IL-1, -3, -6, -11, ο GM- CSF και ο TNF-α. Ενδιαφέρον εμφανίζει το γεγονός ότι οι υποδοχείς για πολλούς από τους παράγοντες που ενέχονται στην οστική απορρόφηση (π.χ. PTH, vitamin D metabolite 1,25(OH) 2 D 3, TNF-α) απαντώνται στους οστεοβλάστες και στα στρωματικά κύτταρα και όχι στους οστεοκλάστες. Τα κύτταρα αυτά με τη σειρά τους εκκρίνουν πληθώρα διαμεσολαβητών οι οποίοι επιδρούν στους οστεοκλάστες και επάγουν με τρεις κυρίως τρόπους ενδοκυττάρια μηνύματα : 1. Εξαρτώμενα από Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 16

18 υποδοχέα της βιταμίνης D (όπως η 1,25(OH) 2 D 3 ), 2. Εξαρτώμενα από την πρωτεϊνική κινάση Α (όπως η PTH, η PTHrP, η PGE2, η IL-1), 3. Εξαρτώμενα από την gp130 (όπως η IL-6, η IL-11) (Suda, and Nakamura, et al, 1997). Οι παράγοντες αυτοί επάγουν τελικά την έκφραση του RANKL, ο οποίος είναι γνωστός και ως παράγοντας διαφοροποίησης των οστεοκλαστών (ODF) (Aubin, and Bonnelye, 2000; Kostenuik, and Shalhoub, 2001). Το αποτέλεσμα όλων των παραπάνω είναι η οστική απορρόφηση, κατά την οποία παρατηρείται μείωση του ph στην περιοχή και απελευθέρωση ενζύμων όπως η καθεψίνη και οι MMP (βλ. εικόνα 2) (Teitelbaum, 2000). Αν και ο ρόλος των οστεοκλαστών στην οστική απορρόφηση είναι σε μεγάλο βαθμό προσδιορισμένος, δεν ισχύει το ίδιο και για τη συμμετοχή τους στην αναδόμηση. Η εμφάνιση των οστεοκλαστών αποτελεί το εναρκτήριο γεγονός της οστικής αναδόμησης. Η επιλογή του σημείου εμφάνισης τους, η άρση της δράσης τους και γενικά των σύνολο των παραγόντων που ενέχονται και ενορχηστρώνουν αυτή την διαδικασία δεν έχουν αποσαφηνιστεί. Μετά λοιπόν από την αποδόμηση του οστού από τους οστεοκλάστες, καλούνται οι οστεοβλάστες να καλύψουν το κενό που δημιουργήθηκε. Οι οστεοβλάστες έχουν μεσεγχυματική καταγωγή και σε κυτταρικές καλλιέργειες είναι σχεδόν μη διακριτοί από τους ινοβλάστες μεχρι ένα αρκετά ώψιμο στάδιο της διαφοροποίησης τους. Σε επίπεδο γονιδιακής έκφρασης οι ειδικές για τους οστεοβλάστες πρωτεΐνες είναι η οστεοκαλσίνη (εκκρινόμενος αναστολέας οστεοβλαστών) και ο Cbfa1 (μεταγραφικός παράγοντας). Συνεπώς ο οστεοβλάστης μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένας εκλεπτυσμένος ινοβλάστης. Γενικά η διαφοροποίηση των οστεοβλαστών χαρακτηρίζεται από έκφραση και άλλων γονιδίων όπως της αλκαλικής φωσφατάσης (ALP), του κολλαγόνο τύπου Ι, της OPN και της BSP (Aubin, and Triffitt, 2002). Οι διαδικασίες, οι οποίες ενέχονται στην οστική αναδόμηση, ενορχηστρώνονται από τους αυξητικούς παράγοντες του οστού. Ο πολλαπλασιασμός των οστεοβλαστών καθοδηγείται από μιτογόνους παράγοντες όπως ο TGF- β, οι IGF, οι FGF και ο PDGF, ενώ η απόπτωση των οστεοκλαστών επάγεται από τον TGF-β. Κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής διαδικασίας της οστικής αναδόμησης, η απελευθέρωση του TGF-β λόγω της απορρόφησης της οστικής θεμέλιας ουσίας, αποτελεί πιθανών τον φυσιολογικό επαγωγέα της οστεοκλαστικής απόπτωσης. Κατά συνέπεια ο TGF-β καθορίζει τη διάρκεια ζωής των οστεοκλαστών και περιορίζει την ανεξέλεγκτη επικράτηση της οστεοκλαστικής διαδικασίας εις βάρος της οστεοβλαστικής. Η Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 17

19 διαφοροποίηση των οστεοβλαστών περιλαμβάνει την σύνθεση δομικών μορίων της θεμέλιας ουσίας όπως το κολλαγόνο τύπου Ι και άλλων πρωτεϊνών όπως η αλκαλική φωσφατάση και η οστεοκαλσίνη. Η οστεοβλαστική διαφοροποίηση επάγεται πρωτίστως από τις ΒΜΡ. Τελικά προκύπτει ένας καταρράκτης διεργασιών ο οποίος καταλήγουν σε απόπτωση των οστεοβλαστών όταν επιτελέσουν την λειτουργία τους. Η απόπτωση αυτή πιθανών συσχετίζεται με την συγκέντρωση αυξητικών παραγόντων στον εγγύς εξωκυττάριο χώρο. Εικόνα 2 Οστεοκλαστογένεση και οστική απορρόφηση. Τα στρωματικά κύτταρα και οι οστεοβλάστες εκφράζουν RANKL και M-CSF. Η PTH αφενός μεν επάγει τη σύνθεση αυτών των μορίων και αφετέρου αναστέλλει τη σύνθεση της OPG. Οι RANKL και M-CSF με τη σειρά τους ενώνονται με τους αντίστοιχους υποδοχείς στα προγονικά κύτταρα της οικογένειας των μονοκύτταρων / μακροφάγων, υποχρεώνοντάς τα να διαφοροποιηθούν προς οστεοκλάστες, διαδικασία που ανταγωνίζεται η OPG. Οι διαφοροποιημένοι οστεοκλάστες προσκολλώνται στην οστική επιφάνεια, αλληλεπιδρούν με μόρια όπως οι ιντεγκρίνες και μέσω αντλίας πρωτονίων μειώνουν το ph του εξωκυττάριου μικροπεριβάλλοντος. Το ενδοκυττάριο ph διατηρείται μέσω ανταλλαγής HCO - 3 /Cl - στην αντιδιαμετρική επιφάνεια του κυττάρου. Τα ιόντα Clεξέρχονται μέσω πόρων στην κυτταρική μεμβράνη του απορροφητικού πόλου του οστεοκλάστη. Το όξινο μικροπεριβάλλον που δημιουργείται, κινητοποιεί την ανόργανη φάση του οστού και δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες για την αποδόμηση της οργανικής από την καθεψίνη. (Teitelbaum, 2000) Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 18

20 Εικόνα 3 Σηματοδοτικά μονοπάτια που ενέχονται στην διαφοροποίηση των οστεοκλαστών. Η ενεργοποίηση του RANK επάγει την στρατολόγηση προσαρμοστικών μορίων, παραγόντων σχετιζόμενων με τον TNF (TRAF) και ενεργοποίηση πολλών μηνυματοδοτικών μονοπατιών. Το σύμπλεγμα RANKL RANK μπορεί να ενεργοποιήσει τα τρία MAPK μονοπάτια και το μονοπάτι του NF-kB, αλληλεπιδρώντας με τον παράγοντα TRAF6 και την κινάση ΤΑΚ. Η ενεργοποίηση του μονοπατιού JNK κινητοποιεί πλειάδα οστεοκλαστογενετικών μεταγραφικών παραγόντων, όπως οι c-fos, Fra-1 και ο NFAT. Τα μονοπάτια Nf-κΒ και JNK είναι απαραίτητα για την διαφοροποίηση των μονοκύτταρων / μακροφάγων σε οστεοκλάστες. Η σύνδεση του TNFa στον TNFR1 ασκεί συνεργική δράση με την μηνυματοδότηση του RANK στα μονοπάτια Nf-κΒ και JNK. Αυτό επιτυγχάνεται με το σχηματισμό των συμπλεγμάτων RIP1 IKK και TRAF2 GCK αντίστοιχα. Ο DcR3 επάγει, μέσω άγνωστου επιφανειακού μορίου, τη σύνθεση TNF-a από τα προγονικά μονοκύτταρα ενεργοποιώντας τα μονοπάτια ERK και p38 MAPK. Με τον τρόπο αυτό επάγει την διαφοροποίηση. Η επαγόμενη από το σύμπλοκο RANKL RANK αλληλεπίδραση του TRAF6 με τον c-src διεγείρει το μονοπάτι PI3K Akt, το οποίο ενέχεται σε κυτταροσκελετικές αλλαγές και στην κυτταρική επιβίωση. Η σύνδεση του M-CSF με τον c-fms και ο συσχετισμός αυτού με την οικογένεια κινασών Src και την PI3K δρουν συνεργικά στο μονοπάτι PI3K Akt. Μέσω άγνωστου μηχανισμού η μείωση της χοληστερόλης επιδρά στο μονοπάτι Akt-mTOR και επάγει την απόπτωση των οστεοκλαστών. (Aeschlimann, and Evans, 2004) Παπαθεοδώρου Χαράλαμπος 19