Metabolizm kwasu hialuronowego a rokowanie w raku nerki

Czy metabolizm HA wpływa na rokowanie RCC?

Rola metabolizmu kwasu hialuronowego w progresji i rokowaniu raka nerki jest tematem coraz większej liczby badań. Naukowcy z Finlandii przeprowadzili pierwsze kompleksowe badanie oceniające jednocześnie ekspresję enzymów degradujących i syntetyzujących kwas hialuronowy (HA) w raku nerkowokomórkowym (RCC), korelując te wyniki z zawartością HA w tych samych guzach.

RCC jest najczęstszym nowotworem złośliwym nerki, stanowiącym około 2% globalnej zachorowalności i śmiertelności związanej z nowotworami. Nowotwór nerki zajmuje siódme miejsce wśród najczęstszych nowotworów u mężczyzn i dziesiąte miejsce u kobiet. Najczęstszym podtypem histologicznym jest rak jasnokomórkowy (ccRCC, ~70%), następnie rak brodawkowaty (pRCC, 10-15%) i rak chromofobowy (chRCC, 3-5%). Około 20% pacjentów z nowo zdiagnozowanym RCC ma już chorobę przerzutową, a ponad jedna trzecia pacjentów z początkowo zlokalizowaną chorobą ostatecznie rozwija przerzuty po interwencji chirurgicznej.

Wskaźnik przeżycia w RCC szacuje się na ponad 90% we wczesnym stadium choroby, jednak 5-letni wskaźnik przeżycia spada znacząco do około 25% w zaawansowanej chorobie. Chirurgia pozostaje standardowym leczeniem zlokalizowanego RCC, z naciskiem na procedury oszczędzające nerki w celu zachowania funkcji nerek. Aktywny nadzór lub techniki ablacyjne są zwykle rozważane w przypadku małych guzów nerki (<4 cm), szczególnie u osłabionych pacjentów.

W przypadku przerzutowego RCC, pierwsze terapie celowane obejmowały inhibitory kinazy tyrozynowej ukierunkowane na receptor czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGFR) oraz inhibitory ssaczego celu rapamycyny (mTOR). W ostatnich latach inhibitory punktów kontrolnych immunologicznych wykazały znaczące korzyści dla przeżycia, a obecne wytyczne zalecają terapie skojarzone oparte na inhibitorach punktów kontrolnych immunologicznych jako preferowane leczenie pierwszej linii dla pacjentów z chorobą przerzutową. Terapia miejscowa przerzutów i nefrektomia cytoredukcyjna mogą być rozważane w wybranych przypadkach z chorobą oligometastatyczną. Niemniej jednak, ostatecznie rozwija się oporność na te terapie, co podkreśla potrzebę nowych biomarkerów prognostycznych i terapeutycznych.

Jak kwas hialuronowy kształtuje mikrośrodowisko guza?

Kwas hialuronowy jest dużym glikozaminoglikanem naturalnie występującym w macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) skóry, jam surowiczych i przestrzeni międzykomórkowych. Jest syntetyzowany przez enzymy syntazy kwasu hialuronowego (HAS1, HAS2 i HAS3) i degradowany przez rodzinę hialuronidaz, wśród których HYAL1 i HYAL2 są najlepiej scharakteryzowane. HA jest głównym składnikiem ECM, który przyczynia się do progresji nowotworów i jest związany z gorszym rokowaniem w wielu nowotworach złośliwych, w tym raku piersi, jelita grubego, trzustki i prostaty.

Przypuszcza się, że HA funkcjonuje jako bariera, która chroni komórki nowotworowe przed układem odpornościowym i lekami przeciwnowotworowymi. W związku z tym, celowanie w HA i jego główny receptor, CD44, zostało zaproponowane jako potencjalna strategia terapeutyczna w celu zwiększenia skuteczności leczenia przeciwnowotworowego. Podwyższone poziomy CD44 wykazano jako korelujące z gorszym rokowaniem w RCC, jednak brakuje badań eksplorujących potencjalne współwystępowanie HA i CD44.

W badaniu naukowcy przeanalizowali 315 próbek RCC, wykorzystując technikę macierzy mikrotkanek (TMA). Oceniono ekspresję białek CD44, HYAL1, HYAL2, HAS1, HAS2 i HAS3 za pomocą barwienia immunohistochemicznego. “Nasze badanie ujawnia złożone interakcje między receptorem kwasu hialuronowego, enzymami degradującymi i syntetyzującymi, które razem wpływają na gromadzenie HA w mikrośrodowisku guza” – piszą autorzy badania.

Wyniki badania wykazały, że wyższa ekspresja białka CD44 (receptor HA) była związana z wyższym stopniem zaawansowania guza, zaawansowanym stadium, zwiększoną wielkością guza, zmianami sarkomatoidalnymi i rhabdoidalnymi oraz przerzutami w momencie diagnozy. Co istotne, wysoka ekspresja CD44 wraz z niską ekspresją HYAL2 i HAS1 prognozowała gorsze wyniki leczenia. Multiwariantowa analiza potwierdziła, że pozytywna ekspresja CD44, wraz z wyższym stopniem ISUP i stadium guza, była statystycznie istotnym niezależnym predyktorem złego przeżycia.

Interesującym odkryciem było to, że gromadzenie HA w RCC korelowało ze zwiększoną ekspresją jego receptora CD44 i zmniejszoną ekspresją białka enzymów degradujących, HYAL1 i HYAL2. Czy może to sugerować, że zaburzenie równowagi między syntezą a degradacją HA prowadzi do jego akumulacji w mikrośrodowisku guza? Wyniki badania wydają się to potwierdzać, wskazując, że gromadzenie HA w RCC jest napędzane przez zmniejszoną degradację za pośrednictwem HYAL1 i HYAL2, zwiększoną syntezę przez HAS2 lub kombinację obu tych mechanizmów.

Jakie tajemnice kryje ekspresja biomarkerów?

Szczegółowa analiza ekspresji białkowej wykazała, że ekspresja białka CD44 w komórkach RCC była obserwowana głównie na błonie komórkowej, przy czym 190 (60,3%) przypadków było CD44-negatywnych, 79 (25,1%) miało słabą pozytywność, a 46 (14,6%) miało silną ekspresję CD44. Mniejszość przypadków [29/315 (9,2%)] wykazywała barwienie cytoplazmatyczne, a barwienie jądrowe nie było obserwowane.

Barwienie HYAL1 było przeważnie pozytywne [304/315 (96,5%)], z 242/315 (76,8%) przypadków wykazujących barwienie cytoplazmatyczne i 176/315 (55,9%) wykazujących barwienie błonowe. Nie zaobserwowano barwienia jądrowego. Intensywność barwienia była ogólnie słaba. Guzy z cytoplazmą eozynofilową wykazywały znacznie wyższą ekspresję cytoplazmatyczną HYAL1 w porównaniu do guzów nieeozynofilowych, niezależnie od podtypu histologicznego.

W przypadku HYAL2, zdecydowana większość (306/315, 97,1%) przypadków była pozytywna, a barwienie obserwowano zarówno na błonie [258/315 (81,9%)], jak i w cytoplazmie [238/315 (75,6%)]. Barwienie jądrowe obserwowano w większości przypadków [221/315 (70,2%)]. Intensywność barwienia jądrowego była ogólnie słaba.

Białko HAS1 było powszechnie wyrażane w RCC, przy czym prawie wszystkie przypadki [311/314 (99,0%)] wykazywały barwienie cytoplazmatyczne, a większość [280/314 (89,2%)] wykazywała barwienie błonowe. Intensywność barwienia była wysoka [280/314 (89,2%)]. Przeważnie słabe barwienie jądrowe obserwowano w 73/301 (24,3%) próbek.

Ekspresja białka HAS2 była heterogenna, z 19 (6,1%) z 313 przypadków będących negatywnymi, 139 (44,4%) słabo pozytywnymi i 155 (49,5%) silnie pozytywnymi. Silne barwienie jądrowe obserwowano w ośmiu przypadkach (2,6%).

HAS3 było wyrażane w większości próbek. Z 314 przypadków, 3 (1,0%) były negatywne, 212 (67,5%) miało niską ekspresję, a 99 (31,5%) miało wysoką ekspresję.

Badacze zaobserwowali również, że zmniejszona ekspresja HYAL2 i zwiększona ekspresja HAS2 były związane z większą liczbą limfocytów naciekających guz (TIL). Wysokocząsteczkowy kwas hialuronowy (HMW-HA) wykazuje działanie przeciwzapalne, głównie poprzez tworzenie barieropodobnego, lepkoelastycznego rusztowania. HAS2 syntetyzuje HMW-HA, podczas gdy HYAL2 degraduje HA do fragmentów o niskiej masie cząsteczkowej (LMW-HA). Może więc dochodzić do przesunięcia z LMW-HA do HMW-HA, co przyczynia się do opisanych powyżej efektów.

Jednak podczas gdy perykomórkowy płaszcz HMW-HA może chronić komórki nowotworowe przed atakiem immunologicznym, może również ułatwiać przyczepność komórek immunologicznych, pozwalając komórkom immunologicznym utrzymywać się w mikrośrodowisku guza. Ponadto, przeciwzapalne efekty HMW-HA mogą być mniej wyraźne w RCC, któremu brakuje charakterystycznej dla innych raków reakcji desmoplastycznej podścieliska. Dodatkowo, zwiększona obecność TIL może dokładniej odzwierciedlać słabe zróżnicowanie i obciążenie neoantygenami guzów z niskim HYAL2/wysokim HAS2, potencjalnie przeważając immunosupresyjne efekty HMW-HA i czyniąc te guzy bardziej odpowiedzialnymi na terapię immunomodulacyjną.

Ciekawie, stosunkowo wyższe poziomy ekspresji białka HYAL1 wykryto w guzach z cytoplazmą eozynofilową w porównaniu do guzów nieeozynofilowych, niezależnie od podtypu histologicznego. Wśród podtypów histologicznych, tylko chromofobowe RCC wykazywały statystycznie istotnie wyższe poziomy białka HYAL1 w porównaniu do raków jasnokomórkowych. Chociaż różnica ta nie była statystycznie istotna w brodawkowatych RCC ogółem, wysokogradowe brodawkowate RCC z cechami eozynofilowymi (wcześniej klasyfikowane jako typ 2 według Klasyfikacji Nowotworów WHO z 2016 roku, 4. edycja) wykazywały podobną tendencję do podwyższonej ekspresji HYAL1.

Czy nowe strategie terapeutyczne zmienią oblicze RCC?

Badanie ma kilka mocnych stron, w tym dużą wielkość próby i dostępność kompleksowych informacji klinicznych i follow-up. Dodatkowo, użycie materiału TMA umożliwiło przestrzenną ocenę akumulacji HA i ekspresji białka w kolejnych sekcjach. Jednak badanie ma również ograniczenia. Chociaż TMA pozwala na przestrzenną ocenę ekspresji białka w stosunku do HA, zgodnie z celami badania, może pomijać regionalną heterogeniczność i wprowadzać błędy próbkowania. Reprezentacja wariantowych podtypów histologicznych była stosunkowo ograniczona, a moc statystyczna była niewystarczająca do wykrycia znaczących różnic w profilach barwienia w tych podtypach, mimo obserwacji potencjalnych trendów. Dodatkowo, analizy RNA przy użyciu materiału FFPE są często ograniczone przez degradację RNA i sieciowanie, co może zmniejszyć czułość, szczególnie dla genów o niskiej ekspresji.

Jakie są potencjalne implikacje kliniczne tych odkryć? Biorąc pod uwagę rolę HA w progresji RCC i modulacji immunologicznej, celowanie w ten szlak może mieć potencjał terapeutyczny. Ekspresja CD44 została powiązana z maskowaniem epitopu w raku piersi i żołądka; usunięcie tej bariery może zwiększyć wrażliwość komórek nowotworowych na leczenie przeciwnowotworowe. Nowotwory wyrażające CD44 mogłyby również skorzystać z użycia nanocząstek pokrytych HA przenoszących leki, przy czym CD44 oferuje specyficzny punkt wejścia do komórki.

Celowanie w enzymy zaangażowane w metabolizm HA, takie jak rodzina HAS, również daje nadzieję na zahamowanie rozwoju i rozprzestrzeniania się raka. Wykazano, że wyciszenie HAS2 zwiększa wrażliwość linii komórek nowotworowych na radioterapię. Dodatkowo, kombinacja 4-metyloumbeliferonu, konkurencyjnego inhibitora syntezy HA, i sorafenibu hamowała HAS3 i syntezę HA, co skutkowało zmniejszonym wzrostem guza. Chociaż istnieją pewne wstępne dowody, że hamowanie aktywności hialuronidazy może hamować progresję nowotworów, potrzebne są dalsze badania, aby wyjaśnić potencjał hialuronidaz jako celów przeciwnowotworowych.

W przeciwieństwie do hamowania endogennego metabolizmu HA, innym obiecującym podejściem jest zwiększenie degradacji HA przy użyciu egzogennych hialuronidaz. Ta strategia może zmniejszyć supresję immunologiczną i usunąć fizyczne bariery dla dostarczania leków. Najbardziej intensywnie badana egzogenna hialuronidaza, PEGylowana rekombinowana ludzka hialuronidaza (PEGPH20), wykazała zwiększenie regresji guza w połączeniu z przeciwciałami anty-PD-1 i zwiększenie przeżycia wolnego od progresji u pacjentów z rakiem trzustki.

Przyszłe badania powinny również uwzględniać funkcjonalne konsekwencje wielkości fragmentów HA i subkomórkowej lokalizacji enzymów HAS i HYAL, które mogą krytycznie wpływać na aktywność enzymatyczną, sygnalizację i interakcje w mikrośrodowisku guza. Bardziej szczegółowa charakterystyka populacji komórek immunologicznych i ich korelacja z HA mogłaby dodatkowo wyjaśnić krajobraz immunologiczny RCC.

Podsumowując, badanie to identyfikuje HYAL2 i HAS1 jako nowe biomarkery do prognozowania RCC. Wyniki sugerują, że gromadzenie HA w RCC jest napędzane przez zmniejszoną degradację za pośrednictwem HYAL1 i HYAL2, zwiększoną syntezę przez HAS2 lub kombinację obu. Te odkrycia oferują podstawę dla przyszłych prac mających na celu odkrycie potencjału terapeutycznego i diagnostycznego metabolizmu HA w RCC.

Podsumowanie

Kompleksowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Finlandii analizowało rolę metabolizmu kwasu hialuronowego w raku nerkowokomórkowym. Badanie objęło 315 próbek RCC i wykazało, że wyższa ekspresja receptora CD44 wiąże się z gorszym rokowaniem i bardziej zaawansowanym stadium choroby. Szczególnie istotna okazała się kombinacja wysokiej ekspresji CD44 z niską ekspresją HYAL2 i HAS1, która prognozowała gorsze wyniki leczenia. Gromadzenie kwasu hialuronowego w mikrośrodowisku guza jest spowodowane zmniejszoną degradacją przez enzymy HYAL1 i HYAL2 oraz zwiększoną syntezą przez HAS2. Badanie wskazuje na potencjalne nowe strategie terapeutyczne, w tym wykorzystanie nanocząstek pokrytych kwasem hialuronowym do dostarczania leków oraz zastosowanie egzogennych hialuronidaz. HYAL2 i HAS1 zostały zidentyfikowane jako nowe biomarkery prognostyczne w RCC, co może mieć istotne znaczenie dla rozwoju spersonalizowanych terapii.