PBL fall 9: Cancer


Fallet

Patient med bröstcancer.

 

Studiemål

  • Cellcykel, mutation och reparationscykel
    • Kopplat till hallmarks of cancer
  • Apoptosvägar
  • Tillväxtfaktorer, östrogen
  • Hallmarks of cancer
  • Klassifikation av tumör i olika vävnader
  • Diagnostik
  • Behandling - Farmakologisk
  • Epidemiologi - Fyra vanligaste cancertyper hos män och kvinnor
  • Ärftlig cancer (fenotyp)

 

Veckomål

Man har Cancer under 2 veckor.

 

Cancer

  • Kriterier för malignitet (via biopsi, histopatologi, immunohistokemi),
  • Genetiska/molekylära förändringar i den neoplastiska cellen,
  • Carcinogenes samt ärftlighet/miljö
  • Klassificering tumörer, gradering/stadieindelning tumörsjukdom
  • Genetik/cellbiologi/morfologi bakom tumörprogression
  • Metastaseringsprocess inkl. angiogenes, paraneoplsi/kakexi
  • Immunitet mot tumörer
  • Verkningsmekanismer för cytostatika
  • Signalhämmare och antikroppar.
  • Exempel så som HNPCC- relaterad cancer (KRAS-mutationsstatus) samt bröstcancer (BRCA1-mutation, HER2/NEU).
  • Inflammation och cancer, kronisk inflammation och mediatorer
  • Genetiska/epigenetiska förändringar, angiogenes,
  • Ras-Raf/Myc/NF-κB onkogen signalering, apoptos med caspaser, Bcl- 2, Bax, p53, chemoterapeutics.
  • Cytostatika.

 

Kliniska obduktioner/etik Inför döde

Vårdhygien

 

Sammanfattning

Neoplasia är "tillväxt" och det man ibland kallar för tumör, som studeras av onkologer. En tumör kan sedan vara benign, som där anses godartad i att den håller sig relativt lokalt. Det kan dock fortfarande vara störande eller ge upphov till prolbem. Maligna tumörer är det man kallar cancer, dessa kan då sprida sig och invadera annan vävnad. 

Alla tumörer består sedan av parenkym (förändrade eller neoplastiska cxeller) och stroma, det stödjande icke-neoplastiska runt omkring (kärl, bindväv, inflammatoriska celler).

Patologi tar mellan/grovnålsbiopsier av sammanhängande vävnad eller hela organ.

Cytologi tar celler eller cellförband med finnålspunktion eller borstar/skrapar bort celler.

 

  • Hyperplasi: Ökning av antalet celler
  • Hypertrofi: Ökning av cellernas storlek
  • Atrofi: Minskad storlek av organ eller vävnad pga minskad antal/storlek av celler. T.ex. muskel som minskar pga mindre användning, blodförsörjning osv.
  • Metaplasi:   Cellulär anpassning och förändring där en celltyp ersättas av annan vid svar på stimuli. Kan vara reversibel och sker pga reprogrammering av stamceller. T.ex. Körtelepitel ersätts med skivepitel i bronker vid rökning.
  • Atypi: Cellulär avvikelse från normala.
  • Dysplasi: Cellulära och arkitekturella ändringar som kan vara grunden till malignitet. Kan gå tillbaka eller bli caner, finns olika nivåer.
  • Cancer in situ: Ej cancer utan istället höggradit dysplasi. Är fortfarande på rätt sida av basalmembran (in situ).
  • Neoplasi: Malign/Bening celldelning med celler av abnormt utseende eller tillväxtmönster.
  • Polyper växer ovanpå mucosala-lagret och är oftast benign, de i näsan är inte neoplastiska utan inflammatoriska.
  • Tumör: Vävnad som växer oberoende av andra vävnaders tillväxt. Kan vara Bening eller Malign.
  • Benign: Välavgränsad utan förmåga till metastaser, respekterar omgivningen med välavgränsad kapsel.  Lägger man till "-oma" på, alltså "Fibroma".
  • Malign: Tumör som växer okontrollerat och kan sprida sig (metastasera).  Lägger man till "-sarcoma", alltså "Fibrosarcoma".
  • Cancer: Malign tumör
  • Carcinom är maligna tumörer i epitel oavsett om det är njurens, huden eller annan epitel.
  • Sarkom: Mesenkymal vävnad (ben, brosk, bindväv, fett).
  •  
  • Undantag  (finns fler) är att vissa begrepp alltid är maligna men följer "-oma" strukturen, som;

Lymphoma, Mesothelioma, Melanoma och Seminoma. 

Namn kan vara från plats eller cellernas ursprung.

 

Benign eller Malign

Det finns ett gäng regler som kan användas för att avgöra om en tumör är malign eller benign;

  • Differentiering och anaplasia
    • Likhet med deras normala celler.
  • Tillväxthastighet:
    • Benigna växer oftast långsamt och cancer snabbare och metastaserar sig. Det finns dock undantag.
    • Tillväxten hos Maligna tumörer korrelerar ofta med nivån av differentiering: Högre differentiering, lägre tillväxt.
    • Gemensamt är att de tar tid att utvecklas och uppstår inte över en natt och att hastigheten skiljer stort.
  • Invasion i lokal vävnad
    • Oftast finns en kapsel och invasion/metastaser saknas vid Benign tumör. Det finns dock undantag och bara för att kapsel saknas är inte en tumör malign.
    • Maligna tumörer har ofta fingrar (crab) som sticker ut från den (ibland välavgränsade) primära klumpen. Därför måste man avlägsna vävnad med god marginal runt.
  • Metastaser
    • Mest avgörande för att definiera något som malignt, att det har spridit sig till andra delar av kroppen.
    • Spridning kan ske via kroppens kaviteter, lymfan (vanligast för carcinomas) eller blodet (vanligast för sarcomas).
    • "Sentiel Lymph Node" är första regionala lymfnoden som får lymfflöde från primära tumören. Lymfförstorning vid en tumör kan vara, men är inte alltid spridning då även nekrotisk vävnad från tumören orsakar detta.
    • Eftersom porta-blodet dränerar via levern och cava-blood via lungorna, kommer mest metastaser som går via blod hittas här.

 

Benign

    • Liknar normal vävnad
    • Oftast regelbundna
    • Sällan nekros och blödning

Malign

    • Skiljer sig från normal vävnad
    • Lägre grad av differentiering
    • Högre tillväxthastighet
    • Oftast nekros och blödning
    • Kan metastasera sig
  • Benigna tumörer kan skiljas från varandra baserat på de 4 kriterierna; differentiering, tillväxthastighet, invasivitet, och spridning
  • Benigna tumörer liknar deras ursprung och är väl avskilda, maligna är dåligt differentierade (anaplastiska)
  • Benigna har oftast en väl avgränsande kapsel, maligna drar sig in omgivande vävnad
  • Benigna håller sig till sin plats, maligna kan sprida sig.

 

Maligna uppdelningar

  • Cacinom: Från epitel, 80% av cancerdöd i västvärlden
  • Sarkom: Från Mesenkym
  • Hematopoetiska sjukdomar: Lymfom och Leukemier 

Desto mer snabbväxande och anaplastisk en tumör är, desto mindre sannolikt är det att den har specialiserade funktioner.

  

Cellcykel

 

 

 

 

 

Epidemiologi

Genom studier av människors vanor och kopplingar till sjukdomar har man kunnat lista ut att bland annat  cancer och rökning har ett samband. Man studerar samband mellan miljö, ursprung, kultur osv.

Vilka cancertyper som dominerar har varierat lite över tid och kan bero på saker som rökvanor, exponering av skadliga födoämnen eller vaccinering mot t.ex. livmoderhalscancer. Screening av t.ex. bröst är också en viktig metod.

Dödstalen i bröstcancer är 4ggr högre i USA än i Japan, medan dödstalen för mag-cancer är 7ggr högre i Japan än USA. Andra generationens japaner boende i USA har ett mellan-läge och för varje generation verkar man liknar mer värdlandet. Detta pekar på att det är miljö och inte genetik som spelar in där. 

Olika saker vi kommer i kontakt med ökar risken, som Asbest som användes för tätning ökar risken för lungcancer. Bensen som finns i olika ökar risken för Leukemi. 

Cancer kan vara spontana och gå i familjen. De som går i familj är ofta bilaterala och uppkommer i tidigare ålder.

 

Vanligaste cancertyperna

Nedan är de vanligaste typerna av cancer, det är dock inte samma sak som högsta dödsorsaken eftersom många av dem upptäcks och botas. Det skiljer något mellan män och kvinnor.

 

Man

Kvinna

Prostata

Lungor

Colon och rectum

Urinblåsa

Brösten
Lungor och bronker
Colon och rectum
Uterina, corpus

  

Ålder

Frekvensen av cancer ökar med ålder och de flesta dödsfall sker mellan 55 och 75. Efter 75 sjunker både befolkningsmängd och dödsfall i just cancer. Stigande ålder kan vara en riskfaktor eftersom man med åren samlar på sig mutationer och immunförsvaret blir sämre.

Hos barn orsakar cancer ca 10% av fallen och vanligast är det med Leukemi, tumör i CNS, Lymphomas och ben-sarcomas.

 

Arv

Man vet numera att en del cancer är starkt kopplat till det genetiska arvet och man delar in det i olika grupper;

 

Autosomal dominat cancer syndrome

Här räcker det med att en gen överförs för att man ska ha stor risk att drabbas. Genen RB ger barn retinoblastoma är en sådan där 40%  av fallen är ärftliga. Mutationen leder till Inaktivering av supressor-gen och ökar risken med 10,000 ggr att utveckla typen av cancer.

Bröstcancer i form av BRCA1/2 ingår här med

 

Autosomal Recessiv syndrom av defekt DNA reparation

När DNA-reparationen inte fungera och mutationer uppstår. 

 

Cancer i familj med okänd ursprung

I princip alla kända typer av cancer kan kopplar till ökad sannolik om det finns i familjen, även om man inte kan se exakt vad som orsakar det.

Bröstcancer (ej BRCA1/2), äggstock och pankras räknas in här.

 

Skador eller förändringar

Man kan se att skador eller inflammationer kan leda till utveckling av cancer. Samtidigt kan man se att benigna cancertyper kan bli maligna, även om det främst inte är, utan en ökad risk. 

Detta kallas Preneoplastic disorders.

 

 

Molekylära grunden för cancer

Det som händer är att celler ändrar sig efter påfrestningar från omgivningen, som; Virus, strålning, kemikalier osv. Mutationer leder till utvecklingen och det är en cell som är starten av det hela.

Onkogener är gener som aktiverar cancer-mekanismer och är ofta vanliga men överaktiverade gener (proto-onkogener).  Dessa är dominanta eftersom mutation i en allel räcker för att cellen ska bli drivande i utvecklingen. Medan då supressorgener, fungerar om bara ena allel är kvar, alltså måste båda försvinna för att orsaka skada. 

Supressorgener är uppdelade i två kategoerier;

  • Governors: Bromsar (RB)
  • Guardians: Känner av skador hanterar damage control och vid för stora skador/ändringar kan de inducera apoptos (P53)

 

Balanced Translocations

En gen flytta på sig och hamnar under en annan promotor som då kan vara mer aktiv och uppreglera genen. Vissa av dessa ändringar är vanliga under vissa typer av cancer. Det finns fall där detta är starkt kopplat till cancer. Lymfoida celler är mest utsatta för denna typ av ändringar eftersom deras naturliga process är att bryta upp DNA och ändra under utveckling av T-cells receptor. Resultatet blir att onko-gener överuttrycks. 

Deletions

Borttagning av vissa gener kan leda till förlust av just supressor-gener. Ofta krävs att båda alleler stängs ner, vilket är vanligt att den ena får en mutation och andra borttagning.

Gene Aplimification

En annars normal gen och dess protein kan börja överyttryckas genom att de flyttas till en annan kromosom eller bildar "double minutes", små kromosomer som kan kopieras.

 

Aneuploidy

Bildande av ojämnt antal kromosomer (alltså inte en multipel av 23).

 

MicroRNA och cancer

MicroRNA (miRNA) är små icke kodande ssRNA som reglerar våra mRNA. De kan uppreglera eller nedreglera aktiviteten hos de mRNA som produceras. Alltså kan de styra mängden onko och supresser-gener som produceras. Då kan man se att om supressor-gener nedregleras eller onko-gener uppregleras, kommer detta kunna orsaka cancer.

De kan t.ex. uppreglera anti-apoptosprotein som BCL2 och då minska risken för att cellen genomgår apoptos.

 

Epigenetiska ändringar och cancer

Epigenetik är reversibla, ärftliga ändringar i genomet som inte sker baserat på mutationer. Det är förändringar posttranslationellt eller hos histonerna. Det kan vara metyleringar som påverkar uttrycket av gener.

CDKN2A är ett locus som spelar in tumör-supressorer och påverkar båda vägarna för p53 och RB. Därför kan en ändring här slå av två checkpoints i ett slag.

 

 

 

 

 

Vägen till cancer

Cencer utgår oftast från förändringar och en cell som lyckas få dessa egenskaper, bli en tumörcell. Det som ändrar sig sedan under cancerns gång är att dessa kommer dela sig till olika varianter, med överlevnad hos de "starka" (sett från Cancerns synvinkel). De måste undvika immunförsvaret och de måste kunna växa. 

Detta gör att vid tidpunkten för när man upptäcker cancer är den inte längre monoklonal utan polyklonal. Det är även detta som gör att cancerceller som överlever behandling sannolikt är immuna, de har selekterats ut. 

Resultatet av denna selektion gör även att tumörer blir mer aggressiva efter hand. 

 

Cancer kännetecken (The Hallmarks of Cancer)

Cancer är en genetisk störning som sker då flera DNA mutationer gör att cellerna okontrollerat delar sig. Dessa förändringar sprider sig vidare till dotterceller som får samma fel. Ackumuleringen av dessa fel leder till vad man kallar "The Hallmarks of Cancer":

  1. Tillväxtsignaler, blir självförsörjande
  2. Undvika tillväxthämmare, avsaknad av svar på hämning
  3. Undvika celldöd
  4. Ändlöst celldelande, ingen begränsning i antalet delningar
  5. Angiogenes, stimulera kärlbildande
  6. Invadera lokalvävnad för att spridas
  7. Ändra Metabolism till mer glykolys
  8. Undvika immunförsvaret

Förändringar i gener som reglerar dessa delar syns hos all cancer.

 

 

Diagram över cellsignalering (bra till kommande texter)
 

Cancergener

  • Onkogener: Gener som reglerar tillväxt och överlevnad
  • Supressorgener: Förhindrar okontrollerad tillväxt
  • DNA mismatch repair gener: Förhindrar mutationer av DNA

 

Cancer stamceller

Precis som med vanliga stamceller har man tittat på begreppet att tumörer innehåller cancer-stamceller som då skulle fungera liknande. Dessa är svårare att döda då de uttrycker MDR-1 (Multiple Drug Resistance-1) och inte delar sig lika ofta.

 

Tillväxtsignaler, Självförsörjande

Hos normala celler sker en väg av signaler som går som;

  1. Signal med tillväxtfaktor binder till receptor på cellytan
  2. Begränsad aktivering sker och aktiverar protein på insidan av cellen.
  3. Signalering sker genom cytosol till kärnan via kaskad av signalmolekyler
  4. Regulatorer aktiveras och påverkar DNA transkription
  5. Cellen går in i celldelning

Här kan något steg gå fel och då leda till mer celldelning än normalt. Det är egentligen kringliggande celler som stimulerar proliferation parakrint och dessa saknar då receptor för molekylen (undvika rundgång) 

  • Förmågan att skicka ut dessa molekyler som de själv kan svara på (t.ex. TGF-a, PDGF).
  • Signalera med stroman (kringligande vävnaden) och de i sin tur skicka ut tillväxtsignaler till cancern.
  • Skapa fler receptorer för tillväxt
  • Skapa receptorer som inte behöver tillväxtfaktor för att signalera 

 

RAS (Signalprotein)  ingår i signalkaskaden för tillväxtfaktorer och är den vanligaste mutationen vid cancer (upp mot 30%).

  • G-protein-receptor som är membranbunden (insidan) och binder GDP (inaktiv) och GTP (aktiv).
  • Normalt aktiveras bara RAS en kort stund för att sedan hydrolyseras tillbaka till GDP. Detta förstärks av GAP-protein som fungera som en broms.
  • Två olika vägar aktiveras för att styra transkription av MYC protein i cellkärnan => Celldelning
    • PI3K => AKT => mTOR
    • RAF => MAPK

Problem uppstår oftast genom att hydrolyseringen inte fugnera och därför inaktiveras inte RAS-vägen.

 

ABL (Signalprotein) är en icke-receptor-associerad tyrosin kinas.

  • Är en proto-oncogen som kan translokeras till kromosom 22 (från 9) och då hamna ihop med BRC genen. Dessa bildar ett hybrid-protein som då blir BRC-ABL och självaktiverad kinas. Detta kan då aktivera hela RAS-vägen.

 

MYC (Transkriptionsfaktor) är en av flera (MYB,JUN,FOS,REL) onkogener som är nukleära transkriptionsfaktorer.

  • Styr transkription av CDK och CDKI. CDK styr in cellen till nästa fas i celldelning medan CDKI inhiberar.
  • MYC styr även över att ställa om till intermediär metabolism med mer aerobic glykolys (Warburg effekt).

 

Cyklin och cyklinkinaser

Cellcykel, speciellt genom G1-S övergången styrs av cykliner. CDK är cyklinberoende kinaser som binder till cykliner för att bli aktiverade. Detta CDK-cyklin-komplex kan sedan fosforylera vikta delar för driva cellcykel.

  • Det finns fler typer (D, E, A, B) som finns under olika delar av cellcykel och minskar i nivåer när de inte behövs.
  • RB är ett protein som CDK fosforylerar och som driver G1-S fasen.
  • CDKI (p16, 15,18,19,21,27,58) är skydd och stopp som känner av skador på kromosomer och DNA. Vid G1-S kontrolleras DNA innan replikering och vid G2-M kontrolleras DNA efter replikeringen och om cellen säkert kan genomgå mitos.
  • Är skadan för stor kommer cell genomgå Apoptos eller hamna i ett icke-reproduktivt läge (Senescene), primärt genom p53 beroende mekanismer.

 

Behandling

  • Man kan behandla receptorer genom att blockera dem med antikroppar, vilket görs i t.ex. bröstcancer (anti-HER2/NEU).
  • BRC-ABL är en typ av "onkogen beroende" och kan vara enda signalen som krävs för tumören. Dessa går då att behandla med anihibator och då faller hela tumören. Dock uppkommer ofta resistens.

 

Okänsliga mot tillväxt-inhibering

Tillväxthämmande signaler kan få cellen att gå in i G0 (icke delande Quiscence) tills externa omständigheter får de att gå in i delning igen. Cellen kan även gå in i en "post-miotic" läge där den sen inte delar sig  (Senescence) mer, eller in i apoptos.

 

RB-genen: Chef över cellcykel

Retinoblastoma (RB) kräver att båda versionerna går sönder för att det ska uppstå cancer (two hits), man kan dock ärva en dålig gen och då krävs bara en mutation. Det är en ganska vanlig egenskap hos tumörer att man förlorat båda (homozegot) RB-generna.

RB fungerar som en spärr för övergången G1-S, som är då cellen commitar sig för celldelning. Utöver själva RB genen kan regulatorer runt denna också vara sönder, vilket då sammantaget finns hos i princip alla cancer (CDKN2A, Cyclin D, CDK4)

  • RB blockerar E2F (bland annat) familjen av transkriptionsfaktorer på DNA som styr Cyclin E produktion. Denna behövs för att gå in i S-fas.
  • Genom tillväxtfaktorer (EGF, PDGF) eller Tillväxthämmare (TGF-b, p53) (in)aktiveras Cyklin D och kan bilda D-CDK4/6 komplex som fosforylerar RB och lyfter skyddet från E2F genen
  • Cellen kan ta sig vidare till S-fasen

Virus (t.ex. HPV) kan koda för protein (E7) som binder till RB och inaktiverar det.

 

TP53: Guardian of the genome

En supressor-gen som är en av de mest muterade när man har cancer. RB känner av tillväxtfaktorer medan p53 är en inre kontrollmekanism som känner av stress och försöker stoppa cellen (eller gå i apoptos). 

P53 har en låg halveringstid och är bundet till MDM2. När en DNA skada upptäcks kommer proteiner (som t.ex. ATM) att frigöra P53 från MDM2 och aktivera det. Nu lever p53 längre och påverkar transkription av många proteiner som hindrar neoplastisk transformation genom; 

  • Cell-cykel-arrest. Händer sent i G1 genom transkriptionen av CDKI  p21, som inhiberar cyklin-CDK och hindra fosforylering av Rb. Då kan cellen reparera DNA skadorna genom GADD45. Om DNA lyckas repareras kommer p53 att uppreglera MDM2 igen och p53 kommer minska => cellreplikationen kan fortsätta. I annat fall riskerar cellen gå in i apoptos genom BAX.
  • Permenent cellcykel-arrest: Troligen globala kromatin-förändringar.
  • Apoptos: Induceras genom BAX och PUMA protein. Genom att p53 kan aktivera vissa miRNA kan den styra mängden pro-proliferation gener, som cykliner och anti-apoptotiska gener (BCL2).

 

Utan p53 (hetrozegot) kommer cellen fortsätta delning utan reparation av DNA skador. Precis som med Rb kan vissa DNA virus gör att p53 genen inte fungerar (HPV, HBV) 

 

 

TGF-b

Transforming Growth Factor B-vägen. När dessa receptorer på cellytan binder till TGF-b ökar produktion av CDKI och hindrar tillväxt. Den minskar även yttryck av MYC, CDK2, CDK4, cyklin A och E. Systemet kan även omvändas och användas för att öka tillväxt. 

Kontakt-inhibering

Celler intill varandra inhiberar för att inte växa okontrollerat. Detta sker med E-cadherin.

  

Undvika celldöd

Apoptos delas upp i två signalvägar, en yttre (extrinsic) och en inre (intrinsic). Båda vägarna leder till aktivering av Proteaser (caspase-8 eller 9) som sedan aktiverar celldöd under organiserade former. Cellen bryts då ner utan att orsaka inflammation.

Extrinsic (receptor) vägen aktiveras när TNF receptor (CD95, Fas) binder sin ligande (FasL/CD95L) som aktiverar adaptorproteinet FADD, som rekryterar Procaspace 8 och klyver det till Caspase-8. Aktiverar sedan Caspase 3 => Celldöd

Intrinsic (Mitokondrie): Kan triggas av stress, skada eller minskade överlevnadssignal. Resultatet blir att mitokondrien börjar läcka ut Cytochrome-C som startar apoptos. Hur mycket mitokondrien läcker beror på pro och anti-pro apoptotiska.

  • BAX och BAK är pro-apoptotiska och ökar permabiliteten.
  • BCL2 och BCL-X inhiberar BAX och BAK och hindrar därför apoptos. 

När Cytochrome-C läcker ut binder det till APAF-1 och aktiverar Caspase-9, som i sin tur kan aktivera (som Extrinsic) Caspase-3 => Celldöd.

 

Autophagy

Celler under stress och nöd kan börja bryta ner sina egna organeller för att fördela om energi och byggstenar. Detta kan användas av tumörer för att skapa näring i miljöer där de saknar det eller skapa mutationer för att undvika hela systemet.

 

 

 

Ändlös celldelning

De flesta celler har en förmåga att kunna dela sig ca 70 gånger och därefter går in i Senescence (åldrande) och beror på att telemerer i slutet av kromosomer minskar för varje delning. En sådan förkortning kommer tolkas som ett dsDNA-brott. 

P53 och RB kommer upptäcka dessa brott förhindra eventuella celldelningar. Celler som ändå försöker dela sig kommer i försvar att koppla samman två förkortade ändar av kromosomer som försvar att rädda cellen.

En sådan nöd-reparation kommer ge ett nytt dsDNA brott när chromosomerna separeras vid celldelning. Detta leder normalt till enorm stress och apoptos. Det kallas "bridge-fusion-breakage cycle".

Cancer behöver, för att undvika detta system, återaktivera Telemeras och bygga på telemererna igen. Detta är normalt bara aktivt i stamceller.

 

Utveckling av Angiogenes

Tumörer kan inte, trots alla tidigare mutationer, växa mer än 1-2 mm om de inte blir ordentligt försörjda med kärl. Därför måste tumörer och stora benigna tumörer påverkar kärltillväxten.

Ökad kärltillväxt ger två fördelar för tumörer; ökad näring/syre och endotelet kommer utsöndra tillväxtfaktorer. Det behövs alltså för tillväxt men även för att nå kärl för metastasering. 

  • VEGF (Vascular Endothelian Growth Factor) ökar och TSP-1 (Thrombospodin-1) minskar. P53 ökar syntesen av TSP-1.
  • Flera potenta anti-angiogenese-protein (Angiostatin, Endostatin, Vaculostation) produceras genom klyvning av protein (t.ex. kollagen) i ECM.
  • Syrebrist stimulerar frisättning av VEGF genom HIF-1a (Hypoxia Inducible Factor), en syre-känslig transkriptionsfaktor.  Normalt förstörs HIF-1a genom VHL (von Hippel-Lindau protein).
  • När syre saknas kommer inte VHL kunna förstöra HIF-1a, varpå den går in i kärnan och och ökar transkription av VEGF. VHL är alltså en suprossor-gen.

 

Invasion och Metastasering

Detta kan delas upp i två faser, där den första är att invadera det ECM som finns runt tumören och sedan att ta sig ut till kroppen.

 

Invasion av ECM

Tumören måste ta sig bort från nuvarande plats, genom ECM och basalmembran, för att ta sig till kärl. Där måste de färdas genom kärlet och ta sig ut, på motsvarande sätt till ett nytt område.

  1. Förlust av E-cadheriner gör att cellerna inte längre håller ihop.
  2. Nedbrytning av basalmembran och bindväv genom att tumörceller eller stroma utsöndrar proteaser (MMP, Metalloproeinaser, Cathepsiner). När man klyver ECM (som kollagen m.m) bildas även angiogenetiska signalsubstanser som ökar kärlväxt.
  3. Cellerna måste lämna sina platser i ECM vilket sker genom receptorer som integriner. Normalt dör celler om de inte stimuleras på detta sätt. MMP-2 och MM-9 är protein som klyver basalmembranet och bidrar då till migration.
  4. Tumören måste vandra och detta kan ske genom att vissa tillväxtfaktorer och även produkter som kommer från klyvning av ECM verkar kemotaktiskt.

När embolier har tagit sig ut till blodet kommer de oftast att hamna hos det organ som först har en kapillärbedd efter. Vissa tumörer har dock en större tropism för organ, som kan bero på;

  • Uttryck av adhesionsmolekyler vars ligander finns hos epitel i vissa organ.
  • Chemokiner som lockar till sig tumörceller, likt vita blodkroppar. Bröstcancer uttrycker höga nivåer av receptorer CXCR4 och CCR7. Dit bröstcancer ofta bildar metastaser uttrycker höga nivåer av kemokinerna.

Det krävs alltså rätt mycket för att metastaser ska överleva och trots att det skickas ut miljoner med tumörceller så behöver det inte bli några metastaser av det. Man kan mäta mängderna i blodet.

 

 

 

Ändrad metabolism

Cancerceller byter ofta sin metabolism från det effektiva oxidativa (mitokondrie) till glykolysen, trots syre finns i närheten. Detta kallas "Warburg effekten" och är ett gammal studerat fenomen (1931 nobelpris).

Man använder denna hunger för glukos genom att ge kontrast i form av märkt glukos (F-Fluorodeoxyglucose) och då dessa celler tar upp många gånger mer (100), så kommer dessa lysa upp på bild (PET-scan). 

Man ser dock samma typ av metabolism även i snabbt växande delar hos embryo, så något tyder på att detta är ett effektivt sätt för snabbt växande vävnad att byta till. Detta troligen då celldelning kräver dubblering av organeller och byggstenar kan tas som normalt annars skulle gå in i mitokondrien för ATP generering.

Onko och supresso-gener som driver celltillväxt stimulerar även ökad glykolys.(P53, PTEN, Akt)

 

Undvika immunförsvaret

De genetiska ändringar som sker när celler blir tumörer kan bidra till att ny antigen bildas och exponeras över MHC på cellen för immunförsvaret att agera på. De kan angripas av den anledning att ingen tolerans finns.

  

Tumör och antigener

När en cell blir en tumör kan den uttrycka antigener som visar att något inte är rätt. Det finns;

  • Tumör-specifika antigen, som då bara finns i tumörer
  • Tumör-associerade-antigen, som finns hos tumör och vissa andra celler.

Man har gjort tester för sådana antigen som ökar hos cancer, med HER2/NEU (bröstcancer) och Tyrosinase (Melanoma). Med bröstcancer kan man skicka in antikroppar och med Melanoma testas vaccinering eftersom T-celler verkar reagera på det (trots kroppseget). 

Vissa protein uttrycks bara under vissa stadier av livet, som embry, och inte i den vuxna kroppen. Sådana antigen kan användas som markörer.

Det går även att använda cell-specifika antigen, då celler ofta i sin mognad uttrycket specifika proteiner för sin sort. Dessa kan sedan spåras för att se vilken typ av cancer man har, vilken celltyp som orsakat det.

 

Anti-tumör mekanismer

B-celler kan skapa antikroppar mot tumörer, men det är oklart om det är så effektivt. Det finns dock exempel på där man tillför antikroppar för behandling.

Istället är det CTL (Cytotoxiska T-celler) som har en skyddande roll. Genom MHC1 och CD8+ kan de inducera apoptos hos tumörceller.

NK-celler kan också döda celler utan att tidigare kännedom och sådana som T-celler inte reagerar på kan NK-celler döda. De kompletterar varandra. NK-celler känner igen om MHC-1 saknas, medan T-celler kräver att de känner igen antigen på MHC-1.  Tumörer som ned reglerar MHC-1 blir alltså upptäckta här. NK-cellerna känner igen det genom KIRs (Killer Immunoglobulin-like receptors). NKG2D ska dock även möta MICA på tumörcellen, och NKG2D kan nedregleras eller MICA blockeras.

Makrofager kan aktiveras genom att NK-celler och T-celler utsöndrar INF-y som ökar aktiviteten hos makrofagerna.

 

Hur tumörer undviker immunförsvaret

Att immunförsvaret spelar en viktig roll tror man eftersom folk med försämrat immunförsvar löper mycket högre risk att utveckla cancer. De flesta cancerfall utvecklas dock hos immunokompetenta personer. 

  • Selektiv tillväxt där sub-kloner bortsorteras då de upptäcks av immunförsvaret.
  • Minskad produktion av MHC minskar T-cell svar, men NK celler kan fortfarande angripa.
  • Kemikalier som man fått i sig kan påverka immunförsvaret negativt eller TGF-b som tillverkas av tumör har immundämpande effekt. Vissa kan till och med producera FasL vilket binder till Fas-receptor på immunceller och får dem att gå in i apoptos.
  • Antigen-maskning genom att cellen producerar ett tjockare lager med glycocalyx molekyer, som sialic-acid. Detta hindrar kontakt för immunceller att känna igen antigen.
  • Nedreglering av co-stimulatorer som behövs för att skapa starkt T-cells svar.

  

Genetisk instabilitet

Kroppen har en förmåga att reparera DNA-fel och utvecklar därför inte cancer så ofta. Mutationer och arv av trasiga gener som står för vår reparation kan lätt leda till utveckling av cancer. Våra reparationer består av;

  • Mismatch repair
  • Nucleotide Excision repair
  • Recombination Repair

 

Tumor-promoting inflammation

Inflammation som oftast kopplas till kamp mot tumör kan också vara ett sätt att aktivera malignitet.

  • Kroniskt pågående inflammatorisk respons mot mikrobiell-infektion. Detta då kroppen försöker ersätta skadade och döda celler med nya. Då utsöndras tillväxtfaktorer som påverkar celldelning. Detta bidrar till att celler med skador lättare kan drivas igenom och utvecklas och risken för apoptos minskar. Neutrofiler kan dessutom utsöndra ROS, vilket kan skada DNA hos friska celler och ge mutationer.
  • I tumörer hittas ofta immunförsvars-celler och dessa kan mycket väl vara där för att bekämpa cancer. De utsöndrar dock också tillväxtfaktorer och kan på så sätt öka tillväxten.

Man testar om COX-2 hämmar (som dämpar inflammation) har en hämmande effekt på cancerutvecklign, vilket den verkar ha.

 

Inflammation och cancer

Inflammation kan ha påverkar på cancerutveckling då proliferationssignaler bildas. Man hittar också inflammation vid cancer.

 

NFkB

Denna gen är viktig då det är både en tumörsuppressor och tumörpromotor. Påverkar funktion och gener och både aktiveras av och inducerar inflammatoriska cytokiner. Den sprids därför från cell till cell. 

  • Negativ Feedback: IkBa, IkBb, A20
  • Immunförsvar: Cytokiner, Adhesion, COX2
  • Anti-apoptos: BCL-X, c-FLIP
  • Proliferation: Cyclin D1, c-MYC  

 

STAT3

En del cytokiner och tillväxtfaktorer (IL10, IL6, IL-22, Infa/b) inducerar STAT3. Även stat aktiveras av och inducerar inflammatoriska cytokiner. Sprids därför även den från cell till cell 

 

  • Invasion, adhesion och mestatasering: MMP, Vimentin
  • Immunförsvar: Cytokiner
  • Angiogens: VEGF, bFGF, HGF
  • Apoptos och proliferation: Cyclin D1, Fas, Hsps

  

Områden där inflammation kan påverka cancer

Meastasering (EMT) - Epithelial Mesenchmal Transition

Tapper epitel och får mesenchymala egenskaper. Kallas MET när det ska fästa på nytt ställe igen.

Sårläkning

Makrofagens roll blir att städa upp och hela. Detta leder till ROS som kan skada celler, tillväxtfaktorer (TGFb,EGF, PDFG) som stimulerar tumörer och angiogenes som bildar kärl (VGEF).

Genomisk instabilitet

  • ROS och NOS som utsöndrats kan skapa en genetisk instabilitet som leder till mutationer.
  • AID (Activation Induced Deaminase) är ett deaminase som inducerar mutation i viktiga cancergener som p53
  • IL-10 kan hämma DNA reparationens enzymer

Proliferation och apoptos

När inflammationer ska läka utsöndras tillväxtstimulerande signalsubstans.

 

Effekter av tumör på värden

Det finns något som heter "Paraneoplastisk syndrom" och förekommer hos 10-15% av cancerpatienterna. Detta kan vara tidig symptom och därför viktig att hitta. 

  • Hypercalemi: Beror på att tumör producerar PTHrP (Parathyroidea-related protein). TGF-a produceras ockspå, vilket aktiverar osteoclaster och vitamin D och därför nedbrytning av ben.
  • Cushings Syndrome: Produktion av ACTH eller ACTH-like-polypeptider av cancer-cellerna, som sker pga ökad mängd ADH av tumören.
  • Hyperkoagulation: Leder till venösa proppar och icke-bakteriell endocardit.
  • Autoimmunitet: Guillan Barre syndrom
  • Nedsatt immunförsvar

  

Kakexi (viktnedgång) är också en vanlig del, där man inte är helt säker (antagligen cytokiner). Antagligen beror det inte på det lägre kostintag utan på att kroppen bibehåller en hög metabolism trots den borde gå ner på grund av man äter mindre. Beror på förlorat fett, vilket leder till svaghet och anemi hos värden.

  

Stadier och graderingar

Man vill ta reda på om det är tumör eller inte, benign eller malign. Samtidigt är det viktigt att reda ut hur och var cancern finns för att ta till rätt behandling. Detta görs genom bedömningar som:

  • Makrobedömning: Utbredning, fibros, blödning, nekros, förkalkning.
  • Mikroskopi: Arkitektur, cytologi, immunhistokemi, FISH, SISH
  • Molekylära analyser: Mutationsanalyser.

 

Man tittar på om eller hur tumören har spridit sig till lymfnod, angränsande vävnad eller metastaser.

 

Klassificering

Klassificering behövs för att förutsäga prognos och välja behandling. Då bestämmer man typ av tumör, gradering, stadie (enligt TNM) och Histopatologisk respons. Man graderar agressivitet genom att se hur anaplatiska cellerna är, från skala 1 till 4.

Gradering gäller generellt att lägre differentiering är aggressivare tumör. Man bedömer kärnstorlek, mitosaktivitet, växtsätt osv.

TNM-klassificering är ett bättre prognosverktyg än gradering. Man bedömer kliniska undersökning (biopsi, radiologi m.m) och kompletterande histopatologisk data för behandling.

T = Primärtumören, N = Lymfkörtelmetastaser, M = Fjärrmetastase 

T.ex. pT2N1M0, där siffrorna anger nivåer för deltyperna.

  • T1-4 beskriver hur storleken på den primäre tumören.
  • N0-3 indikerar hur progressiv inblandning av lymfnoden
  • M0-1 beskriver om det blivit metastaser eller ej

 

Bröstcancer

Utvecklingen av cancer i de produktiva organen hos kvinnan har ökat och man tror det har att göra med att vi numera får mens (Menarche) tidigare och upplever färre graviditeter. Detta gör att där är fler hormoncykler. Det är alltså ur cancerrisksynpukt den gravida kvinnan som är normaltillstånd och icke gravid som är abnorm (risk).

Man undersöker först bröstet och tar bort "portvaktskörtel" är denna fri från tumörväxt är tumör sannolikt inte spridd till axillerna och de kan bevaras. Att ta bort axillerna förknippas med hög morbiditet.

Hos personer med bröstcancer har HER2 receptorn oftast genamplifierats. Man kan påvisa det med immunhistokemi om proteinnivåerna är överuttryckta.  Märks då med FISH (floroscens) för att synas.

Upptäcks ökade nivåer av HER2-receptor kan monoklonala antikroppar (Trastuzumab) användas för att blockera. Ger då en förlängd överlevnad.

 

Riskfaktorer för cancer 

Ökar risk

  • Överkonsumtion av mat, kalorirestriktioner är positivt ur cancer-synpunkt
  • Alkohol skapar inflammationer och ökar risken
  • Omega 6, där det är mer aktiverande av inflammation (omega 3 sänkande).
  • Växtfett
  • Margarin/Pulversoppor (antagligen för transfetter).
  • UV-exponering med solbränna

 

Diagnostik av cancer

Där finns olika metoder för att ta ut biopsier och titta på vävnad. Man kan till och med snabbt plocka bort en del och frysa för att undersöka inom minuter. Detta har vissa fördelar, men ibland kan även lite längre tid behövas. Det gäller att ta från rätt del av vävnaden och få med det man vill undersöka, i mitten kan nekros finnas och sidorna vara till synes friska.

 

Morfologiska metoder

  • Fine-needle aspiration: Uttag av vävnad och sedan cytologisk undersökning. Används ofta vid väl palperbara vävnad i bröst, thyroidea, lymfnoder m.m. Man kan numera med hjälp av bildundersökning gå djupare till lever, pankreas osv. Gör att man slipper operation och kirurgi för vävnadsprov, men ger ett litet vävnadsprov med risk för brister.
  • Cytologi (Papanicolaous) smear: Man tar bort celler och eftersom anaplastiska celler är mindre ihop-klistrade undersöker man de fria cellerna.
  • Immunocytochemistry: Med antikroppar kan man urskilja typ av cancer och varifrån den kommer, som t.ex. mot specifika prostata-protein.
  • Flow chytometry: Forcerande antikroppar används för att märka cell-ytor och skilja fenotyp på maligna celler.

  

Tumör-markörer

Detta är ett sätt att kunna screena, som med PSA mätning av prostata protein i blodet. Problemet med metoden är att den har låg specificitet och känslighet. Den känner av både PSA från cancer och neoplastiska benigna motsvarigheter. Finns liknande markörer för andra områden (CEA för colon m.m). 

 

Molekulär diagnostik

Genom att mäta t.ex. T-cells-receptorer kan man se om en tumör är mono eller poly-klonal. Detta eftersom receptorerna är unika sammansatta och kan studeras med PCR. Denna typ av diagnostik är även viktig för annat;

 

  • Prognos och bettende; Genom analys av genomet med PCR kan man avgöra om t.ex. HER2/NEU och NMYC generna är amplifierade.
  • Detektera rester: Man kan i blodet väldigt känsligt känna av tumörens DNA och då mäta mängden.
  • Ärftlighet: Kan man se redan i förväg att man har mutation i BRCA1 kan man göra en handlingsplan och till och med ta bort brösten profylaktiskt.
  • Terapeutiskt val: Behandling som riktar sig mot specifika mutationer kommer mer och då måste man upptäcka dessa.

 

Genomsekvensiering är numera mycket snabbare och billigare än för bara några år sedan. Därför skulle skulle man snart kunna göra en total kartläggning av tumörer och jämföra med de friska cellerna. På så sätt får man fram alla mutationer och en karta över vad som är fel. Man kan då även koppla behandlingsmetod till typ av mutation snarare än till typ av vävnad.  Därför kan det vara av intresse att kategorisera cancer efter Hallmarks of Cancer. 

 

Metoder för att hitta cancer

 

  • Bröst: Palpation, mammografi, ultraljud och MR
  • Äggstock: Palpation, ultraljud, Ca-125
  • Tjocktarm: Coloskopi/rektoskopi F-Hb
  • Livmoder: Abrasio, Ultraljud
  • Magtar/urinvägar: Hematuri, Gastroskopi

 

Kemopervention

Syftar till att minska risken för tumörutveckling 

  • Anti-östrogener
  • Antiinflammatoriska läkemedel
  • Vissa cytostatika

  

Farmakologi och behandling 

Cytostatiska

De angriper delande celler och effekten blir därför större på celler som delar sig snabbt (cancer), men alla celler blir berörda 

  • Agenter som reagera med macromolekyler (DNA)
    • Alkylating agenter: krosslänkar DNA genom Nitrogen mustad, väldigt reaktivt.
    • Cisplatin analoger stör DNA replikering och dödar därför snabbt delande celler genom krosslänkning G-G
  • Antimetaboliter - Anaologer till viktiga ämnen i kroppen, som nukleotider som då kan hämma t.ex enzymer.
  • Topoisomeras-hämmare:
  • Micro-tubuli-interagerande agenter: Vinca Alkaloider binder till mikrotubili och stör ihopsättning. Taxaner gör att den inte kan brytas ner, stabiliserar. Detta försvårar celldelning med miotisk spole.

 

 

Riktad behandling

Det finns behandling som är specifikt riktad, som t.ex. antikroppar mot receptorer som uttrycks mer hos vissa typer av cancer. 

HER2/ErbB2 Tyrokinas uttrycks mer hos bröstcancerceller och dessa kan märkas med antikroppar som Herceptin, monoklonal antikropp.  Detta kommer leda till immun-medierad celldöd eller ändrad signalering.