Desmoplasiens og pankreatiske stellate cellers betydning ved pancreascancer

Duktalt adenokarcinom udgør mindst 85% af alle tilfælde af pancreascancer. I denne artikel fokuseres der på det duktale adenokarcinom, men i det følgende anvendes den mere brede betegnelse pancreascancer.
I Danmark diagnosticeres der hvert år næsten 1.000 patienter med pancreascancer, og femårsoverlevelsen er på kun 5% [1]. Pancreascancer er histologisk kendetegnet ved en voldsom bindevævsreaktion, det såkaldte desmoplastiske stroma, som ledsager og omgiver de invasive karcinomceller (Figur 1). Desmoplasien kan udgøre op mod 70-80% af det samlede tumorvolumen, og cellekulturstudier og dyreforsøg tyder på, at desmoplasien reducerer kemoterapeutiske stoffers effekt på cancercellerne [2]. Det desmoplastiske stroma syntetiseres af cancerassocierede fibroblaster (CAF), og en af de vigtigste kilder til CAF er de pankreatiske stellate celler (PSC) [3]. PSC differentierer til en myofibroblastlignende fænotype, når de aktiveres af cytokiner, alkoholderivater eller oxidativt stress [4, 5]. Myofibroblaster har en fænotype mellem glatmuskelceller og fibroblaster. Ved vævsskade producerer de ekstracellulær matrix (ECM). Formålet med denne artikel er at beskrive PSC’s og desmoplasiens rolle i udviklingen og behandlingen af pancreascancer.

OPDAGELSEN AF DEN PANKREATISKE
STELLATE CELLE

Mere end 100 år forud for identifikationen af PSC, i 1876, blev den hepatiske stellate celle (HSC) beskre-vet af den tyske patolog Karl Wilhelm von Kupffer [6]. Kupffer havde iagttaget spredt fordelte celler med en karakteristisk stjerneform i det perisinusoidale rum (»Disses rum«). Toogtyve år senere holdt Kupffer en forelæsning i Kiel, hvor han fejlagtigt fortolkede sine tidligere observationer således, at de stjerneformede perisinusoidale celler havde fagocytotiske egenskaber [6]. Det er således leverens specielle makrofager, Kupffercellerne, der i dag er opkaldt efter Kupffer. I 1951 (gen)opdagede Toshio Ito den originale stellate celle i leveren [6]. Ito observerede, at de stjerneformede celler indeholdt fedtdråber, og cellen blev sidenhen navngivet efter Ito. Wake kunne imidlertid i 1971 bekræfte, at Itocellen var identisk med HSC [6]. De stellate celler, som alle er karakteriseret ved deres stjerneform og indholdet af A-vitaminlipidvakuoler, blev efterfølgende også beskrevet i bl.a. pancreas, lunger, gastrointestinalkanalen, milten, huden og uterus [6]. PSC kom i fokus, da de blev isoleret og dyrket i cellekultur af to uafhængige forskergrupper i 1998 [7, 8]. Disse studier viste,
at aktiverede PSC (aPSC) fungerer som effektorceller
i bindevævsproduktionen i pancreas. Retrospektivt var der dog tale om samme A-vitaminlagrende celle, som Watari havde beskrevet i pancreas fra mus i 1982 og Ikejiri i den humane pancreas i 1990 [6].

PANKREATISKE STELLATE CELLER I DEN NORMALE PANCREAS OG I DET DESMOPLASTISKE STROMA VED PANCREASCANCER

I den normale pancreas befinder PSC sig i en ikkeprolifererende tilstand og betegnes som hvilende (quiescent) PSC (qPSC). Hos rotter udgør qPSC ca. 4% af de samlede parenkymatiske celler i pancreas [7]. qPSC er lokaliseret periacinært og er kendetegnet ved deres stjerneform og indhold af A-vitaminlipidvakuoler. De udtrykker bl.a. de intermediære filamenter vimentin, desmin, glial acidic fibrillary protein (GFAP), nestin og synemin [3]. Flere af disse markører, herunder især desmin og GFAP, er dog ikke overbevisende beskrevet i qPSC i humant pankreasvæv, og yderligere undersøgelser er nødvendige for at afklare, om disse markører er til stede i humane qPSC.

Cytokiner, oxidativt stress og alkoholderivater kan stimulere qPSC til at differentiere til en aPSC-fænotype [4, 5]. aPSC mister deres A-vitaminholdige lipidvakuoler, udtrykker alfa-glatmuskulært aktin (alpha smooth-muscle actin (SMA)) og får herved myofibroblastlignende egenskaber (Figur 1). Samtidigt begynder aPSC at syntetisere ECM [8]. Under aktiveringen ændrer PSC morfologi og bliver mere tenformede. Hos mus er det påvist, at knoglemarvsderiverede stamceller bidrager til ca. 5% af aPSC ved induceret kronisk pankreatitis [9]. aPSC anses således for at være en af de vigtigste kilder til CAF i det desmoplastiske stroma. Aktiveringen af PSC medfører en ændring i immunfænotypen, og aPSC udtrykker især markørerne cluster of differentiation (CD)34, nestin, SMA, trombocytderiveret vækstfaktorreceptor (platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R)) og transforming growth factor-beta-receptor (TGFβ-R) [3, 5]. Fundet af flere af de anførte markører er dog baseret på undersøgelser af PSC i cellekulturer, som er isoleret fra rotter og mus, og en entydig markørprofil for aPSC in situ i den humane pancreas foreligger endnu ikke.

PANKREATISKE STELLATE CELLERS BETYDNING
FOR TUMOR-STROMA-INTERAKTIONEN
VED PANCREASCANCER

Det desmoplastiske stroma består af ECM (kollagen, fibronektin, laminin, osteonektin og hyaluronan), CAF, makrofager, små blodkar og betændelsesceller [2]. aPSC anses for at være den vigtigste kilde til CAF og dermed den desmoplastiske stromale reaktion ved pancreascancer, men lokale fibroblaster og knoglemarvsderiverede stamceller bidrager formentlig også til CAF-populationen (Figur 2) [10, 11]. Man må desuden formode, at også epitelial-mesenkymal transition (EMT) og periduktale fibroblaster bidrager til CAF, men dette er ikke tilstrækkeligt undersøgt ved pancreascancer [11]. Resultaterne af cellekulturstudier og dyreforsøg indikerer et nært samspil mellem karcinomcellerne og aPSC, der gensidigt fremmer hinandens vækst og differentiering, først og fremmest via produktion af vækstfaktorer, en proces, der betegnes som heterotyp signalering [12]. Tumorassocierede makrofager indgår også i disse cellulære interaktioner [13]. I cellekulturstudier har man påvist, at karcinomcellerne kan stimulere
PSC til at proliferere og migrere samt øge produktionen af ECM [14]. Omvendt kan PSC stimulere karcinomcellernes vækst in vitro [15]. I enkelte studier indikerer resultaterne ydermere, at PSC medvirker til at opretholde en cancerstamcelle (CSC)-niche i det resterende pancreasvæv, hvilket medfører en øget risiko for recidiv af canceren efter gennemført operativt indgreb. Dette kan eksemplificeres ved et studie af Hamada et al på cellekulturer af PSC og pancreascancerceller; studiet viste, at signalmolekyler produceret af PSC øger ekspressionen af CSC-relaterede gener i cancercellerne [16].

PANKREATISKE STELLATE CELLERS POTENTIELLE ROLLE I METASTASERING VED PANCREASCANCER

I forsøg med tredimensionelle cellekulturer var PSC i stand til at hæmme karcinomcellernes udtryk af proteiner, der har indflydelse på celle-celle-interaktioner, såsom E-cadherin og beta-catenin [17]. Dette resulterede i, at tumorcellerne udviklede mesenkymale egenskaber, blev mobile og kunne invadere det omgivende stroma. Disse resultater indikerer, at PSC spiller en rolle ved EMT. EMT betegner den proces, hvor karcinomceller mister deres epiteliale egenskaber og differentierer imod en mesenkymal fænotype. Herved kan de entrere blod- og lymfesystemet og senere potentielt danne metastaser. Det er i en musemodel for pancreas-cancer påvist, hvordan EMT efterfølges af cancercellernes metastasering til leveren [18]. Ved EMT nedreguleres ekspressionen af epiteliale markører såsom cytokeratiner og E-cadherin, og i stedet opreguleres ekspressionen af mesenkymale markører, herunder vimentin [18].

Bachem et al beskrev i forsøg med xenografter af humane pancreascancerceller injiceret subkutant i immunhæmmede mus, at tumorcellerne prolifererede hurtigere, når de blev injiceret sammen med humane PSC [19]. Sidenhen har man reproduceret disse fund i ortotope xenograftmodeller af pancreascancer hos mus [15]. Desuden medførte tilstedeværelsen af PSC en kraftigere desmoplastisk stromal reaktion og en øget metastaseringstendens [3, 15]. Xu et al injicerede karcinomceller fra en kvinde sammen med PSC fra en mand i en ortotop xenograftmodel af pancreascancer hos mus [20]. Det var muligt at spore cellerne på baggrund af kromosomforskellene, og man så, at PSC ligesom karcinomcellerne metastaserede. PSC influerer desuden på blodforsyningen af pancreascancerceller ved at syntetisere angiogene faktorer såsom vascular endothelial growth factor og angiopoietin-1 [21].

PANKREATISKE STELLATE CELLERS OG DET
DESMOPLASTISKE STROMAS BETYDNING
FOR EFFEKTEN AF RADIOKEMOTERAPI

Da pancreascancer er karakteriseret ved en særdeles kraftig desmoplastisk stromal reaktion, er det en nærliggende hypotese, at desmoplasien kan spille en afgørende rolle for den begrænsede effekt, som især strålebehandling, men også kemoterapi har ved denne kræftform. Dette kunne også være en mulig forklaring på, at pancreascancerceller ofte responderer langt bedre på kemoterapeutika i in vitro-celleforsøg end i den kliniske situation in vivo [22].

Gemcitabin, der anvendes som basis i den kemoterapeutiske behandling af pancreascancer, har en relativt begrænset responsrate, hvilket muligvis skyldes, at det desmoplastiske stroma kan reducere stoffets penetration, sådan som det er indikeret i dyreforsøgsstudier med mus [23]. Hyaluronsyre, en vigtig komponent af det desmoplastiske stroma, har i en musemodel for pancreascancer vist sig at have stor betydning for den barriere, kemoterapeutika skal overvinde for at nå frem til karcinomcellerne [2, 24]. Ifølge denne hypotese medfører den øgede deponering af ECM en nedsat elasticitet af tumorvævet, hvorved det interstitielle tryk stiger. Dette medfører en reduktion af perfusionen og diffusionen af de kemoterapeutiske stoffer, således at de i mindre grad kan nå frem til karcinomcellerne [25]. I cellekulturstudier har man desuden påvist, at PSC har en direkte beskyttende effekt på karcinomcellerne imod strålebehandling [26].

I enkelte studier har man allerede fokuseret på det desmoplastiske stroma som mål i pancreascancerbehandlingen. Eksempelvis har man i dyreforsøgsstudier påvist, at enzymer, der nedbryder hyaluronsyre, kan forbedre effekten af kemoterapeutika [24]. I en musemodel for pancreascancer lykkedes det at øge perfusionen af tumoren ved at hæmme hedgehog-signaltransduktionsvejen [23]. Herved udtyndedes det desmoplastiske stroma, og gemcitabin kunne bedre nå frem til karcinomcellerne [23]. I xenograftmodeller med mus, der fik implanteret humane pancreascancerceller, medførte nanopartikler, som bestod af det kemoterapeutiske stof paclitaxel bundet til albumin, en øget penetration [27]. Retinolsyre har desuden i cellekulturstudier af PSC og pancreascancerceller vist sig at bringe aPSC tilbage til den hvilende tilstand, hvilket resulterede i reduceret cancercellevækst [28]. Patien-ter, som har metastaserende pancreascancer og er i god almentilstand, tilbydes kombinationskemoterapi med gemcitabin eller trestofskemoterapi uden brug af gemcitabin. Betydningen af PSC og det desmoplastiske stroma i relation til de observerede behandlingsfremskridt med disse regimer er ukendt.

Nye studier tyder på, at det desmoplastiske stromas rolle for pancreascancerprogressionen er mere varieret end antaget på baggrund af de ovenfornævnte studier [29, 30]. Hos modelmus med induceret pancreascancer resulterede reduktion i antallet af myofibroblaster og reduktion af CAF’s evne til ECM-produktion i en øget invasiv vækst [29, 30]. Stromareduktionen medførte øget cancercelleproliferation og en øget dødelighed.

KONKLUSION

Adskillige forskningsresultater indikerer, at desmoplasien, som er produceret af PSC og CAF, spiller en stor rolle for udvikling og progression af pancreascancer samt for effekten af kemo- og stråleterapi. I denne artikel har vi skitseret forskellige mekanismer, der direkte eller indirekte kan danne grundlag for behandlingsformer, som påvirker desmoplasien, PSC og CAF. Det er endnu uafklaret, om desmoplasien har en beskyttende eller fremmende effekt på progressionen af pancreas-cancer, og formentlig er desmoplasiens betydning kontekst- og stadieafhængig. De fleste studier på området er baseret på cellekultur og dyreforsøg, og forskningen på området bør intensiveres og også inddrage humane vævsprøver med pancreascancer.

Korrespondance: Sönke Detlefsen. E-mail: sonke.detlefsen@rsyd.dk

Antaget: 21. april 2015

Publiceret på Ugeskriftet.dk: 17. august 2015

Interessekonflikter: