Cysteinylleukotrieners betydning for kronisk inflammation og neoplasi i tarmen

Fraset autoimmune sygdomme, hvor autoantigener aktiverer immunsystemet, er initieringen af det respons, der fører til udviklingen af en række andre inflammatoriske sygdomme, fortsat uafklaret. Det er i denne forbindelse veldokumenteret, at cancersygdomme er overrepræsenteret ved kroniske inflammatoriske sygdomme. Denne statusartikel sætter fokus på den nyeste viden omkring cysteinylleukotrienernes (CysLT) betydning for forløbet af en kronisk inflammatorisk tilstand: inflammatorisk tarmsygdom, dvs. colitis ulcerosa og Crohns sygdom samt for kolorektalcancer - en tilstand, der er associeret til denne tarmsygdom [1].

Syntese af eikosanoider

Siden identificeringen af prostaglandinerne i 1930'erne er denne gruppe af biologisk aktive lipider blevet grundigt udforsket i relation til inflammationsprocessen samt i relation til andre patofysiologiske mekanismer, som de influerer på. Eikosanoider inkluderer leukotriener (LT), prostaglandiner (PG) og prostacykliner, som alle dannes ud fra arakidonsyre (AA) [2]. Når AA fraspaltes fra cellemembranens glycerolmolekylers 2-stilling ved hjælp af enzymet fosfolipase (en proces der er med i homøostasen - men som accelereres ved inflammatoriske stimuli), bliver det i fri form biologisk aktivt. Frit AA omdannes hurtigt til en bred vifte af lipidmediatorer (eikosanoider) under indflydelse af to forskellige enzymsystemer: lipoxygenaserne (LOX) og cyclooxygenaserne (COX).

5-LOX-enzymet er sammen med 5-LOX-aktiverende protein (FLAP) ansvarligt for produktionen af den ustabile metabolit LTA4 , som hurtigt omdannes til enten LTB4 under indflydelse af LTA4 -hydrolase eller til gruppen af CysLT (Figur 1 ). Ved sidstnævnte metaboliseringsvej dannes LTC4 først ud fra LTA4 ved hjælp af enzymet LTC4 -syntase [3]. Cellulære membranpumper sender LTC4 ud i ekstracellulærmiljøet, hvor det efterfølgende omdannes til LTD4 og LTE4 ved hjælp af henholdsvis γ-glutamyltranspeptidase og dipeptidaser [3].

Tidligere forskning har vist, at LTB4 er en vigtig kemoattraktant, hvorimod CysLT oprindeligt blev identificeret på grund af deres evne til at inducere bronkokonstriktion (en opdagelse som efterfølgende har ført til udviklingen af farmaka som bl.a. montelukast, der kan anvendes til astmatikere) og potensen med henblik på stimulering af signalveje herunder bronkokonstriktion af denne gruppe LT'er: LTD4 > LTC4> LTE4 .

Specifikke leukotrienreceptorers virkning

Eikosanoider har betydning for en lang række fysiologiske mekanismer. Selvom LTB4 og CysLT adskiller sig strukturelt fra hinanden, er de karakteriseret ved, at de binder sig til receptorer, der er koblet til transmembrant G-protein (GPCR). GPCR viderebringer de enkelte leukotrieners effekt i aktiveringen af værtens intracellulære signalveje. Således har man fundet to GPCR, der kan binde LTB4 (BLT1 og BLT2 ). Initialt fandtes to receptorer for CysLT: CysLT1 og CysLT2 , men nyere forskning har afdækket, at orphan -receptoren GRP17 (dvs. en receptor, der mangler en fysiologisk relevant ligand) er i stand til at binde LTC4 og LTD4 [3]. Som navnet antyder, kobles GPCR til G-proteiner og stimulerer de intracellulære signalveje - og dette gælder også for CysLT1 og CysLT2 .

Forskning har således vist, at de fleste cellulære processer så som celleproliferation, overlevelse og migration kan blive induceret ved hjælp af en af CysLT-receptorerne, ofte via veldefinerede signalkaskader, eksempelvis mitogenaktiveretprotein-(MAP) kinase-omdannelsesvejene [4]. Stimulation af omdannelsesvejene er imidlertid afhængig af en række faktorer. Ligesom det gælder for mange ligander og deres reciprokke signalreceptorer, er signaler produceret af CysLT1 eller CysLT2 afhængig af celletype, og især hvilket G-protein, der aktiveres, og til hvilken receptor CysLT-liganden binder sig til, idet CysLT1 og 2 adskiller sig med henblik på responset, der er produceret inden for den samme celle [4]. Alt dette bidrager til kompleksibiliteten, når man forsøger at afdække cellulære signalveje og deres roller ved bestemte CysLT i forskellige cellemodeller.

Leukotriener som inflammationsmediatorer

Ved det inflammatoriske respons frigøres en lang række inflammatoriske mediatorer, som hver især udøver distinkte, men også overlappende virkningsmekanismer [2, 3]. LT produceres især af leukocytter, men større mængder kan også produceres af endotel- og epitelceller, navnlig nær områder med vævsødelæggelse i forbindelse med inflammationsprocessen. LTB4 afskiller sig fra CysLT ved at være en meget potent kemoattraktant, som er ansvarlig for en signifikant celleophobning i det betændte væv - et klassisk tegn på inflammation, ligesom det kan øge adhæsionen af leukocytter til og invasionen gennem endotelet [2]. I modsætning hertil, og selv om CysLT i nogen grad kan optræde som kemoattraktanter især overfor eosinofile granulocytter og epitelceller, kan CysLT i høj grad medvirke til udviklingen af en række andre karakteristika for inflammationsprocessen [3]. På vævsniveau giver CysLT anledning til en potent bronko- og vasokonstriktion, mens de på det cellulære niveau kan inducere dannelsen af andre inflammationsmediatorer, ekstracellulære matrixkomponenter samt lede til øget plasmalækage i vævet gennem en direkte effekt på endotelceller [3, 4]. Flere af disse mekanismer kan blive dysreguleret og lede til udviklingen af kronisk inflammation.

Cysteinylleukotriener forstærker det inflammatoriske respons

Kronisk inflammation ligger til grund for inflammatorisk tarmsygdom, reumatoid arthritis, psoriasis og neoplasi. Det stærkeste link mellem kronisk inflammation og cancer ses ved inflammatorisk tarmsygdom, hvor der er en væsentlig øget risiko for udvikling af kolorektalcancer ti år efter diagnosetid spunktet [1].

Siden starten af firserne har forskning inden for eikosanoiderne fastslået deres betydning for eksacerbationen af kroniske inflammatoriske sygdomme og progressionen hen imod karcinogenese [4, 5]. Initialt fandtes øgede mængder af LT i spyt fra astmatikere og i fæces fra patienter med inflammatorisk tarmsygdom. Senere viste epidemiologiske studier, at kolorektalcancer var underrepræsenteret i en population af patienter med colitis ulcerosa, som var behandlet med præparater, der var baseret på nonsteroide antiinflammatoriske stoffer (NSAIDs). Dette link blev yderligere forstærket i midten af halvfemserne med opdagelsen af cyclooxygenase-2 (COX-2), der var signifikant øget både ved inflammatorisk tarmsygdom og coloraktalcancer, og det er nu afklaret, at hæmningen af COX-2 eller af prostaglandin (PG)E2 kan hæmme udviklingen/progressionen af colorektalcancer bl.a. ved inflammatorisk tarmsygdom [5]. Tilsvarende har undersøgelser af vævsprøver fra patienter med kolorektalcancer vist en øget ekspression af 5-LOX, FLAP og CysLT1 -receptoren sammenlignet med, hvad der kendetegner sundt væv (dvs. uden cancerforandringer), hvilket støttes af en lang række studier i cellelinjer og dyremodeller [3]. LTC/D4 -antagonister herunder montelukast, som har været anvendt til behandling af astma, har også vist sig at bedre eksperimentelt induceret kolitis [6]. Imidlertid er status i dag, at proteiners (dvs. 5-LOX, FLAP og CysLT-receptorer) rolle i leukotriensyntesen ved inflammatorisk tarmsygdom fortsat er uafklaret, idet der har været modstridende rapporter om proteinernes ekspression, omend ændringer eller mangel på dem ikke nødvendigvis afspejles i ændringer i aktiviteten eller stabiliteten af disse proteiner.

Bortset fra analyse af ekspressionsprofiler af en række metabolitter associeret med CysLT, er en stor forskningsaktivitet blevet lagt i at afklare og kortlægge de signalveje, som stimulerer CysLT, og de cellulære fænotyper, som de inducerer (Figur 2 ). Som tidligere nævnt medieres hovedparten af CysLT-effekter via CysLT1 -receptoren [4]. Tidligere studier i cellelinjer med både transformerede og ikketransformerede cancerceller har vist, at LTD4 kan stimulere aktiviteten af forskellige G-proteiner, som naturligt giver ophav til en række cellepåvirkninger. CysLT1 -receptoren er senere blevet vist at være internaliseret i ikketransformerede cancerceller, en ret enestående forskel i forhold til transformerede cancerceller, hvilket kaster nyt lys på de meget komplicerede mekanismer, som cancerceller benytter sig af. I denne forbindelse har CysLT1 -receptoren vist sig at være af betydning for celleproliferation, migration og overlevelse, tre fænotyper som har afgørende betydning for udviklingen og spredningen af cancer [4].

Leukotrien D4 stimulerer celleproliferation

Ikke uventet har adskillige intracellulære signalveje vist sig at være vigtige for den intestinale epitelcelleproliferation, der medieres af LTD4 . For mange celler er den klassiske Ras-nedbrydningsvej af yderste vigtighed, selv om alternative kaskader - herunder en omfattende Raf-MAP-kinase - Erk1/2-metaboliseringsvejen - også har stor betydning [4]. Ud over disse direkte kaskader kan LTD4 også indirekte påvirke forskellige cellulære processer inklusive proliferation gennem dets evne til at inducere eller øge ekspressionen af COX-2 (hvis metabolitter ganske potent påvirker udviklingen af colorektalcancer) i både ikketransformerede men også transformerede cancerceller [3, 4].

Leukotrien D4 induceret celleoverlevelse kræver B-celle lymfom 2

Progressionen af cancer menes at være forårsaget af en ubalance mellem proliferation og apoptose [4]. Der er nu mange proteiner, som har vist sig at være af betydning for faciliteringen af, at cancerceller undgår apoptotiske mekanismer, men ingen synes at være mere vigtig end B-celle lymfom 2 (Bcl-2) [7]. Dette protein forebygger lækagen af cytokrom c fra mitokondrier, som er en afgørende nøglefaktor i apoptoseaktiveringen. Ved at opregulere og forårsage translokering af Bcl-2 til mitokondrier, kan LTD4 effektivt hæmme apoptose induceret i intestinale celler. Yderligere kan LTD4 også aktivere β-catenin via inhibering af glykogensyntasekinase (GSK)-3β, hvilket leder til, at antiapoptotiske mekanismer aktiveres, men også at protransformationsgener transkriberes, bl.a. det tidligere nævnte cox -2-gen.

Leukotrien D4 øger cancercellemigration

Cancercelledisseminering og -metastasering er hovedårsagen til morbiditeten af cancer. Med opdagelsen af, at COX-2 ofte er opreguleret ved colorektal cancer, fulgte også fundet af, at PGE2 - en vigtig metabolit fra COX-2 - signifikant påvirker en øget cancercellemigration. I de senere år er involveringen af receptoren for epidermal vækstfaktor også blevet afdækket, hvilket understøtter, at især PGE2 -receptoren er ansvarlig for cellemigrationen, idet den kan transaktivere andre receptorer. Imidlertid sker der ingen sådan transaktivering med CysLT1 -receptoren, omend den er i stand til at inducere cellemigration af både transformerede og ikketransformerede cancerceller på en COX-2 afhængig måde. CysLT1 -receptoren opnår dette i ikketransformerede celler ved at inducere aktivering af fosfatidylinositol-3-kinase (PI-3K) - et enzym der er nøje relateret til cancerudvikling - og Rac, en lille guanosintrifosfatase (GTPase), som primært er involveret i cytoskeletomdannelsen [8]. Desuden er migrationen af celler nøje koblet til den ekstracellulære matrix. Dette gælder også leukotrieninduceret migration af transformerede og ikketransformerede celler, som øger overfladeekspressionen af α2 β1 -integriner [9], og som selv er i stand til at øge eikosanoidproduktion og cellemigration [10].

Som det er beskrevet ovenfor, repræsenterer signalkaskaderne, der er initieret af CysLT, andre potentielle angrebspunkter i behandlingen end blot den konventionelle hæmning af COX-2 blandt patienter med inflammatorisk tarmsygdom, som ubehandlet kan føre til aktive sygdomsfaser samt til udviklingen og spredningen af kolorektalcancer. CysLT repræsenterer derved et fremtidigt mål for en rationel (måske endda profylaktisk) behandling af disse to tilstande.

Oliver Broom , Gastroenheden, Medicinsk Sektion, Forskningslaboratoriet 54 03, Herlev Hospital, DK-2730 Herlev.

E-mail: oliver.broom@gmail.com

Antaget: 5. august 2008

Interessekonflikter: Ingen