aspectos moleculares y celulares de la metastasis

REVISION (Biología Celular)
Acta Científica Venezolana, 52: 304–312, 2001
ASPECTOS MOLECULARES Y CELULARES DE LA
METASTASIS CANCEROSA
Francisco Arvelo y Marie-France Poupon
Laboratorio de Cultivo de Tejidos y Biología de Tumores, Instituto de Biología
Experimental, Facultad de Ciencias, U.C.V., Apartado 47114, Caracas- Venezuela, 1041-A.
2
Laboratorio de Citogenética Molecular y Oncología,
Instituto Curie, 26 rue d’Ulm, 75005, Paris- France
1
Recibido: 11/09/01; Revisado: 11/10/01; Aceptado: 31/10/01
RESUMEN: La diseminación metastásica es un proceso que conduce a las células del tumor primario tanto a migrar e infiltrar tejidos
vecinos como formar focos tumorales secundarios a distancia. Esta evolución clínica, que se expresa como consecuencia de la historia
natural del cáncer, es consecuencia de la aparición de nuevas potencialidades en las células tumorales, confiriéndole a un pequeño número
de ellas un potencial invasivo y metastásico. Esta diseminación es posible por múltiples factores entre los que destacan la perdida de
cohesión entre las células del tejido tumoral, formación de nuevos vasos sanguíneos, resistencia a la “anoïkis” y la posterior implantación
de células tumorales en un sitio heterotípico. La alteración de los sistemas celulares de cohesión, síntesis de enzimas proteolíticas,
motilidad celular, modificación de señales inducidas por factores de crecimiento y/o los sustratos de adhesión ambientales y la ausencia
de reconocimiento inmunitario por el sistema inmunológico, contribuyen a la formación de metástasis. Un medio ambiente o “ecosistema
permisivo” es necesario para la implantación de las células tumorales en órganos blanco tales como hígado, pulmón y medula ósea; este
ambiente especial, que favorece la metástasis, suministra un estroma, sistemas adhesivos, factores de crecimiento y vascularización. Es
importante señalar que la adquisición de la capacidad metastásica es precedida de cambios genéticos que hacen posible la adaptación
de las células malignas a un nuevo microambiente. Palabras clave: Metástasis, infiltración, ecosystem, adhesión intercelular, anoïkis,
angiogénesis, proteasas, motilidad, invasividad, factores de crecimiento.
MOLECULAR AND CELULAR ASPECTS OF THE CANCER METASTASIS
ABSTRACT: The metastasic dissemination is a process which leads to a primary tumor cells to migrate, infiltrate host tissues and form
a secondary tumor focus at distance. This clinic evolution is a consequence of the cancer natural history and is due to the appeareance
of new potentialities in tumoral cells, providing to a small quantity of them an invasive and metastatic capability. This dissemination is
possible by many factors; among them the lack of cohesion in tumor tissue cells, forming new blood vessels, resistence to anoikis and
posterior implantation of tumoral cells in a heterotypic site. The change of cohesion in cell systems, synthesis of proteolytic enzymes, cell
motility, modification of signals induced by growth factors, or the substratum for environment adhesion, and lack immune recognition by the
immunologic system, are the main contributors to the appeareance of metastasis. A permissive ecosystem is necessary to implant tumoral
cells in target organs such as : liver, lung and bone marrow. This special environment, which is more favorable to metastasis, supplies
an stroma, adhesive systems, growth factors and neo-vascularization. It is important to point out that the development of a metastasis is
preceded by some genetic changes which make possible the adaptation of malign cells to a new microenvironment. Key Words: Metastasis,
infiltration, ecosystem, intercellular adhesion, anoikis, angiogenesis, proteases, motility, invasiveness, growth factors.
INTRODUCCION
La metástasis se puede definir como la capacidad que
tienen las células malignas de abandonar el tumor primario, migrar e implantarse en los tejidos de un órgano a distancia, proliferando y formando nuevos focos tumorales.
La diseminación metastásica está asociada a la infiltración
o invasividad tisular local de las células tumorales, caracterizada por su propiedad de penetrar e invadir el tejido
normal vecino al tumor; aun cuando es propia de los tumores malignos, ciertas células normales poseen capacidad
de abandonar su tejido de origen42 , como puede observarse en el embrión en el curso de la migración de las células
hacia el timo, y en los adultos luego de una reacción inmunitaria, donde se manifiesta una migración y proliferación
de células linfocíticas en los ganglios. Sin embargo, estos
eventos que conducen a la proliferación de células normales en sitios particulares, obedecen señales de control de
la proliferación, vinculados la mayoría de las veces a la diferenciación o al fenómeno de la apoptosis, mientras que
las células malignas escapan a estos controles, proliferan-
do en los órganos blanco y formando focos secundarios
que frecuentemente son múltiples.
HISTORIA CLINICA, MICROMETASTASIS, METASTASIS
Y PROGRESION TUMORAL
La diseminación metastásica es un evento clave en la
historia natural del cáncer, ya que ella transforma una enfermedad circunscrita y potencialmente curable por un tratamiento local, en una enfermedad generalizada cuyo tratamiento es sistémico. En la historia de un cáncer se pueden describir tres fases (Figura 1) : a) La fase de crecimiento local, caracterizada por la transformación de una o
varias células de un tejido a partir de la selección de un
clon que origina el tumor primario. Aquí la noción de clon
es relativa, ya que en el momento de la detección, el tumor
es heterogéneo por numerosos caracteres, sin descartar
que sea posible encontrar elementos genéticos que prueben el origen común de las células; b) una segunda fase,
constituida por la diseminación micrometastásica o migra-
305
Aspectos de la metástasis cancerosa
ción de células tumorales aisladas o en pequeños grupos,
originadas del tumor primario, que pueden permanecer latentes o proliferar y formar metástasis de inmediato, a mediano o corto plazo. La característica de esta fase es la
de presentar la dificultad para descubrir las células tumorales aisladas o en micro grupos en órganos que no son
siempre los blancos de metástasis, como es el caso de la
médula ósea en el cáncer de colon; c) una tercera fase,
caracterizada por la proliferación de células tumorales en
órganos distantes del tumor primario. Las células tumorales de un foco metastásico pueden migrar y formar nuevos, constituyendo una cascada metastásica; estos focos
secundarios son formados a partir de células tumorales
que hacen suponer que son particulares, ya que han sufrido una fuerte selección, en la que su velocidad de proliferación puede ser diferente a la del tumor primario. Así
la proliferación puede ser lenta, ya que los nuevos focos
aparecen después de un determinado tiempo de latencia
que permite una evolución genética diferente a la del tumor primario; el crecimiento puede ser rápido y la velocidad de proliferación puede ser tal que lleve a la muerte
del paciente en poco tiempo, sin dar tiempo a que el tumor
primario alcance un tamaño que se pueda detectar o incluso que pueda haber desaparecido, lo que puede llamarse
metástasis sin punto de partida conocido.
La diseminación metastásica ocurre esencialmente por
dos vías: la sanguínea y la linfática, habiendo preferencias
por una u otra vía de acuerdo al órgano y tejido donde se
origina el tumor primario. Punto a considerar es la distancia entre los ganglios invadidos y el tumor primario, que
distingue clínicamente diferentes potenciales evolutivos en
ciertos tipos de cáncer, pero sin dejar de considerar, desde un punto de vista biológico, que la invasión a un ganglio
proximal es una metástasis.
MULTIPLICIDAD DE LOS DETERMINANTES MOLECULARES IMPLICADOS EN EL PROCESO METASTÁSICO
El proceso metastásico se desarrolla como se muestra
en la Figura 2, donde consideramos:
1. Perdida de Cohesión Intercelular
Un tumor sólido primario está constituido de células cohesivas, por lo que la perdida de adhesión intercelular es
una etapa necesaria para el proceso de migración celular.
La adhesión celular está asegurada por estructuras complejas tales como los desmosomas y/o determinantes moleculares, entre los que destaca la E-cadherina, del tejido epitelial, siendo el prototipo de los sistemas adhesivos
intercelulares56 . Esta es una molécula de transmembrana,
que en presencia de calcio, se une a una estructura idéntica presente en la célula vecina; se ha demostrado que
la perdida de función adhesiva esta asociada al potencial
metastásico en numerosos tipos de cáncer33;46;55;2 y ello
está ligada a diferentes alteraciones como lo es una mutación, disminución o perdida de expresión y la alteración de
la interacción cadherina/catenina. En efecto, la parte intracitoplamática de la E-cadherina hace parte de un complejo catenina asociando las subunidades y y la proteína
APC, responsable de la poliposis familiar y estando mutada en numerosos cánceres de colon48 . Las alteraciones
cualitativas y cuantitativas de estas moléculas ocasionan
indirectamente una perdida de función de la E-cadherina,
lo cual es observado en muchos tumores agresivos; por
otra parte, la E-cadherina es considerada como un supresor de la metástasis36;37 e igualmente forma parte de una
familia de moléculas, las moléculas de adhesión celular o
CAM (Cell Adhesión Molecules)6 .
2. Síntesis de Enzimas Proteolíticas
La liberación de las células tumorales no está solamente relacionada a la perdida de conexiones intercelulares,
sino también a la síntesis de enzimas líticas, que por un
efecto de degradación del ambiente celular contribuye al
desprendimiento de las células metastásicas. Numerosas
enzimas han sido identificadas y están relacionadas al potencial metastásico de las células tumorales (figura 3) ,
muchas de las cuales son sintetizadas por las células tumorales, tales como las metaloproteasas MMP, (figura 4) ,
las catepsinas y las glicosilasas.
Las MMP tienen en común un núcleo de Zinc (Zn) , el
cual corresponde a un sitio catalítico responsable de su
función enzimático y una extremidad “pro” que permite la
transición bajo una señal catalítica de una pro-enzima no
activa en enzima activa.
Otros tipos de enzima son sintetizadas por las células
normales del hospedador bajo la influencia de las células
tumorales, tales como estromelisina-3 y la urokinasa4;14 .
Cultivos de fibroblastos y células epiteliales de carcinomas
mamarios han permitido identificar varios factores solubles
capaces de estimular la producción de la colagenasa-3; de
éstos, la interleukina-1 y el factor de crecimiento TGF ,
una vez sintezados y secretados por las células epiteliales tumorales, inducen la expresión de la colagenasa-3 en
las células estromales adyacentes al tumor58 . Estas enzimas liberadas al medio extracelular se acoplan a receptores presentes en las células tumorales invasivas y esta
unión desencadena la reacción de lisis. Por ejemplo, el
sitio receptor de la MMP2 es una integrina 3, en el
cual el fragmento terminal PEX de la MMP2, desprovisto
de sitio catalítico, bloquea esta reacción, como se muestra en la Figura 5; estas interacciones están implicadas en
la migración de las células endoteliales en el curso de la
angiogénesis.9
Las enzimas señaladas son relativamente especificas
de un sustrato determinado, como lo es por ejemplo la colagenasa, que degrada específicamente el colágeno, pero
su activación genera la activación de otras enzimas en el
punto de contacto de la lisis, lo que constituye un proceso de lisis en cascada. Algunas MMP pueden regular la
formación de nuevos vasos escindiendo el plasminógeno
y generando angiostatina, un potente inhibidor de la angiogénesis, por lo que se origina un efecto inhibidor de la
306
metástasis43 ; igualmente, ellas están implicadas en el crecimiento de las células metastásicas.
Los inhibidores de las proteasas desempeñan una función esencial en la regulación de la actividad proteolítica,
siendo producidas por el organismo hospedador o por la
misma célula tumoral, siendo capaces de bloquear su acción, por lo que pudiesen funcionar como proteínas supresoras de la metástasis. La importancia de los inhibidores
de proteasas que impiden la progresión d los tumores malignos ha sido apreciada por la propia naturaleza al dotar
a los organismos de una amplia batería de inhibidores endógenos. Hay que señalar que existen inhibidores específicos de las distintas subfamilias de proteasas, como las
serpinas, que bloquean la actividad de la serín-proteasa;
cistatinas que actúan sobre la cistein-proteasas; los TIMP
(Tissue Inhibitors of Metalloproteinases) , inhibidores de
las metaloproteasas, habiéndose observado que su adición a cultivo de células de melanomas o fibrosarcomas
bloquea la capacidad invasiva de estas células, tanto en
sistemas in vitro como in vivo62 . También se ha demostrado que la sobre-expresión de estos inhibidores en fibroblastos transformados por el oncogén ras, reduce la
velocidad de crecimiento de los tumores e inhibe su capacidad invasiva.3 . Se ha postulado que los TIMPs podrían
ser definidos como genes supresores tumorales: primero
por su acción inhibitoria directa sobre las metaloproteinasas activas; y segundo en forma indirecta, debido a las
consecuencias del microambiente celular alterado: Dentro
de un modelo estocástico, la disminución de los niveles
de TIMP-1 no solo iniciaría la oncogénesis, sino también
predispondría a la célula a cambios posteriores en la expresión génica conducentes a la progresión tumoral27 . De
gran interés es la capacidad de degradación enzimática
que depende de un equilibrio entre las enzimas proteolíticas y sus inhibidores, por lo cual la cuantificación o detección de enzimas e inhibidores podrían servir de marcadores de pronóstico de malignidad y la base para futuros
desarrollos terapéuticos.
3. Migración y Motilidad
Numerosas células, entre ellas las tumorales, están dotadas de motilidad, poseyendo factores que estimulan esta
propiedad, tal como lo es el factor autocrino de motilidad
o factor “scatter”51 , que fue aislado a partir de células en
cultivo y presenta la propiedad de favorecer la dispersión,
acoplándose a un receptor de membrana que es el mismo
producido por el oncogén Cmet. Otro factor importante es
el de necrosis tumoral (TNF) , el cual actúa también como
factor de motilidad de las células tumorales e interacciona
con un receptor específico. Destaca el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) , sintetizado por numerosos tipos
celulares -entre ellas las células endoteliales-, presentando efecto “scatter”, movilizando las células y haciéndolas
invasivas31 .
La migración de las células es un fenómeno complejo
en el cual se necesita la intervención de moléculas de adhesión, tal como lo es la 5; también de factores de de-
Arvelo y Poupon
gradación, como el activador del plasminógeno63 . Aquí es
importante destacar que fragmentos de la matriz extracelular, liberados de la degradación enzimática del estroma,
estimulan la motilidad celular50;8
4. Células Metastásicas Circulantes
La presencia en la circulación sanguínea o linfática de
células tumorales ha sido demostrado, siendo un fenómeno posible en la medida que el tumor primario desarrolle
una neo-angiogénesis17;41;60 . Las células tumorales producen factores angiogénicos que tienen la capacidad de
inducir nuevos vasos sanguíneos, destacando el melanoma, que ilustra perfectamente esta etapa y en la cual su
pronóstico depende del tamaño del tumor primario, ya que
con un diámetro inferior a 0.76 mm son avasculares y no
metastáticos, mientras un diámetro superior a 0.9 mm ya
presenta neo-vascularización y la posibilidad de estar asociado a la metástasis es muy alta. Estas observaciones se
extienden a otros tumores, tales como el carcinoma in situ
de vejiga, riñón y cuello de útero, que permanecen avasculares y de diámetro pequeño durante muchos años. El
aumento de crecimiento determina la invasión local y diseminación metastásica, que caracteriza a la etapa maligna;
siendo por ello que en carcinomas avanzados es concomitante a la aparición de micrometástasis. Esto hace pensar
que el fenómeno de latencia de ciertas metástasis, algunas veces silenciosas durante años, son explicadas por su
incapacidad de promover la angiogénesis, aparte de que
las células tumorales circulantes presentan una viabilidad
y una capacidad de proliferación frecuentemente limitada.
El proceso de angiogénesis tumoral es producto de un
equilibrio entre la elaboración de varios polipéptidos con
acción angiogénica por parte de las células normales y
tumorales. Al igual que otras células normales embrionarias y adultas, las células endoteliales realizan fenómenos activos de remodelación de matrices tisulares para
crear nuevos vasos sanguíneos. Esta remodelación suele acompañar a aquellas que efectuan las propias células
cancerosas durante la invasión tumoral e intravasión. Los
nuevos capilares en proliferación tienen membranas basales fragmentadas y son porosos, lo que permite la penetración de las células tumorales con más facilidad que
en los vasos maduros. Diversos productos proteicos inducen el crecimiento de las células endoteliales en el seno
de una masa neoplásica. El más estudiado de los factores
angiogénicos y el que genera la respuesta más prominente es una variante del factor de crecimiento fibroblástico,
el bFGF (basic fibroblast growth factor) . Otras moléculas,
como EGF (epidermal growth factor) , TGFa (transforming
growth factor-) , HGF (hepatocyte growth factor) , PDGF
(platelet-derived growth factor) , factor VIII de la coagulación , Interleuquina 4 y VEGF (vascular endotelial growth
factor) 18;66;28
Por otra parte es necesario considerar que si las células están adaptadas a un crecimiento en contacto con un
sustrato, ellas no crecen en suspensión y su sobrevivencia depende de la capacidad de resistir a las agresiones
307
Aspectos de la metástasis cancerosa
mecánicas, como choques debido a la presión sanguínea,
elongación y fricción en los capilares sanguíneos. Weiss61
demostró que solo una fracción de células tumorales sobrevive a este tipo de condiciones y que estas células resistentes muestran un elevado potencial metastásico. Aquí
resalta que la agregación plaquetaria es aprovechada por
las células tumorales tanto para protegerse de las agresiones mecánicas como el adherirse a las paredes de los
vasos sanguíneos, además de protegerse de la toxicidad
de los linfocitos NK. Estos últimos pueden lisar las células tumorales reconociéndolas como anormales, per se y
estar anormalmente presentes en el compartimiento sanguíneo, pensándose que las células metastásicas son por
tanto sensibles a la toxicidad por parte de las células NK;
ya ha sido demostrado que la estimulación del sistema inmunitario por el interferón reduce la capacidad de formar
metástasis21 .
5. Resistencia a la Anoïkis
Las células normales, epiteliales y endoteliales, cuando
pierden contacto con las proteínas de la matriz extracelular, activan una forma de apoptosis denominada “anoïkis”
(figura 6) . Se sabe que la interacción de las integrinas con
la matriz extracelular activa kinasas especificas de la placa de adhesión focal FAK (Focal Adhesión Kinase) tal como la tirosinquinasa, lo cual hace que tal fosforilización se
oponga al desencadenamiento de señales apoptótica que
se generan por la perdida de contacto19 ; haciendo pensar
que la sobrevivencia de las células tumorales circulantes
es debido a una resistencia al fenómeno de anoïkis.
A propósito de este fenómeno hay que señalar que existe una verdadera conexión entre la matriz extracelular y
el citoesqueleto celular, a través de un mecanismo conocido como adhesión focal, que es un elemento dinámico
de unión. Las adhesiones focales sirven como estructuras
de soporte para permitir la unión del filamento terminal de
actina intracelular con la matriz extracelular. Además de la
actina, en estas uniones participan una serie de proteínas
estructurales como la alfa-actinica, vitronectina, vinculina,
tensina, talina, que constituyen un complejo receptor integrina que actúa también como unidad señalizadora20;30 .
6. Implantación en un órgano blanco
La adhesión de las células metastásicas en los tejidos
de un órgano se lleva a cabo en el momento en que mecánicamente exista una disminución del flujo sanguíneo, específicamente dentro de un capilar, permitiendo así a las
células tumorales establecer contacto directo con el sustrato, teniendo así acceso realmente a dos tipos diferentes
de sustrato: las células endoteliales y la membrana basal
subyacente, donde la adhesión heterotípica entre las dos
células ínteractuantes se realiza por la presencia de estructuras moleculares presente en una de ellas, mientras
que la otra presenta un receptor. Estudiando estos fenómenos se ha puesto en evidencia un alto nivel de expresión del CD44 o receptor del ácido hialurónico en célu-
las del cáncer del colon, por lo que se le ha considerado
un marcador para el pronóstico de la enfermedad en el
paciente26;49 .También se ha encontrado que el antígeno
carcinoembriónico (ACE) está implicado en la formación
de metástasis hepáticas. Por otra parte, la adhesión de la
célula tumoral sobre un sustrato no celular necesita la expresión de una molécula que tenga afinidad por uno de los
componentes del sustrato, tal como las integrinas que interactúan con componentes de la membrana basal. Estas
integrinas están formadas por dos subunidades y , ambas con un dominio citoplasmático y un dominio extracelular (figura 7) , donde las dos cadenas unidas forman un sitio receptor que interactúa con un péptido RGD (argininaglicina-ácido aspártico) presente en la laminina, fibronectina y la vitronectina, todos componentes de la membrana
basal25 ; dentro de estos mecanismos de interacción hay
que señalar que también las lectinas pueden servir igualmente como moléculas de adhesión. En la mecánica de
estos fenómenos de contacto la interacción entre los residuos de azúcar van a permitir el reconocimiento entre las
membranas celulares, destacando por ejemplo la galactosa, que está frecuentemente implicada en la formación de
metástasis hepáticas11 .
7. Crecimiento de la Metástasis
La proliferación de las células malignas en un órgano invadido puede ocurrir una vez que llegan las células al nuevo ambiente, con una dinámica de proliferación espontánea. Por otra parte, la preferencia de las células tumorales
por ciertos órganos32 está relacionada con otros mecanismos o condiciones que hacen posible un ambiente más
propicio para el crecimiento de los focos metastásicos, así
podemos tener las siguientes dos condiciones: a) vascularización del órgano blanco que asegura un abundante
abastecimiento sanguíneo60 ; b) presencia de factores de
crecimiento tisulares sintetizados in situ.
En contraposición a la proliferación inmediata que se observa en ciertas metástasis contrasta con el retardo de la
proliferación metastásica que se observa en ciertos tumores, planteando las dos preguntas siguientes: ¿La ausencia de proliferación es dependiente de factores inhibitorios
de crecimiento? ¿La iniciación de la proliferación, después
de un largo período de latencia, está relacionada bien sea
a una activación de la inhibición o a la activación de un
control positivo?. Para dar respuesta a las mismas, debemos considerar que las células tumorales metastásicas
son sensibles a numerosos factores de crecimiento, tanto
circulantes como tisulares y entre estas tenemos las citoquinas, que estimulan el crecimiento y que pueden originarse en las células endoteliales y macrófagos, tal como
es el caso de las interleukinas 1, ó en el caso de los fibroblastos con la interleukina 614 o también pueden producirse en las células del órgano invadido52 . Por otra parte, las
citoquinas inhibidoras del crecimiento tales como TGF
o TNF podrían influenciar el crecimiento de estas células malignas, manteniéndolas aisladas en forma de micrometástasis. Todos estos conocimientos alcanzados abren
308
perspectivas a todos los niveles, faltando todavía por explorar el papel terapéutico de estas citoquinas, ya que la
ambigüedad de sus efectos, algunas veces actuando como estimuladores y otras veces actuando como inhibidores, hacen de estas especies moleculares un instrumento
de difícil manejo por ahora.
8. Papel del sistema inmunológico del hospedador
El sistema inmunológico juega un papel relevante en la
prevención de la metástasis, teniendo como una de sus
funciones la eliminación tanto de las células tumorales
circulantes como de las micrometástasis; sin embargo y
pese a las evidencias de una respuesta hacia las células transformadas, usualmente el crecimiento de los focos tumorales indica que existe una falla de la vigilancia
inmunológica1 . Existen muchos problemas por resolver,
pero ya se conoce lo suficiente como para saber el papel que juegan algunos de los elementos celulares inmunológicos, comprendiendo los linfocitos T, linfocitos NK y
los macrófagos. En el caso de los linfocitos T, por ejemplo,
estos reconocen los epitopes (antígenos) celulares cuando ellos están asociados a los antígenos de histocompatibilidad (HLA) y sumado a ello, en la interacción entre la
célula tumoral y el linfocito, están implicadas igualmente
moléculas de adhesión, tal como es el caso del determinante molecular B747 . Se ha observado que cuando existe una represión en la expresión de HLA ó disminución
en la expresión de B7, no hay reconocimiento antigénico
por parte de los linfocitos T ; además en el caso de represión de HLA, las células tumorales deben ser reconocidas
por los linfocitos NK, sin embargo, las experiencias muestran que la capacidad de lisis por parte de estos linfocitos
es muy limitada, con la consecuente formación de metástasis. Además la defectuosa expresión de determinadas
moléculas de adhesión, por parte de una célula tumoral,
puede tener implicaciones inmunológicas importantes, ya
que pueden convertirse en células capaces de evadir los
mecanismos normales de linfotoxicidad. Así, las células
del linfoma de Burkitt son resistentes a la lisis mediada por
linfocitos T citotóxicos debido a la baja expresión del LFA1 (antígeno asociado a función leucocitaria) . En cuanto a
los macrófagos, su estimulación, por numerosos agentes,
muestran una efectiva capacidad en reducir la formación
de metástasis16 .
9. Ambiente o “Ecosistema” Metastásico
El sitio de implantación de las células metastásicas depende de algunos factores entre los que destaca la localización del tumor primario y las vías de dispersión,
que pueden ser linfáticas o venosas. Las metástasis son
más frecuentes en algunos órganos blanco, destacando
los más vascularizados, sin embargo, es evidente por los
estudios ya establecidos, que este factor no es siempre
determinante, ya que las células tumorales circulantes establecerán una colonización metastásica si ellas encuentran, en el sitio de implante, los diferentes factores necesa-
Arvelo y Poupon
rios para su adhesión y proliferación; de existir estas condiciones, se constituiría un medio ambiente propicio para
la proliferación y desarrollo de las células emigrantes que
pudiéramos llamar “ecosistema metastásico”7
LA METASTASIS OSEA COMO EJEMPLO DE ESTE FENOMENO
Un considerable número de tumores tiene preferencia
de formar metástasis en la médula ósea, lo cual pudiera indicar que este ambiente constituye uno de los medios más
favorables para el crecimiento de las células tumorales40
, conociéndose también que la médula ósea, sitio donde
se realiza la hematopoyesis, es rica en factores de crecimiento. Por otra parte no se conoce, hasta el presente,
cuales son los mecanismos biológicos que son determinantes para el señalado tropismo por establecerse en la
médula ósea que presentan muchas células tumorales.
En el caso del cáncer de mama, las células metastásicas interactúan con los osteoclastos, que son estimulados por la hormona PTH-rP (peptide parathyroid hormonerelated peptide) ; mientras en el caso del cáncer prostático,
las células metastásicas estimulan a los osteoblastos con
la consecuente formación de hueso. La síntesis de PTHrP, en el hueso, es estimulada por factores de crecimiento,
entre los cuales podemos mencionar el TGF- ; en este
caso se establece un círculo vicioso en el cual las células
tumorales producen la hormona que estimula a las células óseas a sintetizar factor de crecimiento, que aumenta
la síntesis de la hormona creando un sistema cerrado de
retroalimentación (Figura 8) . Experimentalmente es posible bloquear la síntesis de PTH-rP por parte de las células tumorales, inhibiendo la señalización dependiente de
TGF- , transfectando con un vector de expresión portador
de un TGF- mutado64 .
Por otra parte, dentro de los mecanismos que actúan e
interactúan en estos procesos, los osteoclastos son inhibidos por los bisfosfonatos; agentes que ejercen un efecto inhibitorio sobre el crecimiento de las células tumorales. Además, se ha demostrado un efecto potenciador de
los bisfosfonatos y un inhibidor de las metaloproteasas
MMP265 .
Actualmente se están llevando a cabo investigaciones
para la búsqueda de marcadores biológicos que indiquen
la capacidad de formar metástasis en los huesos a partir de tumores primarios de cánceres de mama y próstata. La BMP2 (Bone Morphogenetic Protein) estimula experimentalmente la síntesis de otros BMP así como de la
osteocalcina, osteopontina, BSP (Bone Sialoprotein) y la
diferenciación ósea de los osteoblastos fetales39;12 donde
la expresión de las BSP está asociada a la capacidad de
originar metástasis ósea en el cáncer de la mama5 .
GENERACION DEL PROCESO METASTASICO
La formación de metástasis necesita de la expresión de
un conjunto de propiedades de las células tumorales24 ,
Aspectos de la metástasis cancerosa
generalmente relacionadas a cambios en la expresión de
genes y muy excepcionalmente a alteraciones genéticas y
que tienen como característica, general, ser redundantes.
Inestabilidad Genómica
Es probable que en la generación del potencial metastásico intervengan un conjunto de genes -no siendo responsabilidad exclusiva de un solo gen , estando por tanto
íntimamente asociado a la inestabilidad genética, siendo
característica propia a la transformación maligna. Las bases moleculares de la inestabilidad genómica son objeto
de intensas investigaciones, sabiéndose ya, por ejemplo,
que ciertos genes, particularmente los antioncogenes, son
responsables de una notoria inestabilidad o de una intensificación de la inestabilidad. Tal caso es ejemplarizado
por ciertas mutaciones del gen p53, las cuales hacen que
no cumple con su papel de guardián del genoma y permite que la célula continué a través del ciclo celular con
su ADN alterado34 ; Estas inestabilidades genómicas se
traducen en alteraciones cromosómicas que acompañan
de una forma constante a la progresión tumoral, como se
ha podido constatar por las diferentes investigaciones ya
realizadas13 .
Inestabilidad Cromosómica
El examen de los cariotipos de los tumores sólidos avanzados muestran que la evolución hacia la malignidad se
realiza a través de etapas sucesivas de rearreglos cromosómicos como lo son delecciones, endoreduplicaciones y
perdida de fragmentos de cromosomas15 . La hipótesis actual postula que la adquisición del potencial metastásico
resulta de la combinación de la expresión de diferentes
genes en un contexto de acumulaciones de cambios genéticos y celulares; esta hipótesis señala la diversidad de genes activos en el curso del proceso metastásico, que ellos
se expresan simultáneamente, y que solo sería suficiente un cambio para que se logre una transición, que haga
posible que una célula adquiera capacidad metastásica.
La capacidad metastásica en una población de células tumorales se origina espontáneamente y fue Hill29 quien demostró la naturaleza mutacional de la generación del potencial metastásico, demostración que se realizó utilizando el análisis de fluctuación descrita por Luria y Delbrück
en 194335 . Este análisis se fundamenta en el principio que
expresa que cuando un evento -en este caso la adquisición del potencial metastásico- es poco frecuente, donde
además el tamaño de la población celular inicial es pequeño, tal evento es estadísticamente ausente. Si el evento se
produce espontáneamente y al azar, debido a una mutación genética, el evento aparece muy temprano en cierto
número de células en el curso de su expansión y más tarde en otras, definiendo así una variabilidad de expresión
del fenómeno en la descendencia de las células. Así, si se
dejan proliferar los clones, estos terminaran siendo metastásicos, poniéndose en evidencia que la adquisición de
309
la capacidad metastásica está determinada por una mutación genética. Por otra parte, también se ha puesto en
evidencia que una frecuencia de mutación muy elevada
como lo es 10 4 a 10 5 cercano a las frecuencias de amplificación genética, es incompatible con un mecanismo de
mutación puntual, donde la frecuencia es de 10 8 a 10 9 .
Además, ello ha demostrado que la tasa de mutación espontánea en las líneas metastásicas es más elevada que
en las líneas celulares poco metastásicas. Esta demostración ha conducido a evidentes conclusiones para los enfoques clínicos: estadísticamente, para un tipo particular
de cáncer, mientras más grande es el tamaño del tumor
primario, más grande será el chance de generar variantes
metastásicas, mientras que si el tumor es de tamaño pequeño, hay mas probabilidades de encontrarlo localizado.
Este modelo de evolución que genera una heterogeneidad
tumoral es paralelo al descrito por Goldie con respecto a
la aparición de variantes quimioresistentes e igualmente
muy relacionado a las mutaciones22;23 .
GENES RELACIONADOS CON EL MECANISMOS DE LA
METASTASIS
La migración de las células cancerosas es un requisito
indispensable que sigue a la degradación proteolítica de
matrices tisulares en el avance de la cascada metastásica.
Muchos modelos de animales de cáncer revelaron la presencia de ciertos factores con la capacidad de estimular
o inhibir la motilidad celular. Estos factores con frecuencia
se expresan de forma aberrante en los tejidos neoplásicos dando cabida a un terreno fértil para las migraciones
celulares que caracteriza la invasión tumoral primaria. Por
otra parte se identificó y secuenció una nueva molécula
de timosina, la 15 que estimula la motilidad de las células neoplásicas prostáticas. La expresión de esta molécula se correlaciona muy estrechamente con la producción
de metástasis experimentales en animales de laboratorio.
Además, el bloqueo específico de la síntesis de timosina
15 mediante oligonucleotidos antisentido previene el desarrollo de metástasis. Se reportó que la timosina 15 no
se expresa en células epiteliales prostáticas normales ni
en neoplasias benignas del mismo origen; por el contrario,
su expresión es muy significativa en tejidos malignos38;59
Por otra parte, debido al papel de las distintas proteínas
en la diseminación del cáncer, se ha comenzado a reconocer la existencia de verdaderos “ metastogenes”, es decir
genes que codifican proteínas y enzimas que promueven
la invasión tumoral y metástasis, en lugar de fomentar el
crecimiento neoplásico como lo hacen los oncogenes. Como contrapartida, también se han descrito genes supresores de la metástasis, que corresponden a genes normales
que codifican proteínas que modulan la adhesión, invasión
o migración de las células, adecuándolas a las necesidades orgánicas. Se ha descrito un gen en el brazo corto
del cromosoma 11 que cumple con los requisitos para ser
aceptado como un gen supresor de la metástasis en células prostáticas.
310
Arvelo y Poupon
El nuevo gen es conocido como KAI-1, y el cual introducido en células de carcinoma prostático de rata, reduce significativamente la capacidad metastásica de las
mismas cuando son inoculadas en animales. El gen KAI1 se encuentra muy conservado desde el punto de vista evolutivo y su expresión es relevante en muchos órganos y tejidos, particularmente en próstata, pulmón, hígado, riñón, médula ósea y placenta44 El gen nm23 supresor de la metástasis presenta una reducida expresión en
células de melanoma altamente metastásicas comparadas con células de bajo potencial metastásico53 . En humanos se han identificado dos genes con propiedades
supresoras, nm23-H1 y nm23-H2; células de cáncer de
mama transfectadas con nm23-H1 reducen su potencial
metastásico54 .
tástasis, el cual es el resultado de una coordinación lógica.
Algunas observaciones apoyan esta hipótesis, como es el
caso del estudio de las MMP, que tienen función enzimática y pueden actuar como factores de crecimiento, estando
igualmente implicados en la motilidad interactuando con
las integrinas. En la segunda hipótesis, el conjunto de propiedades que llevan a la metástasis sería dirigido por los
genes Homeóticos HOX , los cuales funcionan en el curso
de la embriogénesis determinando la posición de las células tumorales en el espacio y el tiempo. De esta manera la
formación de metástasis podría resultar en una alteración
del control de la expresión de los genes HOX45;57;10 .
METASTASIS: ¿AZAR O SELECCION? UNA HIPOTESIS
PARA LA INTERPRETACION
Recientes resultados, de múltiples laboratorios, han demostrado que el microambiente de un órgano en particular
puede influenciar profundamente el fenotipo de las células
tumorales. Esto apoya la hipótesis de Paget, en la cual el
microambiente del órgano (the soil) puede influenciar la invasión, implantación, , supervivencia y crecimiento de células tumorales en particular (the seed) . Además de ello,
el proceso metastásico necesita también de una serie de
cambios en la biología de las células que implican tanto
una o varias mutaciones genéticas, como de la adquisición de nuevas propiedades celulares, más la constitución
de un microambiente. A pesar de los grandes avances que
se han realizados hasta el presente, se plantean múltiples
caminos posibles y numerosas interrogantes en el orden
genético, molecular y de mecanismos que puedan llevar a
comprender diferentes facetas de la progresión tumoral y
conducir a nuevos y necesarios progresos en el ámbito de
lo clínico, particularmente definiendo nuevos marcadores
pronósticos orientados hacia nuevas vías terapéuticas.
La combinación e implicación de genes que permiten a
una misma célula cumplir por completo con el proceso metastásico, es particularmente complejo, siendo además un
evento raro y un producto del azar29 .El mismo hecho de
la frecuencia de aparición de la metástasis sugiere que la
asociación de las diferentes propiedades necesarias para el éxito de la implantación a distancia no se realiza al
azar, a pesar de que algunos autores defienden la hipótesis estocástica, donde el órgano blanco seleccionaría las
células del tumor primario liberadas al azar con la consecuente formación de metástasis (Figura 9) .
Actualmente son discutidas otras dos hipótesis, las cuales tienen en cuenta la implicación de determinantes moleculares. La primera de ellas sería la que postula que la
activación de un determinante, que activaría secuencialmente otro determinante y por ende la formación de me-
CONCLUSION
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