Biologia da célula neoplásica e interacção com o hospedeiro

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1 Mestrado em Oncologia Unidade Curricular: BIOPATOLOGIA Biologia da célula neoplásica e interacção com o hospedeiro Rui Henrique Serviço de Anatomia Patológica e Centro de Investigação Instituto Português de Oncologia do Porto Francisco Gentil, E.P.E. & Departamento de Patologia e Imunologia Molecular Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar Universidade do Porto Neoplasia: conceitos fundamentais Resumo: Conceitos básicos (neoplasia, hiperplasia, metaplasia e displasia) Classificação: critérios e nomenclatura Carcinogénese química, física e biológica Biologia da célula neoplásica

2 Biologia da célula neoplásica Neoplasia benigna vs. Neoplasia maligna História natural das neoplasias Na maioria das neoplasias malignas é possível identificar quatro fases de desenvolvimento: Transformação (iniciação + promoção) Crescimento Invasão local Metastização

3 Transformação É o processo que conduz à formação de uma neoplasia a partir de células normais Requer a acção de agentes tumorigénicos (iniciação e promoção) É um processo relativamente longo na maioria dos casos pois implica a aquisição de um número variável de alterações genómicas, as quais conferem capacidade de crescimento autónomo e vantagem selectiva às células neoplásicas Transformação Propriedades fundamentais das células neoplásicas malignas: Auto-suficiência de estímulos de crescimento Insensibilidade a sinais inibidores do crescimento Evasão da apoptose Defeitos na reparação do DNA Potencial replicativo ilimitado Angiogénese sustentada Capacidade de invadir e metastizar Evasão da imunidade e rejeição

4 Transformação As células neoplásicas possuem um grau de similaridade variável com as células normais do tecido em que se diferenciam (grau de diferenciação) Em regra, o processo de transformação conduz a uma perda de diferenciação, muitas vezes designada anaplasia Na prática, podemos afirmar que reconhecemos que uma célula foi transformada quando estas características se tornam aparentes Transformação Características morfológicas tradutoras de anaplasia: Pleomorfismo (celular e nuclear) Morfologia nuclear anormal Índice mitótico aumentado e mitoses atípicas Perda de polaridade Bizarria celular

5 Transformação Crescimento Conceptualmente, a mais pequena massa tumoral clinicamente detectável pesa 1g e contem cerca de 10 9 células neoplásicas, resultando de cerca de 30 ciclos de duplicação da população celular Para atingir o limite de massa compatível com a vida bastarão 10 ciclos adicionais Quando uma neoplasia é detectada clinicamente, já completou a maior parte do seu ciclo de vida!

6 Crescimento Crescimento Factores determinantes da taxa de crescimento tumoral: Tempo de duplicação celular Fracção de células neoplásicas no compartimento replicativo Taxa de morte / eliminação celular Estes factores influenciam a velocidade de crescimento da massa tumoral e a sensibilidade do tumor aos agentes quimioterapêuticos

7 Crescimento Tempo de duplicação celular Embora as células neoplásicas entrem mais facilmente em divisão celular comparativamente às células normais, a duração do ciclo celular é semelhante Fracção de células neoplásicas no compartimento replicativo (fracção de crescimento) Nas fases iniciais, a maioria das células neoplásicas encontram-se no compartimento proliferativo À medida que o tumor cresce, a maioria das células deixa este compartimento Crescimento Fracção de células c neoplásicas no compartimento replicativo durante a evolução da neoplasia

8 Crescimento Taxa de morte / eliminação celular Para que um tumor cresça (taxa de crescimento), a taxa de proliferação celular tem que exceder a taxa de eliminação Frequentemente, existe uma relação directa entre a taxa de crescimento da neoplasia e o curso clínico da neoplasia Tumores com elevada taxa de proliferação tendem a ser mais quimiossensíveis, pois os agentes quimioterapêuticos agem, predominantemente, nas células em divisão celular activa Por norma, a taxa de crescimento dos tumores correlaciona-se com o seu grau de diferenciação Invasão local As neoplasias benignas crescem de forma expansiva, desenvolvendo uma cápsula conjuntiva e não infiltram os tecidos adjacentes Em contraste, as neoplasias malignas invadem e destroem os tecidos adjacentes Limites pouco definidos Dificuldade de excisão completa

9 Invasão local Fibroadenoma da mama Carcinoma da mama Invasão local No caso nas neoplasias epiteliais, a invasão da matriz extracelular (MEC) adjacente requer a infiltração e ruptura da membrana basal A invasão da MEC é um processo activo que pode ser esquematizado em 4 fases: Desadesivação celular Ligação aos componentes da MEC Degradação da MEC Migração das células neoplásicas

10 Invasão local Invasão local As células neoplásicas secretam enzimas proteolíticas ou induzem nas células do tecido conjuntivo (fibroblastos e macrófagos) a libertação de proteáses, entre as quais as metaloproteináses da matriz (MMP) MMP9 e MMP2 são colagenáses que degradam o colagéneo tipo IV das membranas basais epiteliais e vasculares Os produtos derivados da degradação do colagéneo e proteoglicanos possuem actividade quimiotáctica, angiogénica e promotora do crescimento celular, o que favorece a progressão das células neoplásicas

11 Invasão local Microambiente tumoral Para além das bem estabelecidas interacções entre as células tumorais e as células estromais, existe evidência que as células estromais podem transmitir sinais oncogénicos às células tumorais Eventualmente, as células estromais podem estimular o desenvolvimento de alterações genéticas que promovam a carcinogénese Invasão Local Microambiente tumoral Hanahan & Weinberg, 2010

12 Invasão local Angiogénese As neoplasias estimulam o crescimento de vasos sanguíneos, os quais são essenciais para a nutrição das células neoplásicas A neovascularização tem um efeito duplo na neoplasia: A perfusão fornece nutrientes indispensáveis ao crescimento tumoral As células endoteliais neoformadas estimulam o crescimento do tumor adjacente através da secreção de factores de crescimento (e.g., IGF e PDGF) Invasão local Angiogénese Como ocorre a angiogénese tumoral? Recrutamento de precursores de células endoteliais Crescimento a partir de capilares pré-existentes Contudo, os vasos neoformados são diferentes dos normais: Maior tortuosidade e irregularidade Maior permeabilidade ( VEGF) Crescimento contínuo

13 Invasão local Angiogénese Invasão local Angiogénese Na fase inicial, as neoplasias não induzem angiogénese, fazendo-o, apenas, a partir de certo momento (angiogenic switch) Este fenómeno corresponderá a um predomínio dos factores pró-angiogénicos (VEGF, HIF-1) sobre os antiangiogénicos (trombospondina 1), eventualmente mediado pela inactivação do gene TP53

14 Metastização Metástases: implantes tumorais em descontinuidade com o tumor primário Teoricamente, todas as neoplasias malignas possuem a capacidade de metastizar, com algumas, raras, excepções (e.g., gliomas e carcinomas basocelulares) Em regra, existe uma relação entre a capacidade de metastização e a taxa de proliferação celular da neoplasia À data de diagnóstico, cerca de 30% dos tumores sólidos (excluindo os tumores cutâneos não-melanoma) apresentam metástases Metastização Vias de disseminação Disseminação em cavidades e espaços serosos: Cavidade peritoneal (e.g., carcinoma do ovário, carcinoma gástrico, carcinoma do apêndice) conduzindo ao quadro clínico de carcinomatose peritoneal Pleura, pericárdio, espaço subaracnoideu, espaços articulares

15 Metastização Vias de disseminação Disseminação por via linfática: É a via mais comum de disseminação dos carcinomas O padrão de envolvimento dos gânglios linfáticos segue o traçado natural da drenagem linfática Contudo, pode ocorrer bypass de gânglios linfáticos regionais (devido a anastomoses veno-linfáticas, por exemplo) Aplicação destes conceitos: pesquisa do gânglio sentinela (cancro da mama, melanoma) Metastização Vias de disseminação Disseminação hematogénea É típica dos sarcomas, mas também ocorre com frequência nos carcinomas Em regra, as veias são mais susceptíveis, por apresentarem parede mais fina O fígado e o pulmão são as sedes mais frequentes de metástases com origem hematogénea A invasão preferencial, por vizinhança anatómica, dos plexos venosos paravertebrais pode explicar parcialmente a elevada frequência de metastização óssea vertebral por determinadas neoplasias (e.g., carcinoma da próstata, carcinoma da tiróide)

16 Metastização Metastização Disseminação vascular e homing Em circulação, as células neoplásicas são vulneráveis à destruição por mecanismos imunológicos e tendem a formar agregados celulares: Adesões homotópicas Adesões heterotópicas (plaquetas) Estes agregados parecem aumentar a sobrevivência e a implantibilidade das células neoplásicas

17 Metastização Disseminação vascular e homing O extravazamento dos êmbolos tumorais envolve: Adesão ao endotélio Passagem através da membrana basal Entre as moléculas relevantes neste processo conta-se a molécula de adesão CD44, expressa pelos linfócitos T normais, que se liga ao hialuronato No novo local, as células têm que proliferar, desenvolver o suprimento sanguíneo e evitar o sistema imunológico Metastização Disseminação vascular e homing

18 Metastização Disseminação vascular e homing As vias de drenagem não explicam totalmente a localização preferencial das metástases de diversas neoplasias O tropismo para determinados orgãos pode estar relacionado com: Presença de moléculas de adesão nas células tumorais cujos ligandos são expressos preferencialmente no endotélio de um determinado orgão Libertação de factores quimiotácticos por determinados tecidos, os quais tendem a recrutar células tumorais para esse local Em alguns casos, o tecido alvo pode constituir um ambiente hostil à colonização por células metastáticas Mecanismos de metastização

19 Células estaminais do cancro Classicamente, considerava-se que as neoplasias eram constituídas por uma população celular relativamente homogénea e que apenas nas fases mais avançadas da progressão adquiriam maior heterogeneidade por aumento da proliferação e da instabilidade genética, originando subpopulações clonais Células estaminais do cancro A heterogeneidade clonal é patente na diversidade morfológica intra-tumoral Mais recentemente, foi sugerida uma dimensão adicional de heterogeneidade intra-tumoral baseada na existência de células estaminais do cancro (CSCs)

20 Células estaminais do cancro Células estaminais do cancro As células estaminais/progenitoras dos tecidos normais possuem 2 características básicas: Capacidade de auto-renovação Capacidade de divisão celular assimétrica, gerando células com capacidade de diferenciação Tem sido proposta a existência de células estaminais do cancro, possuindo características semelhantes

21 Células estaminais do cancro As células estaminais do cancro podem ser identificadas através de: Capacidade de reconstituir novos tumores quando inoculadas em animais imunodeficientes Expressão de marcadores de superfície, muitas vezes presentes nas células progenitoras dos tecidos normais. Células estaminais do cancro Li et al., 2007 Os primeiros exemplos de células estaminais do cancro foram observados em leucemias mielóides agudas, sendo posteriormente identificadas em tumores sólidos.

22 Células estaminais do cancro Qual o origem destas células? Derivadas de células estaminais normais, através da aquisição de alterações genómicas que lhes conferem o fenótipo neoplásico Derivadas de células progenitoras diferenciadas que re-adquiriram a capacidade de auto-renovação Células estaminais do cancro As linhas de evidência mais sólida apontam para a possibilidade de as células estaminais do cancro terem origem em células progenitoras as quais foram o alvo do processo de transformação neoplásica Alguns estudos suportam a hipótese de a activação de oncogenes e a inactivação de genes supressores tumorais poderem causar desdiferenciação celular e induzir a reprogramação como células estaminais pluripotenciais O mecanismo pode ser variável em função do tecido onde tem origem a neoplasia

23 Células estaminais do cancro Implicações terapêuticas Estados de transição entre epitélio e mesênquima: EMT e MET As transições entre epitélio e mesênquima são processos conservados evolutivamente, inicialmente descritos no contexto do desenvolvimento embrionário: Céls epiteliais: funções de barreira e secreção, com polarização baso-apical, estabelecida por junções intercelulares Céls. mesenquimatosas: funções de suporte e ancoragem, com papel relevante na reparação tecidular

24 Estados de transição entre epitélio e mesênquima: EMT e MET Estados de transição entre epitélio e mesênquima: EMT e MET Actualmente, consideram-se três subtipos de EMT: Tipo 1 associada com a implantação, embriogénese e organogénese Tipo 2 associada com regeneração tecidular e fibrose Tipo 3 associada com progressão neoplásica

25 Estados de transição entre epitélio e mesênquima: EMT e MET Transições epitélio-mesênquima e Cancro Os processos são semelhantes aos verificados no desenvolvimento embrionário mas ocorrem em células com alterações genómicas que perdem progressivamente a capacidade de responder a estímulos reguladores do crescimento, evoluindo em função da instabilidade genética e epigenética inerente às células neoplásicas

26 Transições epitélio-mesênquima e Cancro Transições epitélio-mesênquima e Cancro No Cancro, as transições epitéliomesênquima estão envolvidas em: Heterogeneidade celular intratumoral Aquisição de características de células estaminais Invasão tecidular Metastização Aquisição de resistência à terapêutica

27 Mecanismos de activação EMT 1. Vias de sinalização: - TGFbeta - Wnt - Notch - Receptores de tirosina cináse 2. Hipóxia 3. Interacções epitélio-estroma 4. mirnas Polyak & Weinberg, 2009 Mecanismos de activação EMT Lee et al., 2006

28 EMT, heterogeneidade tumoral e aquisição de características de células estaminais do cancro Singh & Settleman, 2010 EMT, invasão local e metastização Polyak & Weinberg, 2009

29 EMT e resistência à terapêutica A terapêutica do cancro associa-se frequentemente a duas formas major de resistência: De novo (tumores refractários desde o início) Adquirida (inicialmente sensíveis) O estado de diferenciação celular tumoral poderá contribuir para a resistência, sendo que a EMT contribui para a emergência de elementos celulares menos diferenciados EMT e resistência à terapêutica Singh & Settleman, 2010

30 Qual a relevância da EMT? Polyak & Weinberg, 2009 Imunidade e cancro Imunovigilância: a função normal do sistema imunitário consistirá na vigilância de todo o organismo, com vista à detecção e destruição de células neoplásicas na sua fase inicial de desenvolvimento Com base neste conceito, o desenvolvimento de uma neoplasia resultaria de uma diminuição de função do sistema imunitário e/ou da capacidade de a célula neoplásica escapar a essa vigilância

31 Imunidade e cancro Antigénios tumorais Imunidade e cancro Mecanismos efectores anti-tumorais A imunidade mediada por células é o mecanismo anti-tumoral dominante: Linfócitos T citotóxicos: importantes nas neoplasias associadas a vírus (EBV, HPV) Células NK: capazes de destruir células neoplásicas em primeira linha, sem necessidade de sensibilização prévia Macrófagos: podem colaborar com linfócitos T e células NK Anticorpos: não há evidência de efeito protector de anticorpos anti-tumorais (como vacina ), mas anticorpos monoclonais dirigidos contra moléculas de superfície de células neoplásicas são já utilizadas na clínica (anti-cd20 em alguns linfomas de células B)

32 Imunidade e cancro Mecanismos de evasão ao sistema imunológico Efeitos do tumor no hospedeiro Efeitos locais e hormonais A compressão e/ou erosão dos tecidos adjacentes pode desencadear hemorragia, sintomas compressivos, perda de função, etc. Podem causar graves complicações sob o ponto de vista clínico, mesmo no caso de neoplasias benignas (adenomas da hipófise)

33 Efeitos do tumor no hospedeiro Caquexia tumoral Reflecte-se na perda progressiva de tecido adiposo e tecido muscular, acompanhada de profunda astenia, anorexia e anemia Resultará, essencialmente, da acção de factores humorais (e.g., citoquinas como TNF, IL-1, IFN-γ), produzidas pela neoplasia e/ou hospedeiro em resposta ao tumor Efeitos do tumor no hospedeiro Síndromes paraneoplásicos Complexos sintomáticos que ocorrem em pacientes com cancro e que não resultam de acção local ou à distância, nem da produção hormonal própria do tecido onde o tumor teve origem Ocorrem em cerca de 10% dos pacientes com cancro Podem constituir a manifestação inicial de uma neoplasia oculta Exemplos: hipercalcémia, trombose venosa profunda, miastenia, secreção inapropriada de hormona antidiurética (SIADH)