CARATTERISTICHE GENERALI DEL GLIOMA

Transcript

1 CARATTERISTICHE GENERALI DEL GLIOMA I gliomi sono i più comuni tumori maligni del sistema nervoso centrale (CNS) nell uomo e sono particolarmente difficili da trattare a causa della loro elevata malignità ed invasività, angiogenesi, inibizione delle risposte immunitarie e mancanza di una terapia efficace. Tra i gliomi, il glioblastoma multiforme (GBM) è il più comune e il più aggressivo, poiché presenta particolare tendenza all invasione e alla proliferazione. Con lo sviluppo di nuove conoscenze nell ambito della biologia molecolare di questi tumori sono stati fatti negli ultimi 10 anni notevoli passi avanti nella comprensione dell oncogenesi, dell invasione, e della proliferazione del glioma. Attualmente i gliomi sono classificati in diversi gradi in base al tipo e alla morfologia delle cellule che costituiscono il tumore, in base al livello di proliferazione endoteliale e di necrosi associate al tumore. Questo sistema fornisce uno schema di classificazione 8

2 dei tumori che, in molti casi, correla con il loro comportamento, anche se in ogni grado ci possono essere sottotipi che si comportano diversamente. Classificazione Il sistema di grading più largamente utilizzato per classificare i gliomi è la classificazione WHO (World Health Organization), che si basa sui seguenti criteri: grandezza delle cellule, grado di pleomorfismo cellulare (citoplasmatico e nucleare), attività mitotica, grado di proliferazione e necrosi dei periciti e dell endotelio microvascolare (Vandenberg and Lopes, 1999). In base a questo sistema i tumori gliali possono essere suddivisi in quattro gradi clinicamente distinti. Il grado quattro corrisponde al glioblastoma multiforme (GBM), che è il più aggressivo e viene anche definito glioma di grado elevato, insieme all astrocitoma anaplastico (grado III). I gliomi di grado basso sono invece suddivisi in tre sottogruppi: astrocitoma, oligodendroglioma e glioma misto (grado II) (Kleihues et al., 1993). I tumori gliali di grado I includono lo xantoastrocitoma pleomorfico, 9

3 l ependimoma e il subependimoma, ma sono forme tumorali adulte piuttosto rare. I gliomi adulti di grado basso hanno solitamente una localizzazione sopratentoriale e sono tumori molto ben differenziati, privi dei segni istologici tipici dell elevata malignità come mitosi, proliferazione delle cellule endoteliali e necrosi (McLendon et al., 1998) In accordo con i criteri istopatologici della classificazione WHO, i gliomi di grado II presentano soltanto un moderato pleomorfismo nucleare, mentre gli astrocitomi di grado III sono caratterizzati da un aumento nelle dimensioni cellulari e da una elevata atipia cellulare. Infine, i tumori gliali di grado IV, a differenza degli astrocitomi di grado III, presentano un aumento della grandezza cellulare e un aumento della proliferazione endoteliale e della necrosi (Nelson et al., 1983; Burger et al., 1985; Davis, 1989). I gliomi di grado basso che colpiscono principalmente i bambini e i giovani, come l astrocitoma pilocitico e i gliomi del tronco cerebrale, mostrano di solito comportamenti clinici e biologici diversi: questi tumori hanno un potenziale invasivo piuttosto limitato ed una minore capacità di trasformazione maligna. 10

4 Glioblastoma multiforme e astrocitoma anaplastico Il glioblastoma multiforme (GBM) e l astrocitoma anaplastico sono classificati come gliomi di grado elevato e rappresentano un problema attualmente irrisolto per la neurooncologia: la sopravvivenza media per questo tipo di tumore è di 9-12 mesi sia per i pazienti trattati chirurgicamente sia per quelli trattati con radioterapia o chemioterapia, con un tasso di sopravvivenza a 5 anni che varia dal 10 al 35% per l astrocitoma anaplastico e che è prossimo allo 0% per il glioblastoma (Valtonen et al., 1997; Nelson et al., 1993). Il GBM è il più aggressivo tra i tumori gliali: esso può nascere come tumore primario o può evolvere a GBM da uno dei gliomi di grado basso (secondario). Numerose sono le varianti istopatologiche del GBM, come il glioblastoma a cellule giganti e il gliosarcoma delle cellule fusate: in ogni caso, caratteristiche comuni a tutti i tipi di GBM sono pleomorfismo cellulare e nucleare, proliferazione microvascolare e necrosi. La maggior parte dei GBM esprimono markers di differenziazione astrocitica, come la proteina gliale fibrillare acida (glial fibrillary acid 11

5 protein, GAFP) o la proteina S-100β (Tascos et al.,1982; Kimura et al.,1986). Astrocitoma Il più comune astrocitoma negli adulti è l astrocitoma diffuso, che tipicamente colpisce nella terza o quarta decade di vita. Questi tumori appaiono come lesioni diffuse e possono erroneamente essere confusi con lesioni ischemiche. A livello microscopico gli astrocitomi diffusi sono suddivisi in tre diversi tipi, in base al tipo di astrocita da cui deriva la cellula tumorale: fibrillare, protoplasmico o gemistocitico. Questa sottoclassificazione è su base morfologica, ma presenta dei risvolti prognostici in quanto è generalmente accettato che l astrocitoma gemistocitico ha una maggiore tendenza a subire una rapida trasformazione in senso maligno (Shaw et al.,1997). Nonostante la massa tumorale sia a volte molto estesa, l unico sintomo riscontrato in pazienti affetti da astrocitoma diffuso è la presenza di crisi epilettiche: la massa tumorale non presenta conseguenze sintomatiche nella fase iniziale e la sua scoperta è in molti casi accidentale. Tuttavia, la 12

6 maggior parte degli astrocitomi diffusi evolvono a gliomi altamente maligni e tra tutti i pazienti affetti da gliomi di grado basso, quelli affetti da astrocitoma di grado II presentano il più elevato rischio di trasformazione maligna. Il tasso di sopravvivenza a 5 anni per i pazienti affetti da questo tipo di tumore viene stimato intorno al 50% (Shaw et al., 1997) e in alcuni casi la progressione tumorale si manifesta con un aumento della massa tumorale senza alcun segno della trasformazione maligna delle cellule. Oligodendroglioma Gli oligodendrogliomi colpiscono intorno alla terza o quarta decade, ma sono una forma tumorale meno comune degli astrocitomi diffusi. A livello microscopico gli oligodendrociti neoplastici sono riconoscibili per la presenza di un caratteristico alone perinucleare e per l assenza della colorazione immunoistochimica per la proteina gliale acida (GAFP). Questi tumori possono presentare capacità di infiltrazione, anche se in molti casi sono molto ben definiti e circoscritti. I pazienti affetti 13

7 da oligonendroglioma hanno una prognosi piuttosto buona rispetto ai pazienti con astrocitoma, con una sopravvivenza a 5 anni stimata intorno al 70-80% (Cairncross, 1997). Il tumore può rimanere indolente per anni e sono stati segnalati casi di prolungata sopravvivenza (tre o quattro decadi); tuttavia, un numero elevato di pazienti sviluppa nel corso degli anni una forma tumorale più aggressiva, con caratteristiche cliniche e istologiche tipiche dell oligodendroglioma anaplastico; inoltre è possibile che si verifichi una trasformazione maligna in glioma misto o astrocitoma anaplastico, suggerendo che le cellule tumorali con una più alta potenzialità maligna sono derivate dalla presenza di una linea neoplastica di astrociti GAFP-positivi o da cellule staminali con caratteristiche di astrociti. Glioma misto La presenza di gliomi misti evidenzia il fatto che cellule neoplastiche con diversi fenotipi gliali possono esistere all interno dello stesso tumore: i tumori misti presentano infatti sia oligodendrociti che astrociti neoplastici. 14

8 A livello clinico questi tumori si comportano come astrocitomi diffusi, con un più elevato rischio di trasformazione maligna rispetto agli oligodendrogliomi (Gutierrez, 1999). La diagnosi di questi tumori è basata su criteri istopatologici, poiché essi non sono radiologicamente distinguibili dai gliomi di grado basso. I gliomi misti possono progredire a gliomi di grado elevato e nella maggior parte dei casi diventano morfologicamente indistinguibili dagli astrocitomi anaplastici, il che suggerisce che la trasformazione maligna sia guidata dalla componente astrocitica del tumore misto. Altri tipi di glioma Gli ependimomi sono gliomi di grado basso piuttosto rari: sono derivati dalle cellule ependimali e si sviluppano in prossimità del terzo ventricolo o del canale centrale, con un incidenza maggiore nel midollo spinale piuttosto che nel cervello. Nella maggior parte dei casi sono molto ben definiti e circoscritti. Lo xantoastrocitoma pleomorfico (PXA) è un altro glioma di grado basso non molto frequente: è un tumore a prognosi 15

9 piuttosto favorevole, anche se sono stati riscontrati dei casi di progressione maligna a gliomi di grado elevato (Gutierrez, 1999). 16

10 Alterazioni genetiche nei gliomi Un aspetto fondamentale per lo sviluppo dei tumori gliali è la perdita del controllo della proliferazione cellulare. Numerosi meccanismi regolano il mantenimento dell equilibrio tra proliferazione e morte cellulare: le cicline, le chinasi ciclinadipendenti (CDK) e gli inibitori delle chinasi (CDKI) svolgono un ruolo importantissimo nella regolazione del ciclo cellulare (Dirks and Rutka, 1997), mentre la proliferazione cellulare è stimolata da molecole quali fattori di crescita e proteine della matrice extracellulare. La stimolazione della sopravvivenza cellulare è un fattore chiave per lo sviluppo del tumore. L apoptosi è il meccanismo di morte cellulare che, durante lo sviluppo e nei tessuti adulti normali, assicura il controllo del numero delle cellule, ed è un processo strettamente controllato a livello genetico. Numerosi studi hanno messo in evidenza come la perdita della normale regolazione apoptotica sia responsabile dello sviluppo e della progressione dei gliomi (Alderson, 1995; Sano et al., 1999; Rodriguez-Pereira, 2001; Chakravarti, 2002). Pertanto, la maggior parte delle 17

11 alterazioni genetiche ad oggi identificate nei gliomi umani provocano o una attivazione anomala delle vie di trasduzione del segnale a valle dei recettori tirosina chinasi che regolano la proliferazione cellulare, o la distruzione dei meccanismi che bloccano il ciclo cellulare. Attivazione delle vie di trasduzione del segnale e formazione del glioma Una delle prime alterazioni geniche ad essere associata al GBM è stata l amplificazione del gene del recettore per il fattore di crescita epidermico (epidermal growth factor receptor, EGFR), che è la più comune tra le aberrazioni cromosomiche riscontrate a livello di tumori gliali (Libermann et al., 1985). L amplificazione del gene EGFR si riscontra nel 40-50% dei glioblastomi e provoca un aumento nei livelli di espressione del recettore (Hurtt et al.,1992; J. Schlegel et al., 1994). Dal sequenziamento del gene EGFR nel glioma è stato evidenziato come esso possieda mutazioni che risultano nella delezione di porzioni del dominio extracellulare fondamentali per l interazione con il ligando 18

12 (Ekstrand et al., 1992; Wong et al.,1992), e che tali recettori mutati siano dotati di attività tirosin-chinasica costitutiva (Ekstrand et al., 1994; Hoi Sang et al.,1995). Sono stati individuati almeno tre diversi tipi di delezione del dominio extracellulare di EGFR (Voldborg et al., 1997). Il primo provoca una attivazione costitutiva del recettore (EGFRvI) (Humphrey et al., 1988); il secondo è dovuto all amplificazione del gene (EGFRvII) ma sembra non influenzare il fenotipo maligno del GBM (Humphrey et al., 1991); un terzo tipo di delezione porta ad una diminuzione dell endocitosi del recettore e ad una sua conseguente overespressione sulla superficie cellulare (EGFRvIII) (Bigner et al., 1990; Wikstrand et al., 1995). Di questi, il terzo tipo di delezione è quello più comunemente riscontrato nei gliomi umani: EGFRvIII è infatti stato evidenziato in più del 50% dei gliomi umani sia di basso che di alto grado (Garcia de Palazzo et al., 1993). Negli astrocitomi, nei glioblastomi secondari (gliomi che progrediscono dagli astrocitomi di grado basso) e negli 19

13 oligodendrogliomi il fattore di crescita derivato dalle piastrine (platelet-derived growth factor, PDGF) e il suo recettore (PDGFR) sono risultati essere overespressi (Guha et al, 1995; Di Rocco et al., 1998), e anche la overespressione del gene codificante per il fattore di crescita dei fibroblasti (fibroblast growth factor, FGF) e per il suo recettore (FGFR) sembra implicata nella tumorigenesi del glioma. A causa dell amplificazione e delle mutazioni dei recettori per i fattori di crescita, l interazione dei fattori di crescita con i propri recettori può contribuire a stimolare la proliferazione dei gliomi in maniera sia autocrina che paracrina. L attivazione costitutiva dei recettori può infatti attivare contemporaneamente molteplici vie di trasduzione del segnale come la via del PI3 chinasi/akt, la via RAS/MAP chinasi, la via C-MYC o la via della proteina chinasi C, con l effetto ultimo di stimolare la sintesi del DNA e la divisione cellulare. Questa ipotesi trova riscontro negli elevati valori di attività di RAS e AKT che sono stati evidenziati nei gliomi umani (Guha et al.,1997; Haas-Kogan et al.,1998; Holland et al., 2000). 20

14 Un gene la cui perdita è stata spesso riscontrata nei gliomi umani di grado elevato è il gene PTEN, isolato dal cromosoma 10q23.3, una delle zone interessate a delezione nei glioblastomi, nei tumori mammari e nei carcinomi prostatici (Steck et al.,1999). La proteina PTEN è una fosfatasi lipidica che catalizza la conversione del fosfatidilinositolo (3,4,5)-trifosfato (PIP3) in fosfatidilinositolo (4,5)-bifosfato (PIP2) (Maehama and Dixon, 1998; Myers et al., 1998), uno step importantissimo nel processo che lega il segnale innescato dai fattori di crescita alla sopravvivenza cellulare (Wechsler-Reya and Scott, 2001). I fattori di crescita attivano l enzima fosfatidilinositolo-3 chinasi (PI3K), che aumenta i livelli cellulari di PIP3: questi funge da secondo messaggero e lega, attivandole, altre molecole di natura proteica come l enzima Akt. L attivazione di quest ultimo porta alla fosforilazione, e quindi alla inattivazione, di un elevato numero di proteine implicate nella regolazione dell apoptosi, come Bad e Caspasi-9, promuovendo la sopravvivenza della cellula (Wechsler-Reya and Scott, 2001). 21

15 L attività di PTEN riduce i livelli di PIP3, pertanto la sua perdita promuove in ultima analisi la sopravvivenza cellulare. Alterazioni del gene PTEN sono state riscontrate nel 41-63% delle linee cellulari di glioma e nel 17-44% dei glioblastomi primari, ma sono più rare nei gliomi di grado basso (Liu et al., 1997; Rasheed et al., 1997; Wang et al., 1997; Duerr et al., 1998). Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato che la proliferazione delle cellule di glioma potrebbe essere bloccata dal trasferimento del gene PTEN wild-type sia in vivo che in vitro (Furnari et al., 1997; Cheney et al., 1998). In uno studio piuttosto recente l assenza del gene PTEN è stata associata con un aumento della malignità del tumore, mentre un aumento di PTEN è stato visto essere un fattore prognostico positivo per la sopravvivenza del paziente (James et al., 1991; Alleyne et al., 1999; Sano et al., 1999). Questi dati indicano che PTEN svolge indubbiamente un ruolo importante nella progressione tumorale. 22