Metastaz Oluşum Basamakları ve Metastaz Süreci

Zafer SAKKanser Biyokimyası Doktora Öğrencisi

521420151005

İçindekiler• Genel Bilgiler• Heterojenite• Patogenez (Oluşum-Gelişim-Süreç)• Metastaz oluşumundaki temel basamaklar• Anjiyogenez• İnvazyon• İnvazyon (2. aşama)• İnvazyon (3. aşama) ve MMP• Süperoksit Dismutaz 2 (Sod2) ve Metastaz• Metastaz• Metastaz yolları• Metastaz ve genetik• Sonuç

Genel Bilgiler• Metastaz rastgele meydana gelen bir fenomen değildir. Aksine

metastaz meydana gelebilmesi için tümör hücrelerinin birbiri ile bağlantılı bir seri basamakları tamamlaması gerekmektedir. Metastazın meydana gelebilmesi metastatik hücrelerin değişik organlardaki ortam ile olan ilişkilerine bağlıdır. Organ spesifik metastazlar pekçok deneysel tümör sistemlerinde gösterilmiştir. Fidler ve arkadaşları bir organdaki tümör büyümesinin belirli bir yere spesifik olduğunu göstermişlerdir.

Genel Bilgiler• Metastaz, yani primer odakta büyüyen tümör hücrelerinin uzak yerlere

yayılarak orada büyüme göstermeleri kanserin en korkutucu yönlerinden biridir.• Erken tanı, cerrahi teknikler, genel hasta bakımı, lokal ve sistemik

adjuvan tedavilerdeki son büyük gelişmelere rağmen kanser ölümlerinin çoğu alışılagelmiş tedavilere dirençli olan metastazlar nedeniyledir. • Kanserli hastaların çok büyük bir kısmında tanı esnasında metastaz

mevcut olabilir.• Metastazlar farklı lenf nodu ve visseral organlarda ya da aynı organın

değişik yerlerinde sınırlı olabilir ve bu ise tedaviyi güçleştirir.

Heterojenite• Metastaz tedavisindeki en büyük engel kanser hücrelerinin primer ve

sekonder odaklardaki biyolojik heterojenitesidir. Bu heterojenite kendini genetik, biyokimyasal, immünolojik ve biyolojik özelliklerde örneğin, hücre yüzey reseptörleri , enzimler, karyotipler, hücre morfolojileri, büyüme özellikleri, değişik terapötik ajanlara hassasiyet, invazyon yeteneği ve metastaz oluşturma gibi çok geniş alanlarda gösterebilir. Kanser terimi çok farklı özelliklere sahip maligniteler topluluğudur ve bu heterojenite muhtemelen farklı etyoloji ve farklı orijinler nedeniyledir.• Primer kanser ve metastazlarda biyolojik heterojenitenin gelişmesinden

sorumlu mekanizmaları ve tümör hücrelerinin lokal dokuyu invaze ederek uzak organlara yayılımını anlamak kanser araştırmalarının esas amacıdır.

Patogenez (Oluşum-Gelişim-Süreç)• Kanser metastazı uzun ve birbirini takip eden pek çok basamaktan

oluşur ki bunlardan her biri metastazda hız sınırlayıcı olabilir ve herhangi bir basamaktaki yetersizlik metastaz gelişimini engeller.• Metastazın oluşabilmesi için hem tümör hücrelerinin intrensik

özelliklerine hem de konakçının cevabına bağlıdır.• Bu ikisi arasındaki etkileşim hastadan hastaya farklılık gösterebilir.

Metastaz oluşumundaki temel basamaklar• 1. Tek ya da çok sayıdaki hücrede

başlangıçtaki transforme edici olaydan sonra neoplastik hücreler ilerleyici tarzda büyürler.• 2. Tümör kitlesi 2 mm çapa

ulaştığında yoğun vaskülarizasyon meydana gelir. Tümör etrafındaki konakçı dokuda sentezlenip salgılanan pekçok anjiyogenez etkenleri tümör dokusunda yeni kapiller ağın oluşmasında anahtar rolü oynarlar.

Metastaz oluşumundaki temel basamaklar• 3. Bazı tümör hücreleri tam

olarak bilinmeyen bazı mekanizmalarla konakçı stromasına lokal invazyon yapar. Lenfatik kanallar gibi ince duvarlı venüller tümör hücrelerinin girişine pek direnç göstermezler ve tümör hücrelerinin dolaşıma girmesinde en sık yolu oluştururlar.

Metastaz oluşumundaki temel basamaklar• 4. Yapıştıkları yerden ayrılarak küçük

tümör hücre gruplarının embolizasyonu meydana gelir.• 5. Dolaşımda canlı kalan tümör

hücreleri organların kapiller yatağında tutulur.• 6. Başlangıçtaki invazyonu etkileyen

aynı mekanizmalarla ekstravazasyon olur.• 7.Organ parankimi içindeki

proliferasyon ile metastatik süreç tamamlanır.

• Kanserden ölümlerin % 90’ından metastaz gelişimi sorumludur. Metastaz, kanser hücrelerinin köken aldıkları bölgeden vücudun farklı doku ve organlarına yayılmasıdır. Bu, anjiogenez, invazyon, migrasyon-motilite, extravazasyon ve proliferasyon gibi birbirleriyle ilişkili bir dizi kompleks ve çok basamaklı olaylar zinciri ile gerçekleşir. İlk olarak, tümör hücreleri yeni damar oluşumunu uyarırlar ve sonra komşu hücrelerle olan bağlarını kopararak primer tümör dokusundan ayrılırlar. Tümör hücreleri daha sonra exstraselüler matrikse geçerek burada ilerlerler ve çevre dokulara ulaşırlar ya da dolaşım sistemine geçip uzak dokuları işgal ederler. Bu sayede yaşamlarını ve çoğalmalarını sürdürüler. Konvansiyonel tedavilere dirençli olup prognozu kötüleştirerek yaşam sürecini kısaltan metastaz gelişimi, bu noktada yoğun ilgi çekmiş ve moleküler mekanizmalarının aydınlatılmasıyla metastaz basamaklarını da hedefleyen yeni tedavi stratejileri gündeme gelmiştir.

Anjiyogenez• Yeni damar yapımı (anjiogenez, neovaskülarizasyon) vücutta fizyolojik olarak

yara iyileşmesi; embriyogenez, menstrüel siklus vb. durumlarda söz konusudur. Patolojik anjiogenez ise başta tümörler olmak üzere kollajen doku hastalıkları (romatoit artrit vb.), retinopatiler ve psöriasis gibi hastalıklarda görülür. Hızlı büyüyen tümörler, tümör kitlesi 1-2 mm3 ’lük hacme ulaştıktan sonra oksijen ve besin desteği sağlayabilmek için ilk aşama olan anjiogenezi uyarırlar. Anjiogenez, çevresel ve genetik değişimlerin etkisinde anjiogenik faktörlerle inhibitör faktörler arasındaki dengenin anjiogenez aktivatörleri lehine kaymasıyla gelişir. Tümör ilişkili anjiogenez; spesifik büyüme faktörlerine, endotel hücre reseptörlerinin aktivasyonuna ve endotel hücrelerinin çoğalma kapasiteleri ile buna hizmet eden hücre dışı matriks komponentlerine bağlıdır.

İnvazyon• Metastazın önemli bir basamağı olan tümör invazyonu kompleks ve

dinamik bir olaydır. Tümör hücre invazyonu, her bir aşamasında farklı moleküllerin görev aldığı çeşitli alt basamaklardan oluşur. İlk aşama kanser hücresinin primer tümörden ayrılmasıdır (Detachment). Bu basamak hücre adezyon moleküllerinden E-Cadherin'le ilgilidir. Hücre içi partikülü olan kateninlerle birlikte invazyonu önlerler. Ancak günümüzde E-cadherin düzeyini artırmaya yönelik antimetastatik tedavi modaliteleri ele alınmamıştır.

İnvazyon (2. aşama)• İkinci aşama ise kanser hücrelerinin matrikse, endotel hücrelerine ve

subendotelyal bazal membrana tutunma aşamasıdır (Attachment). Bu aşamada hücre adezyon moleküllerinden İntegrin, Selektin ve Ig benzeri adezyon molekülleri görev alırlar. Transmembranöz bir protein olan integrinler, reseptörü olan alphavbeta3 (av-β3) ile hücre-hücre, hücre-matriks ilişkisinde rol alarak invazyon ve anjiojenez gelişiminde etkilidir. Bu reseptörler aracılığıyla metastazın bu iki önemli basamağını birden hedef alan anti-integrin stratejileri geliştirilmiştir.

İnvazyon (3. aşama) ve MMP• İnvazyon ve metastazda bir diğer basamak bazal membran ve extrasellüler matriks

komponentlerinin yıkımıdır. Bu işlemde birçok proteolitik enzim görev alır. Proteoliz için başlıca enzim grupları metalloproteazlar, plazminojen aktivatörleri (t-PA, u-PA) ve Cathepsin’lerdir. • Matriksin ve bazal membranın yıkımından sorumlu bu enzimler içinde matriks

metalloproteazlar özel bir yere sahiptir.• Kanser hücreleri, bir taraftan kendi hücre iskeletlerinde sentezledikleri kontraktil

proteinleri ve hücre membranlarında oluşturduğu ayaksı çıkıntılar ile hareketlilik kazanırken; öte taraftan hücreler arası matriks proteinlerine (matriks metalloproteinlei) yapışmayı sağlamak amacıyla bazı yapışma (adezyon) molekülerli de sentezler. Bu moleküllerin arasında ilerleyebilmek ve yuvarlanabilmek için, hücrenin bir bölümüyle matriks proteinine bağlanırken bir bölümüyle de daha önce bağlandığı noktayı koparmak için matriks metalloproteinazları sentezler ve salgılar.

MMP (Matriks Metalloproteazlar)• Matriks Metalloproteinazlar (MMPs), membran yapılarında ve

hücrelerarası matrikste bulunan kollajen, laminin, proteoglikan gibi yapıları yıkıma uğratan endopeptidazlardır.• İnflamasyonda, neoplastik invazyonda ve metastazda esas rolü bu

enzimler oynamaktadır ve kofaktör olarak çinkoya ihtiyaç duyarlar. Etki ettiği protein türüne göre, Kollejenaz (MMP–11, MMP–8 ve MMP–13), Jelatinaz (MMP–2 ve MMP–9) ve Stromelisin (MMP–3) olarak sınıflandırılmaktadır. • Bu enzimler tümör invazyonu dışında kalpte, akciğerler ve beyinde I/R

hasarında önemli rol oynarlar.

MMP Ailesi

• MMP–1 (interstitial kollejenaz) agresiv tümörlerde sıkça bulunur. Tümör oluşumunun başlangıcında ve invazyonunda temel faktör olmayabilir. Fakat tümörlerin başlangıç dışındaki diğer ileri aşamalarında etkin rol oynar.• MMP–1 dokular arasındaki en yaygın stromal yapı olan kollajen I-II-III

türlerinin yıkımından başlıca rol alan enzimdir.• Gastrik kanser, meme kanseri, baş ve boyun yassı hücreli karsinomaları,

kolon karsinomaları, pankreas adeno karsinomalarda ve akciğer karsinomaları gibi çeşitli doku tümörlerinde MMP–1 aktif rol oynamaktadır.• Kötü prognoza sahip tümörlerde yüksek seviyede MMP–1 ekspersyonu

gözlenmektedir. Ayrıca MMP-1 seviyelerindeki artışa metastatik tümörlerde ve bazı hücre hatlarında da rastlanmaktadır.

Süperoksit Dismutaz 2 (Sod2) ve Metastaz• Süperoksit Dismutaz 2’nin (Sod2) ekspresyonu ile metastatik invazyon

arasında da doğrudan bir bağlantı olduğu söylenebilir. Çeşitli çalışma grupları Sod2 seviyelerinden prognostik parametre olarak faydalanılabilineceğini klinik bulgularla göstermişlerdir.• Jansen ve ark 81 mide adenokarsinomaları değerlendirmişler ve Sod2

seviyelerinin sağlıklı dokulara göre anlamlı oranda arttığını gözlemlemişlerdir.• Sod2’nin ekspresyonunun gastrik tümörlerde metastatik hücrelerde

%93, non-metastatik hücrelerde ise %44 arttığı ortaya konmuştur.

Süperoksit Dismutaz 2 - MMP• MMP enzimlerinin sentezi ile Sod2 arasındaki ilişkide serbest

radikaller de rol alır. • Serbest radikaller ile MMP–1 ekspresyonu arasındaki ilişkide ise

karşımıza bir kaskat mekanizması çıkmaktadır. I/R sonrasında oluşan süper oksit radikali Sod2 salınımını arttırır. Sod2 enzimi, süper oksit moleküllerinin hidrojen peroksite (H2O2) dönüşümünü hızlandırır.• Artan H2O2 molekülleri de MMP–1 enziminin sentezini indükler. Bu

şekilde tümör hücrelerinin invazyon yetenekleri Sod2 enzimi artışı ile dolaylı yolla artmaktadır.

• Matriks Proteinaz (MMP) ekspresyonunun redoks bağımlı değişimi kanser araştırmalarının niteliğini değiştirmiştir.• Sod2, büyüme faktörü ve sitokinler gibi hücrelerarası uyarıcıların

salınımından sorumlu birkaç enzimden biridir. Forbol 12-miristat 13-asetat (PMA) ve UV radyasyon hücrelerarası uyarıcı olarak görev yaparken (39,40), TNF-α, IL–1, IL–6 hem ekstraselüler uyarıcı hem de proinflamatuar sitokin görevini üstlenir. Proinflamatuar sitokinler çeşitli hücrelerden enfeksiyon, doku hasarı ve diğer çevresel uyarıcılara yanıt olarak salınırlar. • Sonuçta mikroçevrede Sod2 enzim ekspresyonunu dolaylı MMP’lerin

transkripsiyonunu tetiklerler.

MMP (Matriks Metalloproteazlar)• Tümör hücreleri ve endotel hücreleri için en önemli bariyer olan bazal

membranın içerdiği tip-IV kollejeni yıkan MMP-2 ve MMP-9, malignitenin derecesiyle korele olarak birçok metastatik tümörde yüksek olarak bulunmuştur.• Proteolizi engelleyen gerek fizyolojik gerekse sentetik inhibitörlerin

bulunması kanser tedavisinde yeni umutlar doğurmuştur. MMP inhibitörlerinin invazyona paralel olarak anjiogenezi de inhibe ettiği gösterilerek metastazı engellediği çeşitli çalışmalarla ispatlanmıştır.• Fizyolojik MMP inhibitörleri arasında TlMP-1 ve TlMP-2 en önemlileridir.

Özellikle TlMP-l 'in gerek rekombinant, gerekse TlMP-1 DNA'sının genetik olarak transfüzyonu yoluyla faz III çalışmalarında kullanılmasına başlanmıştır.

Metastaz• Metastazlar malign bir tümörün,

uzak dokularda lokalize, primer tümörden ayrı, sekonder implantlarıdır.• Metastazların varlığı, tümörün

malign olduğunu, diğer bütün özelliklerden daha güçlü bir şekilde kanıtlar.• Ancak tüm kanserlerde metastaz

yapma yeteneği, aynı değildir.

• Genelde primer neoplazi ne kadar anaplastik ve bü yükse, bu neoplazinin metastaz yaparak yayılma olasılığı o kadar güçlüdür. Ancak kuralların çoğunda olduğu gibi, bu kuralın da istisnaları vardır.• Örneğin son derece küçük kanserlerin metastaz yapabildikleri, bazı

büyük ve kaygı verici gözüken lezyonların ise metastaz yapmamış olabilecekleri bilinmektedir. Neoplazinin yayılmış olması, hastalığın iyileşme olasılığının neredeyse ya da tamamen olanaksız olduğunu gösterdiğinden; metastazların önlenmesi, kanserin önlenmesinin ardından hastaya en fazla fayda sağlayan girişimdir.

Metastaz yolları• 1. Ekilerek Yayılım (Vücut boşlukları ve yüzeyleri yoluyla yayılma)• 2. Lenf Damarları Yoluyla Yayılma• 3. Kan Damarları Yoluyla Yayılma

Ekilerek yayılım• Neoplazinin vücuttaki doğal bir boşluğu invaze etmesiyle meydana

gelir ve özellikle çoğu zaman periton yüzeylerini kaplayan over kanserleri için karakteristiktir. Bu şekilde yayılabilen implantlar tüm periton yüzeylerini invaze etmiş olsalar bile, alttaki dokuları invaze etmemiş olabilir. Burada tümö rün, invazyon kapasitesinden farklı gözüken bir tekrar implante olma yeteneği söz konusudur. Medulloblastom veya ependimom gibi merkezi sinir sistemi neoplazileri, beyin ventrilcüllerine penetre olabilir ve beyin-omurilik sıvısı tarafından taşınarak, beyindeki ya da omurilikteki di ğer meningeal yüzeylerde tekrar implante olabilir.

Lenf Damarları Yoluyla Yayılma• Karsinomların yayılması genellikle bu yolla olmaktadır. Sarkomlar nadiren

lenfatiklerle yayılır. Ancak lenf damarları ve kan damarları arasında pek çok bağlantılar olduğu için, lenf yoluyla yayılma sırasında kan yoluyla yayılma da söz konusu olabilir. • Lenf yollarına giren kanser hücreleri bölgesel lenf düğümlerine ulaşır ve

burada tutularak kanserin yayılmasına bir süre engel oluşturulur. Ancak lenf düğümü kanser hücreleri ile dolduğunda veya lenf düğümüne erişen kanser hücrelerinin burada yerleşip büyümelerinden bir müddet sonra diğer lenf düğümlerine yayılma olabilir. Malign tümörün bulunduğu doku ya da organa ait bölgesel lenf düğümlerinde büyüme saptanması, her zaman metastaz varlığı anlamına gelmez. Zira tümör hücre artıkları veya tümör antijenleri reaktif tabiatta bir büyümeye neden olabilir.

Kan Damarları Yoluyla Yayılma• Sarkomlar daha çok bu yolla yayılırlar. Ancak, karsinomlar da bu yolu

kullanabilirler. Özellikle venöz damarların çeperi kanser hücreleri tarafından kolayca invaze edilebilir ve koparak kan akımına giren kanser hücreleri başka organ ve dokulara yayılabilir. Ayrıca sonuçta venöz dolaşıma katılan lenf akımı nedeniyle de, lenf yollarına giren tümör hücreleri kan akımına karışabilir. Arter duvarları ise tümör invazyonuna oldukça dirençlidir.• Kan dolaşımı yoluyla metastazlar en sık karaciğer ve akciğerde görülür.

Vücutta geniş bir yer tutan iskelet kaslarına metastaz oluşumu nadirdir. Bunun sebebi tam olarak bilinmemektedir.

Metastaz ve genetik• Metastaz oluşumu için birçok moleküler faktör tanımlanmıştır.

Cadherin ailesi, integrinler, laminin-elastin bağlayıcı proteinler ile CD44’ü de içeren hücre adezyon molekülleri metastaz gelişiminde önemli modülatörler olarak bulunmuşlardır. Metalloproteinazlar ve uPA/uPAR sistein proteazlar gibi proteolitik enzimler de uzak organ metastazlarında önemli rol oynamaktadırlar. Bununla birlikte tümör hücre göçü için gerçekleşen anjiogenez ve lenfanjiojenez ise invazyon ve metastaz da rol alan önemli biyolojik olaylardır.

Metastaz ve genetik• Bahsedilen ajanlara ek olarak metastazın herbir basamağında görev

alan birçok gen tanımlanmıştır. Onkogenler bu genlerden bir gruptur. Örnek olarak mutant RAS ve RAF-MAP kinazın aktivasyonu birçok farklı tümör hücresinde metastatik fenotip ile sonuçlanmaktadır. MET, SERINE/THREONINE KINAZ; MOS and RAF, TYROSINE KINASES SRC, FMS and FES gibi onkogenlerin ektopik ekspresyonları da alıcı hücrelerde yine metastataz ile sonuçlanmaktadır.

Sonuç• Günümüze kadar yapılan çalışmalarla metastaz gelişiminde rol alan

birçok basamak ve moleküler ajan bulunmuş olsa da, halen tümör metastazının mekanizmaları tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Ancak, son yıllarda kanser tedavisi için yapılan yoğun araştırmalarla birlikte metastazın mekanizmalarının kısmen de olsa aydılatılmasıyla bu mekanizmaları hedef alan tedaviler geliştirilmeye başlanmış ve anti-metastatik tedaviler gündeme gelmiştir. Metastaz ile ilgili yapılan çalışmaların ürünü olarak antimetastatik tedavi modalitelerinin konvansiyonel tedavilere eklenmesiyle kansere yönelik savaşta yeni umutlar doğmuştur.