Abstract

Introducere

Metabolismul colesterolului generează oxisteroli cu roluri importante în promovarea cancerului, cum ar fi 22 (R) HC, 25HC, 27HC și OCDO sau în controlul dezvoltării cancerului, cum ar fi DDA. Unii dintre acești metaboliți derivați din colesterol sunt clase noi de liganzi ai receptorilor nucleari și dezvăluie activități necunoscute acestor receptori. Aceste descoperiri deschid noi domenii de cercetare și noi direcționări pentru tratamentul cancerului. 22 (R) HC, 22 (R) -hidroxicolesterol; 25HC, 25-hidroxicolesterol; 27HC, 27 hidroxicolesterol; OCDO, 6-oxo-colestan-3β, 5α-diol; DDA, dendrogenină A; 5,6EC, 5,6α-epoxi-colesterol + 5,6β-epoxi-colesterol; CT, colestan-3β, 5α, 6β-triol; 5,6αEC, 5,6α-epoxi-colesterol; CYP, citocromul P450; ChEH, colesterol epoxid hidrolaza; 11βHSD2, 11β-hidroxisteroid dehidrogenază; D8D7I, 3β-hidroxisterol-8-7-izomerază; DHCR7, 3β-hidroxisterol-Δ7-reductaza; ROS, specii reactive de oxigen.

efectele

Biosinteza colesterolului în celulele normale și canceroase

Colesterolul este o lipidă bioactivă cu un rol cheie în transducția semnalului intracelular și stocarea energiei. Este esențial pentru diferențierea și creșterea celulelor mamiferelor și pentru structurarea membranei. Este precursorul hormonilor steroizi și al oxisterolilor. În celulele normale, biosinteza colesterolului este strict reglată și este controlată chiar de colesterol și de unii oxisteroli (3). Oxesterolii sunt produse de oxigenare a colesterolului pe inelele coloanei vertebrale ale steroizilor sau pe lanțul lateral alifatic care pot fi generate de enzime sau prin procese de autoxidare în prezența speciilor de oxigen reactiv liber sau indirect prin lipoperoxidare (2, 4). Oxisteroli endogeni, incluzând 22 (R) -hidroxicolesterol [22 (R) HC]; 24 (S) -hidroxicolesterol [24 (S) HC]; 25-hidroxicolesterol (25HC), 7α-hidroxicolesterol (7αHC), 27-hidroxicolesterol (27HC), 5,6α-epoxicolesterol (5,6α-EC); și 5,6β-epoxicolesterol (5,6β-EC) sunt cunoscuți liganzi ai receptorului hepatic X (LXR), activând răspunsurile LXR la concentrații din domeniul fiziologic (μmol/L; ref. 5, 6). LXR-urile există ca două izoforme (α și β) care formează heterodimeri cu receptori retinoizi X (RXR) și sunt factori de transcripție activați de ligand (6, 7). Oxesterolii reglează, de asemenea, importul și exportul colesterolului în funcție de nivelul colesterolului intracelular acționând prin LXR (3).

În celulele canceroase și tumori, biosinteza colesterolului este, în general, dereglementată și crescută printr-o reglare ascendentă/activare a 3-hidroxi-3-metil-glutaril-coenzima A reductază și a proteinei de legare a elementelor de reglare a sterolului, o creștere a importului său prin densitatea mică receptorul lipoproteinelor și receptorul scavenger clasa B tip I, o inhibare a exportului său de către transportorii ABC, ABCA1, ABCG1, o cantitate mai mare de stocare a esterilor colesterilici și activarea diferiților receptori și căi de semnalizare precum PI3K/Akt/mTor, TP53, sau Hedgehog (3, 8-11). Interesant este faptul că, în timp ce colesterolul și oxesterolii din lanțul lateral activează Semnalizarea netezită în arici (12, 13), oxesterolii endogeni din inelul B inhibă această cale (14).

Oxisterolii ca metaboliți oncopromotori care vizează receptorii nucleari

Probele de cancer de sân la pacienți au arătat o creștere semnificativă a nivelurilor OCDO și o expresie mai mare a proteinei ChEH și 11βHSD2 comparativ cu țesuturile normale (15). Analiza mai multor baze de date de ARNm pentru cancerul de sân uman a indicat faptul că supraexprimarea subunității 11βHSD2 și ChEH a fost corelată cu un risc mai mare de deces al pacientului în cancerul de sân și că exprimarea sau activarea ridicată a GR a fost corelată cu un răspuns terapeutic sau prognostic slab în multe tumori solide, inclusiv cancerul de sân (15). Interesant este că inhibarea ChEH și mutarea 11βHSD2 au inhibat producția de OCDO și creșterea tumorii și mifepristonă, un antagonist GR, precum și mutarea GR inhibă proliferarea celulelor tumorale induse de OCDO (15). Astfel, vizarea acestui oncometabolism și GR reprezintă noi oportunități pentru intervenții terapeutice în cancerul de sân și potențial în alte tipuri de cancer care prezintă astfel de dereglementări.

Interesant este că oxisterolii endogeni pot fi secretați de diferite tipuri de celule tumorale de șoarece și umane. Acești oxisteroli mediază funcțiile imunosupresoare și amortizează răspunsurile antitumorale prin inhibarea expresiei receptorului chemokinei CC-7 (CCR7) asupra celulelor dendritice maturate (DC) și a migrației acestora către organele limfoide acționând asupra LXRα prezent pe DC. Blocarea semnalizării LXRα a reușit să restabilească controlul creșterii, respingerea tumorii și supraviețuirea animalelor. Rezultate similare pe DC au fost obținute cu 22 (R) HC și 25HC (20).

Pe lângă faptul că sunt liganzi LXR, diferiți oxisteroli endogeni se leagă și modulează funcțiile ER. Într-adevăr, s-a raportat că 25HC se leagă de ERα și promovează creșterea celulelor cancerului mamar și ovarian într-o manieră dependentă de ERα și reglează în sus diferite gene țintă de estrogen (18). În mod similar, s-a arătat că 27HC se leagă de ERα și că este un modulator selectiv al receptorului de estrogen (SERM; ref. 19). SERMs sunt liganzi ER care prezintă activitate agonistă sau antagonistă în funcție de genele sau țesuturile țintă. Tamoxifenul a fost primul SERM sintetic care a fost utilizat în clinică pentru tratamentul cancerului de sân ER-pozitiv (21). 27HC antagonizează acțiunea 17β-estradiolului asupra celulelor endoteliale vasculare și prezintă un efect proestrogen în hepatom și în cancerele de colon (19). În plus, se comportă ca un agonist parțial, în diferite modele de celule de cancer de sân care exprimă ERα, pe transcrierea genei și proliferarea celulară, asociată cu o expresie crescută a ciclinei D1 și acumularea de celule în faza S a ciclului celular (22). 27HC induce o conformație activă unică a ERα, care poate explica activitatea sa agonistă parțială/SERM (22). 27HC nu este produs de un proces de autoxidare, ci doar de o reacție enzimatică care implică enzima citocromului P450 (CYP) CYP27A1 și este catabolizată de enzima CYP7B1.

27HC promovează, de asemenea, creșterea tumorilor mamare ER-pozitive la diferite modele de șoareci (23, 24). Mai mult, 27HC mediază progresia tumorii mamare indusă de o dietă bogată în colesterol la șoareci, care crește nivelul circulant și local de 27HC în țesuturile periferice. Inhibarea CYP27A1 este suficientă pentru a preveni proliferarea tumorală indusă de dieta cu un nivel ridicat de colesterol fără modificarea nivelului de colesterol, indicând faptul că efectul se datorează creșterii 27HC și este independent de colesterolul circulant total. Aceste efecte par să aibă relevanță clinică, deoarece nivelurile de 27HC sunt mai mari în tumorile mamare ER-pozitive comparativ cu țesuturile mamare normale la pacienți. Mai mult, la tumorile pacienților, s-a constatat că creșterea 27HC este corelată cu expresia redusă a CYP7B1 și expresia redusă a CYP7B1 în tumori s-a dovedit a fi asociată cu o rată mai scăzută de supraviețuire a pacientului (23, 24). Prin urmare, producția de 27HC și activitatea sa estrogenică prin ERα ar putea explica eșecurile tratamentului la unii pacienți cu cancer de sân tratați cu inhibitori de aromatază care scad producția de estrogen.

S-a raportat că 27HC crește metastazele pulmonare în modelul de șoarece MMTV-PyMT al tumorilor mamare spontane ER-pozitive acționând prin LXR și acest lucru a fost asociat cu o inducere a expresiei mai multor gene implicate în tranziția epitelial-mezenchimală. Nu a fost raportat niciun impact al acestui receptor asupra creșterii tumorii (24). La șoarecii MMTV-PyMT cu fundal CYP7b1 -/-, metastazele tumorale sunt crescute în timp ce într-un fond CYP27a1 -/-, metastazele sunt scăzute și un tratament cu 27HC a inversat acest efect. Tratamentul cu ligandul LXR sintetic GW3965 a stimulat, de asemenea, metastazele pulmonare, dar mai puțin eficient decât 27HC (24). Împreună, aceste date indică faptul că 27HC promovează progresia și agresivitatea tumorii ER-pozitive prin acțiunea sa dublă asupra ERα și, respectiv, LXR. Deoarece CYP7B1 metabolizează 25HC și 27HC, ar fi de interes să se determine dacă nivelurile crescute de 25HC, prin acțiunea sa asupra ERα, prezintă efecte similare de promovare a creșterii ca 27HC asupra tumorilor mamare ER-pozitive.

Într-un studiu clinic prospectiv la pacienții cu cancer de sân care au primit tamoxifen sau un inhibitor de aromatază (AI) în condiții adjuvante sau metastatice, tratamentul cu tamoxifen a redus semnificativ nivelurile de 25HC în ser, în timp ce AI a crescut nivelurile de 27HC, sugerând că nivelurile de 25HC ar putea reflecta tamoxifen în timp ce 27HC ar putea fi un marker al rezistenței AI și al prognosticului slab (25). În concordanță cu aceste rezultate, analiza studiului prospectiv BIG 1-98 (26), a arătat că nivelurile de colesterol sunt reduse în timpul terapiei cu tamoxifen și inițierea medicamentelor pentru scăderea colesterolului în timpul terapiei hormonale adjuvante a îmbunătățit supraviețuirea fără boală a pacientului și poate preveni reapariția cancer, posibil prin reglarea nivelurilor de oxisteroli, cum ar fi 27HC sau 25HC (25). Sunt necesare studii clinice suplimentare pentru a aborda această ipoteză.

Calea de biosinteză a colesterolului a fost raportată ca un mecanism nou de rezistență la privarea de estrogen într-un grup de celule de cancer de sân ER-pozitive adaptate la lipsa de estrogen pe termen lung. Într-adevăr, mai multe enzime implicate în biosinteza colesterolului, în special 3β-hidroxisterol-Δ 8-omer-7-izomeraza (D8D7I sau EBP), receptorul Lamin-B și squalen epoxidaza, au fost găsite reglate în sus în aceste modele celulare și reducerea zgomotului lor a scăzut semnificativ proliferarea celulelor tumorale. Analiza in silico a pacienților cu cancer de sân ER-pozitiv primar tratați cu AI neoadjuvant a arătat că expresia crescută a acestor enzime este asociată cu un răspuns slab la această terapie. Interesant, nivelurile crescute de 25HC au fost măsurate în aceste celule și s-a demonstrat că tratamentul cu 25HC și 27HC influențează activitatea transcripțională a ER (27).

Oxesteroli, alimente bogate în colesterol și cancer

Colesterolul este o componentă dietetică importantă prezentă în cantități mari în carne, ouă, brânză și produse lactate, inclusiv ouă uscate și prafuri de lapte care sunt utilizate pe scară largă într-un număr mare de alimente comerciale. Modurile și lungimile de depozitare, precum și metodele de procesare (deshidratare, tratament de încălzire, contact cu oxigenul) pot influența generarea diferiților oxisteroli prin autoxidarea colesterolului (2).

5.6EC sunt produse în principal prin autoxidarea colesterolului, deși a fost propusă și o reacție enzimatică, în timp ce CT nu este un produs spontan de oxidare (4). 25HC poate fi, de asemenea, produs prin autoxidarea colesterolului, pe lângă faptul că este produs de enzima 25-hidroxilază, în timp ce 27HC este produs doar printr-o transformare enzimatică a colesterolului. Alimentele procesate bogate în colesterol conțin cantități mari de 5.6EC și CT (2, 4), precursorii obligatori ai OCDO (15), în timp ce OCDO și 25HC, în cantități mai mici, au fost raportate în unele studii (2, 4). Acest lucru sugerează că alimentele procesate care conțin OCDO sau precursorii săi, care pot fi transformate în OCDO atunci când calea biosintetică OCDO este reglată în sus în tumori, ar putea duce la o creștere a creșterii tumorale (15). S-a raportat recent că carnea procesată crește mortalitatea în urma cancerului de sân (28), iar alimentele ultra-procesate sau aportul de carne roșie, care conțin cantități mari de colesterol, au fost asociate cu o creștere semnificativă a riscului de cancer de sân (29). De asemenea, a fost raportată relația dintre aporturile mari de carne roșie sau procesată și riscul crescut de cancer colorectal (30).

Statistici globale recente indică faptul că incidența obezității este în continuă creștere la nivel mondial. Aproximativ 35% din populația adultă (vârsta de peste 20 de ani) este supraponderală (IMC ≥ 25 kg/m 2), iar obezitatea (IMC ≥ 30 kg/m 2) afectează aproximativ 12% din populație. Obezitatea a fost asociată cu un risc crescut de o varietate de tipuri de cancer, precum și cu progresia tumorii, agresivitatea sau moartea în unele cazuri (31). Nivelurile ridicate de colesterol din sânge sunt frecvente la persoanele obeze. Având în vedere că dietele bogate în colesterol și alimentele procesate bogate în colesterol pot genera 27HC sau OCDO, doi metaboliți promotori ai tumorii, care sunt crescuți în probele de cancer de sân la pacienți comparativ cu țesuturile normale, importanța acestor factori în riscul, progresia și rezultatul rămâne de stabilit cancerul de sân și potențial alte tipuri de cancer la persoanele supraponderale și obeze.

Oxesterolii ca metaboliți oncosupresori care vizează receptorii nucleari

Tamoxifenul inhibă biosinteza colesterolului în celulele cancerului de sân, exprimând sau nu ERα, prin inhibarea ChEH (15, 16, 21). Acumularea de 5,6ECs și sulfarea lor ulterioară de către sulfotransferaza SULT2B1b generează 5,6ECs sulfatate (5,6ECS), care mediază citotoxicitatea tamoxifenului acționând prin LXRβ în celulele MCF7 ER-pozitive și inhibarea genetică a SULT2B1b în MCF-7 duce la rezistență la tamoxifen (32). Interesant este că eficacitatea tamoxifenului este limitată în celulele cancerului de sân MDA-MB-231 ER-negative care nu exprimă SULT2B1b în timp ce reexprimarea enzimei restabilește sensibilitatea la tamoxifen (32). Aceste date au stabilit importanța nebănuită a 5.6EC, 5.6ECS ca metaboliți antitumorali și țintirea LXRβ în sensibilitatea la tamoxifen în celulele canceroase la sân.

Din aceste studii și studii anterioare folosind șoareci knockout LXRs sau liganzi agonisti sintetici in vivo, se pare că LXRs controlează creșterea și invazia tumorii, subliniind faptul că LXRs sunt ținte terapeutice importante în cancer (33, 34, 36-40). Trebuie remarcat faptul că liganzii LXR endogeni au o activitate protumorală sau antitumorală și diversitatea acestor efecte se poate datora, într-o manieră neexhaustivă, activității lor tumorale-intrinseci sau -extrinseci, căilor de semnalizare specifice pe care le activează și/sau reprima și structura lor care va determina starea de activare a receptorilor variind de la agonism, agonism parțial, la antagonism. O mai bună înțelegere a funcționării LXR-urilor de către acești liganzi endogeni va contribui cu siguranță la definirea căilor de semnalizare către țintă și la propunerea celor mai buni liganzi LXR pentru tratamentul cancerelor. Un bun exemplu este ligandul DDA endogen (33, 34). DDA este un agonist LXR parțial care determină LXR să declanșeze autofagia letală în tumori prin modularea activității sale transcripționale (34). Autofagia letală nu este observată la alți agoniști LXR precum 22 (R) HC, T0901317 și GW3965 (34).

Concluzie și direcții viitoare

Mai general, se pare că celulele canceroase prezintă niveluri multiple de dereglări ale metabolismului colesterolului. Dintre acestea, celulele canceroase pot genera metaboliți ai colesterolului oncopromotor la niveluri mai mari în comparație cu țesuturile normale și/sau producția de metaboliți ai colesterolului oncosupresor poate fi dereglată într-un mod opus. În mod neașteptat, toți acești metaboliți ai colesterolului sunt clase noi de liganzi endogeni ai receptorilor nucleari, cum ar fi ER, LXR sau GR. Unii dintre acești noi liganzi au dezvăluit activități necunoscute ale receptorilor lor înrudiți, deschizând noi orizonturi pentru o mai bună înțelegere a funcțiilor lor fiziopatologice și pentru țintirea lor de a dezvolta noi terapii împotriva progresiei cancerului și a rezistenței la medicamente. Având în vedere că hipercolesterolemia și aportul ridicat de alimente bogate în colesterol, precum și procesarea și depozitarea acestora pot genera acești oxesteroli, importanța lor în riscul de cancer sau dezvoltarea la persoanele supraponderale și obeze sunt domenii importante care trebuie explorate.

Descoperirea acestor metaboliți derivați din colesterol și identificarea receptorilor nucleari care mediază activitatea lor pro- sau antitumorală deschid noi domenii de cercetare, care ar trebui să aibă implicații majore în diagnosticul, prevenirea și tratamentul cancerelor și, cu siguranță, vor ajuta la o mai bună înțelegere de ce dezvoltarea liganzilor clasici ai acestor receptori poate să nu funcționeze întotdeauna pentru tratarea cancerului.

Dezvăluirea potențialelor conflicte de interese

S. Silvente-Poirot deține participații (inclusiv acțiuni, brevete etc.) la Affichem. M. Poirot deține participații (inclusiv acțiuni, brevete etc.) la Affichem. Niciun potențial conflict de interese nu a fost dezvăluit de celălalt autor.

Mulțumiri

Echipa lui M. Poirot și a lui S. Silvente-Poirot a fost finanțată de Institutul Național al Sănătății și Cercetării Medicale (INSERM); Universitatea din Toulouse III; Association for the Recherche sur le Cancer (ARC; PJA 20131200342); Agence Nationale pour la Recherche (ANR-11-RPIB-015-02 DAML, ANR-11-PHUC-0001), Onco SanTech (proiectul DEMODA RMN13001BBA); Fondation de France (00057930); CLE Midi-Pyrénées 2014 nr. 13053058; Institutul Național al Cancerului (INCA; PRTK-K15-118); acțiunile tematice strategice Initiatives d'Excellence (IDEX) (2016 057-ATS-2015 InnoVinBC); Fondation Toulouse Cancer Santé (2017CS065); și asociațiile Céline și Flo.