Pathogenesis of germ cells neoplastic lesions in developmental aspect

Transkrypt

1 Prace Endokrynologia, Diabetologia i Choroby Przemiany Materii Wieku Rozwojowego 2007, 13, 1, XX ISSN X Patogeneza zmian nowotworowych z komórek p³ciowych w aspekcie rozwojowym Pathogenesis of germ cells neoplastic lesions in developmental aspect Jolanta S³owikowska-Hilczer Zak³ad Endokrynologii P³odnoœci, Katedra Andrologii i Endokrynologii P³odnoœci UM w odzi Streszczenie P³odowe komórki p³ciowe ulegaj¹ przemianie nowotworowej prawdopodobnie ju w okresie p³odowym. Miejscem, które najbardziej sprzyja przetrwaniu tej patologii jest j¹dro z zaburzeniami organogenezy (ró nicowania). J¹dra te nazywa siê gonadami dysgenetycznymi. Oprócz klasycznej dysgenezji gonad, ujawniaj¹cej siê odwróceniem cech p³ciowych ( eñskie u osób genetycznie mêskich), istniej¹ prawdopodobnie jej niepe³ne, utajone formy, przy których mog¹ nie wystêpowaæ zaburzenia ró nicowania p³ciowego. Jawne i utajone (przypuszczalne) zaburzenia organogenezy mêskich gonad nazwano zespo³em dysgenezji j¹der (TDS). Dysgenezja gonad wystêpuje czêœciej przy prawid³owym mêskim kariotypie 46,XY, ni przy liczbowych i strukturalnych aberracjach chromosomów p³ciowych. Przyczyn¹ TDS mo e byæ nieprawid³owa ekspresja genów chromosomu Y lub chromosomów autosomalnych, uczestnicz¹cych w ró nicowaniu j¹dra lub/i ekspozycja na czynniki œrodowiskowe, g³ównie o dzia³aniu estrogenopodobnym. Przypuszcza siê, e TDS wywo³uje kaskadowy mechanizm, który mo e doprowadziæ do powstania nowotworu j¹dra z komórek p³ciowych (GCT). Mechanizm ten mo e przedstawiaæ siê nastêpuj¹co: 1) pe³ne lub niepe³ne zahamowanie organogenezy kanalików plemnikotwórczych (czasem ju na etapie sznurów p³ciowych) powoduje, e wystêpuje 2) opóÿnienie ró nicowania i rozwoju komórek p³ciowych oraz komórek somatycznych Sertoliego/ziarnistych w gonadzie; 3) nieprawid³owe komórki somatyczne przyczyniaj¹ siê do obumierania wiêkszoœci komórek p³ciowych, ale komórki p³ciowe, które zachowa³y ekspresjê antygenów p³odowych maj¹ zdolnoœæ prze ycia i proliferacji; 4) p³odowe komórki p³ciowe, które prze y³y i znajduj¹ siê w niezró nicowanej tkance gonady p³odowej (zatrzymanie rozwoju j¹dra na etapie gonady pierwotnej) podlegaj¹ klonalnej ekspansji, co doprowadza do powstania nowotworu gonadoblastoma. Gonadoblastoma z czasem ulega atrofii i/lub zwapnieniu, ale mo e te przekszta³ciæ siê w GCT, 5) p³odowe komórki p³ciowe, które prze y³y i znajduj¹ siê w obrêbie ju wytworzonych kanalików j¹dra, maj¹ lepsze warunki do przetrwania w niezmienionej (ale opóÿnionej rozwojowo) formie przez wiele lat jako przedinwazyjny carcinoma in situ j¹dra (CIS). Komórki CIS mog¹ ulec zanikowi, ale tak e wraz z dojrzewaniem i w okresie póÿniejszym mog¹ daæ pocz¹tek GCT pod wp³ywem gonadotropin i androgenów. S³owa kluczowe: dysgenezja gonad, nowotwory z komórek p³ciowych, wewn¹trzkanalikowy rak j¹dra, gonadoblastoma, aberracje chromosomów p³ciowych Abstract Fetal germ cells transform neoplastically probably at the fetal period of life. The best place for their maintenance is a testis with the disturbed organogenesis (differentiation). These testes are called dysgenetic gonads. Besides the classical form of gonadal dysgenesis, appearing by the reversed sex features (female in genetic males), there are probably hidden forms without the disturbances in the sex differentiation. The overt and hidden disturbances of the testes organogenesis are called testicular dysgenesis syndrome (TDS). Gonadal dysgenesis is more frequent in normal male karyotype than in numerical and structural aberrations of sex chromosomes. The cause of TDS is an inappropriate expression of genes of Y chromosome or autosomes, taking part in testicular differentiation, and/or exposition to the influence of environmental factors, mainly with estrogen-like action. It is supposed that TDS determines a cascade of events leading to germ cell tumours (GCT). This mechanism may appear as follows: 1) the inhibited organogenesis of seminal tubules (sometimes at the level of sex cords) causes 2) the delay in differentiation and development of germ and somatic Sertoli/granulosa cells; 3) disturbed somatic cells contribute to the death of most germ cells, but germ cells which retain fetal antigens have the possibility to survive and proliferate; 4) if the survived germ cells are in the undifferentiated tissue of fetal gonad (retardation of testicular development at the level of gonadal anlage) their clonal expansion leads to the creation of neoplastic lesion termed gonadoblastoma. With time gonadoblastoma undergoes atrophy and/or calcification or may transform into GCT; 5) if the survived germ cells are placed inside the seminal tubules, they have better conditions to persist in the unchanged, but developmentally delayed, form for many years as preinvasive carcinoma in situ (CIS). CIS cells can disappear but with the advancing puberty they may give rise to GCT under the influence of gonadotropins and androgens. Key words: gonadal dysgenesis, germ cell tumours, intratubular germ cell carcinoma, gonadoblastoma, aberrations of sex chromosomes Wprowadzenie Nowotwory z³oœliwe mêskiej gonady wywodz¹ siê w wiêkszoœci z komórek plemnikotwórczych, dlatego okreœla siê je Adres do korespondencji: Dr hab. n. med. Jolanta S³owikowska-Hilczer Zak³ad Endokrynologii P³odnoœci, Katedra Andrologii i Endokrynologii P³odnoœci UM ul. Sterlinga 5, ódÿ tel./fax: (042) , slowikowska.hilczer@csk.umed.lodz.pl mianem nowotwory j¹dra z komórek p³ciowych (germ cell tumours GCT). Do GCT zalicza siê: nasieniaki (³ac. seminoma, germinoma, gonocytoma, dysgerminoma) (ok. 55% przypadków GCT) oraz nowotwory nienasieniakowate (ok. 40% przypadków GCT), takie jak raki zarodkowe (³ac. carcinoma embryonale) (najmniej zró nicowane), kosmówczaki (³ac. choriocarcinoma) i potworniaki (³ac. teratoma) (zwykle najbardziej zró nicowane). Do GCT nale y tak e nasieniak spermatocytarny (³ac. seminoma spermatocytare), który 1

2 Jolanta S³owikowska-Hilczer Endokrynologia, Diabetologia i 2007, 13, 1 2 ma nieco inne w³aœciwoœci biologiczne ni pozosta³e GCT (1, 2). Uproszczony schemat patogenezy nowotworów j¹dra z komórek p³ciowych przedstawiono na rycinie 1. t³umaczenie ryciny Ryc.1. Uproszczony schemat patogenezy nowotworów j¹dra z komórek p³ciowych Fig. 1. Pathogenesis of germ cell tumors Nowotwory j¹der by³y znane i opisywane ju na pocz¹tku XX wieku. Uwa ano, e wywodz¹ siê one zarówno z komórek p³ciowych, jak i z innych tkanek rozwijaj¹cych siê podczas ró nicowania gonady oraz z ró nych tkanek jaja p³odowego. W latach XX w. pojawi³o siê szereg dowodów na to, e nasieniak jest prekursorem wszystkich GCT. Twierdzono, e komórki tego nowotworu na wczesnym etapie rozwoju maj¹ zdolnoœæ wstecznego ró nicowania siê do bardziej prymitywnych komórek zarodkowych, z których powstaj¹ nowotwory nienasieniakowate, takie jak raki zarodkowe, kosmówczaki i potworniaki lub ich formy mieszane. Ta zdolnoœæ zmniejsza siê wraz z wiekiem i po 40 r.. wystêpuj¹ prawie wy³¹cznie nasieniaki (3). Skakkebaek i wsp. odrzucili tê hipotezê na korzyœæ takiej, która mówi, e wszystkie GCT wywodz¹ siê z pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych, gonocytów, które uleg³y przemianie nowotworowej, przetrwa³y poza okres p³odowy a do okresu dojrza³oœci p³ciowej i da³y pocz¹tek jawnym, inwazyjnym formom GCT (4, 5). Podstaw¹ do sformu³owania tej teorii by³o stwierdzenie, e wszystkie rodzaje GCT zawieraj¹ komórki o cechach morfologicznych i antygenowych podobnych do pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych (primordial germ cells) i ich poÿniejszych form, tzw. gonocytów. Stan, w którym komórki te obecne s¹ w kanalikach plemnikotwórczych dojrza³ych p³ciowo mê czyzn, Skakkebaek nazwa³ po raz pierwszy wewn¹trzkanalikowym rakiem j¹dra (intratubular germ cell carcinoma) lub carcinoma in situ j¹dra (CIS). Wed³ug klasyfikacji GCT z 1997 r. (International Germ Cell Consensus Classification) CIS zosta³ zaliczony do grupy tumor in situ (Tis) (6). CIS wed³ug klasyfikacji WHO (Histologic Classification of Testicular Tumors) zalicza siê do grupy zawieraj¹cej: GCT, precursor lesion, intratubular germ cell neoplasm, unclassified (wewn¹trzkanalikowy nowotwór z komórek p³ciowych, niesklasyfikowany) (7). Mimo wielu badañ w ci¹gu ostatnich 30 lat, patogeneza i historia naturalna zmian nowotworowych wywodz¹cych siê z komórek p³ciowych nie jest jednak w pe³ni poznana. Nie uda³o siê tak e stworzyæ modelu zwierzêcego dla badania GCT. Wprawdzie powsta³ model teratoma u myszy ze szczepu 129/sv, ale badania cytogenetyczne w komórkach tego raka nie wykaza³y zmian chromosomalnych typowych dla GCT u ludzi (8). Ci¹gle otwarte pozostaje tak e pytanie, w jakim stopniu na przemianê nowotworow¹ komórek p³ciowych, ich utrzymanie i proliferacjê maj¹ wp³yw czynniki wewn¹trzpochodne, a w jakim zewnêtrzne, œrodowiskowe. Czynniki genetyczne Oko³o 2% pacjentów z GCT ma cz³onka rodziny choruj¹cego na ten nowotwór. Ryzyko jest 10-krotnie wiêksze u braci i 4-krotnie wiêksze u synów chorych na GCT (9). Wskazuje to na udzia³ czynników genetycznych w rozwoju zmian nowotworowych w j¹drze. Do tej pory przeprowadzono dwa badania genotypów w rodzinach, w których wystêpuje GCT. W jednym z nich u 35 rodzin stwierdzono zale noœæ wystêpowania GCT od zmian w chromosomach 1, 4, 5, 14 i 18 (10). W innym badaniu przeprowadzonym na 54 rodzinach potwierdzono zale noœæ wystêpowania GCT tylko od zmian w chromosomie 18 (11). Badania epidemiologiczne wykaza- ³y ponadto zwi¹zek GCT ze zmianami w chromosomie X. Obustronne wystêpowanie GCT i wnêtrostwo ³¹cz¹ siê z genami zlokalizowanymi w regionie q27 chromosomu X (12). Prawdopodobieñstwo wp³ywów genetycznych uwidaczniaj¹ tak- e ró nice w czêstoœci wystêpowania GCT w ró nych grupach etnicznych w Europie, np. niska czêstoœæ w Finlandii i Estonii oraz wysoka w Danii i Szwecji oraz na Litwie (13). Zaburzenia rozwoju i czynnoœci j¹der, okreœlane jako tzw. zespó³ dysgenetycznych j¹der, zwi¹zane s¹ z wystêpowaniem specyficznej haplogrupy chromosomu Y hp26, która jest najczêœciej stwierdzana w populacji duñskiej. Przypuszcza siê, e geny w tej klasie chromosomu Y mog¹ byæ szczególnie wra liwe na czynniki œrodowiskowe i st¹d bierze siê wysoka zachorowalnoœæ na GCT w Danii (14). Ponadto GCT wystêpuj¹ czêœciej u mê czyzn rasy kaukaskiej, ni rasy afrykañskiej czy azjatyckiej (13). Dziêki postêpom w biologii molekularnej stwierdzono, e progresja prawid³owej komórki p³ciowej do komórki nowotworowej jest zwi¹zana z niestabilnoœci¹ genetyczn¹, która prowadzi do utraty lub nadwy ki ca³ych chromosomów lub ich fragmentów lub wynika z ich utraty lub nadwy ki. Charakterystyczn¹ cech¹ nowotworowych komórek p³ciowych jest aneuploidalna zawartoœæ DNA. W komórkach CIS i GCT stwierdzano g³ównie tri- i tetraploidiê DNA (15). Uwa a siê, e aneuploidyzacja pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych mo e byæ najwczeœniejszym zjawiskiem w patogenezie GCT. Przeprowadzone przez nas badania densytometryczne zawartoœci DNA w komórkach p³ciowych w dysgenetycznych gonadach u dzieci w wieku 8 miesiêcy do 3 lat wykaza³y wysok¹ czêstoœæ wystêpowania tri- i tetraploidii (42 97% komórek), co wskazywa³o na ich nowotworowy charakter. Oznacza to, e ju we wczesnym okresie dzieciêcym gonocyty s¹ komórkami CIS (16). U mê czyzn z rozpoznanym GCT jednego j¹dra, w drugim j¹drze stwierdza siê CIS w 2-7% przypadków. Mo liwoœæ wystêpowania komórek CIS symetrycznie w obu j¹drach jest tak e dowodem na to, e inicjacja procesu nowotworowego komórek p³ciowych ma miejsce we wczesnym, pregonadalnym okresie p³odowym, to znaczy jeszcze zanim p³odowe komórki p³ciowe zakoñcz¹ swoj¹ wêdrówkê z okolic pêcherzyka ó³tkowego obustronnie do zawi¹zków gonad. U osób z zaburzeniami ró nicowania p³ciowego i ze zmianami nowotworowymi gonad czêœciej stwierdzano obni ony odsetek chromosomów Y przy nadmiarze chromosomów X w komórkach somatycznych (17). Na podstawie badania 46 przypadków dzieci z zaburzeniami organogenezy j¹der

3 Patogeneza zmian nowotworowych z komórek p³ciowych w aspekcie rozwojowym (40 przypadków dysgenezji gonad i 6 przypadków obojnactwa prawdziwego gonady obup³ciowe) stwierdziliœmy jednak, e kariotyp 46,XY bardziej predysponuje do wyst¹pienia zmian nowotworowych, ni liczbowe i strukturalne aberracje chromosomów p³ciowych. Stwierdzenie prawid³owego kariotypu nie wyklucza jednak zmian molekularnych w strukturze chromosomów. W ramieniu krótkim chromosomu Y po³o ony jest zespó³ genów SRY (sex region of the Y chromosome), który okaza³ siê decyduj¹cy o przekszta³ceniu niezró nicowanej gonady p³odowej w j¹dro, a jego mutacje prowadz¹ do zaburzeñ ró nicowania j¹dra. W ramieniu krótkim chromosomu Y, w regionie zwanym GBY, prawdopodobnie odpowiedzialnym za tworzenie zmiany nowotworowej gonadoblastoma, kodowane jest bia³ko TSPY. Bia³ko to jest prawid³owo obecne w spermatogoniach i jest zwi¹zane z ich podzia³ami mitotycznymi. Sugeruje siê, e nadmierna ekspresja bia³ka TSPY w komórkach CIS sprzyja ich proliferacji (18). Z kolei w ramieniu d³ugim chromosomu Y znajduje siê region AZF, którego geny odpowiedzialne s¹ za postêp spermatogenezy. Mutacje tych genów prowadz¹ do zatrzymania spermatogenezy i/lub powstania zespo³u samych komórek Sertoliego. Produkt bia³kowy genów regionu AZFb, tzw. bia³ko RBM (RNA binding motif), jest obecny w prawid³owych komórkach spermatogenezy przez ca³e ycie, pocz¹wszy od drugiego trymestru ci¹ y. Natomiast nie stwierdzono ekspresji tego bia³ka w komórkach nowotworowych GCT i CIS u dojrza³ych p³ciowo mê czyzn (19). Na podstawie badañ immunohistochemicznych j¹der dysgenetycznych w okresie przeddojrzewaniowym po raz pierwszy wykazaliœmy brak ekspresji bia³ka RBM w komórkach CIS. Wspar³o to pogl¹d o nowotworowej przemianie gonocytów ju w okresie dzieciñstwa (20). Brak ekspresji RBM w zmienionych nowotworowo komórkach p³ciowych wskazuje na udzia³ zaburzeñ czynnoœci chromosomu Y w patogenezie CIS, a tym samym GCT. Zaburzenia organogenezy j¹der i zwi¹zane z nimi zmiany nowotworowe mog¹ byæ zale ne nie tylko od zmian strukturalnych chromosomu Y, ale tak e od szeregu innych genów odpowiedzialnych za ró nicowanie i rozwój p³odowych gonad np. WT1 (chromosom 11), DAX1 (chromosom X), SOX9 (chromosom 17), SF1 (chromosom 9) (21). Nadekspresja protoonkogenów lub zmiany strukturalne chromosomów spowodowane punktowymi mutacjami odgrywaj¹ wa n¹ rolê w inicjacji i progresji nowotworów u ludzi. Stwierdzono silny zwi¹zek pomiêdzy protoonkogenem c-kit a GCT. Bia³kowy produkt tego genu jest receptorem b³onowym komórek, który nale y do grupy kinaz tyrozynowych. Ligandem tego receptora jest stem cell factor (SCF). U myszy wykazano, e c-kit jest zwi¹zany z migracj¹ i proliferacj¹ pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych. U ludzi gen ten zlokalizowany jest w chromosomie 4. Ekspresja c-kit wystêpuje w p³odowych komórkach p³ciowych do 10 tygodnia ycia p³odowego cz³owieka. Po tym okresie komórki p³ciowe nie podlegaj¹ podzia³om komórkowym a do okresu niemowlêcego, kiedy znów zaczynaj¹ siê dzieliæ i wówczas wykazywana jest tak e ekspresja c-kit. W okresie przeddojrzewaniowym ekspresja c-kit znowu ulega wyciszeniu i pozostaje na niskim poziomie przez ca³e ycie (22). W gonadach z zaburzon¹ organogenez¹ (dysgenezja) stwierdzano siln¹ ekspresjê c-kit w okresie, w którym normalnie ona nie wystêpuje (23). Obserwacja ta sugeruje, e opóÿnienie w ró nicowaniu komórek p³ciowych w dysgenetycznej gonadzie i w zwi¹zku z tym przed³u ona ekspresja c- kit, mog¹ byæ zwi¹zane z transformacj¹ nowotworow¹ komórek p³ciowych. Nadekspresja c-kit powoduje zwiêkszenie dostêpu liganda SCF, który przeciwdzia³a procesowi apoptozy. Podczas apoptozy komórki p³ciowe gromadz¹ zwiêkszone iloœci bia³ka p53, które jest produktem genu supresyjnego dla nowotworów TP53, zlokalizowanego w chromosomie 17. Bia³ko p53 w odpowiedzi na czynniki powoduj¹ce uszkodzenie DNA, zatrzymuje cykl komórkowy w fazie G1, co pozwala na naprawê uszkodzonego DNA oraz aktywuje apoptozê komórek z mutacjami DNA. Nadmiar SCF przeciwdzia³a funkcji p53, hamuje apoptozê i pobudza proliferacjê komórek z uszkodzonym DNA. Przed³u ona ekspresja c-kit w nieprawid³owych komórkach p³ciowych mo e byæ wiêc jednym z mechanizmów uczestnicz¹cych w patogenezie CIS i GCT przez zwiêkszenie prze ywalnoœci tych komórek i pobudzenie ich proliferacji. W komórkach CIS oraz nasieniakach wystêpuje tak e zwiêkszona ekspresja bia³kowych produktów c-kit (22). OCT3/4 (octamer binding transcription factor) nale y do grupy regulacyjnych genów POU, które bior¹ udzia³ w rozwoju ssaków. Jego produkt bia³kowy jest niezbêdny dla prze- ycia multipotencjalnych pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych i gonocytów. W nowotworowych komórkach p³ciowych stwierdza siê przetrwa³¹ poza okres p³odowy ekspresjê tego bia³ka, co prawdopodobnie umo liwia ich prze ycie (24). Czynniki hormonalne Estrogeny s¹ hormonami najczêœciej branymi pod uwagê w patogenezie GCT. Wykazano, e takie czynniki, jak: pierwsza ci¹ a, oty³oœæ i czêste wymioty we wczesnym etapie ci¹ y, które s¹ zwi¹zane z nadmiarem biologicznie czynnych estrogenów u matek, s¹ czynnikami zwiêkszonego ryzyka zachorowania na raka j¹dra u ich synów (13). Okres miêdzy 6 a 20 tygodniem ycia p³odowego jest okresem krytycznym dla rozwoju gonad i mêskich narz¹dów p³ciowych. Mêski p³ód jest czêœciowo chroniony przed estrogenami pochodz¹cymi od matki dziêki ich wi¹zaniu we krwi przez (-fetoproteinê (AFP) i globulinê wi¹ ¹c¹ steroidy p³ciowe (SHBG), bia³ka wytwarzane przez p³ód i maj¹ce du e powinowactwo do estrogenów. Wiele z syntetycznych substancji chemicznych, m.in. niektóre z pestycydów, fenoli, detergentów, rozpuszczalników organicznych, które w wyniku rozwoju cywilizacji zanieczyszczaj¹ naturalne œrodowisko, ma mimo innej budowy chemicznej aktywnoœæ biologiczn¹ podobn¹ do estrogenów. Substancje te nazywane s¹ ksenoestrogenami. Ksenoestrogeny nie s¹ wi¹zane w kr¹ eniu przez bia³ka p³odowe, co oznacza, e mêskie p³ody nie s¹ chronione przed estrogennym dzia³aniem czynników œrodowiska zewnêtrznego. Dziêki temu ksenoestrogeny mog¹ uczestniczyæ w patogenezie zaburzeñ rozwojowych j¹dra oraz w patogenezie CIS i GCT (25). Ekspozycja na estrogeny w okresie p³odowym hamuje wydzielanie FSH, a przez to namna anie komórek Sertoliego, co wi¹ e siê ze zmniejszonym wydzielaniem hormonu antymüllerowskiego (antimüllerian hormone AMH), syntetyzowanego przez komórki Sertoliego. Brak AMH prowadzi do zaburzeñ w ró nicowaniu mêskich narz¹dów p³ciowych i w zstêpowaniu j¹der. Prawdopodobnie AMH wp³ywa na ró - nicowanie gonocytów do spermatogonii w okresie pourodzeniowym, a wiêc jego niedobór powoduje zahamowanie ró - nicowania p³odowych komórek p³ciowych, co mo e prowadziæ do powstania CIS (26). Jednym z czynników pobudzaj¹cych syntezê AMH w p³odowych komórkach Sertoliego s¹ androgeny. Nadmiar estro- 3

4 Jolanta S³owikowska-Hilczer Endokrynologia, Diabetologia i 2007, 13, 1 4 genów powoduje zahamowanie biosyntezy androgenów w j¹drze. Estrogeny mog¹ dzia³aæ na j¹dro przez unieczynnienie szeregu enzymów bior¹cych udzia³ w steroidogenezie, mog¹ blokowaæ receptory dla LH w komórkach Leydiga, a tak- e dzia³aæ poœrednio poprzez hamowanie biosyntezy i wydzielania gonadotropin (27). W stanach, przy których mo - na siê spodziewaæ zmniejszonego wydzielania androgenów w okresie p³odowym (dysgenezja gonad, wnêtrostwo, zespó³ Klinefeltera) znacznie czêœciej stwierdza siê CIS i GCT (13). U kobiet rasy afrykañskiej obserwowano wzglêdnie wy szy poziom androgenów we wczesnym okresie ci¹ y i ni sz¹ zachorowalnoœæ na GCT u ich synów ni u kobiet rasy kaukaskiej. Uwa a siê, e wysokie stê enie androgenów w krytycznym okresie p³odowym mo e mieæ znaczenie ochronne przed rozwojem zmian nowotworowych w j¹drze (28). Inwazyjne formy GCT niezwykle rzadko wystêpuj¹ przed dojrzewaniem p³ciowym, mimo e w tym czasie stwierdza siê ju obecnoœæ nowotworowych komórek CIS. Zachorowalnoœæ na GCT zaczyna siê zwiêkszaæ od 15 r.., kiedy stê enie testosteronu we krwi tak e wzrasta. Szczyt zachorowalnoœci na GCT obserwuje siê u mê czyzn miêdzy 20 a 40 r.., kiedy stê enia testosteronu we krwi s¹ najwy sze (13, 29). Rajpert-DeMeyts i Skakkebaek sugeruj¹, e androgeny mog¹ dzia³aæ bezpoœrednio na komórki CIS przetrwa³e w j¹drze, pobudzaj¹c lub hamuj¹c ekspresjê odpowiednich genów (28). Autorzy ci stwierdzili bowiem w komórkach CIS receptory dla androgenów, które nie s¹ obecne w prawid³owych komórkach p³ciowych. W okresie dojrzewania i dojrza³oœci p³ciowej wzrasta tak- e stê enie gonadotropin we krwi. Przedstawiano przypadki mê czyzn ze zmniejszon¹ liczebnoœci¹ plemników w nasieniu, u których podawanie gonadotropin indukowa³o rozwój raka j¹dra (29). Martin i wsp. opisali przypadek raka j¹dra u 35-letniego mê czyzny, u którego stwierdzono mutacjê aktywizuj¹c¹ receptora LH i nadmierne wydzielanie testosteronu (30). Kula stwierdzi³ podwy szon¹ liczebnoœæ spermatogonii u niep³odnych mê czyzn z hipergonadotropizmem (31). Ponadto wykaza³ on, e liczba spermatogonii koreluje dodatnio z podstawowymi poziomami i rezerw¹ wydzielnicz¹ FSH. W naszych badaniach stwierdziliœmy wysokie dodatnie korelacje miêdzy liczb¹ komórek CIS a stê eniem FSH i LH u dzieci z dysgenezj¹ gonad, u których wydzielanie testosteronu by³o obni one (32). Mo na wiêc przypuszczaæ, e nadmiar gonadotropin, dzia³aj¹c na komórki plemnikotwórcze, w tym CIS, pobudza ich proliferacjê i mo liwe, e jest to ostatnie ogniwo promocji rozwoju GCT. Rola zaburzeñ organogenezy gonad Grupê najwiêkszego ryzyka powstania GCT stanowi¹ osoby z zaburzeniami ró nicowania p³ciowego i obecnoœci¹ chromosomu Y w kariotypie (33). W obrêbie tej grupy najwiêksze ryzyko zmian nowotworowych wystêpuje przy zaburzeniach organogenezy j¹der (dysgenezja gonad). Gonady, przynajmniej czêœciowo, zaczê³y ró nicowaæ siê w kierunku j¹der, ale ich rozwój zosta³ zatrzymany na pewnym etapie, przez co maj¹ zaburzon¹ czynnoœæ hormonaln¹ i plemnikotwórcz¹. Kliniczn¹ konsekwencj¹ s¹ obojnacze lub eñskie narz¹dy p³ciowe, brak lub s³aby postêp dojrzewania p³ciowego i niep³odnoœæ. W dysgenetycznych gonadach obecne s¹ przetrwa³e lub/i zmienione nowotworowo p³odowe komórki p³ciowe. U 46 badanych przez nas pacjentów z zaburzeniami organogenezy gonad zmiany nowotworowe wystêpowa- ³y z czêstoœci¹ 62,5% (34). W naszych badaniach stwierdziliœmy, e l ejszy stopieñ zaburzeñ organogenezy j¹dra, kiedy s¹ ju wytworzone kanaliki plemnikotwórcze (tzw. czêœciowa dysgenezja gonad) bardziej predysponuje do zmian nowotworowych ni g³êbokie zaburzenia organogenezy, kiedy rozwój struktury gonady zatrzyma³ siê na poziomie sznurów p³ciowych lub niezró nicowanej gonady pierwotnej (tzw. czysta dysgenezja gonad) (35). Wynika st¹d, e kanaliki j¹dra odgrywaj¹ prawdopodobnie rolê promocyjn¹ w utrzymaniu zmienionych nowotworowo komórek p³ciowych do okresu dojrza³oœci p³ciowej. Potwierdza to obserwacja pacjenta z dysgenetycznymi gonadami, nie usuniêtymi we wczesnym dzieciñstwie z powodu dobrego wydzielania testosteronu, u którego w 25 r.. stwierdzono CIS w hipotroficznym j¹drze (36). W dysgenetycznych gonadach czêsto powstaje zmiana nowotworowa, nazywana gonadoblastoma. Jest to nowotwór wywodz¹cy siê z p³odowych sznurów p³ciowych, zbudowany z zespo³u gniazd zawieraj¹cych komórki CIS i komórki somatyczne przypominaj¹ce niezró nicowane komórki Sertoliego i/lub komórki ziarniste jajnika. W s¹siedztwie gonadoblastoma czêsto znajdywano niezró nicowan¹ tkankê gonadaln¹ (p³odowe komórki p³ciowe, które z komórkami Sertoliego/ziarnistymi zaczynaj¹ tworzyæ sznury p³ciowe lub jeszcze nie tworz¹ wyraÿnych struktur gonadalnych, a s¹ jedynie bez³adn¹ mieszanin¹ komórek) (37). Wiêkszoœæ z komórek p³ciowych w takim nieprawid³owym œrodowisku komórek somatycznych ulega zanikowi, ale niektóre, wykazuj¹ce przed³u on¹ obecnoœæ bia³ka OCT 3/4 (niezbêdnego do prze ycia pierwotnych p³odowych komórek p³ciowych/gonocytów) i nadekspresjê bia³ka TPSY (niezbêdnego do proliferacji spermatogonii), prze ywaj¹ i namna aj¹ siê. Prowadzi to do ich klonowej ekspansji i utworzenia gniazd gonadoblastoma. W miarê up³ywu czasu gonadoblastoma mo e ulec atrofii lub/i zwapnieniu, ale mo e te daæ pocz¹tek GCT. Przyczyn¹ dysgenezji gonad mog¹ byæ mutacje SRY, ale tak e innych genów bior¹cych udzia³ w ró nicowaniu p³ciowym np. WT1 (chromosom 11). Stwierdzono, e czynniki œrodowiskowe mog¹ prowadziæ do zmian genetycznych, ale te bezpoœrednio wp³ywaj¹ na rozwój gonady p³odowej. Ekspozycja na ksenoestrogen di(n-butyl) ftalat (DBP) powoduje u szczura zmiany w j¹drze, podobne do spotykanych przy dysgenezji gonad, takie jak niezró nicowane kanaliki plemnikotwórcze, wieloj¹drzaste gonocyty, niedojrza³e komórki Sertoliego oraz zgrupowania komórek Leydiga. Tym zmianom komórkowym w j¹drze towarzyszy wnêtrostwo, spodziectwo, zmniejszona liczba plemników i obni one stê- enie testosteronu we krwi (25). Grup¹ zwiêkszonego ryzyka rozwoju nowotworu j¹dra s¹ tak e mê czyÿni z wnêtrostwem. Maj¹ oni 3 razy wy sze ryzyko zachorowania na GCT (ok. 5%) w stosunku do ogólnej populacji mê czyzn (ok.1,5%) i to bez wzglêdu na to, czy byli leczeni w dzieciñstwie i jak¹ metod¹. U mê czyzn z wnêtrostwem stwierdza siê czêsto zaburzenia p³odnoœci, co œwiadczy o nieprawid³owej (rozwojowo upoœledzonej) czynnoœci kanalików plemnikotwórczych (38). Skakkebaek i wsp. zaproponowali, aby wszystkie zaburzenia zwi¹zane z ró nicowaniem i rozwojem j¹der nazwaæ zespo³em dysgenezji j¹der (testicular dysgenesis syndrome TDS) (39). Do TDS oprócz klasycznej dysgenezji gonad, ujawniaj¹cej siê zaburzeniami ró nicowania narz¹dów p³ciowych u osób z mêskim genotypem, zaliczono tak e zaburzenia ró nicowania i rozwoju j¹der, takie jak wnêtrostwo, brak lub zatrzymanie spermatogenezy, a tak e te, które mog¹ nie dawaæ jawnych zmian klinicznych. We wszystkich tych przypadkach znajdywano bowiem w j¹drach niezró ni-

5 Patogeneza zmian nowotworowych z komórek p³ciowych w aspekcie rozwojowym t³umaczenie ryciny GCT jawny, inwazyjny nowotwór wywodz¹cy siê z komórek p³ciowych / germ cell tumor CIS carcinoma in situ j¹dra, wewn¹trzkanalikowy rak j¹dra / carcinoma in situ of the testis, intratubular neoplasm of the testis Ryc.2. Patogeneza zmian nowotworowych z komórek p³ciowych w zespole dysgenezji j¹der Fig. 2. Pathogenesis of neoplastic lesions of germ cells in testicular dysgenesis syndrome cowane kanaliki plemnikotwórcze z obecnoœci¹ niedojrza- ³ych komórek Sertoliego, kanaliki bez komórek p³ciowych (zespó³ samych komórek Sertoliego) lub/i CIS, co œwiadczy o ró nego stopnia zahamowaniu rozwoju gonady na etapie p³odowym. Utajone zaburzenia rozwoju j¹dra nie wi¹ ¹ siê z nieprawid³ow¹ budow¹ cia³a (fenotyp jest mêski), ale wszystkie stanowi¹ potencjalne ryzyko rozwoju GCT. Na podstawie badañ w³asnych opracowano kaskadowy mechanizm rozwoju GCT: 1) pe³ne lub niepe³ne zahamowanie organogenezy kanalików plemnikotwórczych (czasem ju na etapie sznurów p³ciowych) powoduje, e wystêpuje 2) opóÿnienie ró nicowania i rozwoju komórek p³ciowych oraz komórek somatycznych Sertoliego/ziarnistych w gonadzie; 3) nieprawid³owe komórki somatyczne przyczyniaj¹ siê do obumierania wiêkszoœci komórek p³ciowych, ale komórki p³ciowe, które zachowa³y ekspresjê antygenów p³odowych maj¹ zdolnoœæ prze ycia i proliferacji; 4) p³odowe komórki p³ciowe, które prze y³y i znajduj¹ siê w niezró nicowanej tkance gonady p³odowej (zatrzymanie rozwoju j¹dra na etapie gonady pierwotnej) podlegaj¹ klonalnej ekspansji, co doprowadza do powstania nowotworu gonadoblastoma. Gonadoblastoma z czasem ulega atrofii i/lub zwapnieniu, ale mo e te przekszta³ciæ siê w GCT; 5) p³odowe komórki p³ciowe, które prze y³y i znajduj¹ siê w obrêbie ju wytworzonych kanalików j¹dra, maj¹ lepsze warunki do przetrwania w niezmienionej (ale opóÿnionej rozwojowo) formie przez wiele lat jako przedinwazyjny carcinoma in situ j¹dra (CIS). Komórki CIS mog¹ ulec zanikowi, ale tak e wraz z dojrzewaniem i w okresie póÿniejszym mog¹ daæ pocz¹tek GCT pod wp³ywem gonadotropin i androgenów. Na rycinie 2 przedstawiono patogenezê zmian nowotworowych z komórek p³ciowych w zespole dysgenezji j¹der. Praca wp³ynê³a do Redakcji:. Zaakceptowano do druku: Piœmiennictwo 1. Mø ller H.: Clues to the aethiology of testicular germ cell tumours from descriptive epidemiology. Eur. Urol., 1993, 23, Giwercman A., Von der Maase H., Skakkebaek N.E.: Epidemiological and clinical aspects of carcinoma in situ of the testis. Eur. Urol., 1993, 23, Teter J.: A new concept of classification of gonadal tumors arising from fetal germ cells (gonocytoma) and their histogenesis. Gynaecologia, 1960, 150, Skakkebaek N.E.: Possible carcinoma-in-situ of the testis. Lancet, 1972, 2, Skakkebaek N.E., Berthelsen J.G., Giwercman A., Mûller J.: Carcinoma-in-situ of the testis: possible origin from gonocytes and precursor of all types of germ cell tumors except spermatocytoma. Int. J. Androl., 1987, 10, Ulbright T.M.: Protocol for the examination of specimens from patients with malignant germ cell and sex cord-stromal tumors of the testis, exclusive of paratesticular malignancies. Arch. Pathol. Lab. Med., 1999, 123, Mostofi F.K., Sesterhenn I.A.: Histological typing of testis tumours. wyd. 2. Springer, Berlin-Heidelberg-New York-Tokyo 1998, STRONY!!!!. 8. Matin A., Collin G., Varnum D., Nadeau J.H.: Testicular teratocarcinogenesis in mice a review. APMIS, 1998, 106, Oosterhuis J.W., Looijenga L.H.J.: Testicular germ cell tumours, an update: biology, prognostic factors and (molecular) diagnostics. [w:] Renal, bladder, prostate and testicular cancer an update. The Proceedings of the VI Congress on 5

6 Jolanta S³owikowska-Hilczer Endokrynologia, Diabetologia i 2007, 13, 1 Progress and Controversies in Oncological Urology, Rotterdam, The Netherlands. WYDAWNICTWO, MIEJSCE WYDANIA 2000, Leahy M.G., Tonks S., Moses J.H. i wsp.: Candidate regions for a testicular cancer susceptibility gene. Hum. Mol. Genet., 1995, 4, Bishop D.T.: Candidate regions for testicular cancer susceptibility genes. APMIS, 1998, 106, Rapley E., Crockford G.P., Easton D.F. i wsp.: Localisation of susceptibility genes for familial germ cell tumour. APMIS, 2003, 111, Mø ller H., Evans H.: Epidemiology of gonadal germ cell cancer in males and females. APMIS, 2003, 111, McElreavey K., Quintana-Murci L.: Y chromosome haplogroups: a correlation with testicular dysgenesis syndrome? APMIS, 2003, 111, Lutzker S.G., Barnard N.J.: Testicular germ cell tumors: molecular understanding and clinical implications. Mol. Med. Today, 1998, 9, S³owikowska-Hilczer J.: Nuclear DNA content and proliferative potential of human gonocytes in the testes of intersex children. Folia Histochem. Cytobiol., 2001, 39, De Jong B., Oosterhuis J.W., Castedo S.M. i wsp.: Pathogenesis of adult testicular germ cell tumours. A cytogenetic model. Cancer Genet. Cytogenet., 1990, 48, Lau Y., Chou P., Iezzoni J. i wsp.: Expression of candidate gene for the gonadoblastoma and testicular seminoma. Cytogenet. Cell Genet., 2000, 91, Lifschitz-Mercer B., Elliott D.J., Leider-Trejo L. i wsp.: Absence of RBM expression as a marker of intratubular (in situ) germ cell neoplasia of the testis. Hum. Pathol., 2000, 31, Schreiber L., Lifschitz-Mercer B., Paz G. i wsp.: Lack of RBM expression as a marker for carcinoma in situ of prepubertal dysgenetic testis. J. Androl., 2003, 24, Lim H.N., Freestone S.H., Romero D. i wsp.: Candidate genes in complete and partial XY sex reversal: mutation analysis of SRY, SRY-related genes and FTZ-F1. Mol. Cell. Endocrinol., 1998, 140, Rajpert-DeMeyts E., Skakkebaek N.E.: Expression of the c-kit protein product in carcinoma in situ and invasive germ cell tumours. Int. J. Androl., 1994, 17, Rajpert-De Meyts E., Kvist M., Skakkebaek N.E.: Heterogeneity of expression of immuno-histochemical tumour markers in testicular carcinoma in situ: pathogenetic relevance. Virchows Arch., 1996, 428, Rajpert-DeMeyts E., Hanstein R., Jorgensen N. i wsp.: Developmental expression of POUF1 (OCT3/4) in normal and dysgenetic human gonads. Hum. Reprod., 2004, 19, Mahood I.K., Hallmark N., McKinnell C. i wsp.: Cellular origins of testicular dysgenesis in rats exposed in utero to di(n-butyl) phthalate. Int. J. Androl., 2006, 29, Skakkebaek N.E., Rajpert-DeMeyts E., Jõrgensen N. i wsp.: Germ cell cancer and disorders of spermatogenesis: An environmental connection? APMIS, 1998, 106, S³owikowska-Hilczer J., Metera M., Walczak R. i wsp.: Spermatogenesis in boys with precocious puberty and excessive secretion of testosterone and estradiol. Ginekol. Pol., 1995, 66, Rajpert-DeMeyts E., Skakkebaek N.E.: The possible role of sex hormones in the development of testicular cancer. Eur. Urol., 1993, 23, Neoptolemos J.P., Locke T.J., Fossard D.P.: Testicular tumour associated with hormonal treatment for oligospermia. Lancet, 1981, 2, Martin M.M., Wu S.M., Martin A.L. i wsp.: Testicular seminoma in a patient with a constitutively activating mutation of the luteinizing hormone/chorionic gonadotropin receptor. Eur. J. Endocrinol., 1998, 139, Kula K.: Hyperactivation of early steps of spermatogenesis compromises meiotic insufficiency in men with hyperandrogenism. A possible quantitative assay for high FSH/low testosterone availabilities. Andrologia, 1989, 23, S³owikowska-Hilczer J., Szarras-Czapnik M., Kula K.: Testicular pathology in 46,XY dysgenetic male pseudohermaphroditism. An approach to pathogenesis of testis cancer. J. Androl., 2001, 5, Müller J., Ritzen E.M., Ivarsson S.A. i wsp.: Management of males with 45,X/46,XY gonadal dysgenesis. Horm. Res., 1999, 52, S³owikowska-Hilczer J., Kula K.: Kliniczne konsekwencje zaburzeñ organogenezy j¹dra i obwodowego dzia³ania steroidów p³ciowych. Endokrynol. Diab. Chor. Przemiany Materii Wieku Rozw., 2000, 6, 1, S³owikowska-Hilczer J., Romer T.E., Kula K.: Neoplastic potential of germ cells in relation to disturbances of gonadal organogenesis and changes in karyotype. J. Androl., 2003, 24, S³owikowska-Hilczer J., Szarras-Czapnik M., Sosnowski M. i wsp.: Dysgenezja j¹der ze zmian¹ nowotworow¹ u mê czyzny z interseksualizmem: obserwacja i postêpowanie kliniczne od okresu noworodkowego do 29. roku ycia. Urol. Pol., 2005, 58, Cools M., Stoop H., Kersemaekers A.M.F. i wsp.: Gonadoblastoma arising in undifferentiated gonadal tissue within dysgenetic gonads. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2006, w druku. 38. Skakkebaek N.E., Giwercman A., De Kretser D.: Pathogenesis and management of male infertility. Lancet, 1994, 343, Skakkebaek N.E., Rajpert-DeMeyts E., Main K.M.: Testicular dysgenesis syndrome: an increasingly common developmental disorder with environmental aspects. Hum. Reprod., 2001, 16,