prace poglądowe Monika ZAJKOWSKA 1 Przemysław CHORĄŻY 2 Emilia LUBOWICKA 3 Ilona ZAREBA 4 Maciej SZMITKOWSKI 1 Sławomir ŁAWICKI 1 Przydatność metaloproteinaz (MMPs) i ich tkankowych inhibitorów (TIMPs) w diagnostyce raka piersi Utility of metalloproteinases (MMPs) and their tissue inhibitors (TIMPs) in diagnostics of breast cancer 1 Zakład Diagnostyki Biochemicznej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku Prof. dr hab. med. Maciej Szmitkowski 2 Samodzielny Publiczny Zakład Opieki Zdrowotnej w Mońkach Koordynator: Lek. Przemysław Chorąży 3 Samodzielna Pracownia Medycyny Estetycznej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku Dr hab. Andrzej Przylipiak, prof. UMB 4 Zakład Chemii Leków, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku Prof. Jerzy Pałka Dodatkowe słowa kluczowe: CA 15-3 żelatynaza A żelatynaza B inhibitory tkankowe markery nowotworowe Additional key words: CA 15-3 gelatinase A gelatinase B tissue inhibitors tumor markers Autorzy nie deklarują konfliktu interesów Otrzymano: 15.11.2017 Zaakceptowano: 10.04.2018 Adres do korespondencji: Monika Zajkowska Zakład Diagnostyki Biochemicznej Uniwersytet Medyczny w Białymstoku ul. Waszyngtona 15A, 15-269 Białystok tel. 85 746 85 87, fax 85 746 85 85 e-mail: monika@zajkowska.com Rak piersi od lat jest najczęstszym nowotworem złośliwym u kobiet i jednym z najczęstszych przyczyn ich śmiertelności z powodu chorób nowotworowych. Obecnie w diagnostyce raka piersi najczęściej stosowaną metodą w badaniu przesiewowym jest mammografia. Nie jest to jednak metoda wystarczająco czuła, dlatego też wykonuje się dodatkowo inne badania diagnostyczne, mające na celu wykrycie markerów nowotworowych. W przypadku raka piersi takim markerem jest CA 15-3. Jednak nie wykazuje on wystarczająco wysokiej czułości diagnostycznej, co opóźnia znacząco wykrywanie małych zmian nowotworowych, co przyczynia się do rozpoznania raka w stadium bardziej zaawansowanym i jednocześnie do skrócenia przeżywalności i jakości życia pacjentek. Dlatego też poszukuje się nowych markerów diagnostycznych, którymi mogłyby być m. in. metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej oraz ich tkankowe inhibitory, aby wykrywanie zmian nowotworowych odbywało się w jak najwcześniejszym stadium zawansowania raka piersi. Rak piersi Budowa gruczołu piersiowego przed okresem dojrzewania u płci męskiej, jak i żeńskiej jest bardzo podobna. W okresie dojrzewania dochodzi do uwidaczniania zmian, tj. u chłopców, dzięki produkcji testosteronu, rozrost gruczołu zostaje zahamowany. U dziewczynek natomiast, dochodzi do powiększania gruczołów pęcherzykowych, budujących od 15 do nawet 20 płatów, zdolnych do produkcji pokarmu (mleka), uchodzących przez przewody mleczne do zatoki mlecznej i na zewnątrz brodawki [1]. Płaty (zraziki) i przewody piersiowe wyścielone są komórkami, w których najczęściej dochodzi do zainicjowania procesów nowotworowych. Najczęściej komórki nowotworowe pochodzą z przewodów (rak przewodowy), znacznie mniejsza część ze zrazików (rak zrazikowy). Stosunkowo rzadko wywodzą się one z innych tkanek, np. mięsaki z tkanki mięśniowej. Na inicjację procesu nowotworowego duży wpływ ma wiele czynników, przedstawionych w tabeli I. Breast cancer since many years is the most common cancer in women and one of the most common causes of their death related to malignancies. Currently in breast cancer diagnosis, the most commonly used screening test is mammography. However, this is not a sufficiently sensitive method, therefore, other diagnostic tests are performed to detect cancer markers. In breast cancer such a marker is CA 15-3. However, it does not show sufficiently high diagnostic sensitivity, which significantly delays the detection of small neoplastic lesions, which simultaneously contributes to the delayed diagnosis of cancer in more advanced stages, shortening of survival and quality of life for patients. Therefore, new diagnostic markers are being sought, which could be for example matrix metalloproteinases and their tissue inhibitors, to detect cancer lesions at the earliest possible stage of breast cancer implantation. Stopień zaawansowania nowotworu jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na rokowanie. Im wcześniejszy stopień zaawansowania, tym większa szansa na całkowite wyleczenie. Szacuje się, iż wykrycie zmian w I stopniu zaawansowania tego nowotworu, daje 90% szans na przeżycie 5-letnie, w II stopniu zaawansowania jest to 70%, a w kolejnych stopniach spada ono do zaledwie 40% i 10% [2]. Główną i najlepszą metodą leczenia raka piersi jest mastektomia lub tzw. leczenie oszczędzające. Mastektomia, jako metoda klasyczna, obejmuje amputację całego gruczołu piersiowego wraz z układem chłonnym pachy. Leczenie oszczędzające natomiast polega na wycięciu guza z marginesem zdrowych tkanek, wycięciu układu chłonnego pachy oraz dodatkowym, jeśli jest takie wskazanie, napromienianiu sutka. Jest to metoda mniej radykalna, o lepszym efekcie kosmetycznym, zwiększająca komfort zarówno psychiczny jak i społeczny pacjentek [3]. Przegląd Lekarski 2018 / 75 / 04 193
Tabela I Czynniki zwiększające ryzyko wystąpienia raka piersi u kobiet i mężczyzn [1]. Factors contributing to the risk of breast cancer in women and men [1]. Czynniki ryzyka dotyczące: kobiet mężczyzn obu płci - gęstość tkanki gruczołowej - styl życia (wysokie BMI, alkohol) Epidemiologia W Polsce, łącznie na wszystkie choroby nowotworowe w samym roku 2015 zachorowało ponad 163 tysiące osób, a ponad 100 tysięcy zmarło, co plasuje nowotwory złośliwe na drugim miejscu co do częstości zgonów w naszym kraju, zaraz po schorzeniach układu krążenia. Szacuje się, iż u około 14,1% wszystkich zgonów wśród kobiet mających stwierdzone zmiany nowotworowe, przyczyną był rak piersi [4]. W Polsce jest on najczęściej występującym nowotworem złośliwym wśród kobiet. Tylko w 2015 roku liczba nowych zachorowań na ten nowotwór stanowiła 22,2% wszystkich zachorowań na nowotwory złośliwe. Jest on drugą, po raku płuc przyczyną zgonów Polek z przyczyn onkologicznych. Według danych opublikowanych przez Krajowy Rejestr Nowotworów (KRN), w samym 2015 roku, odnotowano 18 106 nowych przypadków zachorowań na raka piersi, z powodu którego zmarło 6319 kobiet. Należy podkreślić, iż obserwuje się wzrost zachorowalności na ten rodzaj nowotworu wśród kobiet młodych (20-49 lat) oraz w średnim wieku (50-69 lat). Sporadycznie obserwuje się zachorowania przed 20 rokiem życia. Nowotwory gruczołu piersiowego znacznie rzadziej występują u mężczyzn i nie stanowią poważnego problemu-wg KRN w 2015 roku odnotowano 139 nowych przypadków, co stanowi około 0,2% wszystkich zachorowań wśród płci męskiej na nowotwory złośliwe. Liczba zgonów w roku 2015 ogranicza się do 67 przypadków, umiejscawiając ten typ nowotworu dopiero na 51 miejscu wśród częstości zgonów mężczyzn na nowotwory złośliwe [4]. Według KRN w Polsce, w związku z coraz większą liczbą zachorowań każdego roku na raka piersi, prognozy na przyszłe lata nie są zbyt obiecujące. Szacuje się, że w roku 2020 dojdzie do ponad 19 tysięcy nowych zachorowań, a w roku 2025 liczba ta osiągnie ponad 21 tysięcy przypadków. Największych przyrostów zachorowalności należy spodziewać się w grupie kobiet po okresie menopauzy, w wieku od 50 do 69 lat, gdzie śmiertelność w roku 2025 ma wynosić ponad 50% liczby wszystkich nowych zachorowań [5]. Diagnostyka raka piersi Od wielu lat, głównym celem w diagnostyce nowotworów staje się usprawnienie wczesnej diagnostyki raka piersi oraz szybkie wprowadzenie skutecznego leczenia [2,6]. Aby w jak największym stopniu - schorzenia jąder (przewlekłe zapalenia, amputacja) - czynniki środowiskowe (narażenie na wysokie temperatury, urazy piersi) - wiek - obciążenie genetyczne - czynniki hormonalne - nowotwory towarzyszące - zmiany łagodne piersi ograniczyć umieralność na raka piersi, już w 2007 roku, wprowadzono, tzw. skrining raka piersi przy użyciu metody mammograficznej w dwóch projekcjach u kobiet po 50 r.ż. Metoda ta wykazywała się obrazem o dość wysokiej jakości. Celem badania mammograficznego jest systematyczne monitorowanie gruczołów piersiowych przed ujawnieniem się objawów klinicznych. Podstawą wykonania badania jest możliwość wykrycia zmian w bardzo wczesnych stadiach choroby, zanim stanie się ona wyraźnie wyczuwalna za pomocą metody palpacyjnej. W przypadku raka piersi, parametry takie jak wielkość guza i stan węzłów chłonnych podczas rozpoznania wpływa na jakość życia i długość przeżycia pacjentów. W związku z tym, wczesne wykrycie zmian w obrębie piersi oznacza większą szansę na pełne wyleczenie oraz większy odsetek operacji ograniczających się do usunięcia tylko małej części gruczołu piersiowego [7]. Mimo to, metody obrazowe do których, poza wspomnianą wcześniej mammografią, można zaliczyć również USG (ultrasonografia), CT (tomografia komputerowa) i MRI (magnetyczny rezonans jądrowy), a także inne metody, jak BAC (biopsja aspiracyjna cienkoigłowa), w przypadku małych zmian ogniskowych, nie wykazują wysokiej skuteczności. Najczęściej wykorzystywaną spośród powyższych metod pozostaje USG. Ultrasonografia jest nieinwazyjną metodą obrazowania, jednak ma pewne ograniczenia. Wykonanie badania USG musi odbywać się w odpowiednim dniu cyklu miesiączkowego, a obfite utkanie tłuszczowe utrudnia rozpoznanie [2]. Diagnostyka laboratoryjna raka piersi Metody współczesnej wczesnej diagnostyki nowotworu piersi nie są w pełni wystarczające. Dlatego też, ciągle poszukuje się nowych czynników, do których możemy zaliczyć markery nowotworowe, które w jak najwcześniejszym stadium mógłby wskazywać na obecność zmian złośliwych w gruczole piersiowym. Markerami nowotworowymi nazywamy substancje wielkocząsteczkowe, najczęściej pod postacią: białek z komponentą węglowodanową lub lipidową, oraz glikolipidów, które wytwarzane są wyłącznie w komórce nowotworowej lub w komórce nowotworowej i prawidłowej jednocześnie, przy czym jej produkcja w komórce zmienionej nowotworowo jest znacząco wyższa niż w komórce prawidłowej [6]. Markery nowotworowe są odzwierciedleniem trzech podstawowych zjawisk, toczących się w komórkach rakowych-proliferacji, różnicowania oraz obumierania. Dzięki temu wykazują wysoką przydatność diagnostyczną na poszczególnych etapach procesu nowotworowego. Mogą to być etapy: wykrywania, rozpoznawania, określania stopnia zaawansowania, lokalizowania zmian nowotworowych, monitorowania skuteczności chemio-i radioterapii, a także wykrywania wznowy [6]. W diagnostyce raka piersi zastosowanie znalazły klasyczne markery nowotworowe, takie jak: CA 15-3 (antygen nowotworowy 15-3), TPS (tkankowy specyficzny antygen polipeptydowy), CYFRA 21.1 (rozpuszczalny fragment cytokeratyny 21.1) i CEA (antygen karcinoembrionalny) [2,8]. Do grupy nowych kandydatów na markery raka piersi możemy zaliczyć również cytokiny, takie jak: M-CSF, IL-6 czy IGF-I wraz z ekspresją jego receptora (IGF-IR) [2], a także metaloproteinazy i ich tkankowe inhibitory. Rozwijający się proces nowotworowy najczęściej związany jest z mutacją w pojedynczych komórkach. Może to prowadzić do transformacji nowotworowej, zachodzącej w sposób spontaniczny. Dlatego też do markerów nowotworowych możemy zaliczyć również molekularne markery karcynogenezy. Zmiany molekularne pojawiające się w wyniku mutacji mogą doprowadzić do zaburzeń w funkcji protoonkogenów [2]. Według najnowszych doniesień Wang a i wsp. [9] molekularne markery raka piersi możemy podzielić na: molekularne markery wzrostu komórek raka piersi, np. Ki67, Topo II, białka cyklu komórkowego, np. cykliny A, D1, E, inne molekularne markery wzrostu komórkowego, np. PCNA, HABP 1, mir 24 3p, mir 21, mir 365, molekularne markery hormonozależne, np. ER, PR, inne typy markerów molekularnych, np. HER-2, p53, MDR. Innym kierunkiem diagnostyki mogą być oznaczenia metaloproteinaz i ich tkankowych inhibitorów, co może odzwierciedlać stabilność macierzy tkanek, w których zachodzą zmiany nowotworowe. Zmierza to do wykrywania stadium zmian nowotworowych w fazie małozaawansowanej. Wczesne wykrycie zmienionych nowotworowo komórek transformowanych umożliwia wdrożenie nowych metod terapeutycznych, które zwiększą prawdopodobieństwo wyleczenia lub wydłużą czas przeżycia chorych [10]. Metaloproteinazy Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej (MMPs), stanowią rodzinę homologicznych, zależnych od cynku endopeptydaz. Odgrywają one istotną rolę w przebudowie i degradacji macierzy zewnątrzkomórkowej oraz biorą udział w progresji nowotworowej [8]. Są one wytwarzane przez większość prawidłowych komórek, m. in. przez fibroblasty, mastocyty, osteoblasty, odontoblasty, komórki dendrytyczne, komórki mikrogleju, miocyty mięśniówki gładkiej, keratynocyty oraz komórki śródbłonka. Enzymy te wydzielane 194 M. Zajkowska i wsp.
są również przez komórki nacieku zapalnego, makrofagi, limfocyty T, monocyty, neutrofile i eozynofile [11,12]. W warunkach fizjologicznych MMPs biorą udział między innymi w procesach embrio- i angiogenezy, cyklicznych zmianach zachodzących w endometrium, gojeniu ran oraz agregacji płytek krwi. Ze względu na specyfikę substratową oraz budowę zostały one podzielone na 8 grup, a mianowicie: kolagenazy, żelatynazy, stromielizyny, matrylizyny, enamelizyny, metaloelastazy, metaloproteinazy błonowe oraz pozostałe, niezaklasyfikowane do żadnej z wyżej wymienionych grup [13]. Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej należą do grupy enzymów. Posiadają budowę wielodomenową i są złożone co najmniej z jednej prodomeny i domeny katalitycznej, pomiędzy którymi znajduje się łącznik aminokwasowy. Obecność domeny katalitycznej umożliwia aktywację enzymu, determinującą swoistość substratową metaloproteinaz. Prodomena natomiast odpowiada za utrzymanie cząsteczki w postaci nieaktywnego proenzymu [14]. Aktywność wszystkich MMPs, w warunkach fizjologicznych, jest ciągle kontrolowana. Może to nastąpić na jednym z kilku etapów, takich jak: transkrypcja genów, translacja czy aktywacja proenzymów oraz poprzez endogenne aktywatory i inhibitory -inhibitory tkankowe (TIMPs) i inhibitory proteaz serynowych [15]. Zmiany stężeń i aktywności MMPs mogą być obserwowane w wielu patologicznych procesach, m.in. w chorobach nowotworowych oraz procesach ich przerzutowania, stanach zapalnych oraz chorobach degeneracyjnych układu nerwowego. Podczas procesów nowotworowych, metaloproteinazy uczestniczą w regulacji wzrostu i proliferacji komórek, tworzeniu przerzutów, angiogenezie oraz w odpowiedzi immunologicznej organizmu. Szczególnie ważną rolę odgrywają żelatynaza A (MMP- 2) oraz żelatynaza B (MMP-9). Są to enzymy mające największą zdolność do degradacji kolagenu typu IV, będącego głównym składnikiem błony podstawnej (BM). Utrata ciągłości w strukturze BM warunkuje zapoczątkowanie procesu migracji komórek nowotworowych z pierwotnego guza i tworzenie przerzutów w miejscach odległych [16]. Enzymy hydrolizujące białka macierzy są zaliczane do klasy endopeptydaz. W piśmiennictwie bywają określane jako proteinazy lub proteazy. Według obecnej klasyfikacji metaloproteinaz wyszczególnia się grupę 25 odrębnych enzymów, z których 22 występuje u ludzi, co przedstawiono w tabeli II [13,17]. Inhibitory metaloproteinaz W tkankach aktywność MMPs regulowana jest w sposób naturalny przez tkankowe inhibitory metaloproteinaz (TIMP 1-4). TIMPs są wielofunkcyjnymi, wydzielniczymi białkami wykazującymi działalność anty-mmps. Mechanizm działania tych inhibitorów może polegać na zahamowaniu aktywacji proenzymów lub dezaktywacji enzymu już aktywnego, poprzez tworzenie kompleksów z metaloproteinazami. Tabela II Klasyfikacja metaloproteinaz [14]. Classification of metalloproteinases [14]. Metaloproteinazy Kolagenazy Żelatynazy Stromelizyny Matrylizyny Metaloelastazy Enamielizyny MMP błonowe Inne Odpowiednia regulacja aktywności MMPs jest niezwykle istotna w wielu procesach zachodzących w organizmie, jak również podczas tworzenia i rozwoju choroby nowotworowej [11,18]. Do głównych funkcji TIMPs możemy zaliczyć między innymi hamowanie różnicowania komórek, wzrostu komórkowego, migracji komórkowej, inwazji nowotworowej oraz procesów takich jak angiogeneza czy apoptoza [19]. Każdy z inhibitorów posiada podobną budowę. Składa się z domeny N-końcowej oraz domeny C-końcowej. Każda z nich zawiera sześć reszt cysteiny (trzy mostki disiarczkowe). Są one odpowiedzialne za wiązanie z domenami metaloproteinaz, co może prowadzić do dezaktywacji lub aktywacji enzymu [19]. Do funkcji tych inhibitorów należą również stymulacja wzrostu komórkowego oraz udział w steroidogenezie u szczurów, co może wskazywać na potencjalny udział TIMPs w reprodukcji [18]. Inhibitory te posiadają także inne właściwości biologiczne, np. TIMP-1 i TIMP-2 działają jako promotorzy wzrostu komórkowego oraz hamują proces apoptozy, TIMP-2 dodatkowo zapobiega autoproteolitycznej przemianie MT1- -MMP do postaci nieaktywnej, natomiast TIMP-3 indukuje apoptozę [11]. MMP-1, MMP-8, MMP-13, MMP-18 MMP-2, MMP-9 MMP-3, MMP-10, MMP-11 MMP-7, MMP-26 MMP-12 MMP-20 MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, MMP-24, MMP-25 MMP-19, MMP-21, MMP-23, MMP-27, MMP-28 Rola i znaczenie metaloproteinaz oraz ich inhibitorów w raku piersi Rak piersi należy do grupy nowotworów złośliwych, wykazujących znaczne skłonności do wczesnego przerzutowania. Jego ogniska spotyka się najczęściej w tkankach: kostnej, płuc, wątroby i mózgu [15]. Pod względem biologicznym, komórki nowotworowe w guzie pierwotnym charakteryzują się wysoką heterogennością, która to podyktowana jest występowaniem mutacji i niestabilnością genetyczną komórek [20]. W przebiegu rozwoju zmian nowotworowych możemy wyróżnić dwa etapy -wzrost guza pierwotnego i tworzenie przerzutów odległych. Podczas tworzenia zmian nowotworowych, część komórek ulega patologicznym zmianom. Nabywają one fenotypu inwazyjnego, dzięki któremu komórki zmienione nowotworowo zdolne są do tworzenia ognisk przerzutowych oraz naciekania pobliskich tkanek. Umożliwia im to przekroczenie barier takich jak błony podstawne i macierz zewnątrzkomórkowa. Proces ten jest możliwy dzięki degradacji kolagenu, zwłaszcza typu IV przez MMPs. Po przekroczeniu przez komórki zmienione nowotworowo błony podstawnej, należącej do naczyń krwionośnych, zyskuje on jednocześnie możliwość tworzenia nowych przerzutów w miejscach bardziej odległych od ogniska pierwotnego [11, 13-15,20]. Zarówno podczas wzrostu guza nowotworowego, jak i w procesie tworzenia ognisk przerzutowych bardzo ważną rolę spełnia proces angiogenezy [19]. Angiogeneza warunkuje lokalny rozwój nowotworu, a także umożliwia tworzenie przerzutów. Zahamowanie procesu angiogenezy prowadzi do wzrostu guza oraz uniemożliwia migrację komórek zmienionych nowotworowo do odległych tkanek drogą naczyń krwionośnych [13]. W wyniku licznych doniesień wykazano, iż w następstwie rozwoju raka piersi dochodzi do wzrostu aktywności żelatynazy A i żelatynazy B w surowicy krwi [21]. Charakteryzują się one zdolnością do degradacji kolagenu typu IV, dzięki czemu uczestniczą w mechanizmie uszkadzania błony podstawnej naczyń krwionośnych, a ich podwyższony poziom oraz wzrost ich stężenia i aktywności jest związany ze stopniem zaawansowania nowotworu [16,22]. Stwierdzono, że określanie stężenia i aktywności MMP-2 i MMP-9 w surowicy ułatwia ocenę stanu klinicznego chorych na raka piersi. Enzymy te mogą stanowić istotny czynnik pozwalający określić stopień zaawansowania raka, co może w znaczącym stopniu ułatwić prognozowanie przebiegu choroby i dobór odpowiedniej terapii [15,23]. Układ odpornościowy jest zdolny do rozpoznawania i niszczenia komórek nowotworowych poprzez takie komórki, jak: makrofagi, limfocyty T, limfocyty NK i neutrofile. Komórki nowotworowe wykształciły wiele mechanizmów umożliwiających uniknięcie zniszczenia przez układ immunologiczny [13]. Istotnym czynnikiem do wzbudzenia reakcji odpornościowej jest proliferacja limfocytów T pod wpływem stymulującego działania kompleksu IL-2-Rα (interleukin-2-receptor-α). MMPs, a szczególnie MMP-9 mają zdolność do rozkładu tego kompleksu, przez co następuje oczywisty spadek proliferacji limfocytów T, a tym samym znaczące zahamowanie reakcji odpornościowej typu komórkowego [13,24]. MMPs aktywują TGF-β (transforming growth factor), który jest jednym z inhibitorów odpowiedzi limfocytów T skierowanej przeciwko komórkom nowotworowym [25]. MMP-9 degraduje IL-8, która jest chemoatraktantem dla fagocytujących komórek. W procesach nowotworowych, także w raku piersi, pojawiają się komórki zapalne. Produkują one różne MMPs, między Przegląd Lekarski 2018 / 75 / 04 195
innymi MMP-9, MMP-12, MMP-14, które następnie biorą udział w procesie progresji nowotworu przez co zapewniają komórkom nowotworowym ochronę przez działaniem układu immunologicznego [13,26]. Na podstawie badań własnych [8,27-29] oraz innych badaczy [30], można stwierdzić, iż stężenia zarówno MMP-2 jak i MMP-9 wykazują wysokie wartości w przebiegu raka piersi w porównaniu nie tylko z osobami zdrowymi, ale również w porównaniu kobiet ze zmianami łagodnymi piersi. Wyższe stężenia MMP-2, zwłaszcza w zaawansowanych stopniach nowotworzenia, dzięki degradacji kolagenu umożliwiają inicjację przerzutowania. Dodatkowo, wyraźna różnica pomiędzy stężeniami uzyskanymi w grupie kobiet zdrowych i ze zmianami łagodnymi, uzyskanych przez nasz zespół [8,29] i potwierdzenie tych wyników wyraźną aktywnością tkankową uwidocznioną za pomocą metody zymograficznej przez zespół Radenkovic i wsp. [31] wskazuje na istotny udział tej metaloproteinazy w rozwoju nowotworu piersi. Zostało to również potwierdzone przez zespół Ni i wsp. [32] w hodowlach in vitro na komórkach linii MCF-7 raka piersi, gdzie udowodniono nadekspresję MMP-2 oraz jej wpływ na migrację i inwazyjność komórek nowotworowych. MMP-9, podobnie jak w przypadku poprzedniej żelatynazy, również wykazuje istotną aktywność w tkankach nowotworu piersi [33,34], a jej stężenia wykazują jeszcze wyższe istotne statystycznie różnice, między stężeniami w raku piersi w porównaniu do osób zdrowych. Wykazano również wyższe stężenia w przypadku zmian łagodnych w porównaniu do kobiet zdrowych [27,28]. Tkankowe inhibitory metaloproteinaz (TIMPs) jak już wcześniej wspomniano, regulują działanie metaloproteinaz. TIMP-1 został po raz pierwszy zidentyfikowany jako mała glikoproteina wydzielnicza w roku 1975 w osoczu ludzkim pochodzącym z fibroblastów skóry [35,36]. Dodatkowo bierze on udział w przebudowie macierzy zewnątrzkomórkowej, a jego zwiększona ekspresja została wykazana nie tylko w przebiegu raku piersi, ale również innych nowotworów, takich jak rak płuca czy prostaty [36,37]. Jak wykazały badania Cheng i wsp. [36], ekspresja TIMP-1 u pacjentek z trójujemnym rakiem piersi (TNBC), rakiem przewodowym i inwazyjnym, była znacząco wyższa niż w grupie kontrolnej. W przypadku TNBC, gdzie nie obserwuje się ekspresji genów dla receptorów estrogenowych, progesteronowych lub Her2/ neu, wiązało się to ze złym rokowaniem dla chorych. Wykazano ponadto, że terapia polegająca na inhibicji TIMP-1, może stanowić obiecującą strategię w przebiegu leczenia tego typu nowotworu. Związane było to z hamowaniem rozwoju komórek nowotworowych w warunkach in vitro w fazie G1 cyklu komórkowego, po obniżeniu ekspresji TIMP-1 [36]. W przypadku TIMP-2 do jego głównych funkcji należą wiązanie i hamowanie aktywności proteolitycznej MMPs i aktywacja pro-mmp-2 [38]. Na podstawie przeprowadzonych przez nas badań własnych na grupie 100 pacjentek z przewodowym rakiem piersi można stwierdzić, że ten inhibitor również wykazuje wyższą aktywność w przebiegu nowotworu gruczołu piersiowego. Wykazane zostały istotnie statystycznie wyższe stężenia tego parametru w osoczu krwi w porównaniu do kobiet zdrowych i ze zmianami łagodnymi piersi. Zaobserwowano to również w przypadku małozaawansowanych stadiów raka, co dodatkowo wpływa na przydatność tego parametru w diagnostyce laboratoryjnej, w porównaniu do rutynowo stosowanego na dzień dzisiejszy markera nowotworowego-ca 15-3. TIMP-2 wykazał w I stopniu zaawansowania dwukrotnie wyższą wartość czułości diagnostycznej aniżeli CA 15-3. Ponadto, wykazano brak istotnych różnic statystycznych pomiędzy obiema grupami kontrolnymi, co wskazuje na przydatność TIMP-2 również przy różnicowaniu zmian łagodnych i złośliwych w przebiegu raka piersi [29]. TIMP-3 natomiast jest unikalnym inhibitorem, który ściśle wiąże się z macierzą zewnątrzkomórkową poprzez glikozaminoglikany (siarczan heparanu), dzięki czemu posiada najszerszy profil hamowania proteaz (w tym metaloproteinaz oraz wielu innych białek z rodziny ADAM - białek błonowych, mających domeny dysintegrynowe i metaloproteazowe, np. TNF). Często związany jest z przebiegiem bardzo złośliwych nowotworów, które przebiegają w sposób bezobjawowy i nie dają wysokich szans na przeżycie [39,40]. Jak wykazały badania Jacksona i wsp. [39], czynnik martwicy nowotworu (TNF) poprzez swoje działanie na enzym TACE pośrednio uczestniczy w aktywacji czynników wzrostowych oraz cytokin prozapalnych. W przebiegu procesów nowotworowych dochodzi do zmniejszenia aktywności TIMP-3, przez co hamowanie proteaz nie jest w pełni wystarczające. W związku z czym dochodzi do zwiększenia aktywności wielu czynników wzrostowych oraz cytokin prozapalnych. Obniżenie stężenia TIMP-3 jest również skorelowane z zaawansowaniem nowotworu, a nawet przerzutowaniem do węzłów chłonnych. TIMP-4, tak jak i pozostałe inhibitory metaloproteinaz wykazuje wysoką ekspresję w tkankach nowotworu piersi. Został on zidentyfikowany w roku 1996, a jego główną rolą jest hamowanie MMP-1,-2,- 3,-7 oraz inhibicja pro-mmp-9 poprzez aktywację MMP-26 [18, 41]. Jak donoszą Liu i wsp. [18] TIMP-4 w warunkach in vitro hamuje inwazyjność komórek raka piersi, ich wzrost a także wzrost komórek przerzutowych w węzłach chłonnych oraz płucach. Wskazuje to na wysoki potencjał terapeutyczny tego parametru w przebiegu złośliwego raka piersi poprzez wpływ na hamowanie guza pierwotnego a także ograniczenie rozplemu i rozrostu komórek przerzutowych. Podsumowanie Wczesna diagnoza i określenie stanu zaawansowania nowotworu pozwala na zwiększenie przeżywalności chorych na nowotwory piersi, poprzez wskazanie skutecznych metod leczenia. Ważne jest ciągłe poszukiwanie nowych czynników prognostycznych i diagnostycznych, które umożliwią wczesne wykrycie raka piersi i chirurgiczne usunięcie guza nowotworowego, a jednocześnie pozwolą, jeśli to konieczne, na wykorzystanie dostępnych możliwości leczenia w postaci chemioterapii, radioterapii lub hormonoterapii [42]. Wprowadzenie wczesnej diagnozy i skutecznego leczenia staje się misją współczesnej ochrony zdrowia, zwłaszcza w przypadku tak częstego schorzenia, jakim jest rak piersi u kobiet. MMP-2 oraz MMP-9 wykazują znaczenie zarówno w angiogenezie, jak i inwazyjności oraz progresji nowotworu, co jest niekorzystnym czynnikiem prognostycznym [43]. Kobiety, u których w tkance nowotworowej guza piersi stwierdzono zwiększoną ekspresję MMP-2, mają znacznie gorsze rokowanie. MMP-9 wykazuje wysoką ekspresję w raku piersi i wydaje się być związane z częstym tworzeniem przerzutów do węzłów chłonnych. Głębsze poznanie działania metaloproteinaz zbliża naukę do możliwości odkrycia coraz to nowszych endo- i egzogennych inhibitorów, które zwiększają szansę selektywnego blokowania poszczególnych enzymów, w tym MMP-2 oraz MMP-9 [42 43]. W sposób naturalny MMPs hamowane są przez ich tkankowe inhibitory (TIMPs). Jednak w przebiegu zmian nowotworowych, dochodzi do nienaturalnych zmian w ekspresji tych białek. W przypadku TIMP-1 i TIMP-2 ma miejsce nadmierna ekspresja tych inhibitorów. TIMP-1 przyczynia się do nasilenia przebudowy macierzy zewnątrzkomórkowej oraz podziałów komórkowych, TIMP-2 natomiast nadmiernie aktywuje pro-mmp-2 [37,38]. Dodatkowo, dochodzi do hamowania ekspresji TIMP-3 i -4, przez co w przypadku TIMP-3 następuje zmniejszenie inhibicji TNF i zwiększenie aktywności wielu czynników wzrostowych i cytokin prozapalnych, a w przypadku TIMP-4-ma miejsce zwiększony rozrost komórek nowotworowych, co dodatkowo przyspiesza tworzenie zmian nowotworowych oraz powstawanie przerzutów [18,39]. Piśmiennictwo 1. Wojciechowska U, Didkowska J: Zachorowania i zgony na nowotwory złośliwe w Polsce. Krajowy Rejestr Nowotworów, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie. Dostępne na stronie http://onkologia.org.pl/raporty/ dostęp z dnia 17/10/2016 2. Ławicki S, Mroczko B, Szmitkowski M: Markery nowotworowe raka piersi. Post Hig Med Dośw. 2004; 58: 292-300. 3. Matkowski R: Leczenie chirurgiczne: przedoperacyjna lokalizacja zmian, leczenie oszczędzające a mastektomia. Węzeł wartowniczy. Zabiegi rekonstrukcyjne. [W]: Rak piersi, Kornafel J, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego, Warszawa 2011: 61-76. 4. Didkowska J, Wojciechowska U, Olasek P: Nowotwory złośliwe w Polsce w 2015 roku. Centrum Onkologii Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, Warszawa 2017. 196 M. Zajkowska i wsp.
5. Didkowska J, Wojciechowska U, Zatoński W: Prognozy zachorowalności i umieralności na nowotwory złośliwe w Polsce do 2025 roku. Krajowy Rejestr Nowotworów, Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, Warszawa 2009. 6. Szymandera J, Góźdź S: Rola krążących markerów nowotworowych w diagnostyce i monitorowaniu leczenia chorych na nowotwory. Nowotwory 1995; 45: 369-383. 7. Wesołowska E: Badania przesiewowe w zakresie wczesnego wykrywania raka piersi. [W]: Podstawy onkologi klinicznej. Meder J, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego, Warszawa 2011: 17-20. 8. Ławicki S, Zajkowska M, Głażewska EK, Będkowska GE, Szmitkowski M: Plasma levels and diagnostic utility of VEGF, MMP-2 and TIMP-2 in the diagnostics of breast cancer patients. Biomarkers 2017; 22: 157-164. 9. Wang D, Xu J, Shi G, Yin G: Molecular markers progress of breast cancer treatment efficacy. J Can Res Ther. 2015; 11: 11-15. 10. Puzovic V, Brcic I, Ranogajec I, Jakic-Razumovic J: Prognostic values of ETS-1, MMP-2 and MMP-9 expression and co-expression in breast cancer patients. Neoplasma 2014; 61: 439-446. 11. Piperigkou Z, Manou D, Karamanou K, Theocharis AD: Strategies to target matrix metalloproteinases as therapeutic approach in cancer. Methods Mol Biol. 2018; 1731: 325-348. 12. Ardi VC, Kupriyanova TA, Deryugina EI, Quigley JP: Human neutrophilis uniquely release TIMPfree MMP-9 to provide a potent catalytic stimulator of angiogenesis. Proc Natl Acad Sci. USA 2007; 104: 20262-20267. 13. Deryugina EI, Quigley JP: Tumor angiogenesis: MMP-mediated induction of intravasation- and metastasis-sustaining neovasculature. Matrix Biol. 2015; 44-46: 94-112. 14. Lipka D, Boratyński J: Metaloproteinazy MMP. Struktura i funkcja. Post Hig Med Dośw. 2008; 62: 328-336. 15. Chojnacki M, Zając A, Pięt M: [The involvement of matrix metalloproteinases in the development and progression of neoplasm diseases]. Postepy Biochem. 2017; 63: 277-286. 16. Łukaszewicz M, Mroczko B, Szmitkowski M: Rola metaloproteinaz i ich inhibitorów w raku trzustki. Post Hig Med Dośw. 2008; 62: 141-147. 17. Sheu BC, Hsu SM, Ho HN, Lien HC, Huang SC, Lin RH: A novel role of metalloproteinases in cancer-mediated immunosuppression. Cancer Res. 2001; 61: 237-242. 18. Liu YE, Wang M, Greene J, Su J, Ullrich S. et al: Preparation and characterization of recombinant tissue inhibitor of metalloproteinase 4 (TIMP-4). J Biol Chem. 1997; 272: 20479-20483. 19. Fink K, Boratyński J: Rola metaloproteinaz w modyfikacji macierzy zewnątrzkomórkowej w nowotworowym wzroście inwazyjnym, w przerzutowaniu i w angiogenezie. Postepy Hig Med Dośw. 2012; 66: 609-628. 20. Wideł MS, Wideł M: Mechanizmy przerzutowania i molekularne marker progresji nowotworów złośliwych. I. Rak jelita grubego. Post Hig Med Dośw. 2006; 60: 453-470. 21. Kopczyński Z, Śliwowska I, Grodecka-Gazdecka S: Przydatność testów do oznaczania stężenia tkankowego polipeptydowego antygenu (TPA), swoistego tkankowego polipeptydowego antygenu (TPS), antygenu 15-3 (CA 15-3) i oznaczania aktywności żelatynazy A (pro-mmp-2, 72 kda) i żelatynazy B (pro-mmp-9, 92 kda) w różnicowaniu pierwotnego raka piersi od zmian łagodnych. Diag Lab. 2004; 40: 379-387. 22. Jinga DC, Blidaru A, Condrea I, Ardeleanu C, Dragomir C. et al: MMP-9 and MMP-2 gelatinases and TIMP-1 and Timp-2 inhibitors in breast cancer: correlations with prognostic factors. J Cell Mol Med. 2006; 10: 499-510. 23. Ranuncolo SM, Armanasco E, Cresta C, Bal De Kier Joffe E, Puricelli L: Plasma MMP-9 (92 kda- MMP) activity is useful in the follow-up and in the assessment of prognosis in breast cancer patients. Int J Cancer 2003; 106: 745-751. 24. Sawicki G, Radomski M: Nowe aspekty biologii metaloproteinaz przestrzeni międzykomórkowej (MMPs). Diagn Lab. 1999; 35: 373-380. 25. Gorelik L, Flavell RA: Immune-mediated eradication of tumors trough the blockade of transforming growth factor-β signaling in T cells. Nat Med. 2001; 7: 1118-1122. 26. Łapka A, Goździalski A, Jaśkiewicz J: Rola metaloproteina macierzy pozakomórkowej w nowotworach piersi, ze szczególnym uwzględnieniem roli żelatynazy A i żelatynazy B. Post Biol Kom. 2006; 33: 683-695. 27. Ławicki S, Zajkowska M, Głażewska EK, and diagnostic utility of VEGF, MMP-9, and TIMP- 1 in the diagnosis of patients with breast cancer. Onco Targets Ther. 2016; 9: 911-919. 28. Ławicki S, Głażewska EK, Sobolewska M, and diagnostic utility of macrophage colonystimulating factor, matrix metalloproteinase-9, and tissue inhibitor of metalloproteinases-1 as new biomarkers of breast cancer. Ann Lab Med. 2016; 36: 223-229. 29. Ławicki S, Zajkowska M, Głażewska EK, and diagnostic utility of M-CSF, MMP-2 and its inhibitor TIMP-2 in the diagnostics of breast cancer patients. Clin Lab. 2016; 62: 1661-1669. 30. Ren F, Tang R, Zhang X, Madushi WM, Luo D. et al: Overexpression of MMP family members functions as prognostic biomarker for breast cancer patients: A systematic review and meta-analysis. PLoS ONE. 2015; 10: e0135544. 31. Radenkovic S, Konjevic G, Jurisic V, Karadzic K, Nikitovic M, Gopcevic K: Values of MMP-2 and MMP-9 in tumor tissue of basal-like breast cancer patients cell Biochem Biophys. 2014; 68: 143-152. 32. Ni X, Xia T, Zhao Y, Zhou W, Wu N. et al: Downregulation of mir-106b induced breast cancer cell invasion and motility in association with overexpression of matrix metalloproteinase 2. Cancer Sci. 2014; 105: 18-25. 33. Bottino J, Gelaleti GB, Maschio LB, Jardim- Perassi BV, de Campos Zuccari DAP: Immunoexpression of ROCK-1 and MMP-9 as prognostic markers in breast cancer. Acta Histochemica 2014; 116: 1367-1373. 34. Yousef EM, Tahir MR, St-Pierre Y, Gaboury LA: MMP-9 expression varies according to molecular subtypes of breast cancer. BMC Cancer. 2014; 14: 609. 35. Woolley DE, Roberts DR, Evanson JM: Inhibition of human collagenase activity by a small molecular weight serum protein. Biochem Biophys Res Commun. 1975; 66: 747-754. 36. Cheng G, Fan X, Hao M, Wang J, Zhou X, Sun X: Higher levels of TIMP-1 expression are associated with a poor prognosis in triple-negative breast cancer. Molecular Cancer. 2016; 1: 30. 37. Zhang M, Teng XD, Guo XX, Li ZG, Han JG, Yao L: Expression of tissue levels of matrix metalloproteinases and their inhibitors in breast cancer. Breast. 2013; 22: 330-334. 38. Walsh LA, Cepeda MA, Damjanovski S: Analysis of the MMP dependent and independent functions of tissue inhibitor of metalloproteinase-2 on the invasiveness of breast cancer cells. J Cell Commun Signal 2012; 6: 87-95. 39. Jackson HW, Hojilla CV, Weiss A, Sanchez OH, Wood GA, Khokha R: Timp3 Deficient Mice Show Resistance to Developing Breast Cancer. PLoS One. 2015; 10(3): e0120107. 40. Deb G, Thakur VS, Limaye AM, Gupta S: Epigenetic induction of tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3 by green tea polyphenols in breast cancer cells. Mol Carcinog. 2015; 54: 485-499. 41. Zhao YG, Xiao AZ, Park HI, Newcomer RG, Yan M: Endometase/matrilysin-2 in human breast ductal carcinoma in situ and its inhibition by tissue inhibitors of metalloproteinases-2 and -4: a putative role in the initiation of breast cancer invasion. cancer res. 2004; 64: 590-598. 42. Talvensaari-Mattila A, Paakko P, Blanco- Sequeiros G, Turpeenniemi-Hujanen T: Matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) is associated with the risk for a relapse in postmenopausal patients with node-positive breast carcinoma treated with antiestrogen adjuvant therapy. Breast Cancer Res Treat. 2001; 65: 55-61. 43. Hageman T, Robinson SC, Schulz M, Trumper L, Balkwill F, Binder C: Enhanced invasiveness of breast cancer cell lines upon co-cultivation with macrophages is due to TNF-α dependent up-regulation of matrix metalloproteases. Carcinogenesis 2004; 25: 1543-1549. Przegląd Lekarski 2018 / 75 / 04 197