Μελέτη του ρόλου των μεσεγχυματικών κυττάρων στη σωματική αύξηση και τον καρκίνο
Authors: Κακλαμάνος Αιμίλιος 
Published: September 2021

Τα μεσεγχυματικά κύτταρα, μαζί με τα επιθηλιακά κύτταρα, συνιστούν τα δύο βασικότερα είδη κυττάρων στα σπονδυλωτά ζώα στα οποία ανήκει και ο άνθρωπος. Αποτελούν έναν αρκετά ετερογενή πληθυσμό ο οποίος περιλαμβάνει κύτταρα περισσότερο (πχ οστεοβλάστες, χονδροβλάστες κοκ) ή λιγότερο (πχ μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα) διαφοροποιημένα, και με ποικίλες δυνατότητες διαφοροποίησης σε άλλους κυτταρικούς τύπους. Στη βιβλιογραφία ωστόσο, με τον όρο «μεσεγχυματικά κύτταρα» αναφέρονται συνήθως κύτταρα όπως τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα, οι ινοβλάστες και οι μυοϊνοβλάστες, τα οποία δεν είναι τελικώς διαφοροποιημένα/εξειδικευμένα αλλά παρουσιάζουν κάποια πλαστικότητα τόσο ως προς τη δυνατότητά τους να διαφοροποιούνται περαιτέρω ως απάντηση σε διάφορα ερεθίσματα όσο και ως προς τις λειτουργίες τους. Είναι πλέον γνωστό ότι τα μεσεγχυματικά κύτταρα επιτελούν ποικίλες λειτουργίες οι οποίες είναι απαραίτητες τόσο για τη διατήρηση της ομοιόστασης του οργανισμού (όπως για παράδειγμα κατά την επούλωση ενός τραύματος) όσο και στα πλαίσια της παθοφυσιολογίας κάποιας νόσου (όπως για παράδειγμα η φλεγμονή και ο καρκίνος). Ωστόσο η μεγάλη ετερογένεια μεσεγχυματικών κυττάρων που παρατηρείται μεταξύ των διαφόρων ιστών του οργανισμού αλλά ακόμη και εντός του ίδιου ιστού, καθιστά πολύ δύσκολη την αποσαφήνιση του ξεχωριστού ρόλου που κάθε ένα από αυτά τα κύτταρα παίζει στην υγεία αλλά και στη νόσο. Παράλληλα, αυξάνεται διαρκώς το ενδιαφέρον για τη στόχευση μεσεγχυματικών κυττάρων στα πλαίσια της θεραπείας διαφόρων ασθενειών για τις οποίες οι κλασικές θεραπείες δεν επαρκούν. Είναι επομένως επιτακτική η ανάγκη να μελετηθούν και να κατανοηθούν εις βάθος οι διαφορετικοί ρόλοι που παίζουν τα μεσεγχυματικά κύτταρα ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται και τις συνθήκες στις οποίες δρουν. Με αυτό το σκοπό λοιπόν σχεδιάστηκε και η συγκεκριμένη μελέτη η οποία είχε δύο σκέλη. Αφενός μεν να μελετήσουμε το ρόλο των μεσεγχυματικών κυττάρων στη σωματική αύξηση και αφετέρου να μελετήσουμε το ρόλο τους στον καρκίνο και συγκεκριμένα στον καρκίνο του παχέος εντέρου. Από τη μία μεριά, σε ότι αφορά τη σωματική αύξηση, είναι γνωστό ότι αυτή ρυθμίζεται και καθοδηγείται κυρίως από τον άξονα εκλυτική ορμόνη της αυξητικής ορμόνης – αυξητική ορμόνη – ινσουλινοειδής αυξητικός παράγοντας (GHRH - GH - Igf1). Επίσης είναι γνωστό ότι σε επίπεδο ιστού και κυττάρου, τα μεσεγχυματικά κύτταρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην υποστήριξη της επιβίωσης και του πολλαπλασιασμού ποικίλων άλλων κυτταρικών τύπων όπως τα επιθηλιακά κύτταρα, αλλά και στη δημιουργία ολόκληρου του ιστού παρέχοντάς του έναν υποστηρικτικό σκελετό πάνω στον οποίο θα δομηθεί. Ωστόσο ο ρόλος τους στη σωματική αύξηση γενικότερα, δεν έχει μελετηθεί στη βιβλιογραφία. Η μη αναμενόμενη έκφραση του γονιδίου της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης στα μεσεγχυματικά κύτταρα που εκφράζουν το κολλαγόνο VI στον διαγονιδιακό ποντικό TgC6hp55 που δημιουργήσαμε στο εργαστήριό μας και ο οποίος παρουσίαζε εμφανή ενίσχυση της σωματικής του αύξησης, μας έδωσε τη δυνατότητα να μελετήσουμε το ρόλο της ιστοειδικής έκφρασης της αυξητικής ορμόνης από το μεσέγχυμα. Πιο συγκεκριμένα, η έκφραση της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης στους TgC6hp55 ποντικούς εντοπίστηκε σε διάφορους ιστούς όπως ο εγκέφαλος, η καρδιά και οι σκελετικοί μύες και σε χαμηλότερα επίπεδα οι πνεύμονες, οι νεφροί, ο σπλήνας, ο λιπώδης ιστός (λευκός και καφέ) και το έντερο, αλλά και στη συστηματική κυκλοφορία τους, οδηγώντας σε ποικίλες φαινοτυπικές αλλαγές. Αρχικά, οι ποντικοί παρουσίαζαν ενισχυμένη σωματική αύξηση (αυξημένο μήκος και βάρος σώματος) ήδη από την 3η εβδομάδα της ζωής τους. Η αύξηση του σωματικού βάρους οφειλόταν κυρίως στην αναλογική αύξηση του βάρους των εσωτερικών τους οργάνων και γενικότερα της άλιπης μάζας τους, αλλά και σε μια επιπλέον αύξηση του λευκού λιπώδους ιστού η οποία παραπέμπει σε εικόνα ήπιας παχυσαρκίας. Παράλληλα, οι διαγονιδιακοί ποντικοί, πιθανότατα λόγω της έκφρασης της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης στον εγκέφαλό τους και κυρίως στην υπόφυση και τον υποθάλαμο, εμφάνισαν υπερφαγία αλλά και αυξημένο μεταβολισμό με εντονότερη κινητοποίηση υδατανθράκων ως πηγή ενέργειας κατά τις βραδινές ώρες (ώρες αυξημένων αναγκών για τα τρωκτικά), με το τελικό ημερήσιο ισοζύγιο ενέργειάς τους να είναι θετικό και αυξημένο σε σχέση με τους ποντικούς μάρτυρες. Το γεγονός αυτό εξηγεί πιθανότατα και την παρατηρούμενη εικόνα παχυσαρκίας. Επιπλέον, σε ότι αφορά το μεταβολικό τους προφίλ, οι TgC6hp55 ποντικοί παρουσίασαν εικόνα παρόμοια με τα αρχικά στάδια του σακχαρώδη διαβήτη στον άνθρωπο, δηλαδή αντοχή στην ινσουλίνη με ταυτόχρονη υπερισνουλιναιμία, καταφέρνοντας έτσι να διατηρήσουν την ευγλυκαιμία τους. Σε συμφωνία με τα παραπάνω, η ιστολογική εξέταση των διαγονιδιακών ποντικών ανέδειξε την προοδευτική συσσώρευση λιπιδίων στο ήπαρ η οποία εξελίχθηκε σε μέτρια μακροοζώδη ηπατική στεάτωση, αλλά και τη μειωμένη αποθήκευση ηπατικού γλυκογόνου, ενώ τα ευρήματα αυτά συνοδεύονταν και από αλλαγές σε επίπεδο έκφρασης γονιδίων που σχετίζονται με το μεταβολισμό λιπιδίων, πρωτεϊνών και υδατανθράκων στο ήπαρ. Επίσης, και τα λιποκύτταρα του λευκού λιπώδους ιστού παρουσίαζαν μεγαλύτερο μέγεθος λόγω μεγαλύτερης συσσώρευσης και αποθήκευσης λιπιδίων. Τέλος, μια σειρά από παραμέτρους της φυσιολογίας των ποντικών όπως είναι κάποιες βιοχημικές παράμετροι (αλβουμίνη, ολική πρωτεΐνη, τριγλυκερίδια, σίδηρος κλπ), κυτταρολογικοί δείκτες (αιματοκρίτης, αιμοσφαιρίνη, λευκά αιμοσφαίρια κλπ) αλλά και δείκτες του μεταβολισμού των οστών (οστική πυκνότητα, αλκαλική φωσφατάση κλπ) παρουσίασαν αλλαγές σε σύγκριση με τους ποντικούς μάρτυρες. Η παρεμπόδιση της δράσης της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης μέσω του φαρμακολογικού αποκλεισμού του υποδοχέα της, οδήγησε σε αναστροφή των κύριων χαρακτηριστικών του παρατηρούμενου φαινοτύπου, επιβεβαιώνοντας την αιτιολογική σχέση της -παραγόμενης από το μεσέγχυμα- ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης με το φαινότυπο των TgC6hp55 ποντικών. Η διατήρηση των επιπέδων του Igf-1 στο αίμα των TgC6hp55 ποντικών σε φυσιολογικά επίπεδα παρά την παρουσία της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης στη συστηματική κυκλοφορία τους μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι πιθανότατα ο κύριος μηχανισμός δράσης της στους TgC6hp55 ποντικούς ήταν μέσω της τοπικής έκφρασής της από το μεσέγχυμα διαφόρων οργάνων και της εν συνεχεία παρακρινούς δράσης της σε αυτά, συνεπικουρούμενη και από κάποιες συστηματικές δράσεις. Παράλληλα, επειδή η αυξητική ορμόνη του ανθρώπου στον ποντικό ενεργοποιεί και τον υποδοχέα της προλακτίνης, είναι πιθανό κάποια πιο δευτερεύοντα χαρακτηριστικά του παρατηρούμενου φαινοτύπου να οφείλονται και σε έναν τέτοιο μηχανισμό. Συνοπτικά, η μελέτη μας έδειξε ότι η τοπική έκφραση της αυξητικής ορμόνης από τα μεσεγχυματικά κύτταρα που εκφράζουν το κολλαγόνο VI, μπορεί να δράσει τόσο σε τοπικό όσο και σε συστηματικό επίπεδο επηρεάζοντας σημαντικά τη σωματική αύξηση του ποντικού αλλά και μια ποικιλία από παραμέτρους της φυσιολογίας του. Από την άλλη μεριά, σε ότι αφορά τον καρκίνο του παχέος εντέρου, είναι γνωστό ότι πέρα από τα καρκινικά κύτταρα αυτά καθαυτά, σημαντικότατο ρόλο στην εμφάνιση και εξέλιξη της νόσου παίζει και το λεγόμενο «μικροπεριβάλλον» του όγκου το οποίο αποτελείται από μια σειρά άλλα κύτταρα όπως τα μεσεγχυματικά, τα ενδοθηλιακά και τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Τα κύτταρα αυτά, μέσω ποικίλων μορίων που παράγουν κι εκκρίνουν μπορούν να επιδρούν στα καρκινικά κύτταρα και να ενισχύουν την καρκινογένεση. Για παράδειγμα, έχει δειχτεί ότι η κυκλοοξυγενάση-2 που παράγεται στους όγκους, μέσω της παραγωγής προσταγλανδίνης Ε2 συμβάλει στην ενίσχυση της καρκινογένεσης μέσω πολλών και διαφορετικών μηχανισμών (ενίσχυση του πολλαπλασιασμού και της επιβίωσης των καρκινικών κυττάρων αλλά και αποφυγή της απόπτωσης, ενίσχυση της αγγειογένεσης, αποφυγή της ανοσολογικής επιτήρησης κλπ.). Μάλιστα, όλο και περισσότερες μελέτες υποδηλώνουν ως πηγή της κυκλοοξυγενάσης-2 τα μεσεγχυματικά κύτταρα του εντέρου που βρίσκονται κάτω από τις εντερικές κρύπτες. Σκοπός μας λοιπόν ήταν η μελέτη του ρόλου της κυκλοοξυγενάσης-2 που παράγεται από τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες στην καρκινογένεση του εντέρου. Αξιοποιώντας τους CollagenVI-Cre ποντικούς, αδρανοποιήσαμε ιστοειδικά στους εντερικούς μυοϊνοβλάστες την κυκλοοξυγενάση-2 σε ένα πολύ καλά χαρακτηρισμένο πειραματικό πρότυπο καρκινογένεσης του εντέρου, τους ποντικούς APCmin/+. Φυσιολογικά, οι ποντικοί αυτοί παρουσιάζουν αυτόματα δεκάδες έως εκατοντάδες αδενώματα-όγκους στο έντερό τους και εμφανίζουν προσδόκιμο επιβίωσης γύρω στους 6 μήνες. Ωστόσο, μετά την αδρανοποίηση της κυκλοοξυγενάσης-2 από τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες των ποντικών αυτών (APCmin/+ColVICreCox2f/f ποντικοί), ο αριθμός των αναπτυσσόμενων όγκων/αδενωμάτων μειώθηκε κατά τουλάχιστον 50%. Η μείωση αυτή, αν και δε συνοδεύτηκε από μείωση του μεγέθους των αναπτυσσόμενων όγκων, εντούτοις συνοδεύτηκε από βελτιωμένη κλινική εικόνα και κυρίως από σημαντική επέκταση της διάρκειας ζωής των ποντικών. Η παρουσία μειωμένου αριθμού μικροαδενωμάτων κατά τα πολύ αρχικά στάδια της καρκινογένεσης στους APCmin/+ColVICreCox2f/f ποντικούς υποδηλώνει ότι η κυκλοοξυγενάση-2 που παράγεται από τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες πιθανότατα επηρεάζει κυρίως την έναρξη της καρκινογένεσης και όχι την εξέλιξη αυτής. Από μηχανιστικής απόψεως, η μεσεγχυματική κυκλοοξυγενάση-2 φαίνεται να επηρεάζει τον πολλαπλασιασμό των επιθηλιακών κυττάρων ακόμη και στο φαινομενικά «υγιές» έντερο, χωρίς ωστόσο να επιδρά στην απόπτωση αυτών. Επίσης φαίνεται να μην επηρεάζει ούτε την (νεο)αγγειογένεση εντός των όγκων αλλά ούτε και τη διήθησή τους από κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Τέλος, σε μοριακό επίπεδο, είδαμε πως η προερχόμενη από τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες κυκλοοξυγενάση-2 επιδρά στο σηματοδοτικό μονοπάτι της βκατενίνης αλλά και στην έκφραση διαφόρων δεικτών μεσεγχυματικών κυττάρων ενισχύοντας έτσι τη διαδικασία της καρκινογένεσης. Συνοπτικά, η μελέτη μας επιβεβαίωσε in vivo το σημαντικότατο ρόλο που παίζει η σηματοδότηση μέσω της κυκλοοξυγενάσης-2 που προέρχεται από τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες για τη διαδικασία της καρκινογένεσης του εντέρου, αλλά και την επικοινωνία που υπάρχει μεταξύ μεσεγχύματος και εντερικού επιθηλίου. Ωστόσο περαιτέρω μελέτες είναι απαραίτητες ώστε να διαλευκανθούν τα ακριβή μοριακά μονοπάτια τα οποία καθοδηγούν την εμφάνιση της νόσου αυτής. Επίσης πρέπει να έχουμε κατά νου και μια αδυναμία της μελέτης μας. Η απαλοιφή της κυκλοοξυγενάσης-2 με τη χρήση των ποντικών CollagenVI-Cre αφενός μεν δεν πραγματοποιείται με 100% αποτελεσματικότητα μεταξύ των μυοϊνοβλαστών που εκφράζουν το κολλαγόνο VI, κι αφετέρου δεν πραγματοποιείται σε όλους τους εντερικούς μυοϊνοβλάστες (υπάρχουν μυοϊνοβλάστες που δεν εκφράζουν το κολλαγόνο VI), κι επομένως στους APCmin/+ColVICreCox2f/f ποντικούς υπάρχουν ακόμη εντερικοί μυοϊνοβλάστες οι οποίοι παράγουν κυκλοοξυγενάση-2. Επομένως, η 100% απαλοιφή της Cox-2 από τους μυοϊνοβλάστες που παράγουν κολλαγόνο VI ή η απαλοιφή της από άλλους πληθυσμούς εντερικών μυοϊνοβλαστών θα μπορούσε να δώσει ακόμη καλύτερα αποτελέσματα και να βοηθήσει στη διαλεύκανση του εξειδικευμένου ρόλου των κυττάρων αυτών στην καρκινογένεση του εντέρου. Γενικότερα λοιπόν, επιπλέον πειράματα που βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη τόσο στο εργαστήριό μας όσο και από συνεργάτες μας, θα βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση της παθοφυσιολογίας του καρκίνου του παχέος εντέρου με σκοπό την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων και πιο στοχευμένων (με λιγότερες ανεπιθύμητες ενέργειες) θεραπειών αλλά και την ανάπτυξη δεικτών για την καλύτερη διάγνωση και πρόγνωση των ασθενών με τη νόσο αυτή.