Kanser Metastazı ve Damar Oluşumu: Anjiyogenez Nedir? Anjiyogenezin Kanser Gelişimi ve Yayılımındaki Rolü Nedir?

Kanser hücreleri, yeni ve daha uzak dokulara yayılabilme özelliğine sahiptirler ve bu özellikleri onları daha da ölümcül hale getirir. Tümör hücreleri kan veya lenfatik yollarla vücuda dağılabilir ve ulaştıkları yerlerde çoğalabilirler; bu sürece metastaz denir. Kanserin metastaik yayılımı için damar ağı, çok önemli bir etmendir.

Yeni kan damarlarının oluşması sürecine anjiyogenez adı verilir. Aynı şekilde yeni lenfatik kanal ve damarların oluşumu sürecine de lenfogenez adı verilir. Her iki süreç de tümörlere oksijen ve besin sağlamakta ve atıkları hızlıca uzaklaştırmada oldukça önemlidir. Anjiyogenik faktörler, özellikle neoplastik damarlanmanın oldukça yoğun olduğu yerlerde yüksek konsantrasyonlarda bulunur.

Kanserde Anjiyogenez

Tümör büyümesi ve metastazı, tümörlerin hızlı bölünme ve yayılma evresi esnasında salgıladığı kimyasal sinyaller sayesinde tetiklenen anjiyogenez sürecine bağlıdır. Kanser hücreleri kan sirkülasyonu olmadan yalnızca 1-2 mm² çapına ulaşabilir ve daha sonrasında büyümesi durur. Ancak kanser hücreleri anjiyogenezin sağlanabildiği bir yere koyulduğunda tümör çapı 2 mm³'ün üstüne çıkar. Anjiyogenezin olmadığı durumlarda tümörler nekrotik veya apoptotik hale gelerek ortadan kalkabilir. Tümörlerde anjiyogenez temel olarak dört adımdan oluşur:

1. Doku membranının temel dokusu lokal olarak bozuluma uğrar. Bu doku bozunumu hücre ölümlerine ve hipoksiye sebep olur.
2. Endotel hücreleri göç eden anjiyogenik faktörler tarafından aktive edilir.
3. Endotel hücreleri bölünerek çoğalır ve stabil hale gelir.
4. Anjiyogenik faktörler endotel hücrelerin farklılaşmasını ve bölünmelerinin devam etmesini sağlar.

MDPI

Damarlardaki endotel hücreleri yalnızca 1000 günde bir bölünürler. Anjiyogenez tümör dokuları besine ve oksijene ihtiyaç duyduğunda uyarılır. Anjiyogenez hem aktivatörler hem de inhibitörler tarafından uyarılan bir süreçtir. Yalnızca anjiyogenik faktörlerin yüksek seviyede ifade edilmesi genelde neoplastik dokularda damarlanma için yeterli değildir. Damar büyümesini engelleyen inhibitörlerin ifadesinin azaltılması da bu süreçte zorunluluktur.

Tümörlerde Damarların Yapısı ve Yapılanması

Tümörlerde genellikle damarların normal konfigürasyonu bozulmuş ve değişmiş bir durumdadır. Tümörlerdeki damarlar belirli bir organizasyonu takip etmezler; belirli bir dallanma yolları yoktur ve damar çapları tamamiyle rastgeledir. Geniş çaplı tümör damarları genellikle tamamlanmamış bazal membranları ve alışılmadık perisit dizilimleri nedeniyle çok incedir. Anjiyogenik faktörlerdeki dengesiz dağılım; tümör damarlarının rastgele dallanmasında, duvar kalınlıklarının farklı olmasında ve perisitlerin sayısının farklı dağılmasında temel role sahiptir.

Tümör damarları genellikle oldukça geçirgen hatta sızdıran bir yapıdadır çünkü endotel hücreleri arasındaki bağlantılarda adherens proteinlerinin eksikliği, kesintisiz bir hücre dizilimi olmasına ve bu hücrelerin sıkı bir şekilde yan yana bulunmasına engel olur. Özellikle endotelial kadherin (E-kadherin) proteinlerinin ve platalet endotel hücrelerinin adhezyon moleküllerinin (PECAM-1) azalması, bu durumda temel etkenlerdir. Tümör damarlarının bu yüksek geçirgenliği entodel hücrelerinin daha rahat göç ederek damar oluşumunun hızlı gerçekleşmesine ve kanser hücrelerinin daha hızlı metastaz yapmasına olanak sağlar; plasma proteinlerinin sürekli ekstravazasyonu inflamatuvar yanıtlarının gelişmesine ve immün sistem hücrelerinin tümör doku etrafında toplanmasına neden olur. İmmün hücreleri, tümörün mikroçevresinin oldukça önemli elemanlarıdır.

Endojen Anjiyogenik Faktörler

Anjiyogenezi uyaran aktivatörler; endotel hücrelerinden, tümör hücrelerinden ve etraflarını saran stroma tarafından salgılanır. Anjiyogenez aktivatör faktörleri hem otokrin (yani salgılandığı hücreyi etkileyen), hem de parakrin (yani salgılandığı hücrenin etrafındaki hücreleri etkileyen) özellik gösterebilir. Endojen anjiyogenik faktörlere örnek olarak şunlar gösterilebilir:

• Vasküler endotel büyüme faktörü (VEGF)
• Temel fibroblast büyüme faktörü (bFGF)
• Anjiyogenin
• Transforme edici büyüme faktörü (TGF-$\alpha$ ve TGF-$\beta$ )
• Tümör nekroz faktörü (TNF-$\alpha$ )
• Platelet kökenli büyüme faktörü
• Granülosit koloni uyarıcı büyüme faktörü
• Plasental büyüme faktörü
• İnterlökin-8
• Hepatosit büyüme faktörü
• Epidermal büyüme faktörü

Bunların arasında VEGF protein ailesi ve onların reseptörleri olan VEGFR protein ailesi, neoplastik damarlanma konusunda en dikkat çekici elemanlar olmuşlardır.

Vasküler Endotel Büyüme Faktörleri (VEGF) Nedir ve Nasıl İşlev Gösterir?

Özellikle bazı diğer sitokinlerin ve büyüme faktörlerinin varlığında VEGF proteinleri hem kanserli dokularda hem de çevre bazal membranda oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Bazı anjiyogenik fenotipler, tümör hücrelerinin damarlara oldukça uzak kalması veya damarların yetersiz gelişimi sebebiyle meydana gelen hipoksi tarafından uyarılır. Hipoksi, Hipoksi-ile uyarılabilir faktör 1$\alpha$ (HIF-1$\alpha$) aracılığıyla VEGF ve reseptörlerinin ifadesini artırır. Tümör hücreleri VEGF'yi üretir ve etrafındaki dokulara da salgılar. Tümör hücreleri endotel hücreleri ile karşılaştığında, endotel hücrelerinin dışındaki reseptörlere bağlanırlar. VEGF'nin reseptörüne bağlanması endotel hücrelerinde çekirdeğe kadar giden bir sinyal yolağını başlatır. Bu yolak sonucunda endotel hücre büyümesi için gerekli proteinlerin ifade seviyesi de artar.

MDPI

VEGF tarafından uyarılmış olan endotel hücreleri metalloproteinler (MMPs) üretirler. MMPs'ler ekstraselüler matriksi parçalarlar. Bu matriksin görevlerinden biri de endotel hücrelerinin göçünü kısıtlamaktır. Endotel hücreleri çevre dokuya göç ettiği gibi bölünmeye başlarlar. Yeteri sayıya ulaştıklarında, integrin $\alpha$ ve $\beta$ gibi adezyon proteinleri sayesinde tüp formasyonuna girerler. Bu yeni oluşmuş kan damarlarının olgunlaşması ve stabilleşmesi gerekir. Anjiyotensin 1-2 ve bunların reseptörü Tie-2 vasküler büyümeyi stabil bir hale getirir.

VEGF protein ailesinde; VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C ve VEGF-E kan damarlarının çoğalmasında; VEGF-C ve VEGF-D lenf damarlarının çoğalmasında aktif olarak görevlidir.

• VEGF-A vasküler endotel hücreleri için oldukça spesifik bir mitojendir ve anjiyogenez için gerekli olan bütün sinyal yolaklarını aktive edebilir. Tümörlerin büyük çoğunluğunda yüksek seviyelerde ifade edilir.

MDPI

• VEGF-B iki farklı protein izoformu olarak bulunur: VEGF-B167 ve VEGF-B186. Bu iki izoform, alternatif splays adı verilen bir süreçle meydana gelir. VEGF-B'nin ifadesi yalnızca tümörlerde değil, normalde kalpte, çizgili kaslarda ve vasküler endotel hücrelerinde de yüksek seviyelerdedir. Her ne kadar işlevleri tam olarak belirlenemese de VEGF-B ifadesinin özellikle doğum sonrasında kardiyak anjiyogenez esnasında çok yüksek olduğu gözlemlenmiştir.
• VEGF-C, VEGF-A'nın aksine hipoksi tarafından uyarılamaz. VEGF-C'nin ifadesi genellikle erken embriyonik gelişimde yüksek seviyelerdedir ve hem kan damarlarının hem de lenf damarlarının gelişiminde görev alır.
• VEGF-D aynı zamanda c-FOS-tarafından indüklenen büyüme faktörü olarak da bilinir. Olgun formu, VEGF-C ile yüzde 61'lik benzerlik gösterir ve endotel hücrelerinde aynı reseptörlere bağlanırlar.
• VEGF-E parapoxvirus ve Orf virüsü tarafından kodlanır. VEGF-E'nin endotel hücresindeki reseptörüyle etkileşimi endotel hücrelerin gelişimini sağlar.

Advances in Medicine

Anjiyopoietinler ve Ephrinler Nedir ve Ne İşe Yararlar?

Anjiyopoietin-1, endotel hücrelerinin hayatta kalmasını Tie-2 reseptörünü fosforilleyerek ve fosfatidilinositol 3'kinaz yolağını aktif hale getirerek sağlar. Ang1 aktivitesi olgun damarların stabilitesinde ve gelişmemiş damarların fizyolojik ve patolojik gelişiminde sorumludur.

Ephrin-B2 ve EphB4 arter ve venlerin farklılaşmasında, yani damarın arter mi ven mi olacağına karar verilmesinde görevlidirler. Ephrin-B2 varlığı olgunlaşmamış damarın arteriyel damar olmasını, EphB4'nin varlığı ise olgunlaşmamış damarın ven olmasını sağlar.

Bunların yanında bazı onkogenler direkt olarak anjiyogenezin uyarılmasında görev alırlar. Örneğin H-ras ve v-src, fibroblastlarda ve epitel hücrelerinde VEGF'nin ifadesini artırır.

Temel Fibroblast Büyüme Faktörü (bFGF) Nedir ve Ne İşe Yarar?

FGF protein ailesi 9 farklı üyeye sahiptir. FGF reseptörleri ise yalnızca 4 adet transmembran reseptör tirozin kinaz reseptörü içerir. FGF-1 (asidik) ve FGF-2 (bazik) anjiyogenezin temel uyaranları olarak bilinirler. FGF'in reseptörüne bağlanması, tirozin kinazların sinyal yolağını başlatarak endotel hücrelerinin büyümesini ve bölünmesini sağlar.

bFGF'in Heparin benzeri moleküllerle etkileşimi transkripsiyonel değişiklikler ve biyolojik cevaplar ile sonlanır. Birçok FGF, hücre dışı matrikste Heparan benzeri glikozaminoglikanlar (HLGAGs) ile etkileşim kurmasını sağlayan sinyal peptitleri içerir. Bu sinyal peptitleri hem bağlanmayı hem de ekstraselüler matrikse salgılanmayı sağlar.

Anjiyogenezin İnhibitörleri Nelerdir?

Anjiyogenik faktörlerin ifadesinin artması, anjiyogenez için yeterli değildir. Aynı zamanda negatif regülatörlerin yani inhibitörlerin ifadesinin azaltılması gerekir. Baskın tümörlerin etrafındaki dokular endostatin, anjiyostatin, trombospondin ve metalloprotein inhibitörleri salgılarlar. Tümörlerin bu inhibitörlerin ifadesini azaltması veya aktivitesini baskılaması gerekir.

Anjiyostatin ve Endostatin Nedir ve Ne İşe Yarar?

Anjiyostatin, plazminojen'in bir veya daha fazla fragmentinden oluşur. Anjiyostatin endotel hücrelerinin ve tümör hücrelerinin apoptozunu uyarır ve endotel hücrelerinin göçüyle tüp formasyonunu inhibe eder. Endotel hücreleri anjiyostatin varlığında göç edemediği ve tüp halinde dizilemediği için damar oluşumu da baskılanmış olur.

Anjiyostatin ile muamele edilmiş tümörlerde gerçekleştirilen immünohistokimyasal çalışmalar, VEGF'nin ve bFGF'nin mRNA seviyelerinin azaldığını göstermiştir.

Endostatin, Tip XVIII kolajenin C-terminal fragmentidir ve bazal membranın bir elemanıdır. Endotel hücrelerin fibronektin reseptörlerinin integrinlerine bağlanır. Endostatin aynı zamanda bFGF ve VEGF gibi büyüme faktörlerine bağlanarak aktivitelerini baskılar.

Kanserin Prognozu ve Anjiyogenez Arasındaki İlişki

Birçok çalışma, anjiyogenetik faktörlerin kanserin yayılmasında ve büyümesinde oldukça önemli olduğunu göstermiştir. İmmünohistokimyasal çalışmalarda, VEGF proteinlerinin ve reseptörlerinin ifadesinin, insan kanserlerinin yarısında normalin üstünde olduğu görülmüştür. Özellikle rahimde meydana gelen adenokarsinomalarda anjiyogenez oldukça karakterizedir ve hayati bir önem taşır. Bunun yanında kolorektal kanserde de VEGF seviyeleri ve prognoz arasında doğrusal bir ilişki bulunmuştur.

Bu çalışmalar gösterdi ki, kanserin prognozu ve agresifliği geliştiği doku ile doğrudan ilişkilidir. Damarlar açısından zengin veya VEGF seviyelerinin sürekli yüksek olduğu dokularda gelişen kanserler çok daha ölümcül ve agresiftir. Örneğin rahim ve kolon damarlar açısından zengin olduğu için VEGF seviyeleri yüksektir. Göğüs ve pankreasta da aktiviteye bağlı olarak damar sayısının artması gerekebileceği için VEGF seviyesi sürekli yüksektir.

Neovaskülarizasyon sonucu oluşmuş damarlar, daha önce dendiği gibi VEGF aracılı olduğu için oldukça geçirgendir ve sızdırırlar. Bu sızdırma, tümörleri kemoterapik ilaçlara karşı daha dayanıklı hale getirir çünkü ilaçlar kan yoluyla geldiği için, henüz tümöre ulaşamadan etrafa dağılır.

Kanserde Antianjiyogenik Tedaviler

Lokalize bazı katı tümörler için cerrahi girişim etkili bir yoldur ancak her zaman mümkün değildir. Cerrahi girişimin mümkün olmadığı durumlarda radyasyon ve sitotoksik kemoterapi tedavi yöntemleri kullanılmalıdır.

Anjiyogenez hem inhibitör hem de aktivatör moleküller tarafından kontrol edilen bir süreçtir. Anjiyogenetik fenotipin oluşması, pozitif ve negatif regülatörlerin dengesinin değişmesine bağlıdır. Bu dengelerin değişmesi sonucu endotel hücreleri arasında meydana gelen sinyalleşme, host dokudaki belirli proteinler endotel hücrelerin damarlar oluşturmasına sebep olur. Bu sinyalleşmeler sonucu iki adet önemli olay gerçekleşir: endotel hücreleri bölünerek sayısını arttırır, daha sonrasında adezyon proteinleri aracılığıyla tüp yapısı oluştururlar.

Kanser hücreleri yayılmak ve hayatta kalabilmek için kan sirkülasyonuna ihtiyaç duyar. Bu nedenle antianjiyogenik tedavilerin karsinomada mortaliteyi ve morbiditeyi azaltması beklenir. Anjiyogenik antagonistlerin özellikle beş sınıfı tedavi olarak çok öne çıkmaktadır:

1. Proteaz inhibitörleri (MMP'nin sentezini engelleyenler): Proteazların görevi ekstraselüler matriksi parçalayarak hücrelerin rahatça göç etmesini sağlamaktır.
2. Endotel hücrelerin göç ve bölünmesini engelleyenler
3. Anjiyogenik faktörleri hedef alan küçük molekül inhibitörleri
4. İntegrin (Hücre adezyon/yapışma proteinleri) gibi endotel hücrelerin ekstraselüler matriksinde yer alan proteinlerin sayısını arttıran ve bağlantıları güçlendiren proteinler
5. Kadherin gibi hücre-hücre bağlantısını sağlayan proteinlerin ifadesini arttıran moleküller

Çalışmalar antianjiyogenik tedavilerin tümör boyutlarını küçültmede olmasa da büyümesini engellemde oldukça etkili olduğunu göstermiştir. Uzun vadeli kullanımlarında tümörün besin ve oksijene olan erişimi azaldığı için nekrotik hale gelerek tümör ölebilir. Bu tedavinin sitotoksik kemoterapi ile birlikte kullanımı oldukça olumlu sonuçlar vermiştir.