Somatostatinreseptorfamilien – et vindu mot ny kreftdiagnostikk og behandling

Struktur

Reseptorproteinene varierer lite i størrelse (tab 2) (4). De tilhører superfamilien av såkalte G-proteinkoblede reseptorer, som har sju transmembrandomener (3, 4). Innenfor hver reseptorsubtype er det mellom ulike arter (menneske, mus og rotte) en høy grad (82 – 99 %) av sekvenshomologi på aminosyrenivå (3, 4). Mellom de ulike humane subtypene er det derimot kun 40 – 60 % homologi (3, 4). De fem humane SSTR-subtypene binder SST-14 og SST-28 med nanomolar affinitet (4). Sekvensanalyser og farmakologiske studier med bl.a. ulike SST-analoger har ført til inndeling av SSTR-familien i to subgrupper, der den ene omfatter reseptor 1 og 4, den andre reseptor 2, 3 og 5.

Signalveier

Binding av SST til de ulike subtypene aktiverer en rekke signalveier (tab 2) (4). Alle fem SSTR-subtypene er funksjonelt koblet til en hemming av adenylsyklase cAMP-signalveien. Alle fem subtypene aktiverer tyrosinfosfatase. Tre av subtypene hemmer mitogenaktivert proteinkinase (MAPK)-signalveien (SSTR2, 3 og 5), mens SSTR1 og SSTR4 er rapportert å stimulere MAPK. Andre signalmekanismer som kan være involvert, er ulike ionekanaler (Ca⁺⁺, K⁺), fosfolipase A2 (PLA2) og fosfolipase C (PLC). En og samme subtype kan altså aktivere flere signalkaskader. Kunnskapen om subtypeselektiv aktivering er først og fremst basert på ulike transfeksjonsforsøk, med de begrensninger slike studier innebærer. I fremtiden vil nok utvikling av høyselektive subtypeagonister og antagonister kunne avdekke mer om subtypespesifisiteten når det gjelder effektormekanismer.

Påvisning av SSTR i svulster – metodologiske avveininger

Før SSTR-genene ble klonet, ble SSTR-proteiner påvist in vitro i en rekke svulster ved hjelp av av klassiske reseptorligandbindingsstudier og in vivo ved bruk av radioaktivt merkede SST eller SST-analoger (scintigrafi). Slike studier sier også noe om det finnes funksjonelle reseptorer på celleoverflaten. Etter kloningen av reseptorgenene i 1992/93 (5 – 7) ble det mulig å påvise mRNA av de ulike subtypene enten ved Northern blot-analyser, RT-PCR (revers transkripsjon polymerasekjedereaksjon), ”ribonuclease protection”-studier og in situ-hybridisering. Sistnevnte metode har det fortrinn at den også identifiserer nøyaktig hvilket vev/hvilke celler som uttrykker reseptorene. Ved Northern blotting, RT-PCR eller ”ribonuclease protection”-studier analyseres total-RNA fra svulstvevhomogenat. Der kan man også ha tilblanding av normalt vev, og dermed risikerer man falskt positive funn. Imidlertid er disse metodene mer sensitive enn in situ-hybridisering. I tabell 3 er aktuelle metoder for påvisning av SSTR-protein og mRNA oppsummert.

De siste årene er det utviklet spesifikke antistoffer mot de ulike SSTR-subtypene, men disse er ikke kommersielt tilgjengelige. Antistoffene har muliggjort påvisning av selve reseptorproteinene både ved Western blot-analyser og immunhistokjemi. Et viktig aspekt vedrørende påvisning av SSTR i vev er at det ikke nødvendigvis er korrelasjon mellom mRNA-nivå og proteinuttrykk eller funksjonelle reseptorer (8). Det kan derfor være nødvendig å utføre flere typer av analyser i ett og samme vev. Sammenfatningsvis kan man si at metodene supplerer hverandre i kartleggingen av reseptoruttrykket, men også i arbeidet med å forstå den funksjonelle betydningen av de ulike reseptorsubtypene.

SSTR i normalt vev, kreftcellelinjer og svulster

Ved hjelp av de ulike metodene som er nevnt over, har analyser av somatostatinreseptorer i normalt vev avdekket et subtypeselektivt, vevsspesifikt og artsspesifikt mønster i så vel nervesystemet som i en rekke perifere organer (3, 4). Somatostatinreseptorer er påvist i ulike celletyper både i lunge, bryst, lever, milt, pancreas, magesekk, tarm, testis, placenta, binyrer, thymus, blodårer, samt i immunsystemets celler.

Reseptorer er påvist i en rekke kreftcellelinjer og i de fleste humane svulster (4). Vanligvis uttrykkes flere subtyper samtidig, noe vi har vist gjelder også i den nevroendokrine pancreasderiverte rottecellelinjen AR42J (upublisert materiale). AR42J uttrykker alle SSTR-subtyper bortsett fra SSTR4. Frekvensen av SSTR2-uttrykk i kreftcellelinjer og svulster synes å være særlig høy (4), f.eks. uttrykker ca. 80 % av nevroendokrine gastroenteropankreatiske svulster SSTR2 (9).

I kontrast til dette er det i adenokarsinom fra pancreas og i kreftcellelinjer derivert fra disse, samt i avansert kolorektalcancer, faktisk vært påvist et spesifikt tap av SSTR2-mRNA (10). Den funksjonelle betydningen av dette vil bli nærmere diskutert under avsnittet om genterapi.

Subtypespesifikk funksjon

Den funksjonelle betydningen av somatostatinreseptoruttrykk i svulstvev generelt, og uttrykk av de ulike subtypene spesielt, er ikke fullstendig klarlagt. Økt kunnskap om dette vil trolig være avgjørende for utvikling av nye behandlingsstrategier relatert til SSTR-uttrykk.

Nylig er subtypespesifikke ikke-peptidagonister utviklet (11). Studier med disse, samt ulike promotorstudier, vil trolig spille en avgjørende rolle i kartleggingen av hvilke fysiologiske funksjoner de ulike subtypene har. Sannsynligvis vil også DNA-mikromatriseteknologien kunne bli et viktig verktøy i denne kartleggingen. Denne relativt nye metodikken gjør det mulig å analysere tusenvis av genuttrykk parallelt (12), og man har dermed en unik mulighet til å undersøke hvordan den samlede arvemassen kommer til uttrykk i cellebiologiske og fysiologiske responser.

I tillegg til et sannsynlig funksjonelt samspill mellom de ulike SSTR-subtypene er det klare holdepunkter for subtypeselektivitet når det gjelder visse funksjoner (4). Dette kan eksemplifiseres gjennom den effekten somatostatin har på celleproliferasjon. Her er det vist at SSTR1, 2, 4 og 5 utøver en cytostatisk effekt (stopper cellevekst), mens SSTR3 medierer en cytotoksisk effekt (induserer apoptose). Når det gjelder den andre hovedeffekten somatostatin utøver, nemlig en hemming av sekresjon, vites mindre når det gjelder subtypespesifisitet. Det er imidlertid vist at SSTR2 er ansvarlig for den hemmende effekten somatostatin har på syresekresjon, mens både SSTR2 og SSTR5 regulerer sekresjonen av veksthormon fra hypofysen (4).

Regulering av SSTR-genuttrykk

En rekke hormoner, vekstfaktorer og sykdomstilstander kan påvirke genuttrykket av ulike SSTR-subtyper (4). Sult og insulinavhengig diabetes er f.eks. assosiert med en reduksjon av SSTR1 – 3 i hypofysen og SSTR5 i hypothalamus. Både gastrin, epidermal vekstfaktor og somatostatin selv har vist å kunne oppregulere genuttrykket av enkelte subtyper i visse celler. Steroidhormonet østrogen oppregulerer først og fremst genuttrykket av SSTR2 og SSTR3, mens glukokortikoider kan ha ulik effekt (opp- eller nedregulering), avhengig av behandlingstid (eksponeringstid). Sandvik og medarbeidere har vist at faste og syrehemming kan påvirke mengden av SSTR2-mRNA i rotteventrikkel (corpus/antrum) (13).

SSTR-scintigrafi

Allerede i slutten av 1980-årene ble det vist at SST-analogen Tyr-3-oktreotid merket med¹²³I kunne fremstille SSTR-positive svulster som karsinoid og gastrinom (20). Imidlertid er bruk av radioaktiv jod beheftet med en rekke ulemper, og man erstattet derfor¹²³I med¹¹¹In (21, 22). I dag er oktreotidscintigrafi en av de viktigste undersøkelsesprosedyrer i diagnostikken og oppfølgingen av nevroendokrine gastroenteropankreatiske svulster (15). Et positivt scintigrafifunn er en viktig prediktor for behandlingsrespons med SST-analoger, og predikerer effekt av isotopbehandling (15). Studier har vist at oktreotidscintigrafi har en sensitivitet på rundt 80 – 90 %, som er på linje med konvensjonelle undersøkelsesprosedyrer (CT/MR) (22, 23). Sensitiviteten er imidlertid avhengig av forekomst av SSTR2-uttrykk i tumorvev. Ved insulinom er den lav (mindre enn 50 %), noe som gjenspeiler lav insidens av SSTR2-uttrykk ved denne kreftformen. Fordelen med SSTR-scintigrafi i forhold til CT/MR er som nevnt den prediktive tilleggsinformasjonen scintigrafi gir. I Norge utføres oktreotidscintigrafi ved alle regionsykehusene.

Symptomatisk (palliativ) behandling

Behandling med SST-analoger er blitt det virkelige gjennombruddet for mange pasienter med ”funksjonelle” nevroendokrine svulster. SST-analoger regnes som gullstandard når det gjelder behandling av hormonrelaterte symptomer hos pasienter med nevroendokrine gastroenteropankreatiske svulster (9, 15, 19, 23). I Norge er oktreotid (Sandostatin, Sandostatin LAR (”Long Acting Repeatable”)) og lanreotid (Ipstyl Depot) registrert for bruk mot lindring av symptomer ved slike svulster. Spesielt er utviklingen av langtids (depot)-preparater et stort fremskritt. I motsetning til somatostatin, som binder seg med høy affinitet til alle fem subtyper, binder oktreotid og lanreotid seg med høy affinitet til SSTR2 og SSTR5, moderat til SSTR3 og ikke i det hele tatt til SSTR1 og SSTR4 (4, 18) (tab 5). Effekt forutsetter m.a.o. at disse subtypene er uttrykt i tumorvev.

Trass i over 15 års bruk av SST-analoger, finnes det ingen randomiserte studier der man har evaluert effekten (19). Effekt kan måles ved både kliniske og biokjemiske variabler samt tumorrespons. Pasientens symptomer blir raskt mindre, enkelte kan over lang tid være helt symptomfrie. Subjektiv respons sees hos ca. 90 % og etterfølges vanligvis av biokjemisk respons (60 – 70 %) (19). En reduksjon i tumor-størrelse målt ved bildediagnostikk er derimot mye sjeldnere (19).

De vanligste bivirkninger ved behandling med SST-analoger er som regel milde og forbigående, og innbefatter smertefulle magekramper, flatulens, diaré, smerter ved injekssjonsstedet og kvalme (18, 19). Nedsatt glukosetoleranse og hyperglykemi må man også være oppmerksom på. Gallesteinsdanning ved langtidsbehandling opptrer hos 20 – 50 %, men disse er altoverveiende asymptomatiske. Av sjeldne, men alvorlige bivirkninger kan nevnes akutt pankreatitt og hypoglykemi (18, 19).

Et problem i behandlingen av nevroendokrine gastroenteropankreatiske svulster med SST-analoger er utvikling av resistens (23). Mekanismen er ikke fullstendig klarlagt, men skyldes trolig nedregulering av SSTR eller seleksjon av SSTR-negative kloner. Økt dosering eller intermitterende behandling kan midlertidig ofte løse disse problemene (23).

Antitumoreffekt

Somatostatin og SST-analoger har antiproliferativ effekt både in vitro og in vivo (4, 9). De virker antiproliferativt både via indirekte og direkte mekanismer (tab 6). Indirekte virker de ved å hemme frigjøringen av vekststimulerende peptidhormoner og vekstfaktorer fra så vel tumorvev som normalt vev. De utøver også en indirekte antiproliferativ effekt ved å hemme både angiogenesen og visse immuncellefunksjoner. Direkte virker de ved å antagonisere effekten vekstfaktorer har på tumorvev, samt at de i seg selv kan virke både cytostatisk og cytotoksisk.

I kliniske studier har imidlertid effekten av SST-analoger som antitumormiddel vært skuffende, med responsrater fra 0 til 17 % ved karsinoid og endokrine pancreastumorer (19). Enkelte studier har indikert at høydose SST-analogterapi kan være mer effektivt enn ”normal” dosering, noe som pågående studier forhåpentligvis vil avklare (19). Ny kunnskap om hvordan SSTR-uttrykk reguleres vil være avgjørende for utvikling av behandlingsstrategier med formål å forsterke den antiproliferative effekten. Utviklingen av ikke-peptide SST-analoger vil på sikt muligens bidra til utvikling av orale preparater (11).

Isotopbehandling

I 1994 kom den første rapporten om vellykket behandling med radioaktivt merket (In¹¹¹) oktreotid (24). En positiv effekt er reprodusert i en rekke studier (19, 25). De siste årene har man prøvd å forbedre effekten ved å bytte ut Auger-elektronemitteren In¹¹¹ med høyenergi β -partikkelemitteren Y⁹⁰, og flere fase 1-studier har vært utført, med til dels lovende resultater (26, 27). For tiden pågår fase 2-utprøvning. Ferske eksperimentelle dyrestudier har også vist oppløftende resultat med andre isotoper, som¹⁷⁷Lu (lavenergi β -partikkel) (28) og¹⁵³Sm (mediumenergi β -emitterisotop) (29). I Norge er isotopbehandling foreløpig ikke satt i system som alternativ behandling ved f.eks. metastaserende karsinoid.

Genterapi

I adenokarsinom fra pancreas er det som nevnt påvist et spesifikt tap av SSTR2 (10). Det er nylig vist at overføring av genet som koder for SSTR2 kan føre til antitumoreffekt in vitro og i dyreforsøk (30). Mekanismen bak dette kan skyldes oppkomst av en autokrin negativ tilbakekoblingssløyfe (”feedback loop”), oppregulering av p27 med påfølgende apoptose, samt en ”naboeffekt” (”bystander”-effekt, dvs. at også ikke-genmodifiserte kreftceller går til grunne) (23).