Carcinogênese - Mecanismos de formação e desenvolvimento de neoplasias_

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Carcinogênese - Mecanismos de formação e desenvolvimento de
neoplasias:
As células neoplásicas surgem de células normais que sofreram alterações no DNA
(fatores genéticos) e/ou nos mecanismos que controlam a expressão gênica (fenômenos
epigenéticos). Os principais alvos dos agentes tumorigênicos são as células de reserva ou
basais nos epitélios e as células-tronco nos diversos tecidos. Através do processo de
desdiferenciação, células diferenciadas podem originar células-tronco, o que possibilita que
células já diferenciadas sofram alterações genômicas e originem células cancerosas ou
células-tronco do câncer.
A carcinogênese é um processo complexo, multifásico e dependente de fenômenos
genéticos e epigenéticos que culminam no surgimento de clones de células imortalizadas
que adquirem a capacidade de se multiplicar autonomamente, de invadir os tecidos vizinhos
e de dar metástases.
Os tumores são originados de um clone (monoclonais) que venceu a barreira do
controle da proliferação celular e se tornou imortal. A partir desse, surgem subclones com
capacidade variada de sobreviver, invadir tecidos e se implantar a distância. Há tumores
policlonais por serem multicêntricos, cada clone se originando em um foco diferente.
CÉLULAS-TRONCO DO CÂNCER:
As células-tronco nos cânceres seriam responsáveis por originar as diferentes
linhagens de células tumorais. Elas foram documentadas em leucemias, gliomas, carcinoma
da mama, carcinoma colorretal e melanoma. Assim como nos tecidos normais, elas têm
capacidade de autoduplicar-se e de originar células com autoduplicação limitada
(progenitoras), das quais se originam as diferentes células do tumor, explicando a
heterogeneidade das neoplasias. Podem permanecer quiescentes no seu nicho, o que
poderia explicar sua resistência aos quimioterápicos e à radioterapia (que atuam mais em
células que estão no ciclo celular) e o aparecimento de metástases tardias após retirada do
tumor primitivo; as células-tronco quiescentes depois originariam as metástases se nos
órgãos para os quais migraram.
A caracterização de células-tronco do câncer possibilita seu isolamento, assim
permite ensaios com métodos terapêuticos que visem à sua destruição. A ineficácia dos
tratamentos atuais em muitos cânceres pode dever-se ao fato de que eles eliminam a
grande maioria das células tumorais, porém não destroem as células-tronco, que são as
responsáveis por recidivas.
ESTROMA DE NEOPLASIAS E CARCINOGÊNESE:
O estroma tumoral é complexo, possui vários tipos de células e apresenta algumas
propriedades particulares. O desenvolvimento do câncer depende de alterações genéticas
ou epigenéticas nas células neoplásicas ee nas células do estroma. Apesar do
individualismo das células cancerosas, elas interagem com as suas congêneres, com a
matriz extracelular, com as células do estroma e com as células de defesa (leucócitos) no
estroma. A troca de sinais entre elas faz com que o ambiente permita, ou não, o avanço da
neoplasia. Portanto, embora tenha sido dada maior ênfase às alterações que ocorrem nas
células transformadas, a carcinogênese depende também do estroma e das suas células.
Os carcinógenos induzem alterações na célula que origina o câncer e também no estroma.
Além disso, muitas inflamações crônicas associam-se a alguns cânceres, como colite
ulcerativa (carcinoma colorretal), hepatite crônica B ou C (carcinoma hepatocelular), gastrite
crônica por Helicobacter pylori (linfoma e adenocarcinoma gástricos) e cistite por
Schistosoma haematobium (carcinoma da bexiga). Quimiocinas, citocinas e inflamação
crônica contribuem para o crescimento tumoral. A inflamação crônica cria um ambiente
pró-oxidante, com excesso de radicais livres, os quais favorecem mutações e instabilidade
do genoma. Citocinas pró-inflamatórias, PGE2 e radicais livres reduzem a expressão de
proteínas do complexo MMR (complexo reparador de pareamento errado do DNA), também
favorecendo instabilidade genômica. IL-6, TNF-α e IL-1 podem induzir expressão ectópica
de uma citidina desaminase (AID, activation induced deaminase) expressa em linfócitos B,
que é responsável por mutações em vários genes, inclusive TP53. Em lesões pré-malignas
de cânceres relacionados com inflamações crônicas é encontrado expressão ectópica de
AID.
ETIOPATOGÊNESE DAS NEOPLASIAS:
Os tumores são o resultado de agressões ambientais em um indivíduo
geneticamente suscetível. Os principais fatores ambientais envolvidos na carcinogênese
são: tabagismo (cânceres de pulmões, boca, laringe, faringe, esôfago e bexiga), dieta rica
em gorduras (principalmente em relação ao carcinoma colorretal), alimentos processados,
alcoolismo (particularmente quanto aos cânceres de laringe, faringe, esôfago e fígado),
infecções, em especial por vírus (ex HPV), exposição a carcinógenos ambientais, como
radiações (UV, ionizantes) e alguns compostos químicos (p. ex., asbesto).
A obesidade aumenta o risco de várias neoplasias, como adenocarcinomas do
esôfago, do endométrio, do pâncreas e da mama (em pacientes na pós-menopausa). O
mecanismo parece relacionar-se com alterações no metabolismo de hormônios sexuais
(andrógenos, progesterona e estrógenos), insulina e fator de crescimento insulina-símile-1
(IGF1), os quais estão relacionados a diferenciação e a proliferação celulares, apoptose e
angiogênese. O aumento da gordura visceral leva a resistência periférica à insulina e
hiperinsulinemia, com maior síntese de IGF-1 e menor síntese hepática da globulina
transportadora de hormônios sexuais (SHBG), deixando estes hormônios sexuais mais
livres, na sua forma bioativa, na circulação. O aumento de estrógenos, principalmente
associado ao aumento de progesterona, eleva o risco de câncer da mama. Além disso,
quanto maior o acúmulo de tecido adiposo, maior a hipóxia local e a indução de
angiogênese. Este status hipóxico leva a necrose de adipócitos e a um estado
pró-inflamatório, com migração de macrófagos e secreção de citocinas e TNF-α. O tecido
adiposo funciona também como
reservatório de carcinógenos químicos, por
causa da propriedade lipofílica de grande
parte desses carcinógenos, que passam a
ser liberados na corrente sanguínea de
forma constante.
Legenda: “Mecanismos envolvidos no
aumento do risco de câncer associado à
obesidade. O balanço energético positivo
por ingestão excessiva de carboidratos e
pouca atividade física leva a obesidade,
resistência à insulina e mudanças
metabólicas em hepatócitos que, em
conjunto, convergem para proliferação
celular e resistência à apoptose. A
obesidade também aumenta a secreção de
adipocinas, morte de adipócitos por hipóxia
relativa do tecido adiposo e inflamação
persistente de baixa intensidade pela
atividade fagocítica de macrófagos nos focos de necrose. O tecido adiposo em maior volume
aumenta a conversão periférica de hormônios esteroides, como estradiol, que tem ação
proliferativa em vários epitélios. A resistência periférica à insulina induz alterações no
metabolismo de hepatócios, aumentando a secreção de fatores de crescimento (p. ex.,
IGF-1), que também estimulam a proliferação celular.”
O câncer é o resultado final de um processo complexo que se desenvolve em vários
estágios, não existindo causa única nem um modo único de ação dos agentes cancerígenos.
Em cada um dos processos, ocorrem alterações genéticas e epigenéticas em células
suscetíveis, as quais adquirem crescimento seletivo e expansão clonal.
A influência genética pode ser fraca ou forte. Pessoas com constituição genética
diferente, vivendo em regiões geográficas distintas, têm diferenças importantes no tipo e na
sede do câncer. Quando mudam de um local para outro, após uma ou duas gerações, em
geral adquirem o padrão predominante no novo ambiente.
A potência de um agente cancerígeno refere-se à probabilidade que ele tem de
causar neoplasia em determinadas condições (genéticas, nutricionais etc.), em determinado
período, para certa espécie animal e para determinada célula.
Os processos gerais de transformação cancerosa não são exclusivos de uma
espécie, podendoos resultados da oncogênese experimental ser considerados para a
interpretação dos mecanismos patogenéticos da cancerigênese espontânea.
GENES E NEOPLASIAS:
A ideia central sobre a origem da neoplasia é que ela se desenvolve em um
substrato molecular das células (o DNA), sobre o qual atuam fatores ambientais.O principal
alvo dos agentes cancerígenos é o DNA. Desse modo, o câncer é considerado uma doença
genômica de células somáticas resultante de alterações na expressão de certos genes,
especialmente daqueles que regulam a proliferação e a diferenciação celulares, a apoptose
e a manutenção da estabilidade do genoma.
A proliferação e a diferenciação celulares dependem de vários genes, cujos
produtos:
- estimulam a multiplicação celular, como fatores de crescimento, seus receptores,
moléculas transdutoras de sinais, fatores de transcrição e moléculas envolvidas no
ciclo celular, como ciclinas e CDK. Nesse grupo estão os chamados oncogenes;
- controlam a proliferação dentro dos limites fisiológicos para cada tecido, estando aqui
os genes que codificam moléculas que inibem a proliferação celular. Incluem os
denominados genes supressores de tumor;
- regulam a apoptose, evento fundamental na limitação da população celular;
- atuam no reparo do DNA, garantindo a estabilidade do genoma. Estes são os genes
“guardiães” do genoma e os que estão envolvidos nos mecanismos de silenciamento
gênico, por meio de regulação da metilação do DNA e da desacetilação da
cromatina. Capacidade reduzida de reparação do DNA aumenta o número de
mutações, aumentando a chance de seu aparecimento em oncogenes e genes
supressores de tumor.
Vários métodos nas células tumorais podem identificar as anormalidades genômicas
e DNA alterado de células malignas pode ser liberado na circulação e reconhecido por
métodos moleculares.
→ Oncogenes:
Os oncogenes seriam genes que, quando expressos, causariam o aparecimento de
uma neoplasia. Eles derivam de proto-oncogenes, que estão presentes em células normais
e são expressos de forma regulada. Proto-oncogenes são essenciais para muitos processos
biológicos, como proliferação e diferenciação celulares. Em seu estado natural, eles
comandam a divisão celular de uma maneira ordenada e fisiológica, sendo responsáveis
pelo controle da proliferação celular. Quando um proto-oncogene é hiperexpresso ou sofre
mutações, rearranjos ou translocações,
passa a ser um oncogene.
Produtos de proto-oncogenes:
- Fatores de crescimento
- Receptores de fatores de
crescimento
- Proteínas ligadoras de GTP
- Proteínas citoplasmáticas com
atividade cinásica
- Ciclinas e CDK
- Fatores de transcrição
Ativação de proto-oncogenes:
Os proto-oncogenes podem
tornar-se oncogenes por meio de:
- alteração na estrutura do gene
(mutação), resultando em
produto anormal (oncoproteína);
- aumento da expressão gênica,
por:
(a) hiperexpressão gênica (p. ex.,
por inserção de um promotor
próximo do proto-oncogene;
(b) amplificação gênica (aumento
do número de cópias do gene).
A hiperexpressão do gene resulta
em maior quantidade da proteína
(estruturalmente normal), que estimula
a proliferação celular.
Mecanismos envolvidos na
ativação de proto-oncogenes:
- Mutação puntiforme
- Mutação por inserção
- Translocação
- Amplificação gênica
- Hiperexpressão gênica
Cooperação entre os oncogenes:
Como a carcinogênese se desenvolve em diferentes fases, é necessário mais de um
oncogene para provocar transformação celular, uma vez que a célula neoplásica adquire
propriedades muito diversas e ausentes nas células normais (imortalidade, crescimento
autônomo, invasividade, capacidade de originar metástases etc.). Em contrapartida, como
mutações espontâneas ou induzidas ocorrem com frequência nada desprezível, ativação de
um proto-oncogene não é evento muito raro. Se apenas um único oncogene fosse suficiente
para a transformação maligna, o câncer seria muito mais frequente do que é.
→ Genes supressores de tumor:
Os genes supressores de tumor estão envolvidos no controle da multiplicação e da
diferenciação celulares, evitando reprodução descontrolada das células após agressões. A
atuação de um oncogene em uma célula com o sistema de genes supressores de tumor
íntegro não resulta em proliferação celular aumentada ou neoplasia. Em geral, os genes
supressores de tumor precisam ter os dois alelos afetados para induzir o câncer
(comportamento recessivo).
Perda ou defeito de um alelo de gene supressor de tumor pode ser herdada ou
adquirida. O indivíduo heterozigoto para o gene (que possui apenas um alelo normal) não
tem neoplasia, mas apresenta risco maior de desenvolver um câncer. A neoplasia só se
forma caso ocorra perda do outro alelo, quando se fala que o gene está defeituoso em
homozigose ou que houve perda de heterozigosidade.
→ Genes de reparo do DNA:
Os genes de reparo do DNA codificam moléculas que atuam no reconhecimento e no
reparo de lesões no DNA. Quando defeituosos, ocorrem falhas no sistema que mantém a
fidelidade genômica, resultando em instabilidade genômica. Os principais:
- Família MMR (mismatch repair genes), genes responsáveis pelo reparo de
pareamento errado do DNA.
→ 4 genes: hMSH2, hMSH6, hMLH1 e hPMS2
→ Instabilidade genômica causada por defeitos em um deles facilita o acúmulo de
mutações no DNA e favorece o aparecimento de neoplasias, em especial carcinoma
colorretal
- Família UVDR: Atuam no reparo de DNA após lesão por radiação ultravioleta.
- Genes que atuam no reparo do DNA lesado por radiação ionizante
→ os genes BRCA-1 e 2: Trata-se de genes cuja função na resposta ao dano do
DNA não é bem conhecida e estão associados a vários cânceres, sobretudo
carcinoma da mama.
- mutados no carcinoma mamário, de onde vem a sigla: br east cancer
- mutações em BRCA-1 e 2 são encontradas em 80% dos carcinomas
mamários hereditários, mas são pouco frequentes em cânceres esporádicos
- leucemia na anemia de Fanconi associa-se a mutações nesses genes;
→ genes ATM (ataxia-telangiectasia mutated) e ATR (ATM and Rad3-related):
codificam cinases importantes na transdução de sinal de existência de lesão no DNA
- associam-se a leucemia, frequente na ataxia-telangiectasia
→ genes codificadores de helicases também contribuem para o reparo do DNA
- mutações neles predispõem a vários tipos de câncer, como encontrado na
síndrome de Bloom.
Além de mutações causadas por agentes externos (radiações, substâncias químicas
etc.), modificações na molécula de DNA podem surgir durante o processo normal de sua
duplicação. Quando ocorre modificação na sequência normal do DNA, produtos de
numerosos genes entram em ação para reparar os defeitos produzidos. Se a “lesão” no DNA
é reparada, a célula continua com seu genótipo e seu fenótipo normais. Porém, se o sistema
de reparo falha, a mutação propaga-se nas gerações seguintes e pode ser suficiente para
induzir transformação neoplásica. Quando os genes de reparo estão defeituosos por
qualquer motivo, tem-se o chamado fenótipo mutador.
→ Genes para apoptose: Em alguns tumores, alterações nos genes antiapoptóticos são o
principal mecanismo oncogênico.
MECANISMOS EPIGENÉTICOS NA CARCINOGÊNESE:
O mecanismo epigenético mais conhecido é o silenciamento gênico por
hipermetilação de sequências CpG em promotores gênicos; quando isso acontece, não há
expressão do gene correspondente. Na metilação há transferência de radicais metil por ação
de uma DNA metiltransferase e resulta em alterações nos nucleossomos e na estrutura da
cromatina, interferindo na expressão gênica. O BRCA-1 no carcinoma da mama apresenta
metilação em genes supressores de tumor e o MHL1 no câncer colorretal apresenta
metilação em genes de reparo do DNA. Em contrapartida, alguns canceres mostram
hipometilação do DNA, fenômeno que pode levar a instabilidade cromossômica,
desrepressão de genes relacionados com a divisão celular ou superexpressão de genes
antiapoptóticos.
→ MicroRNA e carcinogênese: promovem silenciamento gênico. Principais alvos:
oncogenes e genes supressores de tumor.
→ Vias intracelulares que comandama carcinogênese:
- via clássica, a mais comum, associada a mutações (por agentes conhecidos ou
desconhecidos) aditivas em oncogenes, genes supressores de tumor etc.;
- fenótipo mutador, por defeitos no sistema de reparo do DNA (instabilidade
genômica), os quais favorecem acúmulo de mutações em genes associados à
transformação neoplásica.
ETAPAS DA CARCINOGÊNESE:
1. INICIAÇÃO: o agente carcinogênico induz alterações genômicas permanentes nas
células
- pode ser induzida por uma única aplicação do agente cancerígeno
- isoladamente não é tumorigênica, mas, quando seguida de promoção, resulta
em tumores
- promove alteração irreversível no DNA (mutação)
- uma célula iniciada pode transformar-se em tumor mesmo quando o promotor
é aplicado certo tempo depois
- corresponde à transformação celular: modificações genômicas que tornam as
células capazes de multiplicar-se de modo autônomo
- Agentes químicos são capazes de ativar proto-oncogenes ou inativar genes
supressores de tumor, como acontece com o RAS
2. PROMOÇÃO: a célula iniciada é estimulada a proliferar, amplificando o clone
transformado
- depende de contato mais prolongado com o agente promotor, que precisa ser
aplicado após o iniciador
- sozinha ou aplicada antes da iniciação não causa tumores
- é reversível (pois não provoca alterações permanentes no DNA), já que o
espaçamento na aplicação do promotor não produz tumores
- a multiplicação das células iniciadas é fenômeno indispensável para a
“fixação” da alteração genômica e para o aparecimento da neoplasia
- é um processo demorado
- promotores são substâncias capazes de irritar tecidos e de provocar reações
inflamatória e proliferativa. Todo agente que produz hiperplasia pode
comportar-se como promotor.
3. PROGRESSÃO: o clone transformado prolifera, o tumor cresce, surgem células com
potencial metastatizante e a neoplasia se desenvolve em sítios distantes da sua
origem
- refere-se às modificações que surgem durante a evolução de um tumor que o
tornam, em geral, cada vez mais agressivo e mais maligno
- depende de mutações sucessivas nas células, as quais resultam na aquisição
de propriedades mais agressivas
A neoplasia maligna é formada por células heterogêneas. Novas populações
celulares vão surgindo e muitos dos novos clones não sobrevivem; apenas aqueles que
adquirem propriedades mais vantajosas para o seu crescimento expandem-se e passam a
ser população predominante. A partir do clone original, surgem outros mais ou menos
adaptados, que são diferentes sob os aspectos citogenéticos, de imunogenicidade, de
velocidade de crescimento, de exigência de fatores de crescimento, de receptores de
superfície, do poder de invasão e metastatização e de resistência a medicamentos. Em
geral, à medida que o tempo passa, vão sendo selecionados clones mais agressivos e mais
malignos.
O progresso dos tumores dependem de cada organismo. A resposta imune é
importante, pois se os novos clones celulares adquirirem forte antigenicidade,
provavelmente são eliminados. A progressão tumoral, assim como a carcinogênese, é um
processo de seleção natural (darwiniano) em que há predomínio de clones e subclones que
adquirem propriedades que oferecem vantagens às células neoplásicas na proliferação e na
invasão.
As alterações genômicas que condicionam a variabilidade no comportamento
biológico das neoplasias são adquiridas, e, portanto, quanto mais longo é o período entre o
surgimento de um tumor e a sua detecção clínica, maior a probabilidade de já terem ocorrido
várias mudanças genômicas. Com o passar do tempo, o comportamento do tumor tende a
se tornar mais agressivo, a velocidade de crescimento aumenta, a resposta ao tratamento
diminui e surgem clones com alto potencial de disseminação e metastatização.
Existem exemplos de involução espontânea de tumores, porém são raros. Nesses
casos, provavelmente surgem clones menos adaptados ao crescimento tumoral ou que
podem ser eliminados pelo hospedeiro, pois sua resposta imunitária sobrepuja a capacidade
de escape das células tumorais. Outra possibilidade é que células malignas sofrem
diferenciação, perdendo a capacidade de proliferação.
→ Nicho tumoral:
O estroma tem papel importante nas neoplasias, por facilitar a proliferação e a
sobrevivências das células cancerosas e a angiogênese. Ao que parece, as células
transformadas precisam de um nicho para a instalação e o desenvolvimento de uma
neoplasia, pois é apenas depois da formação de um nicho que a carcinogênese se
desenvolve.
Formação de um ninho:
- iniciação: o nicho inicia-se por alterações nas células e na matriz extracelular do
órgão envolvido. Vários produtos liberados pelas células transformadas (citocinas,
quimiocinas, fatores de crescimento e angiogênicos) atraem células da medula óssea
e promovem outras alterações, criando o ambiente para a sobrevivência e o
desenvolvimento das células transformadas;
- expansão: o nicho instalado expande-se com a chegada de células derivadas da
medula óssea, que tornam o microambiente rico em fatores de crescimento e fatores
angiogênicos;
- maturação: o nicho expandido sofre maturação quando as células neoplásicas
liberam produtos que “educam” as células do estroma a produzir maior quantidade
de fatores facilitadores da proliferação celular, inibidores da apoptose e inibidores da
resposta imunitária, favorecendo a progressão do câncer e a sua disseminação.
Portanto, o processo multifásico da carcinogênese ocorre também no estroma local
de origem da lesão. A formação do nicho pré-metastático pode ser considerada a
continuidade dessa evolução das células e do estroma em neoplasias: a formação do nicho
pré-metastático em órgãos distantes garante a sobrevivência e a proliferação das células
que para ele migram e originam as metástases.