Tumori nel gatto: parte I eziologia

10/12/2020

In questa overview sui tumori nel gatto ci focalizzeremo sugli aspetti generali, cercando di spiegare i meccanismi che portano all’insorgenza e allo sviluppo di queste patologie che con diversa incidenza possono interessare tutti gli organi/distretti dell’organismo.
Nella seconda parte si prenderanno in considerazione le tecniche diagnostiche e i diversi approcci terapeutici in ambito veterinario (ad esempio chirurgia, chemioterapia e radioterapia).
Infine, nella terza parte, tratteremo le sindromi paraneoplastiche e i principali tumori che interessano il gatto, ponendo attenzione ai segni clinici che devono allarmare con brevi accenni alle scelte terapeutiche che sono di stretta competenza del medico oncologo in quanto, ancor più che in altri ambiti della medicina, vanno calibrate e adattate al singolo paziente.

Cos'è il cancro

Con il termine “cancro” si intende un grande numero di patologie diverse, che possono interessare potenzialmente tutti gli organi e i tessuti, caratterizzate da una crescita e una proliferazione incontrollata di cellule.
Il cancro è sempre una malattia che origina da una serie di alterazioni del DNA e/o cambiamenti nell’espressione dei geni (eventi epigenetici) che promuovono una proliferazione cellulare incontrollata. Queste alterazioni fanno sì che la cellula si divida molto velocemente, ignorando i segnali che ne limitano la proliferazione. Si ha un’alterazione, dunque, nell’ambiente circostante il tumore (es. angiogenesi), acquisendo così la capacità di metastatizzare, cioè diffondersi in altri distretti diversi dal sito di insorgenza.

Le alterazioni genetiche che sono alla base del cancro possono insorgere come fisiologica conseguenza del processo di duplicazione cellulare, essere indotti da agenti esterni di origine naturale o antropica (fattori ambientali), derivare da una predisposizione ereditaria o, infine, essere causati da agenti di natura infettiva.
Tra i fattori ambientali riconosciuti come cancerogeni va ricordata l’esposizione alla luce solare (fortemente correlata allo sviluppo del carcinoma squamo-cellulare nel gatto), le radiazioni ionizzanti, una grande varietà di sostanze chimiche, gli stili di vita (il fumo negli umani), le alterazioni metaboliche (obesità).

Quanto pesino i fattori ambientali ed ereditari rispetto all’insorgenza dei tumori non è definitivamente noto ed è oggetto di dibattito. In un famoso articolo (1) Tomasetti e Vogelstein sostengono la teoria della “sfortuna”, individuando nella casualità degli errori di replicazione la principale causa del cancro; tale teoria però non viene condivisa da diversi altri autori.

È la malattia dell’età moderna?

Il cancro non è una malattia dell’età moderna, tant’è che la prima descrizione di un tumore umano si ha in un papiro egizio risalente al 3000 a. C. (2) La percezione comune per cui “oggi si muore più di cancro di una volta” deriva dal fatto che l’incidenza dei tumori cresce fortemente con l’età e l’età media è progressivamente aumentata nei secoli, soprattutto nelle aree industrializzate. A livello globale, circa il 70% di tutti i tumori registrati interessa persone con età superiore ai 50 anni (circa 40% nella fascia 50-70 e il 30% per gli over70) (3).
Dagli anni ’60 ad oggi la speranza di vita è cresciuta di circa 10 anni (dai 70 agli 80 anni); inoltre, nello stesso periodo, per l’effetto combinato della maggiore capacità e disponibilità di cure e del calo della natalità, la percentuale di popolazione over 60 è cresciuta di oltre due volte, mentre si è dimezzata quella degli under 20 (4).
Quindi, la maggior incidenza delle patologie oncologiche è principalmente legata al fatto che viviamo più a lungo, senza per questo tralasicare le cause ambientali, che, in una certo modo, possono valere anche i gatti domestici.

È possibile curare i tumori nel gatto?

Sì, in alcuni casi è possibile. Ci sono tipi di neoplasie che purtroppo non danno scampo ed altre per cui attraverso le cure si riesce a mantenere una buona qualità di vita anche per mesi o anni seppure senza un cura definitiva; esistono, inoltre, casi in cui si può avere una remissione definitiva.
Dipende dal tipo di tumore, a che stadio è al momento della diagnosi (ad esempio la presenza o meno di metastasi), dalla risposta individuale, da eventuali comorbilità, dalla disponibilità del proprietario nell’affrontare terapie che possono essere anche lunghe e costose. Non c’è una risposta univoca ma non avrebbe senso cedere allo stigma di “malattia incurabile” che grava, a volte in modo improprio, sulla generalità delle patologie oncologiche.

Eziologia dei tumori

L’eziologia e la patogenesi dei tumori sono a prima vista molto semplici ed intuitive (cellule che proliferano in modo incontrollato), ma nella realtà sono estremamente complese in quanto coinvolgono molti aspetti di biologia e biochimica, di endocrinologia, virologia, immunologia, genetica e altro ancora. In questo parte affronteremo gli aspetti principali che concorrono all’eziologia e allo sviluppo dei tumori che troveranno una schematizzazione nella parte successivo (“Hallmarks of cancer”).

Tipologie di mutazioni

La causa prima, fisiologica ed intrinseca nello sviluppo dei tumori, va ricercata nel fatto che il meccanismo di duplicazione del DNA non è perfetto: esistono particolari enzimi e altri sistemi di controllo del ciclo riproduttivo cellulare (checkpoints), ma non è comunque prevedibile. Il DNA dei mammiferi è costituito da 2-3 miliardi di basi e ad ogni duplicazione, per ogni dieci milioni di basi trascritte, possono esserci fino a 10 errori; ciò significa che il DNA di una cellula figlia può differire da quello della cellula madre per qualche centinaia o migliaia di basi.

Quindi, anche se le cellule eucariote che formano un organismo sono estremamente più sofisticate di un virus a RNA (che ha un tasso di mutazioni decisamente maggiore) vanno anch’esse incontro a delle mutazioni. Crediamo sia importante notare che quelli che chiamiamo “errori di duplicazione del DNA” sono sì da considerare errori, ma al contempo sono la base dell’evoluzione: noi tutti esistiamo grazie a questi errori di replicazione del genoma. Se il meccanismo di replicazione fosse perfetto non esisterebbe alcuna forma di vita evoluta sulla Terra e ci sarebbero solo entità replicative e non certo piante e animali.

Quando si parla di mutazioni ci si riferisce ad errori nella fase di trascrizione del DNA (mutazioni geniche) e/o errori nelle fasi di ricombinazione e segregazione dei cromosomi (mutazioni cromosomiche) che avvengono durante la mitosi cellulare.
Le mutazioni che interessano le cellule somatiche non sono ereditabili e possono dare origine al cancro; quando interessano le cellule germinali allora sono ereditabili e possono predisporre allo sviluppo di tumori nelle generazioni successive (familiarità del cancro).
Solitamente sono necessarie più mutazioni per dare origine ad un tumore (tra 1 e 10) e questo numero si può abbassare nel caso preesistano alterazioni ereditarie.

Si parla di mutazioni geniche o puntiformi quando queste coinvolgono una o poche basi di un gene e possono essere di vario tipo.
Nelle mutazioni “missense” l’alterazione di un nucleotide comporta la codifica di un aminoacido diverso e quindi la sintesi di una proteina con una funzionalità anomala (es. anemia falciforme). Nelle mutazioni “nonsense” l’alterazione comporta l’erronea codifica di un codone di stop e quindi si ha una proteina incompleta e solitamente disfunzionale.
Esistono poi le mutazioni “frameshift” caratterizzate dall’inserimento/delezione di un nucleotide che altera il tal modo la sequenza di lettura del gene; anche in questo caso si hanno solitamente delle proteine non funzionali.
Da notare che alcune mutazioni, peraltro frequenti, sono mutazioni silenti, in cui il cambio di un nucleotide non altera il contenuto informativo del codone,in quanto questa codifica è ridondante .

Le alterazioni cromosomiche (5), che coinvolgono sempre ampi tratti del DNA, si distinguono in due categorie: quelle che comportano un aumento o una diminuzione nel numero di cromosomi (aneuploidia) e quelle che riguardano la struttura dei cromosomi.

Le aneuploidie discendono solitamente da errori nei meccanismi di segregazione nelle divisioni meiotiche o dall’unione di un gamete normale con uno alterato che presenta un cromosoma in più o in meno; in molti casi causano la morte fetale o gravi malattie genetiche del nascituro (es. sindrome di Down, sindrome di Turner). L’instabilità genetica che caratterizza le cellule tumorali comporta spesso la comparsa di cellule aneuploidi nel corso della malattia (6).

Le alterazioni della struttura dei cromosomi si distinguono a loro volta in bilanciate, dove c’è uno scambio di materiale genetico tra cromosomi (traslocazione) e in non bilanciate caratterizzate da fenomeni di delezione e duplicazione. Ad esempio, alcune forme di leucemia e il linfoma di Burkitt derivano da traslocazioni di geni da un cromosoma all’altro; queste alterazioni portano alla formazione di geni ibridi o alla disregolazione di un gene che, in modi diversi, fanno assumere a quella cellula caratteristiche tumorali.

Le alterazioni cromosomiche non bilanciate consistono in delezioni o duplicazioni e amplificazioni di geni (o nel loro silenziamento/sovra-espressione); l’assenza di un gene che controlla la crescita cellulare, come la presenza di più copie di un gene che codifica per proteine che ne promuovono la crescita, porta dunque all’insorgenza del tumore.

Geni, espressione genica ed epigenetica

I geni sono segmenti di materiale genetico che codificano per una determinata proteina: le proteine sono macromolecole costituite da sequenze di aminoacidi (20 in tutto) ognuno dei quali è codificato da 3 nucleotidi (codoni). Quando una cellula ha la necessità di sintetizzare una certa proteina deve accedere al gene che la codifica, operare la “trascrizione” in mRNA (RNA messaggero) che poi migra nel citosol dove quella codifica viene “tradotta” nella proteina voluta nei ribosomi (organelli citoplasmatici che operano come “fabbriche di proteine”).
La cellula ha continuamente la necessità di produrre un gran numero di proteine e se queste proteine vengono costruite sulla base di codifiche sbagliate, ci saranno delle disfunzioni che possono comportare la morte della cellula o essere funzionali allo sviluppo di una neoplasia.
Se invece i geni contengono le informazioni corrette, ma per un qualche motivo vengono lette troppe volte (e quindi si produce una sovrabbondanza di quella proteina), oppure non si riescono a leggere (e quindi non si produce quella proteina), si ha comunque una disfunzione nella vita della cellula che, anche in questo caso può risultare funzionale allo sviluppo del tumore.

La correttezza dell’informazione genetica è quindi la condizione necessaria ma non sufficiente a garantire il corretto sviluppo e la funzionalità cellulare.

Tutte le cellule che compongono un organismo (muscolari, nervose, endoteliali, gli epatociti, le cellule immunitarie, ecc.) contengono lo stesso DNA: è evidente che le sole informazioni contenute nel genoma (genotipo) non possono spiegare il diverso aspetto e funzionalità (fenotipo) delle centinaia di linee cellulari che sono presenti in un individuo. Inoltre, organismi distinti ma con identico genotipo (gemelli omozigoti, animali clonati) non hanno sempre lo stesso aspetto, presentano una diversa predisposizione alle malattie, un diverso carattere, ecc.; tali differenze non troverebbero spiegazione se prendessimo in considerazione il solo genotipo.

Il prodotto finale dei geni dipende dalle informazioni in essi contenute ma anche da come queste vengono utilizzate (espressione genica).

La scienza che studia il complesso dei fenomeni che regolano l’espressione dei geni, cioè dei fattori che conducono ad un diverso fenotipo a parità del genotipo è l’epigenetica (7). Questo termine viene coniato da C. Waddington nel 1942 nell’ambito di studi focalizzati sul rapporto intercorrente tra genotipo e fenotipo.
Una tra le tante similitudini per spiegare la differenza tra genetica ed epigenetica è quella del libro scritto e letto: tutte le copie del libro sono identiche ma ogni lettore interpreta e comprende quelle stesse pagine in modo diverso.
L’epigenetica studia quelle modificazioni che intervengono sulla struttura del DNA in riferimento all’accessibilità e leggibilità delle informazioni in essa contenute: queste modificazioni sono ereditabili con la divisione cellulare, mentre le conoscenze circa l’ereditabilità intergenerazionale sono meno consolidate.

La molecola di DNA è costituita da circa tre miliardi di nucleotidi ed è contenuta nel nucleo in forma estremamente compatta. La molecola del DNA si avvolge su proteine (istoni), formando una lunga teoria di strutture elementari (nucleosomi), che ricordano l’aspetto di una collana di perle. Questi nucleosomi a loro volta si compattano ulteriormente in solenoidi legandosi ad un’altra proteina (istone H1) e si avvolgono e compattano ulteriormente fino ad assumere la tipica forma ad X dei cromosomi (visibile al microscopio ottico). Il DNA, così compattato con le proteine istoniche ed altre, viene detto cromatina; nel suo insieme svolge la funzione di proteggere i filamenti di DNA e regolare l’espressione genica. Quando la cromatina è strettamente condensata il DNA non è accessibile; quando è poco condensata diventa accessibile a degli enzimi che permettono la distensione di un segmento di DNA rendendone possibile l’accesso, la trascrizione e la successiva sintesi di proteine mediate dal trascritto in mRNA.

Tra le modificazioni epigenetiche (8) più note citiamo l’acetilazione degli istoni, che consente il rilassamento della cromatina e quindi permette l’azione dei fattori di trascrizione, e la metilazione del DNA, che è un meccanismo che agisce nello spegnimento dei geni. Un altro aspetto oggetto di studio è quello degli RNA non codificanti: in particolare i microRNA (miRNA) agiscono a livello post-trascrizionale (cioè a valle della trascrizione e prima della sintesi proteica) in senso negativo. Queste modificazioni hanno la caratteristica di essere in qualche caso reversibili, oltre che ereditabili.

Sia l’alterazione di un gene (genetica) che l’alterazione del modo in cui questo gene viene letto (epigenetica), conduce comunque ad una anomalia nella proteina prodotta da quel gene. Per questo motivo si viene a creare uno squilibrio a livello cellulare che può innescare la tumorigenesi. Quali siano le cause per cui si instaurano delle modificazioni epigenetiche non è del tutto chiaro: vengono chiamati in causa ad esempio contaminanti ambientali, stress, fattori ormonali, contesto sociale, ma si tratta di un terreno di studio ancora in parte inesplorato.

Un ruolo importante delle modificazioni epigenetiche (9) è stato anchre riconosciuto nel processo di insorgenza e progressione del tumore (invasione, metastasi, angiogenesi) e come possibile spiegazione della diversa progressione (lenta vs. rapida) dello stesso tipo di tumore in diversi individui.

Proto-oncogeni, oncogeni e oncosoppressori

Il più delle volte le mutazioni non causano alcun danno (mutazioni silenti o che avvengono in regioni non codificanti) oppure possono essere talmente gravi da causare morte cellulare; altre volte, le mutazioni interessano particolari geni (proto-oncogeni e oncosoppressori, che controllano la sopravvivenza e il tasso di riproduzione cellulare, aprendo la strada al tumore.

In condizioni fisiologiche la regolazione del ciclo e della proliferazione cellulare è demandata all’azione delle proteine codificate da due classi di geni: i proto-oncogeni e gli oncosoppressori (10). I proto-oncogeni codificano informazioni per la sintesi di enzimi necessari alla progressione del ciclo cellulare e per la proliferazione, mentre i geni oncosoppressori hanno la funzione di bloccare il ciclo cellulare, indurre l’apoptosi e il controllo/riparazione del DNA; quando i proto-oncogeni subiscono delle alterazioni vengono detti oncogeni. Le alterazioni cui possono andare incontro questi geni sono di vario genere: possono esserci delezioni o mutazioni puntiformi che alterano le proprietà di una proteina, amplificazione genica per cui si hanno più copie di un gene e la produzione di eccesso di proteine normali, ed infine il riarrangiamento cromosomico, cioè la formazione di geni chimerici costituiti da “pezzi” di geni diversi.

Il comportamento dei geni oncogeni è caratterizzato da un “gain of function”, fanno cioè qualcosa in più del normale (ad es. producono un eccesso di certe proteine) e si può dire che si comportano in modo dominante; generalmente è sufficiente che la mutazione sia presente su un solo allele per determinare uno squilibrio.
Nei geni oncosoppressori, invece è necessario che la mutazione sia presente su entrambi gli alleli, per questo il comportamento viene detto recessivo; la patologia consiste infatti in una perdita di funzione, cioè una mancata produzione di proteine inibitrici. Negli oncosoppressori sono necessarie due mutazioni (ipotesi di Knudson dei “two-hit”) (11) per causare l’insorgenza del tumore e una di queste può essere ereditata, mentre la seconda insorge spontaneamente (o entrambe in modo spontaneo).
Una particolare importanza è rivestita dai geni che controllano i processi riparativi del DNA (caretakers), che sono in grado di indurre l’apoptosi quando il danno non è riparabile.

Checkpoints e ciclo cellulare

l ciclo di vita cellulare, cioè il periodo che intercorre tra una divisione e la successiva, si distingue in interfase, fase M, che comprende la mitosi (divisione del nucleo) e la citodieresi (divisione del citoplasma). L’interfase è a sua volta distinta in G1, che vede la crescita della nuova cellula, la fase S, dove si ha sintesi e duplicazione del DNA, e la fase G2 di preparazione alla divisione cellulare vera e propria. Il passaggio tra le diverse fasi è controllato da checkpoints che devono essere superati affinché la cellula possa passare alla fase successiva. I checkpoints, o punti di restrizione, si possono vedere come una rete di sistemi di sorveglianza che interrompono la progressione del ciclo cellulare quando rilevano un danno al genoma o il fallimento di una precedente attività della cellula (12).
Il checkpoint al termine della fase G1 verifica che ci siano le condizioni (nutrienti, fattori di crescita, preesistente danno del DNA) per passare alla fase S e in caso negativo la cellula entra in G0, cioè in uno stato di quiescenza (stato reversibile da cui è possibile rientrare in G1). Nella fase G2 è posto un secondo checkpoint dove si verifica l’integrità del DNA replicato nella fase S, e nel caso si riparano eventuali errori. Se la cellula supera questo secondo checkpoint allora entra nella fase M, altrimenti va in apoptosi. Esiste poi un ulteriore checkpoint che precede la citodieresi e controlla che la segregazione cromosomica sia avvenuta correttamente (spindle checkpoint) ed impedisce la formazione di cellule aneuploidi .

Si hanno quindi tre punti di controllo: verifica dele condizioni e dei segnali necessari per procedere con la duplicazione (G1 -> S); controllo nella corretta replicazione del DNA (G2 -> M) e nella corretta segregazione cromosomica ( metafase -> anafase ).

I processi di checkpoint sono controllati da un insieme di proteine ed enzimi (cicline, kinasi cicline-dipendenti, ecc.); di particolare rilevanza in questo contesto è la proteina p53 (almeno la metà dei tumori presenta il gene TP53 mutato).
La proteina p53, nota come “il guardiano del genoma” (13) si attiva in presenza di danno al DNA e altre condizioni di stress cellulare, fermando l’avanzamento del ciclo cellulare in G1 (checkpoint G1 -> S) e attivando meccanismi riparativi; in caso di successo, il ciclo cellulare rientra in S mentre in caso negativo viene indotta l’apoptosi. Studi recenti hanno evidenziato un ruolo più complesso di questa proteina (14).
Quando entrambi gli alleli codificanti sono mutati/spenti e non viene sintetizzata la p53, non si ha l’arresto in G1 e la cellula procede nella duplicazione anche in presenza di un DNA mutato con due conseguenze possibili: non viene completata la mitosi oppure la cellula riesce comunque a duplicarsi dando il via ad un processo potenzialmente tumorale.
L’assenza di altri processi di controllo nel checkpoint G2->M e nello spindle checkpoint conseguente al silenziamento/alterazione genica è una causa dell’insorgenza e dell’instabilità genetica dei tumori. Come si vedrà in seguito, queste fasi cruciali del ciclo cellulare costituiscono anche un bersaglio terapeutico.

Telomeri e telomerasi

I telomeri sono segmenti ripetitivi di DNA non codificante e altri complessi proteici posti all’estremità dei cromosomi che formano una sorta di cappuccio protettivo.
Le polimerasi che sintetizzano i nuovi filamenti di DNA necessitano di un innesco a RNA (primer) che deve poi essere rimosso, e questo vale sia per il filamento veloce che per quello lento (leading e lagging strand dei frammenti di Okasaki): ciò comporta che gli estremi dei due filamenti non vengano trascritti con conseguente perdita di informazione. La presenza dei telomeri, una serie di brevi sequenze “standard” (TTAGGG nei vertebrati) per una lunghezza di qualche migliaio di basi, serve proprio ad aggirare questo problema che si presenta fisiologicamente ad ogni ciclo di divisione cellulare.
La presenza dei telomeri permette un certo numero di divisioni cellulari (limite di Hayflick, circa 50, determinato in vitro), senza che vi sia perdita di informazioni evitando così l’instabilità genetica che ne deriverebbe.
Nelle cellule embrionali che sono soggette a cicli riproduttivi molto frequenti è attivo un enzima, la telomerasi, che è in grado di aggiungere queste sequenze standard e quindi evitare l’accorciamento precoce dei telomeri; dopo la nascita e nel corso della vita la telomerasi non è più attiva e i telomeri si accorciano progressivamente con l’età. L’eccessivo accorciamento dei telomeri viene interpretato come una rottura del DNA e comporta l’attivazione della p53, che, quando presente, blocca la mitosi e porta la cellula in uno stato di senescenza o di apoptosi. Quando la p53 non è attiva, la conseguente instabilità genetica porta alla cosiddetta catastrofe mitotica (o morte cellulare incontrollata).

Per acquisire l’immortalità le cellule tumorali devono superare il problema dell’accorciamento dei telomeri: nella maggior parte dei tumori raggiungono lo scopo attivando la telomerasi, in altri casi usando un meccanismo diverso, probabilmente a seguito di eventi di ricombinazione e non del tutto chiarito, detto di allungamento alternativo dei telomeri (15).

Cellule somatiche, staminali e precursori

Per cellule somatiche si intendono tutte le cellule che compongono il “soma” cioè il corpo di un organismo pluricellulare (ad eccezione dei gameti); sono cellule diploidi che si dividono per mitosi simmetrica, cioè le cellule figlie sono identiche ai progenitori. Le cellule somatiche sono cellule completamente differenziate che cioè hanno un fenotipo ben definito che le caratterizza come cellule nervose, muscolari, ossee, ecc.
Le cellule staminali (16) per eccellenza sono gli zigoti, cellule diploidi derivanti dalla fusione dei gameti (che sono aploidi) in seguito alla fecondazione. Il singolo zigote va incontro a dei processi di divisione per cui si formano due, quattro, otto cellule (blastomeri). In queste primissime divisioni le singole cellule mantengono ciascuna la capacità di dare origine ad un individuo e vengono dette cellule staminali totipotenti. Nelle fasi successive le singole cellule che compongono l’embrione perdono questa capacità e assumono varie denominazioni ad indicare una più limitata capacità di differenziazione: pluripotenti che sono in grado di dare origine a cellule di tessuti diversi, multipotenti che danno origine a cellule diverse di uno stesso tessuto (es. staminali ematopoietiche), unipotenti (o precursori) che danno origine ad unico tipo di cellule (es. staminali della cute).
Una caratteristica delle cellule staminali è quella della divisione asimmetrica: mentre la mitosi di una cellula somatica porta alla formazione di due cellule identiche, nelle staminali una delle cellule figlie è ancora una staminale (self-renewal), mentre l’altra è una cellula già “più differenziata” con capacità di caratterizzarsi ulteriormente o essere direttamente una cellula specializzata. In molti tessuti dell’individuo adulto sono state individuate delle cellule staminali, dette appunto staminali adulte, la cui funzione è quella di reintegrare e riparare i tessuti. Il caso più noto è quello delle cellule ematopoietiche: all’interno del midollo osseo abbiamo le cellule staminali che generano i progenitori mieloidi e linfoidi (o precursori) che attraverso successivi passaggi di differenziazione danno origine a tutte le diverse cellule del sangue. In questo e altri casi, le cellule differenziate sono frutto di più passaggi di differenziazione; a grandi linee possiamo pensare ai precursori come staminali di livello gerarchicamente inferiore.

Ogni cellula che si divide può potenzialmente dare origine ad un tumore: alcune linee cellulari si rinnovano molto rapidamente (es. mucose) mentre altre smettono di proliferare poco dopo la nascita (cardiomiociti, cellule muscolari cardiache) e altre ancora proprio non hanno la possibilità di dividersi (gli eritrociti che non hanno nucleo e quindi DNA). Le cellule che hanno maggiore probabilità di dare origine ad un tumore sono quelle che si dividono più frequentemente, quelle più esposte all’azione di un agente mutageno o infine quelle che, pur dividendosi lentamente, hanno un ciclo di vita molto lungo come nel caso delle cellule staminali/precursori.

Cellule staminali tumorali e transizione epitelio-mesenchimale (EMT)

Le cellule staminali tumorali (CSC) (17) rappresentano una sottopopolazione di cellule tumorali che esibiscono una capacità staminale, cioè di auto-rinnovo (self-renewal) e differenziazione; l’esistenza di queste cellule è stata inizialmente individuata in forme di leucemia e, in seguito, anche nei tumori solidi. Le CSC hanno una rilevanza clinica in quanto risultano resistenti a chemioterapia e radioterapia convenzionale e sono coinvolte nel processo di metastatizzazione.
Esistono diverse teorie sull’origine delle CSC: una è quella che vede queste staminali tumorali come una derivazione delle normali cellule staminali o progenitori che hanno acquisito delle mutazioni che conferiscono loro carattere tumorale mantenendo anche quelle di staminali.
Secondo un’altra teoria deriverebbero da normali cellule somatiche che acquisiscono caratteri tumorali e simil-staminali “mimando” un processo analogo a quello che avviene nella transizione epitelio-mesenchimale (EMT) (18).

Le cellule epiteliali (cute, vasi sanguigni e linfatici, tratto digestivo, tubuli renali, bronchi, alveoli, ecc.) sono caratterizzate da forti interazioni e giunzioni tra le cellule che determinano la formazione di strati continui e da una struttura polare (diversa morfologia dell’estremità apicale e basale e particolare disposizione degli organelli interni); caratteristiche tali che nel loro insieme fanno sì che non abbiano mobilità nel loro ambiente.
Le cellule mesenchimali presentano una diversa morfologia (stellata, fusata), hanno possibilità di movimento e non sono legate le une alle altre.
Nel corso dello sviluppo embrionale le cellule sono dotate di notevole plasticità, passando dallo stato epiteliale a quello mesenchimale e viceversa (transizione epitelio-mesenchimale – EMT e transizione mesenchimale-epiteliale – MET) mentre nell’adulto le cellule epiteliali svolgono stabilmente le funzioni specifiche di un determinato tessuto e quelle mesenchimali un ruolo di sostegno. In condizioni particolari, ad esempio nel processo di guarigione da una ferita ed in stati patologici (fibrosi), le cellule possono avviare uno specifico programma (EMT) che porta le cellule epiteliali ad acquisire il fenotipo mesenchimale: da uno stato completamente differenziato ritornano cioè ad uno stadio staminale.
Il fenomeno del transdifferenziamento, oltre che in stati fisiologici, è stato riconosciuto anche nella fase di invasione e metastatizzazione dei tumori di origine epiteliale .

Clonalità, progressione ed eterogeneità intratumorale

La progressione del cancro non è un processo lineare, continuo e sempre prevedibile ma un processo evolutivo; la singola cellula mutata va incontro ad un processo di selezione che determina l’ulteriore diversificazione genetica e conferisce la capacità di adattarsi all’ecosistema dello specifico sito di insorgenza.
Una cellula cancerosa ha la capacità di duplicarsi in uno-due giorni mentre la massa tumorale impiega un tempo variabile per raddoppiare di dimensione: ciò implica che molte delle cellule vanno incontro a morte, in altre parole si assiste ad un processo di “selezione naturale" analogo a quello che si osserva tra organismi che si trovano a competere per spazio e risorse vitali.
Il tumore ha sempre un’origine monoclonale (nasce da una cellula che comincia a proliferare), ma questo non significa che la massa tumorale abbia una composizione omogenea di cloni di quella cellula iniziale; infatti, nel corso del suo sviluppo si assiste ad un processo di ulteriori mutazioni e selezione, che porta ad una grande variabilità tra le cellule tumorali sia nel sito primario e/o dei siti metastatici.

I tumori crescono in un ecosistema che impone una serie di vincoli ed ostacoli, tra cui strutturali (compartimenti fisici, membrane che ne limitano lo spazio), nutrizionali (disponibilità di nutrienti, ossigeno), l’influenza di sistemi regolatori (fattori di crescita, infiltrazioni di cellule immunitarie, citochine infiammatorie), ecc.

Sono state proposte diverse teorie (19) per spiegare l’eterogeneità intratumorale, cioè la presenza di cellule con genotipo/fenotipo diverso in uno stesso tumore.
La teoria della evoluzione lineare (linear evolution) postula che l’acquisizione di nuove mutazioni conferiscano ai nuovi cloni “driver” un vantaggio selettivo, che comporta la periodica e sostanziale sostituzione dei vecchi cloni con quelli “evolutivamente vincenti” ad uno dato stadio evolutivo.
Nel modello ad albero (branching evolution) si ipotizza che i cloni divergano e si sviluppino in autonomia, in ragione del proprio specifico “fitness” (idoneità, adeguatezza, capacità di adattamento) per cui, in un dato momento, sono presenti più cloni diversi filogeneticamente correlati gli uni agli altri.
La teoria della evoluzione neutrale (neutral evolution) si può vedere come un’estremizzazione del modello ad albero, in cui le diverse linee evolutive discendono da mutazioni casuali dove la pressione selettiva non esercita un ruolo significativo.
Queste tre teorie (lineare, ad albero, neutrale) presuppongono che le mutazioni vengano acquisite sequenzialmente nel corso del tempo di evoluzione del tumore. Recenti evidenze riscontrate in alcuni tipi di tumore suggeriscono invece che nei primissimi stadi evolutivi avvengano un gran numero di mutazioni che danno origine a linee diverse e solo una o poche assumono un carattere prevalente. Secondo questa teoria non si ha traccia filogenetica dei passaggi intermedi, traccia che invece si dovrebbe avere secondo gli altri modelli.
Questa teoria detta punctuated evolution, riferita anche come teoria del “big bang”, suppone che l’eterogeneità sia intrinseca, precostituita nel nucleo originario, che si manifesti nelle prime fasi dello sviluppo e che le diverse linee procedano nella loro evoluzione senza che la pressione selettiva giochi un ruolo determinante risolvendosi in una sostanziale stabilità dei diversi cloni. Questa teoria si rifà anch’essa alle teorie darwiniane, dove la gradualità del processo evolutivo non va intesa in termini strettamente lineari ma piuttosto come un andamento a step, dove le specie accumulano piccole variazioni nel tempo che ad un certo momento danno origine ad una specie diversa.
Un esempio di puntuated evolution, lo si può ritrovare nei casi di salto di specie dei virus dove nel tempo si accumulano una serie di mutazioni che poi, in circostanze particolari danno luogo allo spillover e quindi la nascita di una nuova specie.

Questi modelli evolutivi che discendono da studi su diversi tipi di tumore non vanno intesi in termini di mutua esclusione ma, secondo alcune recenti evidenze, possono risultare l’uno prevalente sull’altro in stadi diversi della crescita tumorale e/o prevalenti in diversi tipi di tumore.

I dieci segni distintivi del tumore (Hallmarks of cancer)

Perché si possa sviluppare un tumore le alterazioni genetiche/epigenetiche devono presentare determinate caratteristiche e produrre determinati effetti. Secondo lo studio di Hanahan e Weinberg (20) che riprende ed estende quanto già da loro stessi indicato in precedenza, sono 10 gli elementi caratteristici della tumorigenesi.

Volendo azzardare un’estrema sintesi si potrebbe dire che il tumore si manifesta con una perdita generalizzata dei meccanismi omeostatici (di crescita, metabolici, immunologici, ecc.) che regolano i rapporti tra una cellula, il suo ambiente e le altre cellule conseguentemente ad una iniziale mutazione di natura genetica od epigenetica.

1: autosufficienza rispetto alla segnalazione proliferativa

Le cellule hanno la necessità di comunicare tra loro per rispondere ai segnali ambientali e/o provenienti da altri distretti, per regolare il loro metabolismo interno, per evadere dai capillari ed infiltrare un tessuto (es. le cellule immunitarie), per proliferare, ecc. Uno tra i diversi sistemi di segnalazione è quello che si realizza tramite messaggeri chimici (citochine, ormoni peptidici, ecc.) e recettori di transmembrana.
Un messaggero chimico che rappresenta un’informazione ben precisa viene secreto da una cellula, si lega allo specifico recettore posto sulla membrana di un’altra cellula e questo legame avvia una cascata di segnali intracellulari che comporta un cambiamento trascrizionale. A questa modalità di comunicazione appartengono le citochine, i promotori della crescita ma anche ormoni come l’insulina che regola il metabolismo del glucosio.
Un gene promotore della crescita mutato (un proto-oncogeno che diventa oncogeno) può garantire l’autosufficienza rispetto alla segnalazione proliferativa e mentre le cellule normali per proliferare devono ricevere uno specifico segnale, le cellule tumorali possono proliferare anche in assenza di tali segnali; l’azione promotrice dei geni oncogeni non è vincolata dai segnali esterni.

2: evasione dai soppressori della crescita

Nelle cellule normali l’omeostasi è garantita dall’equilibrio tra segnali stimolatori e inibitori che, attraverso meccanismi di trasduzione, attivano geni proto-oncogeni e geni oncosoppressori; le cellule tumorali, da un lato riescono ad indurre azioni proliferative in modo autonomo, dall’altro evadono dai meccanismi che regolano negativamente la proliferazione. La perdita di funzione di uno o più geni oncosoppressori è presente in oltre la metà dei tumori.

3: resistenza all’apoptosi

In ogni organismo, il destino fisiologico delle cellule è l’apoptosi, o morte programmata e consiste in un processo regolato che si innesca quando vengono a mancare i segnali esterni e/o quando si rompe l’equilibrio energetico/metabolico. L’evasione dal processo apoptotico è una caratteristica delle cellule tumorali e avviene sia per la perdita di funzionalità di geni pro-apoptotici (es. i geni che codificano la proteina p53) che per un guadagno di funzionalità dei geni anti-apoptotici (es Bcl2 in un tipo di linfoma umano).

L’autofagia è un meccanismo catabolico del tutto fisiologico attraverso il quale la cellula ricicla proteine e organelli danneggiati o inutilizzati; in condizioni di stress viene utilizzato per ricavare nutrienti non altrimenti disponibili attraverso la degradazione lisosomiale di materiale citoplasmatico . Nelle fasi precoci dello sviluppo del tumore, l’autofagia permette alle cellule di eliminare componenti danneggiate, ma in seguito rappresenta uno strumento di sopravvivenza cellulare nelle condizioni di scarsa disponibilità di nutrienti tipica del microambiente di molti tumori.

Negli organismi multicellulari la crescita e la differenziazione cellulare possono avvenire solo nel contesto specifico; le cellule ricevono segnali da quelle adiacenti e dalla matrice extra-cellulare (ECM); quando si perde questa interazione, le cellule che si distaccano dalla matrice vanno incontro ad una forma di apoptosi detta anoikis. Le cellule tumorali, per proliferare e metastatizzare, mettono in campo diverse strategie per evadere dall’anoikis (21).

4: immortalità replicativa

Le cellule hanno un limite fisiologico nella capacità di replicarsi (limite di Hayflick, pari a circa 50), raggiunto il quale entrano nello stato di senescenza o apoptosi. Ad ogni divisione cellulare si ha una fisiologica e progressiva erosione dei telomeri; nei tumori si ha l’attivazione della telomerasi (ed altri enzimi associati) che permette di mantenere costante la lunghezza dei telomeri permettendo in tal modo l’immortalizzazione della cellula.

5: induzione dell’angiogenesi

L’angiogenesi è il meccanismo fisiologico (essenziale nello sviluppo e nel ripristino dei tessuti lesionati) che porta alla formazione di nuovi capillari a partire dalla vascolarizzazione preesistente.
Il primo ad intuire il ruolo dell’angiogenesi nel cancro è stato J. Folkman oltre 40 anni fa (22), teoria conosciuta anche al largo pubblico (“affamare il tumore”). L’intuizione di Folkman consisteva nel fatto che la massa tumorale ha bisogno di apporto ematico per crescere e ricevere nutrimento. L’apporto di ossigeno, nutrienti e la rimozione dei prodotti di scarto del metabolismo apportata dal flusso sanguigno è essenziale e deve quindi indurre la formazione di una vascolarizazzione e di un sistema linfatico (linfangiogenesi); tale meccanismo ha anche un ruolo nella diffusione metastatica.
L’angiogenesi, come molti processi fisiologici, è regolata da un equilibrio tra fattori promotori (es. fattori di crescita endoteliale - VEGF, TNF, alcune interleuchine e diversi altri) e inibitori (angiostatina, endostatina, ecc.): nel tumore si ha sia una sovra-espressione dei fattori promotori che una sotto-espressione di quelli inibitori (23).
Il processo di angiogenesi del tumore porta alla costruzione di una rete vascolare caotica, con vasi che danno luogo a piccole emorragie, inefficace nel garantire un ordinato flusso ematico; infatti, malgrado la tendenza alla formazione di una nuova vascolarizzazione i tumori presentano spesso aree interne necrotiche e/o ipossiche e l’ipossia, oltre ad alterare l’equilibrio metabolico, promuove la metastatizzazione e favorisce l’angiogenesi.

6: metastatizzazione

La metastatizzazione (24) è il processo che porta alcune cellule tumorali a distaccarsi dal sito originario (tumore primario), raggiungere un altro organo e sviluppare uno o più tumori secondari; una gran parte dei decessi per cancro sono dovuti proprio a questo fenomeno che può avvenire in breve tempo o anche dopo anni dall’insorgenza del tumore primario.
I tumori del sangue, quelli derivati dalla trasformazione neoplastica delle cellule immunitarie del midollo (BMDC, bone marrow-derived cells) sono intrinsecamente “metastatici” e possono essere considerati “tumori liquidi”: infatti, sono fisiologicamente in grado di raggiungere i siti di infiammazione in ogni organo/tessuto attraverso la circolazione sanguigna. In questi casi si parla più di infiltrazione che di metastasi.
La formazione di una metastasi comporta una serie di passaggi (cascata metastatica): alcune cellule tumorali si devono staccare dal sito primario, entrare nel circolo ematico o linfatico, evadere il sistema immunitario, fuoriuscire dal letto capillare in un tessuto e lì insediarsi, proliferare e promuovere l’angiogenesi come un nuovo tumore.
Sono state proposte diverse teorie sul meccanismo della metastatizzazione.

L’ipotesi della transizione epitelio-mesenchimale (EMT) come meccanismo di origine delle cellule metastatiche prevede che le cellule epiteliali accumulino una serie di mutazioni che le portano ad assumere inizialmente le caratteristiche di displasia; in seguito, con un meccanismo EMT-simile alcune di queste cellule entrano in circolo, raggiungono un organo distale ed avviano il programma di trasformazione inversa (MET – mesenchimal-epithelial transition).

I macrofagi (e altre cellule fagocitiche) sono spesso presenti in numero consistente (TAM – tumor-associated macrophages) nelle masse tumorali ed agiscono come facilitatori della cascata metastatica promuovendo stimoli infiammatori, rimodellamento, riparazione dei tessuti e angiogenesi (25). Vi sono evidenze epidemiologiche cha associano l’alta densità istologica di macrofagi con una prognosi infausta; ciò viene dimostrato anche in studi sperimentali, dove la sotto/sovra-espressione dei macrofagi si correla alla progressione ed alla metastatizzazione del tumore nel modello murino.
I macrofagi sono cellule mesenchimali, molto versatili, capaci di migrare, secernere fattori di crescita e citochine; non necessitano dei complessi passaggi della EMT per avviare la cascata metastatica. I macrofagi, o gli ibridi derivati dalla fusione di questi (e in genere BMDC - Bone Marrow Derived Cell) con cellule maligne è una delle spiegazioni del processo metastatico supportato anche dall’osservazione che molti tumori metastatici esibiscono caratteristiche tipiche delle BMDC compresa la capacità fagocitica (26).

7: instabilità genomica e mutazioni

I tumori sono caratterizzati da una significativa instabilità genomica (27) cioè dalla presenza di varianti geniche diverse che concorrono alla eterogeneità intratumorale precedentemente descritta; questa caratteristica si riscontra prevalentemente nei tumori solidi rispetto, ad esempio, alle leucemie (tumori liquidi).
Elementi caratteristici dell’instabilità genomica sono riconosciuti essere l’instabilità dei microsatelliti (MSI) e l’instabilità cromosomica (es. aneuploidia).
I microsatelliti sono brevi sequenze ripetitive e non codificanti disperse nel genoma che sono soggetti a mutazioni/delezioni puntiformi in particolare nei tumori ereditari (es. tumori correlati alla sindrome di Lynch) e il grado dell’instabilità dei microsatelliti è considerato un fattore prognostico (28).
L’accumularsi di mutazioni, siano esse puntiformi e/o a carico dei cromosomi, è la conseguenza della perdita di funzionalità dei molteplici meccanismi deputati al mantenimento dell’integrità genomica: a titolo esemplificativo ricordiamo la già citata proteina p53, i meccanismi di controllo e riparazione del DNA in fase S, i checkpoints, i telomeri, ecc.

8: infiammazione come “tumor-promoting”

La presenza di leucociti (globuli bianchi) all’interno della massa tumorale, individuate da Virchow nel XIX secolo, costituisce la prima evidenza di un possibile link tra infiammazione e tumore (29), ma solo recentemente è stato accettato il fatto che i processi infiammatori ricoprono un ruolo nello sviluppo del cancro, anche se non sono del tutto chiariti i meccanismi.
Il primo aspetto della questione riguarda l’aumento del rischio di sviluppare un tumore legato a stati infiammatori cronici a diversa eziologia o a causa di processi autoimmuni. Un esempio tipico nel gatto è dato dall’IBD che spesso evolve in linfoma intestinale; si possono fare altri esempi, quali infiammazioni croniche indotte da infezioni batteriche (Helicobacter pylori), virali (virus dell’epatite B, C), esposizione a carcinogeni (fumo), ecc.; è importante però ricordare che non tutte le patologie infiammatorie sono associate ad un aumentatorischio di cancro (es. artrite reumatoide).
Molte forme tumorali hanno la caratteristica di promuovere un microambiente infiammatorio richiamando cellule immunitarie (granulociti, linfociti), che a loro volta concorrono in varie forme allo sviluppo del tumore attraverso la produzione di citochine, fattori di crescita, ROS (specie reaattive dell'ossigeno), fattori pro-angiogenici; questi agiscono in favore della crescita tumorale, tanto nella fase iniziale quanto nella progressione metastatica.
I processi infiammatori, e più in generale il sistema immunitario, giocano un ruolo ambivalente nei confronti del tumore, tanto che vengono utilizzate terapie che intervengono sia nel controllo dello stato infiammatorio (anti-infiammatori non steroidi - FANS) che nel promuovere l’azione citotossica nei confronti delle cellule neoplastiche (immunoterapia con NK, CAR-T ).

9: disregolazione del metabolismo energetico

Il fabbisogno energetico delle cellule viene soddisfatto attraverso il meccanismo della respirazione cellulare. Nel citosoplasma, dal glucosio si ottiene il piruvato che poi entra nei mitocondri dove attraverso una serie di reazioni (ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa) si ottiene energia (ATP e anidride carbonica come prodotto di scarto). In carenza di ossigeno le cellule dispongono di una via alternativa alla produzione di energia (fermentazione) che è molto meno efficiente e vede la produzione di acido lattico a partire dal piruvato (glicolisi anaerobica).
Nelle cellule tumorali si assiste al paradosso della glicolisi aerobica, dove, anche in presenza di ossigeno, le cellule non sfruttano adeguatamente il meccanismo aerobico ma privilegiano la via alternativa centrata sulla produzione di lattati,che è molto meno efficiente; questa caratteristica venne individuata negli anni Venti da Otto Warburg, da cui prese il nome (30).
La minore efficienza della glicolisi aerobica nella produzione di energia comporta un grande consumo di glucosio. Per questo motivo le cellule tumorali sono caratterizzate da una sovra-espressione del principale trasportatore del glucosio (GLUT-1). Questa caratteristica viene sfruttata a fini diagnostici nella PET .
Le ipotesi per spiegare questo paradosso sono diverse: una maggiore resilienza in condizioni di ipossia (frequente, specie all’interno della massa tumorale che non riceve un adeguato apporto ematico); la glicolisi anaerobica, che permette una maggiore produzione di composti utilizzati nei meccanismi anabolici necessari a cellule in rapida proliferazione; l’acidificazione del microambiente, che ostacola l’azione delle cellule immunitarie.

10: disregolazione del metabolismo energetico

Le prime intuizioni sul coinvolgimento del sistema immunitario nello sviluppo dei tumori risalgono a P. Ehrlich; negli anni Cinquanta con F. Macfarlane Burnet (lo stesso della selezione clonale) e L. Thomas ipotizzarono un ruolo di sentinella del sistema immunitario nelle prime fasi di sviluppo del tumore (immunosorveglianza). Tali ipotesi per decenni non sono state dimostrabili per l’indisponibilità di modelli animali che la potessero convalidarle o smentirle. Solo alcuni decenni più tardi, attraverso l’utilizzo di topi resi geneticamente immunodeficienti si è potuto dimostrare una differenza nella crescita di tumori spontanei tra soggetti immunocompetenti e non.
Sulla base di queste prime evidenze sperimentali si è estesa l’iniziale intuizione di Burnet introducendo il concetto di immunoediting (31)

Con immunoediting ci si riferisce alla complessa, e per certi versi contraddittoria, interazione tra sistema immunitario e neoplasia. Questo processo viene schematizzato in tre fasi: eliminazione (immunosorveglianza riprendendo l’intuizione di Burnet), equilibrio (stato di quiescenza), evasione,quando il tumore riesce ad eludere le difese immunitarie e crescere in modo incontrollato.
Nella fase iniziale, quando il tumore non è ancora diagnosticamente rilevabile, le cellule mutate, destinate alla proliferazione incontrollata, manifestano la propria anormalità esponendo antigeni tumorali sulle MHC di classe I, in tal modo esponendosi all’azione effettrice dell’immunità innata e adattativa (linfociti T, NK, interferone II, ecc.). Se la risposta immunitaria ha successo il tumore viene fermato sul nascere, in caso contrario evolve in una condizione di equilibrio. In quest’ultima situazione l’instabilità genetica ed i meccanismi di selezione portano ad un adattamento delle cellule neoplastiche tali per cui riescono a sfuggire all’azione delle cellule immunitarie. Nella fase di evasione il tumore può crescere, essere diagnosticato e sostanzialmente non essere attaccabile da parte del sistema immunitario.

Fonti:

Livia Ferro, DVM; resident ECVIM-CA Oncology; Anicura Ist Vet Novara

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