Riassunto analitico
Lo scopo di questo studio è stato quello di identificare nuovi approcci terapeutici per il linfoma non-Hodgkin (LNH), attraverso l’inibizione combinata del metabolismo tumorale e delle vie di segnale coinvolte nella regolazione dei principali processi metabolici. Le cellule tumorali acquisiscono alterazioni geniche che forniscono loro un vantaggio proliferativo. Tuttavia, la capacità delle cellule altamente proliferanti di continuare a dividersi dipende dall’apporto costante di notevoli quantità di lipidi, nucleotidi, aminoacidi, oltre che da una produzione di energia sufficiente a sostenerne la crescita. E’ perciò perfettamente comprensibile come gli adattamenti metabolici osservati nella crescita tumorale siano un’area di crescente interesse. In particolare, l’adattamento metabolico che consente di produrre questi metaboliti, che favoriscono la proliferazione e sono probabilmente coinvolti nell’evasione dall’apoptosi, è definito fenotipo Warburg, ed è una peculiarità delle cellule tumorali. Il fenotipo Warburg è caratterizzato da un elevato flusso glicolitico e da uno shift del metabolismo glucidico dalla fosforilazione ossidativa alla produzione di lattato, anche in presenza di ossigeno. L’elevato flusso glicolitico consente alle cellule tumorali di deviare gli intermedi della glicolisi verso le vie biosintetiche. Pertanto, a causa della stretta dipendenza delle cellule tumorali dalla glicolisi, nuovi promettenti approcci terapeutici sono basati sull’utilizzo di inibitori specifici degli enzimi chiave di questa via metabolica. Il linfoma primario delle cavità sierose (PEL) è un LNH a cellule B caratterizzato da prognosi molto sfavorevole,con sopravvivenza media di soli sei mesi dalla diagnosi. Le cellule di PEL crescono in vivo nelle cavità sierose, cioè in un ambiente altamente ipossico, e sono caratterizzate dal fenotipo Warburg. L’agente eziologico del PEL è il virus associato al sarcoma di Kaposi. Alcune proteine virali, come K1 e vGPCR, attivano la via PI3K/Akt/mTOR, che a sua volta svolge un ruolo importante nella sopravvivenza di queste cellule. Recentemente, è stato riportato che mutazioni nella via di segnale PI3K/Akt/mTOR, che peraltro è tra quelle maggiormente mutate nei tumori umani, causano un rimodellamento del metabolismo delle cellule tumorali. In particolare, per la sua capacità di promuovere la glicolisi aerobia e di ostacolare la funzionalità mitocondriale, la chinasi Akt è stata indicata come ‘Warburg kinase’. Nel loro insieme queste caratteristiche suggeriscono la possibilita’ di un nuovo approccio terapeutico per il PEL. Quindi, questo studio ha valutato in cellule di PEL la citotossicità di un pannello di inibitori della glicolisi, già in fase I o II per tumori solidi, da soli o in combinazione con inibitori della via di segnale PI3K/Akt/mTOR, in condizione sia di normossia che di ipossia, che mima l’ambiente di crescita in vivo delle cellule di PEL. Mediante questo approccio, è stato possibile dimostrare che le cellule di PEL sono altamente sensibili agli inibitori della glicolisi, quali il 2-deossiglucosio (2DG) e l’estere del 3-Bromopiruvato (3BrOP) e che la loro sensibilità al 2DG è maggiore in condizioni di ipossia. In particolare, la combinazione di questi farmaci con inibitori della via di segnale di PI3K/Akt/mTOR ha un effetto citotossico sinergico o additivo sulle cellule di PEL, con un un’inibizione della crescita maggiore in condizioni di ipossia. Pertanto la combinazione porta allo stesso effetto antiproliferativo a dosi minori e meno tossiche rispetto ai singoli trattamenti. Poichè le suddette combinazioni sono molto efficaci anche in condizione di normossia, un’ ulteriore ricaduta di questo approccio potrebbe essere la sua estensione anche ad altri tipi di linfomi, purché caratterizzati da un rimodellamento del metabolismo glucidico.In conclusione, questo studio ha individuato un nuovo approccio terapeutico per il PEL.
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Abstract
The broad objective of this studywas to identify novel therapeutic strategies againstnon-Hodgkin Lymphoma (NHL), through dual targeting of both tumor metabolism and upstream signaling regulators of key metabolic cycles.
Cancer cells acquire genetic alterations that confer them growth advantages. Highly proliferative cells need to produce excess lipids, nucleotides, and amino acids for the creation of new biomass, beyond fulfilling energy requirements. The role of metabolism in cancer growth and cell survival is therefore an area of growing interest. Metabolic adaptations that help generate these metabolites, fuel growth and perhaps aid in the evasion of apoptosis are usually referred to as the Warburg phenotype, a well-known metabolic hallmark of tumor cells.The main manifestations of the Warburg effect consist in an increased glycolytic flux and an overall shift in glucose metabolism from oxidative phosphorylation to lactate production, regardless of the availability of oxygen.The increased glycolytic rate permits the branching off of glycolytic intermediates towards biosynthetic pathways. Due to such strong reliance of tumor cells on glycolysis, new promising therapeutic approaches are based on the use of glycolysis inhibitors. Although so far this approach has beenlimited to solid tumors, we believe that therapeutic inhibition of glycolysis might warrantthorough investigation also in blood cancer. Primary effusion lymphoma (PEL) is a B-cell NHL characterized by a very poor prognosis, with a median survival time of six months after the diagnosis. Remarkably, PEL cells grow in vivo in the highly hypoxic environment represented by body cavities, and display the glycolytic shift distinctive of the Warburg phenotype. The causative agent of PEL is Kaposi’s sarcoma associated herpesvirus. Viral proteins such as K1 and vGPCR activate the PI3K/Akt/mTOR pathway, which plays an important role in PEL cell survival.It has been recently highlighted that acquired mutations in the PI3K/Akt/mTOR pathway, the most frequently mutated pathway in human tumors, ultimately result in the rewiring of cancer cell metabolism. In particular, the protein kinase Akt is indeed regarded as a ‘Warburg kinase’ because of its ability to promote aerobic glycolysis and interfere with the mitochondrial function.Taken together, we believed that these featuresmight open anew therapeutic window for PEL treatment.Thespecific objective of this studywas to test the cytotoxicity of a panel of glycolysis inhibitors, already in phase I or phase II clinical trial in several types of solid cancer, alone or in combination with inhibitors of the PI3K/Akt/mTOR axis, both in normoxia and in hypoxia, that mimics the in vivo environment of PEL cells. Using this approach, it was possible to demonstrate thatPEL cells are sensitive to glycolytic inhibitors such as 2-deoxyglucose (2DG) and 3-bromo-2-oxopropionate-1-propyl ester and that their sensitivity to 2DG is increased in hypoxic conditions. The combination of these molecules with inhibitors of the PI3K/Akt/mTOR pathway displays additive or even synergistic cytotoxicity against PEL cells, with an overall growth inhibition effect generally more pronounced under hypoxic conditions; as a consequence, the same anti-proliferative effect can be reached by the drug combinations at lower and thus less toxic doses than either drug alone. The effectiveness of this therapeutic approach should therefore be further explored in PEL settings, through validation in PEL animal models. An additional positive effect of this finding is that, since the combinations are also highly effective under normoxic conditions, this protocol might have a broader therapeutical application and to be extended to other B-NHL characterized by a Warburg shift.
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