Modelos de neoplasia intestinal relacionados con Apc: una breve revisión para patólogos

El carcinoma colorrectal es una causa común de mortalidad por cáncer en el mundo occidental. En muchas consultas de patología, los adenomas colorrectales extirpados durante las colonoscopias de cribado constituyen un alto porcentaje de la carga de trabajo diaria, por lo que la morfología del carcinoma colorrectal humano y de los adenomas, sus lesiones precursoras, es familiar para los patólogos quirúrgicos. En los centros académicos, se puede pedir a los patólogos quirúrgicos que interpreten modelos de ratón de neoplasia para los investigadores, y es necesario un conocimiento básico de las similitudes y diferencias entre la morfología de la neoplasia intestinal humana y los modelos de ratón para una interpretación precisa.

Los modelos de ratón genéticamente alterados de la tumorigénesis, aunque a veces son criticados por su modelado imperfecto de la enfermedad humana, son útiles para evaluar si las mutaciones específicas pueden conducir a la formación de tumores, para los estudios de quimioprevención y para elucidar la funcionalidad de los productos génicos alterados. Aunque en la literatura científica se han descrito muchos modelos de ratones modificados genéticamente (GEM) de neoplasia intestinal, pueden dividirse a grandes rasgos en 5 grupos: Modelos relacionados con Apc con alteraciones en la señalización Wnt, modelos deficientes en la reparación de emparejamientos erróneos, modelos tratados con carcinógenos, modelos con alteraciones en el factor de crecimiento transformante β, y neoplasia asociada a la colitis que surge en modelos inmunodeficientes como los ratones IL10-/. Esta revisión se centrará en la patología de uno de los primeros modelos GEM de neoplasia intestinal, el ratón ApcMin+/- y modelos relacionados, con el objetivo de describir las características morfológicas de las lesiones intestinales, con la comparación con los adenomas y carcinomas colorrectales humanos.

Uno de los modelos más utilizados para la neoplasia intestinal humana es el modelo ApcMin+/-, desarrollado en 1990 en el laboratorio de William Dove (Moser et al., 1990). El ratón ApcMin+/-, el primer modelo de ratón mutante de línea germinal de neoplasia intestinal, es portador de una mutación de pérdida de función autosómica dominante en el codón 850 de Apc generada por la exposición a N-etil-N-nitrosourea (ENU), un mutágeno muy potente. Desde entonces se han generado otros modelos con mutación de Apc, muchos de ellos con mutaciones truncantes (Tabla 1).

Estos modelos relacionados con Apc son particularmente útiles porque la mutación conductora más común para el carcinoma colorrectal en humanos es la mutación en el gen supresor de tumores APC, que conduce a la inactivación de APC y a la activación de la vía de señalización Wnt, con la estabilización de β-catenina y su translocación al núcleo. El gen APC en humanos codifica una proteína de 213 kilodalton implicada en la adhesión y motilidad celular, la regulación del ciclo celular, la apoptosis y la transducción de señales (Boman & Fields, 2013), y su mutación en la línea germinal da lugar a la adenomatosis coli familiar (FAP). Este síndrome de predisposición al cáncer se caracteriza por el desarrollo de cientos de adenomas colorrectales, que conducen a un adenocarcinoma a una edad temprana. La mayoría de las mutaciones que causan FAP se encuentran dentro de la mitad 5′ del gen y dan lugar a polipéptidos truncados.

Genética de los modelos animales relacionados con APC

Muchos de los modelos de ratón relacionados con Apc han sido diseñados para contener mutaciones en la línea germinal de Apc que conducen a la expresión de una proteína Apc truncada; en la mayoría de estos modelos, sólo los heterocigotos son viables, ya que la homocigosis es letal para el embrión. La pérdida del control del crecimiento tras la pérdida de la copia restante de Apc de tipo salvaje da lugar a múltiples adenomas intestinales. La localización específica de la mutación de Apc afecta a la multiplicidad de pólipos, la localización y la longevidad de los ratones (McCart et al., 2008). Por ejemplo, el ratón Apc1638N/+ tiene una carga de pólipos reducida y una vida más larga en comparación con el ratón ApcMin/+ (Smits et al., 1998), En el ratón Apc1322T, la proteína mutante retiene una repetición de unión/degradación de β-catenina de 20 aminoácidos (en el ApcMin/+, no hay ninguna); los adenomas en estos ratones son detectables antes, tienen una displasia más severa y son más grandes (Pollard et al., 2009) en comparación con los ratones ApcMin/+. El momento de la pérdida de función de Apc también puede ser importante; por ejemplo, la pérdida gradual de Apc utilizando Apc(Min/CKO) o Apc(1638N/CKO) da lugar a una neoplasia visible en el intestino, mientras que la pérdida simultánea conduce a una expansión clonal oculta a través de la fisión de la cripta sin transformación morfológica (Fischer et al., 2012). La supresión del gen Apc completo en el ratón ApcΔel-15 produce un desarrollo tumoral más rápido en comparación con la truncación de Apc, con una menor supervivencia, una poliposis más grave y una progresión de los tumores de colon más avanzada en comparación con los ratones ApcMin/+ (Cheung et al, 2010).

También se dispone de modelos de rata alterados genéticamente con la mutación de Apc y son atractivos por la longevidad de los modelos y la relativa facilidad para realizar colonoscopias, lo que permite realizar experimentos longitudinales (Tabla 2). Las más comunes son la rata Kyoto Apc Delta (KAD) y la rata Pirc. La rata KAD se derivó mediante mutagénesis ENU y tiene una mutación sin sentido en el codón 2523 del exón 15 de Apc, lo que produce una proteína truncada. Estas ratas son viables en el estado homocigoto y no desarrollan tumores intestinales de forma espontánea. El tratamiento con azoximetano y sulfato sódico de dextrano (AOM/DSS) es necesario para inducir la neoplasia intestinal. La rata Pirc, también producida mediante mutagénesis inducida por ENU, tiene una mutación Apc en el nucleótido 3409, que produce una proteína truncada. Esta mutación es letal desde el punto de vista embrionario en el estado homocigoto. La mutación tiene una penetrancia del 100%, y todas las ratas desarrollan pólipos de colon después de los 4 meses de edad.

Se ha desarrollado un modelo porcino genéticamente alterado que porta una mutación APC 1311, ortóloga de la APC 1309 humana. Estos animales desarrollan focos de criptas aberrantes, adenomas de una sola cripta y adenomas colorrectales múltiples, similares a la PAF humana. Los adenomas más grandes muestran una progresión en forma de displasia de alto grado. Es característica la afectación de la superficie, similar a la de los adenomas humanos (Flisikowska et al., 2012).

Modificadores de los fenotipos del cáncer

Desde hace tiempo se reconoce que las diferencias de cepa tienen un efecto significativo en la carga tumoral en el modelo ApcMin+/-, que suele mantenerse en un fondo C57Bl/6J. El cruce de ratones B6 Min/+ con AKR y otras cepas endogámicas dio lugar a una disminución del número medio de tumores en los ratones F1 (Shoemaker et al., 1997). Los experimentos de retrocruzamiento y otros análisis genéticos para mapear los loci modificadores han producido una serie de genes candidatos a modificadores de Min (Mom) (McCart et al., 2008). Además, la dieta y el microbioma intestinal de la colonia de ratones tienen efectos importantes en la multiplicidad, progresión y tamaño de los pólipos. Por ejemplo, se ha demostrado que una dieta occidental rica en grasas y baja en fibra aumenta el número de pólipos y la progresión de los tumores en los ratones ApcΔ716/+ (Hioki et al., 1997).

Patología

La morfología de las lesiones intestinales en los modelos ApcMin+/ y relacionados es similar en todos los modelos, aunque la edad de aparición, el grado de displasia y la distribución en el tracto gastrointestinal varían (Tabla 1). Las primeras lesiones reconocibles consisten en una única cripta agrandada o un pequeño grupo de criptas revestidas por células apiñadas con una mayor relación núcleo-citoplasma e hipercromasia nuclear (Fig. 1). Estas lesiones tempranas son lesiones displásicas de bajo grado similares a los adenomas colónicos tubulares pequeños que se observan en pacientes con PAF. En el intestino delgado, se desarrolla una pequeña invaginación en la lámina propia en la zona proliferativa en la unión de la cripta y la vellosidad (Fig. 2). Las células adenomatosas empujan hacia la lámina propia y suben a la vellosidad, formando una doble capa de epitelio adenomatoso debajo de una mucosa superficial normal (Fig. 3). En el colon, los adenomas tempranos se invaginan en la lámina propia entre las criptas, aunque también pueden identificarse adenomas de una sola cripta (Oshima et al., 1997). La inmunohistoquímica para beta catenina puede utilizarse para ayudar a identificar los adenomas tempranos, ya que incluso los adenomas de una sola cripta en ApcMin+/- y los modelos relacionados muestran una acumulación de beta catenina nuclear (Fig. 4).

A medida que los adenomas crecen, forman lesiones polipoides, pedunculadas o a veces en forma de copa con un centro deprimido (Fig. 5a y b). En muchos modelos, los adenomas no progresan más allá de la displasia de bajo grado. Sin embargo, en los modelos más longevos y con menos tumores, algunos desarrollan una displasia de alto grado caracterizada por una arquitectura cribiforme, en la que no todas las células están en contacto con una membrana basal (Fig. 6). Numerosas figuras mitóticas y cuerpos apoptóticos son comunes en los adenomas en todas las etapas de desarrollo.

Las neoplasias intestinales que surgen en los modelos ApcMin+/- y relacionados contienen múltiples tipos de células, pero están compuestas principalmente por células de tipo absorbente y células caliciformes (Tabla 3). Los adenomas que surgen en el intestino delgado de los modelos ApcMin+/- y relacionados contienen células de Paneth que se identifican fácilmente en la tinción de hematoxilina y eosina (Fig. 7) y se destacan con la inmunohistoquímica para la lisozima. Se ha demostrado que comprenden el 10% o menos de las células en los adenomas del intestino delgado (Moser et al., 1992). El colon de los ratones no contiene células de Paneth, pero se han identificado células que expresan lisozima y carecen de positividad para el PAS en los adenomas colónicos de estos modelos, lo que sugiere una diferenciación similar a la de las células de Paneth incluso en las lesiones colónicas (Moser et al., 1992; Husoy et al., 2006). Las células neuroendocrinas comprenden una pequeña proporción de las células en los adenomas de tipo ApcMin+/-, pero el tipo celular específico refleja las células neuroendocrinas que se encuentran en la mucosa intestinal normal en el lugar del adenoma (Moser et al., 1992). Por ejemplo, las células que expresan serotonina son las células neuroendocrinas más comunes en el intestino de los ratones y se encuentran por todas partes; dichas células comprenden hasta el 5% de las células de adenoma ApcMin+/-, en las lesiones del intestino delgado y del colon (Moser et al., 1992). Por el contrario, las células positivas para PYY sólo se encuentran en los adenomas del colon distal, lo que refleja la distribución normal de estas células. Las células neuroendocrinas están dispersas de forma difusa por los adenomas y no forman pequeños grupos como las células positivas a la lisozima (Moser et al., 1992).

La displasia en los adenomas intestinales en modelos de ratón debe calificarse utilizando la misma terminología (displasia de bajo grado, displasia de alto grado, carcinoma intramucoso) y criterios que para los adenomas colorrectales humanos (Washington et al., 2013). La mayoría de los adenomas en el ratón ApcMin+/- y los modelos relacionados muestran displasia de bajo grado, pero muchos se vuelven progresivamente más grandes a medida que el ratón envejece, y unos pocos progresan a lo largo de la secuencia adenoma-carcinoma. El carcinoma invasivo es raro, ya que la mayoría de los ratones mueren por anemia o intususcepción antes de la progresión. Sin embargo, algunos de los modelos más longevos con menos adenomas desarrollan un adenocarcinoma invasivo en la submucosa (Colnot et al., 2004; Fodde et al., 1994; Robanus-Maandag et al., 2010). La metástasis no se produce en los ratones ApcMin+/- y es extremadamente rara en los modelos relacionados (Fodde et al., 1994).

Los patólogos quirúrgicos a los que se les pide que analicen las muestras intestinales deben ser conscientes de un escollo en la evaluación de la invasión tumoral en los modelos de ratón. Dado que las capas del intestino de los ratones son finas y delicadas, la herniación del epitelio benigno en la submucosa es un hecho común (Boivin et al., 2003), especialmente en el contexto del prolapso rectal y en condiciones inflamatorias (Fig. 8a y b). Un desplazamiento similar de la mucosa adenomatosa (pseudoinvasión) se produce en los adenomas colorrectales pedunculados en humanos y en la colitis quística profunda. Las directrices de consenso para distinguir entre herniación y adenocarcinoma invasivo fueron desarrolladas en un taller sobre modelos de ratón de neoplasia intestinal celebrado en los laboratorios Jackson en el año 2000 por un grupo de científicos y patólogos (Boivin et al., 2003) y se resumen en la tabla 4. Puede que no sea posible diagnosticar un carcinoma invasivo con certeza, especialmente en modelos inflamatorios o en áreas de prolapso, y puede ser necesaria la evaluación de ratones más viejos con lesiones mejor desarrolladas para una determinación concluyente de la invasión.

La invasión en la lámina propia se caracteriza por el desarrollo de perfiles de criptas angulares con células individuales infiltrantes y puede ir acompañada de alteraciones estromales como desmoplasia y aumento de la densidad celular inflamatoria (Fig. 9a y b).

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