A bélrendszeri neoplázia Apc-vel kapcsolatos modelljei: rövid áttekintés patológusok számára

A kolorektális karcinóma a nyugati világban a rákos halálozás gyakori oka. Számos patológiai rendelőben a szűrő kolonoszkópiák során eltávolított kolorektális adenómák teszik ki a napi munkaterhelés nagy százalékát, így a humán kolorektális karcinóma és adenómák, annak előfutárai, morfológiája ismerős a sebészeti patológusok számára. Az akadémiai központokban a sebészeti patológusokat felkérhetik arra, hogy a vizsgálók számára értelmezzék a daganatok egérmodelljeit, és a pontos értelmezéshez szükséges a humán bélrendszeri daganatok és az egérmodellek morfológiája közötti hasonlóságok és különbségek alapvető megértése.

A tumorigenezis genetikailag módosított egérmodelljei, bár néha kritizálják őket a humán betegség tökéletlen modellezése miatt, hasznosak annak felmérésében, hogy bizonyos mutációk vezethetnek-e tumorképződéshez, kemoprevenciós vizsgálatokban és a megváltozott géntermékek funkcionalitásának tisztázásában. Bár a tudományos irodalomban a bélrendszeri daganatos megbetegedések számos genetikailag módosított egérmodelljét (GEM) írták le, ezek nagyjából 5 csoportba sorolhatók: A Wnt-szignalizációban megváltozott Apc-vel kapcsolatos modellek, a mismatch repair deficiens modellek, a karcinogénnel kezelt modellek, a β transzformáló növekedési faktorban bekövetkezett változásokat mutató modellek, valamint az immunhiányos modellekben, például az IL10-/- egerekben kialakuló, vastagbélgyulladással összefüggő neoplázia. Ez az áttekintés a bélrendszeri neoplázia egyik első GEM modelljének, az ApcMin+/- egérnek és a rokon modelleknek a patológiájára összpontosít, azzal a céllal, hogy leírja a bélrendszeri elváltozások morfológiai jellemzőit, összehasonlítva azokat a humán kolorektális adenomákkal és karcinómákkal.

A humán bélrendszeri neoplázia egyik legszélesebb körben használt modellje az ApcMin+/- modell, amelyet 1990-ben William Dove laboratóriumában fejlesztettek ki (Moser és mtsai., 1990). Az ApcMin+/- egér, a bélrendszeri neoplázia első csíravonal-mutáns egérmodellje, autoszomális domináns funkcióvesztéses mutációt hordoz az Apc 850-es kodonjában, amelyet N-etil-N-nitrozourea (ENU), egy rendkívül erős mutagén expozícióval hoztak létre. Azóta számos más Apc-mutációval rendelkező modellt hoztak létre, sok esetben csonka mutációval (1. táblázat).

Az Apc-vel kapcsolatos modellek különösen hasznosak, mivel az emberben a kolorektális karcinóma leggyakoribb vezető mutációja az APC tumorszupresszor gén mutációja, ami az APC inaktiválásához és a Wnt jelátviteli útvonal aktiválásához vezet, a β-katenin stabilizálásával és a sejtmagba történő transzlokációjával. Az APC gén emberben egy 213 kilodaltonos fehérjét kódol, amely részt vesz a sejtadhézióban és -motilitásban, a sejtciklus szabályozásában, az apoptózisban és a jelátvitelben (Boman & Fields, 2013), és csíravonalbeli mutációja a familiáris adenomatosis polyposis coli (FAP) kialakulásához vezet. Ezt a rákra hajlamosító szindrómát több száz kolorektális adenóma kialakulása jellemzi, amely fiatal korban adenokarcinómához vezet. A legtöbb FAP-ot okozó mutáció a gén 5′ felén belül található, és csonka polipeptideket eredményez.

Az APC-vel kapcsolatos állatmodellek genetikája

Az Apc-vel kapcsolatos egérmodellek közül sokat úgy alakítottak ki, hogy az Apc-ben csíravonalbeli mutációkat tartalmazzon, amelyek csonka Apc fehérje kifejeződéséhez vezetnek; a legtöbb ilyen modellben csak a heterozigóták életképesek, mivel a homozigozitás embrionális letális. Az Apc megmaradt vad típusú példányának elvesztésével a növekedési kontroll elvesztése többszörös bél adenómákhoz vezet. Az Apc mutáció specifikus helye befolyásolja az egerek polipszaporaságát, elhelyezkedését és élettartamát (McCart és mtsai., 2008). Például az Apc1638N/+ egérnek az ApcMin/+ egérhez képest csökkent polipterhelése és hosszabb élettartama van (Smits et al., 1998), Az Apc1322T egérben a mutáns fehérje megtart egy 20 aminosavas β-katenin kötő/degradációs ismétlődést (az ApcMin/+ egérben nincs); ezekben az egerekben az adenómák korábban kimutathatók, súlyosabb a diszplázia és nagyobbak (Pollard és mtsai., 2009) az ApcMin/+ egerekhez képest. Az Apc funkcióvesztésének időzítése is fontos lehet; például az Apc(Min/CKO) vagy Apc(1638N/CKO) alkalmazásával történő fokozatos Apc-vesztés durván látható neopláziát eredményez a bélben, míg az egyidejű veszteség morfológiai átalakulás nélküli kriptaszakadás révén okkult klonális terjeszkedéshez vezet (Fischer és mtsai., 2012). A teljes Apc gén törlése az ApcΔel-15 egérben gyorsabb tumorfejlődést eredményez, mint az Apc trunkció, csökkent túléléssel, súlyosabb polipózissal és előrehaladottabb vastagbéldaganatok progressziójával az ApcMin/+ egerekhez képest (Cheung et al.,

Az Apc mutációval génmódosított patkánymodellek is rendelkezésre állnak, és vonzóak a modellek hosszú élettartama és a kolonoszkópia elvégzésének viszonylagos egyszerűsége miatt, ami lehetővé teszi a longitudinális kísérleteket (2. táblázat). A legelterjedtebbek a kiotói Apc Delta (KAD) patkány és a Pirc patkány. A KAD patkányt ENU mutagenezissel állították elő, és az Apc 15-ös exonjának 2523-as kodonjában nonszensz mutációval rendelkezik, ami egy csonka fehérjét eredményez. Ezek a patkányok homozigóta állapotban életképesek, és spontán nem alakulnak ki béldaganatok. Azoximetánnal és dextrán-szulfát-nátriummal (AOM/DSS) történő kezelés szükséges a bélrendszeri neoplázia kiváltásához. A szintén ENU-indukált mutagenezissel előállított Pirc patkányban az Apc mutáció a 3409-es nukleotidnál található, ami egy csonka fehérjét eredményez. Ez a mutáció homozigóta állapotban embyronikusan letális. A mutáció 100%-os penetrációval rendelkezik, és 4 hónapos kor után minden patkánynál vastagbélpolip alakul ki.

Kifejlesztettek egy genetikailag módosított sertésmodellt, amely az emberi APC 1309-hez ortológ APC 1311 mutációt hordozza. Ezekben az állatokban a humán FAP-hoz hasonlóan aberráns kriptatelepek, egyes kripták adenómái és multiplex kolorektális adenómák alakulnak ki. A nagyobb adenómák progressziója magas fokú diszplázia formájában jelentkezik. Jellemző a humán adenómákhoz hasonló felszíni érintettség (Flisikowska és mtsai., 2012).

Modifiers of Cancer Phenotypes

Az ApcMin+/- modellben, amelyet általában C57Bl/6J háttéren tartanak fenn, már régóta ismert, hogy a tenyésztési különbségek jelentős hatással vannak a tumorterhelésre. B6 Min/+ egerek keresztezése AKR és más beltenyésztett törzsekkel az F1 egerek átlagos tumorszámának csökkenését eredményezte (Shoemaker és mtsai., 1997). A módosító lókuszok feltérképezésére irányuló visszakeresztezési kísérletek és egyéb genetikai elemzések számos Modifier of Min (Mom) jelölt gént eredményeztek (McCart és mtsai., 2008). Ezenkívül az egértelep étrendje és bélmikrobiomja fontos hatással van a polipok szaporaságára, progressziójára és méretére. Például kimutatták, hogy a magas zsír- és alacsony rosttartalmú nyugati típusú étrend növeli a polipok számát és a tumor progresszióját ApcΔ716/+ egerekben (Hioki és mtsai., 1997).

Patológia

A bélrendszeri elváltozások morfológiája az ApcMin+/és rokon modellekben hasonló az egyes modellekben, bár a megjelenés kora, a diszplázia mértéke és a gyomor-bél traktusban való eloszlása eltérő (1. táblázat). A legkorábban felismerhető elváltozások egyetlen megnagyobbodott kriptából vagy kripták kis csoportjából állnak, amelyeket zsúfolt sejtek bélelnek, megnövekedett sejtmag-citoplazma aránnyal és nukleáris hiperchromáziával (1. ábra). Ezek a korai elváltozások alacsony fokú diszpláziás elváltozások, amelyek hasonlóak a FAP-ban szenvedő betegeknél észlelt kis tubuláris vastagbéladenomákhoz. A vékonybélben egy kis invagináció alakul ki a lamina propria proliferatív zónájában, a crypta és a villus találkozásánál (2. ábra). Az adenomatosus sejtek benyomulnak a lamina propria-ba és felfelé a villusba, kettős adenomatosus hámréteget képezve a normális felszíni nyálkahártya alatt (3. ábra). A vastagbélben a korai adenomák a lamina propria-ba a kripták között invaginálódnak, bár egyes kriptákból álló adenomák is azonosíthatók (Oshima és mtsai., 1997). A béta-katenin immunhisztokémiai vizsgálata segíthet a korai adenomák azonosításában, mivel az ApcMin+/- és rokon modellekben még az egyes kripták adenomái is a nukleáris béta-katenin felhalmozódását mutatják (ábra. 4).

Az adenómák növekedése során polipoid, pedunculus vagy néha csésze alakú elváltozásokat képeznek, depressziós középponttal (ábra. 5a és b). Sok modellben az adenómák nem fejlődnek tovább az alacsony fokú diszpláziánál. A hosszabb életű, kevesebb tumorral rendelkező modellekben azonban néhányban magas fokú diszplázia alakul ki, amelyet cribriform architektúra jellemez, amelyben nem minden sejt érintkezik az alapmembránnal (6. ábra). Számos mitotikus alakzat és apoptotikus test gyakori az adenomákban a fejlődés minden szakaszában.

Az ApcMin+/- és rokon modellekben keletkező bélneoplazmák többféle sejttípust tartalmaznak, de elsősorban abszorpciós típusú sejtekből és goblet sejtekből állnak (3. táblázat). Az ApcMin+/- és rokon modellekben a vékonybélben keletkező adenómák Paneth-sejteket tartalmaznak, amelyek hematoxilin és eozin festéssel könnyen azonosíthatók (7. ábra) és lizozim immunhisztokémiával kiemelhetők. Kimutatták, hogy a vékonybél adenomákban a sejtek legfeljebb 10%-át teszik ki (Moser és mtsai., 1992). Az egér vastagbél nem tartalmaz Paneth-sejteket, de ezekben a modellekben a vastagbél adenomáiban PAS-pozitivitást nem mutató, lizozimot expresszáló sejteket azonosítottak, ami Paneth-sejt-szerű differenciálódásra utal még a vastagbél elváltozásaiban is (Moser és mtsai., 1992; Husoy és mtsai., 2006). A neuroendokrin sejtek az ApcMin+/- típusú adenomákban a sejtek kis hányadát teszik ki, de a specifikus sejttípus az adenóma helyén a normál bélnyálkahártyában található neuroendokrin sejteket tükrözi (Moser és mtsi., 1992). Például a szerotonint expresszáló sejtek a leggyakoribb neuroendokrin sejtek az egérbélben, és mindenütt megtalálhatóak; az ilyen sejtek az ApcMin+/- adenóma sejtjeinek akár 5%-át is kiteszik, a vékonybélből és a vastagbélből származó elváltozásokban (Moser és mtsai., 1992). PYY-pozitív sejtek ezzel szemben csak a disztális vastagbélből származó adenómákban találhatók, ami e sejtek normális eloszlását tükrözi. A neuroendokrin sejtek diffúzan eloszlanak az adenomákban, és nem alkotnak kis klasztereket, mint a lizozim-pozitív sejtek (Moser et al., 1992).

A bélrendszeri adenómák diszpláziáját egérmodellekben ugyanazon terminológia (alacsony fokú diszplázia, magas fokú diszplázia, intramukózális karcinóma) és kritériumok alapján kell osztályozni, mint a humán kolorektális adenómák esetében (Washington et al., 2013). Az ApcMin+/- egérben és a rokon modellekben a legtöbb adenoma alacsony fokú diszpláziát mutat, de sok közülük az egér öregedésével fokozatosan nagyobb lesz, és néhányan az adenoma-karcinóma szekvencia mentén haladnak előre. Az invazív karcinóma ritka, mivel a legtöbb egér vérszegénységben vagy intuszcepcióban pusztul el a progresszió előtt. A hosszabb életű, kevesebb adenómával rendelkező modellek közül azonban néhányban a szubmukózába invazív adenokarcinóma alakul ki (Colnot és mtsai., 2004; Fodde és mtsai., 1994; Robanus-Maandag és mtsai., 2010). Metasztázis nem fordul elő ApcMin+/- egerekben, és rendkívül ritka a rokon modellekben (Fodde és mtsai., 1994).

A bélminták elemzésével megbízott sebészi patológusoknak tisztában kell lenniük egy buktatóval a tumorinvázió egérmodellekben történő értékelésénél. Mivel az egérbél rétegei vékonyak és érzékenyek, a jóindulatú hámnak a submucosába való hernációja gyakori jelenség (Boivin és mtsai., 2003), különösen végbélprolapsus és gyulladásos állapotok esetén (8a. és b. ábra). Az adenomatosus nyálkahártya hasonló elmozdulása (pszeudoinvazió) fordul elő emberekben pedunculált kolorektális adenomákban és colitis cystica profundában. A herniáció és az invazív adenokarcinóma megkülönböztetésére vonatkozó konszenzusos irányelveket a Jackson Laboratories-ban 2000-ben tartott, a bélrendszeri neoplázia egérmodelljeinek workshopján dolgozta ki egy tudósokból és patológusokból álló testület (Boivin és mtsai., 2003), amelyeket a 4. táblázat foglal össze. Az invazív karcinóma diagnosztizálása nem biztos, különösen gyulladásos modellekben vagy prolapsusos területeken nem biztos, és az invázió végleges meghatározásához idősebb, jobban fejlett elváltozásokkal rendelkező egerek értékelése lehet szükséges.

A lamina propria belsejébe történő inváziót szögletes, egyedi infiltráló sejtekkel rendelkező kriptaprofilok kialakulása jellemzi, és olyan stromális elváltozások kísérhetik, mint a desmoplasia és a fokozott gyulladásos sejtsűrűség (ábra. 9a és b).