Biologie tissulaire : facteurs de pronostic dans le cancer du sein.
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F. Descotes Biologie tissulaire : facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Françoise Descotes Service de Techniques Nucléaires & Biophysiques - Unité In Vitro Pavillon 3B - CHU Lyon Sud - Pierre Bénite. Résumé De par son incidence, le cancer du sein reste le cancer le plus fréquent de la femme. L’exploration de la biologie des tissus tumoraux a débuté, il y a plus de 30 ans, avec la découverte du concept des récepteurs hormonaux qui a permis de rendre compte de l’hormonodépendance des tumeurs. Par la suite, les recherches ont permis d’identifier un certain nombre d’autres facteurs biologiques responsables des modalités évolutives des tumeurs mammaires en raison de leur implication dans les mécanismes de la progression tumorale. Ces facteurs tissulaires représentent des caractères biologiques mesurables dont le rôle est connu soit dans les mécanismes propres de la prolifération cellulaire soit dans les réactions paracrines avec les cellules de l’environnement (activité protéasique ou angiogénique) qui participent à l’extension locale et métastatique. Outre leur intérêt pronostique, on envisage désormais que certains de ces facteurs biologiques puissent être considérés comme des cibles thérapeutiques ce qui permettrait de freiner leur activité. Cancer du sein / Pronostic / Prolifération / Invasion INTRODUCTION ðLe cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme : 34 000 nouveaux cas ont été observés en France en 1995 et son incidence est en augmentation constante (60 % entre 1975 et 1995). C’est ce qui expli- que que, malgré les progrès dans la prise en charge de ces malades et l’amélioration globale de la survie, il soit responsable de 19 % des décès par cancer chez la femme (données fournies par l’INSERM). La dissociation entre l’augmentation de l’incidence et celle de la mortalité est significative d’une améliora- tion notable du taux de curabilité. Celle ci tient à plusieurs facteurs : en premier lieu, des diagnostics de tumeurs opérables à des stades beaucoup plus précoces, conséquence à la fois de l’éducation sanitaire des femmes, de la vigilance des médecins spécialisés et de l’amélioration des moyens techniques de diagnostic (mammographies plus performantes, Correspondance : Françoise Descotes - Service de Techniques Nucléaires & Biophysiques - Unité In Vitro - Pavillon 3B, Centre Hospitalier Lyon Sud - 69495 Pierre Bénite Cedex Tel : 04 78 86 21 50 - Fax : 04 78 86 32 63 - E-mail : [email protected] Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2002 - vol.26 - n°1 31 Biologie tissulaire : facteurs de pronostic dans le cancer du sein échographies). En second lieu, les indications et les protocoles thérapeutiques ont été rationalisés et généralisés. Ces derniers ont bénéficié de l’exploration de la biochimie des tissus tumoraux en relation avec les aspects cliniques, le cancer du sein étant le modèle de tumeurs solides qui a sans doute été le plus étudié. Les recherches ont démontré la variabilité individuelle quantitative des activités qui sous-tendent les mécanismes eux-mêmes de la progression tumorale. Les premières études ont montré que les informations les plus significatives sont celles qui traduisent le taux de division cellulaire, la capacité de dissociation du tissu et l’activité angiogène. Ces activités sont maintenant mesurables avec précision dans une très petite masse tissulaire, ce qui permet d’établir une véritable carte d’identité tumorale. L’intérêt est double puisque les informations fournies sont non seulement des indicateurs de risque de récidives mais également des indicateurs de la nature de l’activité biologique impliquée dans ce risque et qu’il convient, le cas échéant de réduire. L’information clinique clé qui a servi jusqu’à présent de critère de choix des indications thérapeutiques (chirurgie, radiothérapie, traitements médicaux) est celle liée à la classification "TNM" de l’O.M.S. qui permet d’évaluer de façon reproductible l’extension locorégionale, c’est-à-dire les dimensions tumorales et le degré d’envahissement ganglionnaire axillaire et/ou mammaire interne. Elle inclut maintenant l’information histopathologique (pTNM). En effet, sur l’ensemble des populations traitées, il existe une relation très forte entre le degré d’extension locorégionale au moment du traitement initial et le risque d’une évolution secondaire. Mais l’étude des observations individuelles de tumeurs opérables montre que cette corrélation est prise en défaut dans nombre de cas où l’on observe, au cours de l’évolution, des discordances avec le pronostic initialement supposé, 1) évolution plus favorable qu’atten- 32 due des tumeurs T2-T3 accompagnées d’un faible envahissement ganglionnaire, 2) évolution métastatique de tumeurs T1 ou T2 plus fréquente que ne laissait prévoir l’envahissement ganglionnaire, et ce malgré les traitements adjuvants standards, 3) évolution métastatique après 5 ans de 20 % des tumeurs T1-T2 de moins de 3 cm et sans envahissement ganglionnaire. Pour pallier les 2 dernières éventualités, plusieurs lignes thérapeutiques ont été mises en œuvre qui visent à alourdir les programmes de chimiothérapie dans un cas et à introduire dans l’autre une chimiothérapie de principe même en l’absence de ganglions envahis. Les essais n’ont pas apporté le bénéfice clinique attendu. En effet il s’avère que le traitement appliqué est insuffisant ou inapproprié pour certaines tumeurs ; pour d’autres au contraire (80 % des tumeurs sans envahissement ganglionnaire), le traitement chimiothérapeutique est inutile tandis qu’il est montré qu’il augmente le risque d’induction d’une autre tumeur (cf. mise en garde récente de l’AFSSAPS concernant les indications de la Novantrone™ dans le cancer du sein) [1]. JUSTIFICATION DE L’IDENTIFICATION DE NOUVEAUX FACTEURS DE PRONOSTIC DANS LE CANCER DU SEIN ðL’établissement du stade d’extension d’une tumeur était jusqu’à présent basé sur les informations cliniques et les données morphologiques histopathologiques. Les discordances sont devenues beaucoup plus évidentes au cours de la dernière décennie en raison de la proportion relative bien plus élevée qu’autrefois de tumeurs traitées au stade T1N0. Les critères de la classification "TNM" sont devenus insuffisants. Si une tumeur récidive à distance après que la totalité de la lésion initiale ait été enlevée, cela signifie que l’essaimage s’est produit précocement, en dehors des relais ganglionnaires. La tumeur présente donc dès le début les propriétés biologiques caractéristiques responsables de ce phénomène d’essaimage. Si l’on met à part les altérations géniques et les fonctions qui ont permis l’induction de la tumeur, l’évolution de celle ci est conditionnée par deux types d’anomalies. 1) Celles qui contribuent à la perte de contrôle de la division cellulaire, ces anomalies concernent les cellules tumorales elles-mêmes. 2) Celles qui contribuent à l’altération de l’environnement proche de la tumeur pour lui permettre d’essaimer. Ces anomalies ont leur origine dans des altérations des cellules tumorales elles-mêmes mais elles affectent les cellules environnantes permettant aux cellules tumorales d’essaimer soient par voie lymphatique soit par voie métastatique. Les anomalies que l’on peut identifier, qu’elles soient quantitatives ou qualitatives et qui sont la conséquence de la tumorigénèse, n’ont pas forcément une valeur pronostique. Très souvent, ces anomalies accompagnent la tumeur, elles la caractérisent mais elles n’ont pas d’impact sur le pronostic. Un bon candidat comme facteur biologique de pronostic doit répondre à certains critères. Il doit correspondre à une activité biologique caractérisée et ayant un rôle identifié dans les mécanismes de prolifération ou d’invasion locale. De plus, il doit être mesurable par une technique robuste, fiable, contrôlée et répondant aux recommandations du GBEA (Guide de Bonne Exécution des Analyses). PREMIERS FACTEURS BIOLOGIQUES IDENTIFIÉS PRÉDICTIFS DE LA RÉPONSE THÉRAPEUTIQUE, LES RÉCEPTEURS HORMONAUX ðLe seul facteur biologique tissulaire dont la signification pronostique ait été validée dans le cancer du sein est le contenu en récepteurs des hormones stéroïdiennes. Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2002 - vol.26 - n°1 F. Descotes Ce sont les travaux de Jensen dès 1967 [2] qui ont permis de montrer l’intérêt des récepteurs d’estrogènes (RE) dans le cancer du sein. Ces récepteurs sont observés dans de nombreux organes cibles des estrogènes et également dans des tissus non estrogénodépendants. Différents types de cancer expriment ces récepteurs sans que l’on ait pu mettre en évidence de valeur pronostique.Ainsi 80 % des cancers de l’endomètre présentent des RE sans que l’hormonosensibilité de ce type de cancer ne puisse être utilisée pour mettre en place un traitement hormonal. Ce n’est que dans le cancer du sein qu’ils ont une signification pronostique. Leur présence dans une tumeur a permis de mettre en évidence l’hormonosensibilité de cette tumeur. La suppression de l’activité estrogénique permet d'inhiber l’action proliférative des estrogènes et donc de freiner la croissance cellulaire. A partir de là, se sont développés des traitements hormonaux de type anti-estrogénique. En bloquant les sites récepteurs à l’aide de molécules comme le Tamoxifène qui est un agoniste de l'estradiol vis-à-vis de son récepteur, on inhibe la prolifération cellulaire. McGuire dès 1973 [3] montrait l’intérêt des récepteurs de progestérone (RPg) dont la synthèse est estrogénodépendante. L’hormonosensibilité d’une tumeur ne s’établit pas seulement par la présence de RE mais encore faut-il qu’ils soient fonctionnels (capables d’induire la synthèse de protéine estrogénodépendante comme les RPg). C’est donc la mesure des deux types de récepteurs RE et RPg qui permet de le dire. En ce qui concerne la mesure biologique, il existe une adéquation entre la mesure du nombre de sites récepteurs et l’évaluation de l’activité de la protéine récepteur [4]. géré que le rapport des taux d’expression de REβ sur REα diminue durant la tumorigénèse [6] ; REβ interviendrait comme un régulateur négatif du REα [7]. La mesure de l’expression de REα donne une réponse sur l’hormonosensibilité de la tumeur alors que la mesure de l’expression de REβ permettrait de prévoir l’échappement aux traitements anti-estrogéniques [6], le Tamoxifène n’ayant pas d’effet agoniste sur les REβ. Actuellement, compte tenu que les tumeurs sont diagnostiquées à des stades de plus en plus précoces et que dans ces stades le contenu en récepteurs hormonaux est généralement peu altéré, leur seule mesure ne permet pas de distinguer les malades à haut risque de récidive. AUTRES FACTEURS LIÉS À LA CAPACITÉ DE PROLIFÉRATION CELLULAIRE Les facteurs de croissance et leur récepteurs ðLa prolifération cellulaire peut être évaluée par l’étude de ses facteurs de régulation que sont les hormones et les facteurs de croissance. Les estrogènes influencent soit directement soit indirectement la prolifération cellulaire en modulant la production des facteurs de croissance et l’expression des récepteurs de ces facteurs de croissance. Les facteurs de croissance sont normalement produits par les tissus dont ils assurent la régulation. Ils ont un rôle dans l’entrée des cellules dans le cycle cellulaire au moment opportun. Mais lorsque les facteurs de croissance ou leur récepteurs sont produits à contre temps, on parle de facteurs "transformants" ; ils permettent l’expression de propriétés en dehors d’un contexte normal. Ces activités inappropriées contribuent au développement tumoral. des cellules cibles. EGF est exprimé dans les cellules épithéliales du tissu mou, il a un rôle dans les mécanismes sécrétoires ou de lactation. Il informerait sur la capacité de la tumeur à maintenir des caractéristiques de type normal. TGFα donne un reflet de l’état prolifératif et transformé de la cellule. Il aurait un rôle dans les étapes précoces de la tumorigénèse [8]. Dans le cancer du sein, les récepteurs des facteurs de croissance comme EGFR, IGFR (Insulin-like Growth Factor Receptor) n’ont pas montré de valeur pronostique. Par exemple, pratiquement toutes les tumeurs du sein expriment EGFR. Les recherches se sont plus intéressées aux protéines apparentées des formes altérées de ces récepteurs. Par exemple, HER-2/neu qui est un EGFR tronqué est retrouvé surexprimé dans 20 à 30 % des cancers du sein. Sa valeur pronostique au moment du diagnostic reste faible ; il serait surtout informatif dans le sous-groupe de patientes avec un envahissement ganglionnaire. Il pourrait être un indicateur de réponse à certaines chimiothérapies. Les tumeurs HER-2/neu positives répondraient mieux aux chimiothérapies incluant une anthracycline. Ces tumeurs présenteraient également une résistance accrue à une hormonothérapie. Mais l’intérêt majeur de ce facteur est surtout lié au développement d’anticorps monoclonaux humanisés dirigés contre lui. La mesure de HER-2/ neu permet d’identifier les patientes pouvant bénéficier de ce type de traitement [9,10]. Evaluation du taux de prolifération cellulaire Parmi les facteurs de croissance étudiés, on peut citer EGF (Epidermal Growth Factor) et TGFα (Transforming Growth Factor alpha). Ces deux facteurs de croissance se lient au même récepteur EGFR à la surface ðAu niveau de la prolifération cellulaire, le premier facteur qui ait été étudié a été la vitesse d’augmentation du volume de la tumeur, telle qu’elle pouvait être autrefois appréciée cliniquement. En effet, même si de nombreux mécanismes entrent en jeu dans la croissance tumorale, celle-ci passe obligatoirement par une augmentation du contingent cellulaire Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2002 - vol.26 - n°1 33 En 1996, Gustafsson [5] a identifié un second isoforme appelé REβ en opposition au REα (premier isoforme identifié). Il existe une très grande homologie structurale du gène (96 %) entre les deux isoformes. Les contenus en REα et REβ seraient variables suivant les tissus cibles. Il a été sug- Biologie tissulaire : facteurs de pronostic dans le cancer du sein malin. La division cellulaire est normalement régulée par de nombreux facteurs externes différents suivant les types cellulaires. Les cellules tumorales peuvent rester sensibles à une partie de ces facteurs mais, ce qui les caractérise, c’est qu’elles ont perdu les moyens cellulaires propres de contrôle négatif et sont devenues potentiellement "immortelles". En conséquence, quel que soit le profil des facteurs mis en jeu dans la croissance de chaque tumeur, le taux de division cellulaire représente la résultante de l’activité de ces facteurs au moment de l’examen. Différentes approches sont possibles pour les évaluer ; les unes et les autres ne sont cependant significatives qu’au prix de contrôle de qualité et de standardisation extrêmement strictes. On peut mesurer de façon directe le nombre de cellules tumorales en division exprimé en pourcentage d’une population définie. Cette information est très significative du pronostic. L’analyse par cytométrie de flux, plus complexe, est encore plus significative parce qu’elle renseigne sur les anomalies de la ploïdie [11,12]. C’est une méthodologie lourde qui, s’appliquant à des tumeurs solides, nécessite une étape de dissociation cellulaire. Cette technique ne peut être mise en œuvre que dans des centres spécialisés ayant acquis, par une longue expérience, la pratique de cette méthodologie. L’autre approche de l’évaluation du taux de prolifération est la mesure d’activités enzymatiques impliquées dans la synthèse de l’ADN. La thymidine kinase (TK) est l’enzyme qui intervient dans la voie de récupération des bases pyrimidiques issues de la dégradation de l’ADN. Il existe plusieurs isoformes. C’est l’isoforme TK1 qui est étudié ; il est extrêmement élevé dans la phase G1S. Une valeur péjorative a été décrite dans des tumeurs du sein pour des concentrations élevées [13-16]. La thymidylate synthétase (TS) intervient pour sa part dans la voie de novo de néosynthèse des nucléotides, voie impliquant des enzymes comme la dihydrofolate réductase, cible du mé34 thotrexate par exemple.A coté de leur signification pronostique aussi bien pour TK que pour TS [16,17], l’étude de ces activités permet de désigner des cibles thérapeutiques privilégiées. Selon la voie de synthèse de l’ADN qui est sollicitée, on pourra privilégier le médicament le mieux adapté. FACTEURS LIÉS À LA CAPACITÉ D’INVASION ET D’ANGIOGÉNÈSE ðL’autre catégorie de propriétés biologiques évaluées concerne les mécanismes d’invasion locale et/ou à distance. L’activateur du plasminogène de type urokinase ou uPA est une protéase intervenant dans les mécanismes de dissolution de la matrice extracellulaire lors des processus de remodelage tissulaire au cours de la cicatrisation. Dans les processus invasifs, uPA a le même rôle d’activation du plasminogène que dans les processus physiologiques de cicatrisation. Dans les mécanismes cancéreux, uPA est exprimé par les cellules stromales au voisinage des cellules tumorales et plus exactement par les myofibroblastes. Il a été montré dans plusieurs types de cancers dont le cancer du sein, que la détermination de uPA par des méthodes biochimiques sur un extrait cellulaire avait une valeur pronostique de première importance [18, 19]. L’inhibiteur de l’activateur du plasminogène de type 1 ou PAI-1 est un autre candidat comme facteur pronostique. Il aurait un rôle beaucoup plus complexe que le seul rôle d’inhibiteur d’uPA. Les premières hypothèses allaient dans le sens d’une inhibition de la croissance tumorale ou de l’invasion. Mais de nombreux travaux suggèrent un rôle plus complexe de PAI-1 dans l’apparition des métastases. Il doit certainement exister un équilibre très sensible entre protéolyse et inhibition. uPA et surtout PAI1 ont été définis comme des facteurs indépendants de mauvais pronostic dans le cancer du sein [20-25]. Depuis 1990, aucune publication n’est en contradiction avec ces données. Il semblerait que ce soit surtout PAI1 qui soit le facteur le plus pertinent en terme de pronostic [26-29]. Il reste très significatif dans la population des tumeurs sans envahissement ganglionnaire [30]. uPA et PAI-1 sont utilisés comme paramètre de choix dans l’essai européen Biomed-2 associés à HER-2/neu [31]. Cet essai s’adresse aux patientes sans envahissement ganglionnaire. Les taux d’uPA et de PAI-1 permettent de distinguer deux groupes de patientes : 1) celles pour lesquelles la tumeur présente des taux faibles d’uPA et de PAI-1 et qui ne bénéficieront pas de chimiothérapie et 2) celles pour lesquelles on a un taux élevé d’uPA et/ou de PAI-1 et qui bénéficieront d’une chimiothérapie. L’évaluation de HER-2/neu permet de tester deux types de chimiothérapie associant ou non une anthracycline. D’autres protéases impliquées dans les processus invasifs ont également été étudiées. La stromélysine III est exprimée dans 10 % des cancers in situ et dans 65 % des cancers invasifs. Elle présente donc une forte corrélation avec la progression tumorale. Son expression s’observe dans les cellules stromales au voisinage des cellules tumorales avec un gradient décroissant du centre de la tumeur vers la périphérie [32-34]. Pour les gélatinases, on observe une expression croissante de la gélatinase A des cancers in situ vers les formes invasives puis métastatiques [35]. L’angiogenèse est un processus complexe par lequel de nouveaux vaisseaux sont générés à partir de vaisseaux préexistants. L’angiogenèse tumorale permet la vascularisation de la tumeur pour que celle ci puisse bénéficier de l’apport en oxygène et en nutriments qui sont indispensables à une croissance rapide et aux processus métastatiques. Les cellules tumorales sécrètent des facteurs angiogènes qui vont stimuler différentes catégories de cellules stromales et ceci pour permettre 1) une dégradation de la matrice extracellulaire, 2) une lyse de la membrane basale des capillaires lymphatiques et vasculaires et 3) une modification de la perméabilité capillaire. Ce processus aboutit à des échanges cellulaires et à la prolifération des Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2002 - vol.26 - n°1 F. Descotes cellules endothéliales des vaisseaux. Cette néoangiogenèse qui se met en place au voisinage de la tumeur va alors faciliter la croissance tumorale et faciliter l’essaimage des cellules tumorales par voie vasculaire. Cette néoangiogenèse est régie par des régulateurs qui peuvent être soient positifs comme VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), bFGF (basic Fibroblast Growth Factor), l’endothéline, soit négatifs comme la thrombospondine, l’angiostatine ou le TGFβ (Transforming Growth Factor béta) [36]. Sont également impliqués dans ce processus d’angiogenèse les intégrines qui sont des récepteurs de différents composés de la matrice extracellulaire comme la laminine, la vitronectine, la fibronectine et le collagène [revue dans 37]. Les mécanismes de transduction liés à ces récepteurs entraînent l’induction de la synthèse de collagènases, de stromélysines ou d’autres métalloprotéases impliquées dans les processus de dégradation de la matrice extracellulaire et donc, dans les processus invasifs. L’angiogenèse est une nouvelle voie de thérapie. En utilisant des molécules anti-angiogènes comme l’angiostatine, l’endostatine ou TIMP-2 (Tissue Inhibitor of MetalloProteinase 2), on pourrait bloquer ce processus. La principale protéine angiogène VEGF représente une cible thérapeutique particulièrement intéressante ; son blocage permettrait d’induire l’apoptose des cellules tumorales directement ou indirectement en augmentant la sensibilité des cel- lules aux thérapies hormonales et/ou aux chimiothérapies [38]. CONCLUSION ðLes perspectives de la biologie des tissus tumoraux sont tout d’abord d’ordre méthodologique. La rt-PCR (reverse transcriptase-PCR) en temps réel est une méthode quantitative qui permet d’évaluer l’expression génique. Comme les tumeurs sont de plus en plus petites au moment du diagnostic, il est nécessaire de s’orienter vers une méthodologie nécessitant le moins de matériel tumoral possible pour l’étude d’un maximum de paramètres. Cette méthodologie est en cours de validation pour les paramètres déjà évalués par les méthodes biochimiques afin de comparer les résultats obtenus par ces deux méthodologies qui ne mesurent pas la même chose : les méthodes biochimiques mesurent l’expression protéique alors que la rt-PCR mesure l’expression génique. Il existe des automates très performants permettant d’avoir une approche vraiment quantitative. En complément, se développent des techniques de microdissection permettant de sélectionner les îlots de cellules tumorales. Une autre approche est la carte d’identité des tumeurs. Cette carte d’identité concerne tout d’abord le tr anscr iptome transcr anscriptome iptome. La technique fait appel à des biopuces d’ADN. L’étude du transcriptome permettra d’établir un profil d’expression de milliers de séquences d’ARN. Sur des supports de silice sont déposés quelques 8000 gènes et les développements technologiques laissent supposer que l’on pourra aller encore plus loin. De plus, les systèmes de lecture et d’interprétation évoluent très rapidement. Mais à l’heure actuelle, ces biopuces d’un coût encore élevé sont réservées à des études ciblées. On ne peut pas encore envisager de routine pour ces méthodologies. La 3 ème approche avec l’étude du protéome est encore plus prometteuse puisqu’elle permettra l’étude de l’expression des protéines car ce sont elles qui assurent les fonctions de la cellule. En ce qui concerne l’étude des facteurs biologiques tissulaires, compte tenu des stades de plus en plus précoces des cancers du sein au moment du diagnostic initial, les facteurs les plus prometteurs pour le pronostic seront ceux qui apparaissent dans les états précoces pré anatomiques de l’invasion. Une meilleure connaissance de ces facteurs biologiques tissulaires, de leur rôle dans les mécanismes tumoraux, permettra également de définir de nouvelles cibles pour une nouvelle génération de biothérapie : traitement ciblé sur les facteurs qui induisent ou contrôlent l’entrée dans le cycle de prolifération cellulaire, les facteurs impliqués dans l’angiogenèse et les facteurs protéolytiques. Tissue biology : prognostic factors in breast cancer By its incidence, breast cancer remains the most frequent malignant tumor affecting women. Biology of tumor tissue began thirty years ago with the steroid receptor concept that showed tumor was hormonodependent. Subsequently, researches have helped to identify several other factors responsible for mammary tumor development because of their implication in the mechanisms of tumor progression. These factors represent measurable biological characteristics whose role is known either in mechanisms of cellular proliferation or in paracrine reactions with environmental cells (proteasis or angiogenic activities) that participate in local and metastastic invasion. Besides their prognostic interest, we envisage in future that some of these biological factors might be considered as therapy targets and thus allow the deceleration of their activities. Breast cancer / Prognostic factor / Proliferation / Invasion Médecine Nucléaire - Imagerie fonctionnelle et métabolique - 2002 - vol.26 - n°1 35 Biologie tissulaire : facteurs de pronostic dans le cancer du sein RÉFÉRENCES 1. Chaplain G., Milan C., Sgro C., Carli P.M., Bonithon-Kopp C. 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