Progrès en Urologie (1995), 5, 39-47 Cancer de prostate. 2. Physiologie et développement cellulaire Nicolas MOTTET, Pierre COSTA, Loïc LE PELLEC, Jean-François LOUIS, Henri NAVRATIL Service d’Urologie Andrologie, CHU de Nîmes sons-nous principalement aux nouveaux aspects du développement de cette tumeur. En particulier les facteurs de croissance dont l’utilisation clinique a débuté et qui seront peut-être demain une modalité de traitement fréquente. Les oncogènes et les antioncogènes n’ont pas encore d’u tilisation clinique, mais ils sont à la base de la carcinogenèse et leur étude permettra de mieux approcher les mécanismes d’induction et de développement tumoral. RESUME Le cancer de prostate est le deuxième cancer chez l’ho mme d ans l es pa ys i ndus tria lis és. L’étude histologique de son développement initial a montré l’existence de lésio ns précancéreuses, les PIN. L’existence initiale de plusieurs populations cellulaires différentes est retenue pour expliquer le développement de contingents cellulaires hormono-sensibles et hormono-résistants. Enfin, la présence en nombre de cellules neuro-endocrines serait un facteur de mauvais pronostic. Les hormones sont très impliquées dans son développement et sont d’utilisation clinique quo tidienne. Les prog rès de la biologie moléculaire o nt permis de faire progresser sa c o n n a i s s a n c e . En particulier les facteurs de croissance comme l’EGF et le FGF sont particulièrement impliqués et commencent à avoir une application clinique. La découverte du système des oncogènes et des anti-oncogènes est en plein développement (p53 et BCL 2 en particulier). Ils sont à la base de la carcinogenèse et leur étude permettra de mieux approcher les mécanismes de l’induction et du développement tumoral. Anatomie prostatique Après plusieurs auteurs, c’est MCNEAL [45] qui a systématisé l’organisation interne de la prostate. Les 3 zones le plus souvent à l’origine d’un adénocarcinome prostatique sont: la zone périphérique (la plus riche en tissu glandulaire, donnant 68% des cancers), la zone de transition (zone élective de l’hypertrophie bénigne, donnant 24% des cancers), et la zone centrale (donnant 8% des cancers). La connaiss ance de la structure glandulai re es t indis pensable pour interpréter les images anormales intraglandulaires. La topographie des différentes zones explique certaines difficultés de diagnostic, comme dans la zone de transition. Organisation cellulaire (l’architecture interne) Mots clés : Cancer de prostate, croissance, facteurs de naissance, oncogène, apoptose. La prostate est formée de glandes et d’un stroma. Les glandes elles mêmes sont organisées autour de canaux collecteurs confluents qui s e déversent dans l’urètre prostatique. Elles sont formées de trois types de cellules: les cellules sécrétoires bien différenciées, riches en PSA, situées à la surface des glandes et qui sont le point de départ des cancers; les cellules basales (ou cellules souches), en Progrès en Urologie (1995), 5, 39-47. Le cancer de prostate est une pathologie fréquente qui représente le d euxième cancer ch ez l’homme dans les pays industrialisés. L’étude histologique de son développement initial ainsi que la biologie moléculaire ont permis de faire progresser sa connaissance. Les facteurs hormonaux sont connus depuis longtemps et leur utilisation en clinique est quotidienne dans les stades métastatiques. Aussi nous intéres- Manuscrit reçu le 28 août 1993, accepté: août 1994. Adress e pour correspondance : Dr. N. Mottet Auselo, Service d’Urolo gie Andrologie, CHU G. Doumer gue, 5, rue Hoche, 30510 Nîmes Cedex 39 profondeur; enfin des cell ules neuro-endocrines hormono-résis tantes, au rôle encore inconnu. Ce contingent cellulaire pourrait être étudié en dosant la chromogranine-A dans le sang circulant [32]. La membrane basale sécrétée par les cellules basales, est riche en collagène, glycosaminoglycans, glycolipides et polysaccharides. La matrice extra cellulaire du stroma est formée de nombreuses substances comme le collagène, la laminine, les fibronectines. Si sa structure est connue, son importance dans la régulation de la croissance glandulaire n’a été montré que récemment [32]. Histoire naturelle du cancer de prostate Les modalités de progression L’histoire naturelle du cancer prostatique est encore mal connue. Deux théories évolutives ont été proposées [10, 77] essayant de détailler et d’expliquer le passage progressif de la cellule normale à la cellule cancéreuse hormono-dépendante puis hormono-résistante, ainsi que l’apparition des métastases [59]. Une hypothèse est l’existence d’une mutation progres sive de la populati on hormonosensible condui sant à l’hormonorésis tance. L’aut re es t l’existence initiale des deux populations cellulaires différentes [58]. L’archite cture t is sulai re est condi tionnée par l’architecture cellulaire et les relations intercellulaires. La matrice nucléaire ainsi que le cytosquelette formé en grande partie de cytokératines, sont particulièrement impliqués dans le contrôle de la réplication cellulaire et des interactions avec les récepteurs stéroïdiens [25]. Cette théorie de l’hétérogénéité cellulaire actuellement admise [58], a été développée en particulier en raison de la multifocalité tumorale initiale [29], de l’hétérogénéité cellulaire existant d’emblée dans 60% des cas [34], et de l’hétérogénéité des marqueurs en immuno-histochimie: PAP, PSA, ACE, P21 ras [48, 75]. Des anomalies de la structure fine du cytosquelette des cellules néoplasiques ont été mises en évidence, en particulier dans les différents types de cytokératines exprimés [60]. Les facteurs tumoraux de mauvais pronostic [19] Une des modalités de progression est l’apparition de métas tases. Deux points paraiss ent êt re très significativement liés à ce risque: le grade [77] et le volume tumoral [68]. De même, l’envahiss ement des vésicules séminales, de la capsule, ou l’existence de métastases ganglionnaires sont des facteurs de risque important pour la progression [50]. Un moyen simpl e d’approcher l e volume global du tis su tumoral est la mesure du taux circulant de PSA. Cette glycoprotéine est de plus un reflet de l’activit é globale du ti ssu prostatique. Sécrétée presque uniquement par les acini prostatiques, son gène est porté par le chromosome 19 [54]. Sa demi vie est courte: 2,2 jours pour STAMEY [65], 3,2 jours pour OESTERLING [52]. Le taux de ce marqueur est un bon indicateur de l’évolution tumorale. Soit de façon globale pour STAMEY [66, 67] qui retrouve des taux moyens de PSA entre 3,1 et 40 ng/ml en cas de tumeur localisée, et entre 102 et 305 en cas de lésion disséminée; soit de façon plus fine pour MC NEAL [44] avec une proportionnalité entre le taux de PSA et le stade pathologique. L’utilisation en clinique du PSA pourrait bénéficier du couplage à de nouveaux dosages, comme celui de la sémino-protéine. Cette glycoprotéine prostatique permettrait d’augmenter la spécificité du PSA, comme cela a été montré par MAIER [39] et DEMURA [21]. Les lésions précancéreuses La lésion cancéreuse est probablement précédée comme d’autres néoplas mes par des lésions précancéreuses . En 1982 l’adénose (ou hyperplasie adénom ateus e atypique) est le premier candidat [7], mais ses critères histologiques sont peu précis. P ar cont re , A N D R E W S [2] e n 1949 déc ri t l a Néoplasie Prostatique Intra-épithéliale (Prostatic Intraepitheli al Neopl asia: PIN), a ctuellem ent considérée comme la lés ion précancéreuse. Ses travaux sont repris et développés par MCNEAL et BOSTWICK [43] en 1986 qui retrouvent des lésions identiques dans des modèles animaux développant un adénocarcinome prostatique. Les PIN existeraient chez 40% des hom mes de plus de 40 ans indemnes de canc er et chez plus de 80% des patients porteurs d’un cancer prostatique. Enfin l’absence par plages de la membrane basale dans les PIN [6] suggère une transition progressive vers le cancer infiltrant [44]. Mais l’histoire naturelle de ce PIN reste encore mal connue, ainsi que les implications thérapeutiques de leur découverte sur des biopsies. 40 Enfin l’express ion du PSA au ni veau cellulaire pourrait être un index pronostic indépendant [69]. Le processus métastatique peut résulter de l’activat ion de gène s encore largement inconnus qui cont rôleraient les phénomènes d’adhésion et de cohésion i ntercell ulai re. Les protéases s emblent particulièrement impliquées, comme la cathepsine D [79]. Des molécules responsables de l’adhésion intercellulaire (comme les fibronectines, les intégrines, ou la cadhérine E) pourraient être inhibées, favorisant l a di ssémination métastatique. Ains i pour la Cadhérine E, la progression clinique tumorale s’accompagne d’une diminution de son expression tissulaire [19]. particulier par conversion périphérique des androgènes sous l’action d’une aromatase ont une action stimulante directe sur la croissance du stroma prostatique [31, 76]. Par contre le rôle de la Prolactine, évoqué chez l’animal n’est pas encore reconnu chez l’homme [4]. • La testostérone Dans la prostate, la Testostérone doit être considérée comme une prohormone, précurseur de la DHT qui est l’hormone active. L’action des androgènes passe par une fixation à des récepteurs spécifiques qui contrôlent l’expression de gènes: soit stimulation de facteurs de croissance, soit inhibition et régulation de facteurs inhibiteurs [27]. Les androgènes ont 2 origines principales: les cellules de Leydig du testicule, qui sont la source principale; et la surrénale dont la participation était initialement consi dé rée com me négligeable . C ett e noti on s emble à préci ser, les androgènes surrénaliens représenteraient jusqu’à 40% de la DHT intraprostatique [37]. La ploïdie tumorale joue aussi un rôle, le risque métastatique étant plus élevé en cas d’aneuploïdie [73, 74]. D’autres facteurs pronostiques ont été étudiés, comme les «régions de l’organisateur nucléolaire» (NOR). Il s’agit de régions nucléaires formées de fragments d’ARN ribosomiques servant à l’expression des gènes à ARN. Elles ont été retrouvées dans plusieurs cancers et auraient une répartition significativement différente dans les adénomes et les cancers. C OHEN [16] en étudiant 31 patients, ne retrouve pas d’implication pronostique de ces NOR, contrairement à MAMAEVA [40] qui observe les taux les plus élevés de NOR pour les tumeurs les plus indifférenciées. Le m ême auteur [16] observe par contre que la présence de cellules neuroendocrines dans le tissu tumoral est en soit un facteur de mauvais pronos tic. Ceci a aus si été retrouvé en étudiant la sécrétion de chromograninA dans le sang circulant [32]. Parmi 25 patients porteurs d’un adénocarcinome métastatique, tous les patients qui avaient un taux élevé da chromograni n-A étaient à un s tade hormono-résistant, contre 50% des patients ayant un taux normal. • Risque hormonal Nous n’avons pas retrouvé dans la littérature d’étude chez l’homme sur le risque induit par un traitement androgénique au long court, y compris dans une revue exhaustive récente [1]. Les seules informations disponibles reposent actuellement sur des études animales. Des rats de souche NB sont capables de développer un adénocarcinome en présence d’un traitement stéroïdien, et le risque est proportionnel à la dose hormonale reçue [51]. Chez un rat soumis à un agent carcinogène, le risque de cancer est plus élevé si il est soumis dans le même temps à un traitement stéroïdien [61]. Enfin des lésions de PIN apparaissent chez des animaux soumis pendant longtemps à de fortes doses d’androgènes et d’oestrogènes [38]. Ces études semblent ainsi suggérer que si les androgènes induisent une prolifération cellulaire, le risque de lésion prostatique n’est augmenté que chez des animaux génétiquement à risque. Si de telles constatations restent à faire chez l’homme elles sont suggérées par l’association d’une prédisposition génétique à des facteurs environnementaux dans la cancérogénèse prostatique. Physiologie endocrinienne des cellules prostatiques Les contrôles endocriniens de la croissance prostatique commencent à être bien connus [13]. Physiologie endocrinienne • Les hormones en présence La croissance prostatique est soumise à un contrôle hormonal. Les androgène s (en pa rti cul ie r l a Tes tostérone et la Dihydrotestos térone ou DHT) jouent le rôle principal. Les oestrogènes obtenus en La croissance cellulaire La régulation de la croissance cellulaire est multif ac t ori el l e [ 14]: endoc ri ne (Te s t o s t é r o n e , 41 théliales, et participent à la différenciation cellulaire. L’EGF a une action mitogénique importante sur les cellules épithéliales humaines. Plusieurs études ont montré que le TGF [27],1’EGF, ou les ARNm des récepteurs à l’EGF (EGFr) étaient présents de façon plus importante dans le cancer que dans l’adénome [11, 15, 47]. De plus la répartition de l’EGF a été précisée au cours de la transformation tumoral e, devenant diffuse dans la couche glandulaire pour EGFr, et fréquente pour le TGF dans le stroma [57]. Ces 2 auteurs évoquent de plus l’existence d’une boucle de rétrocontrôle paracrine concernant les éléments de cette famille et leurs récepteurs. Néanmoins, l es données concernant la famille de l’EGF et leurs récepteurs sont contradictoi res selon les modèl es utilisés. Ceci pourrait être expliqué par l’environnement androgénique local qui influencerait l’expression des types de récepteurs [11]. Tableau 1. Les classes de facteurs de croissance. Famille Facteur de croissance EGF (epidermal growth factor) EGF, TGF , VGF, amphiréguline FGF (fibroblast growth factor) FGF 1, FGF 2, FGF 3, FGF 4, FGF 5, FGF 6 PDGF chaîne A, chaîne B, chaîne AB IGF Insuline, IGF 1, IGF 2 TGF GF 1, TGF 2, TGF 3 Oestrogènes, Insuline, Prolactine), paracrine (FGF, EGF,... ), autocrine, intracrine, neuroendocrine (5 HT, Acétylcholine, Norépinéphrine,...), et par des interactions directes entre cellules par les jonctions étroites (tight junction) [14]. Depuis H AY [ 28] e n 1981, on c omm ence à compr endre l’importance fondamentale des interactions entre les cellules glandulaires, les cellules stromales, et la matrice extracellulaire. Famille FGF Elle se caractérise par son affinité pour l’héparine et les sulfates d’héparan, qui sont les constituants des protéoglycanes de la matrices extracellulaire. Ceci laisse penser que la matrice extracellulaire joue certainement un rôle dans la localisation et le fonctionnement de l’EGF [20]. Le mem bres de cette famille ont un rôle dans la prolifération, la motilité et la différenciation de nombreux types cellulaires. Il existe 4 gènes différents codant pour les récepteurs. De plus, 2 gènes contiennent des sit es d’épis sage al ternatif (réarrangement de l’ARNm transcript primaire, avant sa traduction, ce qui conduit à des ARNm différents et donc à des protéines différentes à partir du même gène), tissu spécifique [20]. Cet épissage alternatif pourrait être impliqué dans le passage de l’hormonosensibilité à l’hormonorésistence [78]. La famille du FGF participe à la croissance prostatique. Ainsi les androgènes ne stimulent la croissance des cellules prostatiques humaines que s’ils sont en présence de fi brobl ast es, ce qui lais se s upposer l’action du FGF [78]. Le FGF basique (FGF 2), est synthét isé par les fibroblas tes et possède une action mitogène autocrine. Cette action est en balance avec l’action inhibitrice du TGF [70]. Le FGF 2 pourrait agir dans le cancer de la prostate par son action sur la mobilité cellulaire, ce qui pourrait être un des facteur modulant le potentiel métastatique. De plus, il existerait une coopération entre les cellules épithéliales tumorales et les fibroblastes osseux [20]. A côté des régulation s hormonales, les travaux récents ont développé les rôles des facteurs de croissance. Les connaissances sont encore très fragmentaires mais l’étude de ces différents facteurs représente indiscutablement une voie d’avenir. Il s’agit de peptides de régulation multifonction nels agissan t par fixation sur des récepteurs spécifiques [64]. Ils permettent des communications cellulaires selon des modes variés: endocrine, paracrine, autocrine, juxtacrine et intracrine. Ils sont actuellement regroupés en 5 grandes classes (Tableau 1), chacune comportant plusieurs membres. Les récepteurs de ces facteurs de croissance sont situés sur la membrane cellulaire qu’ils traversent. Ils sont formés de chaînes peptidiques glycosylées. Ils présentent plus une spécificité pour les membres d’une famille de facteurs d e croissance que pour u n facteur seul [11]. En pathologie prostatique, les familles EGF et FGF sont les plus étudiées. • Famille de l’EGF Les produits de cette famille agissent sur un grand nombre de cellules, induisant en particulier la prolifération des cellules mésenchymateuses et épi- 42 • Autres familles vée [19]. Souvent ces proto-oncogènes appartiennent à la famille des gènes ras, bien que les mutations ras soient insuffisantes à elle seules pour induire un développement tumoral [19]. Ainsi in vitro, c-myc est capable d’induire une hyperplasie des cellules prostatiques, et en association avec ras, induit une transformation maligne [72]. Invivo, l’hyperexpression de c-myc serait associée à un pronostic péjoratif [24]. De la même manière, alors que Her-2/neu n’est pas exprimé dans la prostate normale ou hyperplasique, son hyper-expression existe dans 40% des adénocarcinomes, et elle est associée à une tumeur de haut grade et de stade avancé [55]. Le TGF (transforming growth factor) et l’IGF (insulin like growth factor) sont élevés dans les cancers de prostate [27]. Le TGF est stimulateur sur les fibroblastes du stroma, et inhibiteur sur les cel lules épithéli al es. Il inhiberait l es effets de l’EGF [27]. Ses récepteurs sont sous le contrôle des androgènes [36]. Le PDGF (platelet derived groth factor) [62] s erait mitogène pour l e tiss u conjonctif [14]. Les cellules cancéreuses, l es oncogènes et les anti-oncogènes La croi ss anc e cel lul ai re es t régulé e par un ensemble de gènes qui induisent les divisions et les différenciations cellulaires. Deux classes particulières de gènes doivent être individual isées: les oncogènes et les anti-oncogènes. Ces gènes contrôlent des synthèses protéiques qui sont à l’origine des effets biologiques. Enfin le proto-oncogène Nm23-Hl est retrouvé à des taux élevés dans les tumeurs avancées, et il aurait un effet stimulant sur la croissance cellulaire tumorale chez l’homme [30]. Il existe aussi des gènes suppresseurs de tumeur: les anti-oncogènes [35]. Ils s’expriment à l’état normal de façon dominante. Leurs mutations sont récessives [33]. Ainsi l’existence d’une mutation sur les 2 alléles d’un gène fait perdre le caractère d’anti-oncogène, et cette perte d’inhibition laisse s’exprimer des proto-oncogènes. La participation d’anti-oncogène dans le développement du cancer prostatique a été montré par DE WOLF en 1992 [22]. On appelle «proto-oncogène» un gène capable de devenir transformant à la suite d’une mutation qualitative ou quantitative [33]. De manière très schématique, les oncogènes pourrai ent agir par plusieurs voies: sécrétion de protéines peuvant être des facteurs de croissance, ou interagir avec eux (par exemple le produit de l’oncogène y-erb B présente de nombreuses analogies avec les récepteurs à l’EGF); synthèse de protéines membranaires et cytoplasmiques comme celles entrant dans la chaîne du second messager (comme les oncogènes de la famille sre qui sont des protéines kinases), ou agissant sur des produits conduisant à le différenciation cellulaire; synthèse de protéines nucléaires qui contrôleraient directement la synthèse d’ADN ou la transcription de certains gènes. Enfin, ces oncogènes coopèrent dans les étapes de la différenciation cellulaire [53]. Il existe des interactions entre oncogènes et facteurs de croiss ance. Le proto-oncogène c-erbB-2 code pour le récepteur à l’EGF [46], int-2 code pour une protéine de la famille des FGF [19]. Leur synthèse pourrait être stimulée par des facteurs de croissance (comme les oncogènes myc ou fos). De tels proto-oncogènes sont actuellement en cours d’études dans la carcinogénès e prostatique, mais si la participation de quelques-uns commence à être évoquée, la participation des principales familles d’oncogènes (c-ras, c-myc, c-int-2, c-erbB-2) n’a pas encore été prou- Une protéine participe activement à la régulation du cycle cellulaire, la protéine synthétisée par le gène P 53 [8]. Son rôle serait de bloquer transitoirement la division cellulaire avant la réplication de l’ADN si celui-ci a été en dommagé, p ermettant ains i la mise en route d’une réparation génétique. Il participerait ainsi à la conservation de l’intégrité du génome [63]. Il existe 2 formes différentes du gène: • la forme sauvage, normale à transmission dominante, qui est un anti-oncogène. La forme mutée, essentiellement par des mutations ponctuelles et qui donne une protéine différente. Cette protéine ne diffèrerait de la forme sauvage que par l’intermédiaire d’un changement de conformation [8]. Ce changement, apparemment limité, serait à la base de la perte des propriétés d’anti-oncogène. L’expression d’une P 53 mutée est fréquente dans les tumeurs solides, mais sa place dans la carcinogénèse pros tatique reste à défi nir. El le s em ble faible dans les stades de début [3, 9, 71]. Par contre son expression augmente de facon importante dans 43 les stades évolués, évoquant sa participation dans la progression tumorale [5], et l’apparition d’une hormonorésistance [26]. REFERENCES 1. American Cancer society: Nationale conference on Prostate cancer. San Francisco 13 - 15 Février 1992 Bien que ne faisant pas partie des proto-oncogènes ou des anti-oncogènes, les polyamines (en particulier la spermidine et la putrescine) seraient particulièrement impliquées dans les mécanismes intimes de division cellulaire, prolifération et différenciation [12, 49]. La prolifération cellulaire peut être approchée par le dosage de l’anticorps monoclonal Ki 67 [56]. Il est capable de reconnaître un antigène humain exprimé uniquement dans les cellules en phase S, G2 et M, et qui correspondrait à une partie du complexe de réplication du DNA. Mais l’index de Ki 67 ne semble pas être un facteur prédictif de progression tumorale, de réponse au traitement ou de survie sans progress ion [42]. Par cont re s on fai bl e ta ux e s t en fa veur d’une croissance cellulaire lente. 2. ANDREWS G. S.: Latent carcinoma of the prostate. J. Clin. Pathol., 1949, 2, 197-204. 3. APRIKIAN A. G., SARKIS A. S., FAIR W. R., et al: P 53 nuclear overexpression in prostatic adenocarcinoma. Poster 38, 88° congrès de l’AUA, J. Urol, 1993, 149. 4. BIRKOFF J. D., L ATTIM ER J . K.: Role of Prolactin in prostate hypertrophy. Urology. 1974, 4, 557-561. 5. BOOKSTEIN R., MACGROGAN D., HILSENBECK S. G., et al: P 53 is mutated in a subset of advanced-stage prostate cancer. 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Son expression est irrégulière dans les cancers pros tatiques , d’autant plus faibl e que la tumeur est indifférenciée. Par contre, les cellules au stade horm onorési stant, auss i bi en dans la tumeur primitive que dans les métastases expriment cet oncogène de façon importante [17]. 9. CARON DE FROMENTEL C., SOUSSI T. : TP 53 tumor suppressor gene: a model for investigating human mutagenesis. Gene Chromosomes Cancer, 1992, 4, 1-15. 10. CATALONA W. J: Carcinoma of the pros tate. P 1463. In «Campbell’s Urology» Walsh P. C., Gittes R. F., Perlmutter A. D., Stamey T. A. (ed). W. B. Saunders Co. Philadelphia 1986. 11. CHOPIN D: Facteurs de croissance et pathologie prostatique. Prog. Urol., 1992, 2 (suppl): 9-16. 12. CIPOLLA B. , LÉVEQUE J. M. , OLIVO J .F., et al: Les polyamines érythrocytaires. Intérêt diagnostique et pronostique dans l’adénocarcinome prostatique. Prog. Urol., 1992, 2 (supp): 9-10. 13. COFFE Y D. S. .: Ph ys io lo gie de la pros tate. P 7 0. 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Progress in molecular biology has furthered out knowledge of this disease. In particular, growth factors such as EGF and FGF are particularly involved and are starting to have a clinical applic ation. The oncogene and anti- oncogene system is currently being explored (particularly p53 abd BCL 2). T hey are the basis for carcinogenesis and analysis of these factors will allow a better approach to the mechanisms of tumour induction and development. Key words: Prostate c ancer, de velopme nt, congenital factors, oncogene, apoptosis. ____________________ 47