Patogenesi molecolare e cellulare dell'bph II
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PATOGENESI PATOGENESI
MOLECOLARE E MOLECOLARE E
CELLULARE CELLULARE
DELL’IPERTROFIA DELL’IPERTROFIA
PROSTATICA BENIGNA PROSTATICA BENIGNA
(BPH)(BPH)
Carmelo BoccafoschiCarmelo Boccafoschi
UR.O.P. - Catania 26 Marzo 2010
L’ipertrofia prostatica benigna (BPH) è una
condizione progressiva caratterizzata da un
ingrossamento della ghiandola prostatica che
coinvolge anche una sintomatologia delle
basse vie urinarie (LUTS).
Circa il 50% degli uomini sviluppa sintomi
correlati con l’BPH verso i 50 anni, con
un’incidenza che aumenta del 10% ogni 10
anni.
Diversi meccanismi sembrano essere coinvolti
nello sviluppo e nella progressione dell’BPH.
L’invecchiamento
rappresenta il meccanismo
principale, anche se
recentemente sono stati
indicati come centrali le
interazioni ormonali, la
sindrome metabolica e i
fenomeni infiammatori.
Negli uomini adulti si verifica un significativo
processo di rimodellamento tissutale a livello
prostatico, soprattutto nella zona di transizione.
Si verificano delle interferenze nel delicato
equilibrio delle vie di segnale della crescita, e
questo genera delle interazioni stroma-epitelio
che portano all’aumento del volume prostatico.
Ratio Stroma – Epithelio:il peso della prostata
% Epitelio % lumen % muscolare % connettivale % stroma (totale)stroma-epiteliomuscolo-epitelio
Schuster, J Urol 1999
Minore di 30 g Maggiore di 30 g 6.585.828.435.7 7.454.918.6
16.169.420.732.414.5 6.2 1.8
La crescita cellulare è una conseguenza sia di
un aumento della proliferazione cellulare sia di
una diminuzione del processo di apoptosi.
Studi scientifici hanno dimostrato un sostanziale
decremento dell’indice apoptotico sia nel tessuto
ghiandolare sia nel tessuto epiteliale prostatico quando
si è in presenza di ipertrofia prostatica benigna. Tale
decremento apoptotico porta ad uno sbilanciamento
dell’equilibrio di crescita in favore della proliferazione
cellulare, con conseguente sviluppo dell’iperplasia.
Kyprianou et al., 1996
ALTERAZIONI ORMONALI
Anche se gli androgeni non
sono la causa dell’BPH, la
sviluppo dell’ipertrofia ne
richiede la presenza.
L’attività dell’DHT è
aumentata nell’BPH
rispetto ai tessuti prostatici
normali. Gli estrogeni stimolano la proliferazione delle
cellule stromali, oltre ad aumentare la sintesi
di diversi fattori di crescita (per es. FGF-2)
SINDROME METABOLICA
Fattori di rischio per lo sviluppo dell’BPH
(non ancora ben documentati):
Diabete mellito non insulino-dipendente
(NIDDM)
Ipertensione
Obesità
Bassi livelli di colesterolo ad alta densità
(HDL-C)
INFIAMMAZIONE
Negli ultimi anni è emerso il ruolo
dell’infiammazione cronica nella patogenesi
dell’BPH.
(Sciarra, Di Silverio et al., 2008)
Frequentemente associata a prostatiti croniche.
Presenza di infiltrati infiammatori nel 98% dei
casi di BPH. (Kohnen et al., 1979)
L’infiammazione cronica supporta il processo di
crescita fibro-muscolare nell’BPH. (Kohnen et al., 2002)
Il tessuto prostatico è normalmente popolato da
un piccolo numero di cellule T, linfociti B,
macrofagi e mastociti.
Nei pazienti con BPH il tessuto contiene ampie
infiltrazioni di linfociti T e B e numerose colonie
macrofagiche.
La risposta immunitaria è principalmente
mediata da cellule T regolatorie (CD-4) nello
stroma e citotossiche (CD-8) nell’epitelio.
Nell’BPH i mediatori dell’infiammazione rimangono
cronicamente attivati. Dato che il locale accumulo di
linfociti attivati può portare alla distruzione tissutale, ad
alte concentrazioni di citochine e alla conseguente
ricostruzione tissutale, questo può contribuire alla
patogenesi dell’BPH.
L’infiammazione evidenziata nell’BPH
contribuisce al danno tissutale e le citochine
prodotte dalle cellule infiammatorie servono a
guidare localmente la produzione di fattori di
crescita ed angiogenetici come risposta
cicatriziale tissutale.
Questo complesso micro-ambiente
proinfiammatorio è strettamente correlato
all’iperproliferazione stromale nell’BPH. Infatti, il
danno del tessuto prostatico prodotto
dall’infiammazione rappresenta un processo
cronicizzato di cicatrizzazione che attiva i
processi iperproliferativi esitando in una
riattivazione ciclica dell’infiammazione
prostatica.
Nel contesto di un rimodellamento tissutale
mediato da un processo infiammatorio, l’ipossia
locale creata dalla richiesta di ossigeno delle
cellule proliferanti gioca anch’essa un ruolo
importante nella fisiopatologia dell’BPH, in
quanto le cellule stromali rispondono all’ipossia
aumentando la secrezione di numerosi fattori di
crescita.
Sindrome metabolica
Alterazioni ormonali
Infiammazione
Rimodellamento tissutale
nella prostata “adulta”
BPH
Fattori intrinseci ed estrinseci coinvolti nella regolazione della crescita prostatica
5th Int. Consult on BPH
FATTORI INTRINSECI:
L’EPITELIO PROSTATICO
L’epitelio prostatico umano consiste di 3 tipi cellulari principali:
o L’epitelio secretorio luminale
o L’epitelio basale
o L’epitelio neuroendocrino
Tutti e tre i tipi di epitelio
subiscono dei
cambiamenti nello
sviluppo del BPH.
Composizione cellulare dell’epitelio prostatico
Foster, Scand J Urol 2000
Cellule neuroendocr
ine
Cellule basali
Cellule ghiandolari
Tutte condividono la stessa origine embriologica
(mesenchimale)
F. Di Silverio 2003
Qual è l’origine?
Cellule staminali (Androgeno-indipendenti e non responsive)
Cellule transienti promotrici(Androgeno-indipendenti ma responsive)
Basale(Androgeno responsive)
Neuroendocrine(Androgeno indipendenti)
Secretorie(Androgeno-dipendenti)
Composizione cellulare dello stroma prostaticoRecettori alfa1-adrenergici
Alpha-1 adrenergici localizzati nella membrana cellule muscolari
lisce. Regolano la contrazione del muscolo liscio dei vasi
periferici, del collo della vescica, della capsula prostatica e dello
stroma fibro-muscolare.
FATTORI INTRINSECI: TESSUTO STROMALE
Il recettore alfa1 attivato
stimola il rilascio di
calcio tramite le cellule
muscolari lisce,
provocando la
contrazione del tessuto
muscolare liscio. Inoltre,
l’attivazione dei recettori
porta alla formazione di
diacilglicerolo (DAG) e
inositolo 3 fosfato (IP3).
PLC: fosfolipasi C GNRP: recettore per le proteine G
Reticolo sarcoplasmatico
Reticolo sarcoplasmatico: riserva di calcio nelle cellule di tipo
contrattile. Nel momento della contrazione il calcio viene rilasciato nel citoplasma
permettendo la contrazione per interazione con la miosina
Recettori alfa1 transmembrana
Adrenalina (ligando)
Miosina
DAG e IP3: interferiscono come secondi messaggeri
con le cascate intracellulari che portano
alla sintesi di fattori di crescita
(DAG)
RIMODELLAMENTO TISSUTALE NELLA
PROSTATA
Fattori intrinseci ed estrinseci coinvolti nella regolazione della crescita prostatica
5th Int. Consult on BPH
FATTORI INTRINSECI:
L’EPITELIO E LO STROMA PROSTATICO
L’epitelio prostatico umano consiste di 3 tipi cellulari principali:
o L’epitelio secretorio luminale
o L’epitelio basale
o L’epitelio neuroendocrino
Stroma ed epitelio
subiscono dei
cambiamenti nello
sviluppo del BPH.
ALTERAZIONI CELLULARI NELLO STROMA
DELL’IPERTROFIA PROSTATICA BENIGNA
(BPH)Lo stroma è morfologicamente
caratterizzato dalla formazione di una
nuova architettura tramite la
gemmazione di cellule dell’epitelio
provenienti dai dotti preesistenti.
La formazione di una nuova architettura
è un processo centrale nello sviluppo
embrionale, ma è normalmente
represso nella vita adulta.
La presenza di mesenchima nei noduli periuretrali, è una
manifestazione precoce di BPH e rappresenta una riminescenza del
mesenchima embrionale.
Queste evidenze morfologiche
hanno portato ad ipotizzare che
l’ipertrofia prostatica sia
intrinsecamente una disfunzione
del mesenchima. Tutto questo
risulta da un “risveglio” delle
interazioni induttive embrionali tra stroma ed epitelio.
Le cellule stromali svolgono funzioni regolatorie paracrine
nell’omeostasi delle cellule epiteliali, dunque alterazioni nello stroma
possono portare a cambiamenti nelle interazioni stroma-epitelio ed
ad una conseguente progressione dell’BPH.
ALTERAZIONI CELLULARI DELLO STROMA
Differenziamento delle
cellule neuroendocrine
del tessuto prostatico
umano
F. Di Silverio 2003
Prodotti delle cellule neuroendocrine nel tessuto prostatico
SerotoninaCalcitoninaKatacalcinaBombesinaSomatostatina
Livelli
altomediomediobassobasso
Effetto regolatorio sulla ghiandola prostatica
proliferazioneproliferazioneproliferazioneproliferazioneapoptosi
F. Di Silverio 2003
Le cellule neuroendocrine regolano la crescita e l’apoptosi delle cellule
prostatiche (soprattutto nel PCA)
Effetti positivi
Cellule neuroendocri
ne
VEGF
Angiogenesi
SerotoninaBombesina
Proliferazione
Effetti negativi
Somatostatina
Apoptosi
Cellule neuroendocri
ne
FATTORI INTRINSECI ED
ESTRINSECI:
ORMONI, FATTORI DI
CRESCITA E CITOCHINE
Utilizzo della biologia cellulare “in vitro”: un
mezzo utile per comprendere i modelli
comportamentali tissutaliI sistemi di colture cellulari forniscono un ambiente
sperimentale in cui l’espressione genica, le
interazioni tra proteine ed altri eventi intracellulari
possono venire studiati in condizioni controllate.
L’isolamento di colture cellulari primarie
derivanti da cellule stromali o epiteliali di
tessuti normali o di BPH è ormai una pratica
comune.
Questo ha permesso di individuare numerosi fattori di crescita
autocrini e paracrini espressi dalle cellule stromali ed epiteliali,
come ad esempio i fattori di crescita per i fibroblasti (Fibroblast
Growth Factors – FGF), i fattori di crescita epidermici
(Epidermal Growth Factor – EGF), i fattori di crescita insulin-like
(Insulin-like Growth Factors – IGF) e numerosi altri.
Inoltre è stata individuata l’espressione in membrana di
recettori per gli ormoni steroidei, come per esempio i recettori
per gli androgeni.
Studi comparativi hanno permesso di individuare diverse
differenze tra tessuti normali e BPH che possono avere
un significato biologicamente importante.
Cambiamenti nel “signaling”
molecolare:
ruolo degli ormoniIn presenza di livelli
normali di androgeni
ed estrogeni
circolanti ed
intraprostatici, è
presente un equilibrio
omeostatico tra
processi proliferativi
ed apoptotici.
Altri fattori endocrini influenzano le funzioni prostatiche
5th Int. Consult on BPH
Il ruolo regolatorio
ormonale non è solo
legato agli androgeni
ed estrogeni ma
anche ad altri ormoni.
Il DHT oltre a quanto
si sa comunemente
agisce anche a livello
molecolare secondo
lo schema seguente…
Metabolismo intracellulare del
testosteroneIl testosterone attivo può penetrare passivamente e reversibilmente nel
comparto intracellulare delle cellule bersaglio dove viene trasformato in
diidrotestosterone (DHT) dall’enzima 5-alfa-reduttasi.
Il DHT intracellulare si lega ad una specifica molecola recettrice (recettore
citosolico). Il complesso DHT+recettore entra attivamente nel nucleo
della cellula dove si unisce alla cromatina e modifica l’espressione genica
inducendo la formazione di RNA messaggero (mRNA) che, uscito dal
nucleo, a livello ribosomiale consente la sintesi di diverse proteine (per
es. fattori di crescita).
DHT
EGF,FGFIGF
TGFb
proliferazione
apoptosi
TGFbEGF,FGF
IGF
apoptosi
proliferazione
Inibizione DHT
0 3 6 9 12
1000
2000
3000
4000
EGF ng/g tessuto
DH
T
pg/
g te
ssut
o
F. Di Silverio,J Steroid Bioch 1997
Correlazione tra DHT ed EGF
Mostra come il DHT
agisce sui fattori
estrinseci
stimolando la
proliferazione.
Il blocco bel DHT
agendo anche
indirettamente sui
fattori intrinseci
favorisce l’apoptosi.
5th Int. Consult on BPH
Controllo degli estrogeni sulle funzioni prostatiche
Alfa stimola la proliferazione dello stroma
Beta controllo pro-differenziativo sulla prostata in toto
1. Interazioni a livello del DNA
2. Interazioni dirette con il recettore
3. Competizione per i cofattori
Cambiamenti nel “signaling”
molecolare:
fattori di crescita e citochine
Cascate intracellulari coinvolte ed alterate
La stimolazione dei recettori di
membrana specifici per i fattori di
crescita (GFR) stimolano delle
cascate intracellulari guidate da
secondi messaggeri (PI3K/Akt,
Ras, MAPK/ERK, etc.) che in forma
attivata entrano nel nucleo al fine
di indurre la traduzione del DNA e
stimolare la sintesi di proteine
coinvolte nell’equilibrio
proliferazione/apoptosi. proliferazione/apoptosi
GF
GFR
L’alterazione di questi stimoli
recettoriali si traduce in uno
sbilanciamento dell’equilibrio
proliferazione/apoptosi con un
conseguente aumento del volume
prostatico.
proliferazione/apoptosi
GF
GFR
GF
GFR
Fattori di crescita e crescita prostatica
Proliferazione
Apoptosi
Aumento della
proliferazione
Decremento
dell’apoptosi
5th Int. Consult on BPH
Fattori di crescita e funzionalità prostatica TGFbetaTGFbeta
Tranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
TGFbetaTGFbetaTranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
PR
OL
IFE
RA
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NE
P
RO
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ER
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ION
E
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LL
UL
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EC
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LU
LA
RE
TGFbetaTGFbetaTGFbetaTGFbeta
ANDROGENIANDROGENIANDROGENIANDROGENI
FGFFGFFGFFGF
VEGFVEGFVEGFVEGF
EGFEGFEGFEGF
IGFIGFIGFIGF
Fattori di crescita maggiormente coinvolti
Fattori di crescita maggiormente
coinvoltiFGF-1,-2 e -7 hanno
attività mitogenica sulle cellule epiteliali e
stromali, dunque sono fortemente coinvolti
nell’BPH. FGF prodotti
principalmente dalle cellule stromali, e in piccola parte (FGF-2)
dalle cellule epiteliali. Modalità di azione
autocrina e paracrina.Ipossia locale può essere il motivo
dell’induzione alla produzione di FGF.
Membri della famiglia dell’FGF (fattore di crescita dei fibroblasti)
Strettamente correlate con il ruolo degli FGF coinvolti nell’BPH
sono le interleuchine (IL). E’ noto che IL-1 a induce l’espressione
di FGF-7 nelle cellule stromali prostatiche. Il livelli di IL-1 a
risultano aumentati nell’BPH e correlati con i livelli di FGF-7,
risultando dunque in un doppio “loop” paracrino che porta
all’aumento della massa tissutale.
Allo stesso modo sono coinvolte altre interleuchine (IL-2, -4, -8, -
15, -17) che hanno effetti simili su altri membri della famiglia
degli FGF (FGF-1, -2, -9).
Fattori di crescita e funzionalità prostatica TGFbetaTGFbeta
Tranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
TGFbetaTGFbetaTranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
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TGFbetaTGFbetaTGFbetaTGFbeta
ANDROGENIANDROGENIANDROGENIANDROGENI
FGFFGFFGFFGF
VEGFVEGFVEGFVEGF
EGFEGFEGFEGF
IGFIGFIGFIGF
Fattori di crescita maggiormente
coinvoltiMembri della famiglia dell’IGF e i loro
recettori(fattore di crescita insulin-like)
Fattori di crescita e funzionalità prostatica TGFbetaTGFbeta
Tranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
TGFbetaTGFbetaTranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
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TGFbetaTGFbetaTGFbetaTGFbeta
ANDROGENIANDROGENIANDROGENIANDROGENI
FGFFGFFGFFGF
VEGFVEGFVEGFVEGF
EGFEGFEGFEGF
IGFIGFIGFIGF
Fattori di crescita maggiormente
coinvolti
Membri della famiglia dei TGF(fattore di crescita trasformante)
Fattori di crescita e funzionalità prostatica TGFbetaTGFbeta
Tranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
TGFbetaTGFbetaTranforming Growth Tranforming Growth FactorFactor
FGFFGFFibroblast Growth Fibroblast Growth FactorFactor
EGFEGFEpidermial Growth Epidermial Growth FactorFactor
VEGFVEGF vascular endothelial vascular endothelial growth factorgrowth factor
IGFIGFInsulin-like growth Insulin-like growth factorfactor
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TGFbetaTGFbetaTGFbetaTGFbeta
ANDROGENIANDROGENIANDROGENIANDROGENI
FGFFGFFGFFGF
VEGFVEGFVEGFVEGF
EGFEGFEGFEGF
IGFIGFIGFIGF
MAPK
MAPK
Fattori angiogenetici coinvolti: VEGF
Riassumendo
Fattori di crescita della famiglia FGF (-1, -2, -7, -9)
Fattori indotti da ipossia
Fattori di crescita della famiglia IGF(-2) e i loro recettori
Fattori di crescita vascolari endoteliali (VEGF)
Interleuchine (IL-1alfa, -2, -4, -8, -15, -17)
Fattori di crescita
Citochine
Due “chicche” finali…
In letteratura le basi molecolari del BHP fanno vedere come fattori genetici, metabolici, ormonali, bio-molecolari
ed infiammatori interagiscono fra di loro, attivando sempre per via diretta o indiretta le cascate intracellulari.
Tuttavia la maggior parte degli studi basati sulla
popolazione hanno portato scarse conoscenze sui fattori
di rischio, mentre l’associazione tra ormoni steroidei e
fattori di crescita diventa sempre più evidente. Per tale
motivo sembra utile accennare a dei dati recenti legati
all’individuazione del “BPSA”, che si identifica come una
specifica forma molecolare di PSA libero, che aumenta
nella zona di transizione dei pazienti con BPH nodulare.
Alti livelli di percentuale di PSA libero nel siero sono
strettamente correlati con il volume prostatico, che a sua
volta è fortemente associato con un allargamento
progressivo del BPH nodulare all’interno della zona di
transizione. Studi recenti (Slawin et al) hanno evidenziato
che il BPSA correla meglio con la zona di transizione
rispetto al PSA e quindi può predire in maniera
clinicamente significativa l’allargamento della prostata,
meglio del PSA o del fPSA.
Inoltre, la relazione tra BPSA e
fPSA rispetto ai volumi della
prostata totale e della zona di
transizione sono indipendenti
dall’età del paziente.
In letteratura (Jacobson S.J.) emerge che
l’associazione tra funzione sessuale e BPH è
costante. Ne derivano studi che correlano
l’interferenza del sildenafil vs. BPH legata alla
congestione pelvica con conseguente occlusione
selettiva del drenaggio venoso nel sistema
riproduttivo maschile (Gat et al.)Queste forme pertanto
funzionano da perturbatori
endocrini e molecolari
scatenando le cascate
intracellulari di cui abbiamo
parlato.
Un ringraziamento agli amici
Alessandro Sciarra e Francesco Montorsi per
alcuni riferimenti bibliografici suggeriti.
Un grazie particolare a mia figlia Francesca
per la consulenza di biologia molecolare.
Infine un grazie a VOI tutti per avermi
ascoltato fino alla