IGF1 (Insulin-like growth factor 1)

aneb

od hypotalamu až k buňce

Radek Kučera

Plzeň 2015

2

Autoři: PharmDr. Radek Kučera, Ph.D. Imunoanalytická laboratoř, FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze

Prof. MUDr. Ondřej Topolčan, CSc. Imunoanalytická laboratoř, FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze

Doc. RNDr. Ladislav Pecen, CSc. Imunoanalytická laboratoř , FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze Ústav informatiky, Akademie věd České Republiky

Doc. RNDr. Judita Kinkorová, CSc. Imunoanalytická laboratoř , FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze

MUDr. Šárka Svobodová, Ph.D. Imunoanalytická laboratoř, FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze III. interní klinika, Všeobecná fakultní nemocnice v Praze

MUDr. Ondřej Fiala, Ph.D. Onkologická a radioterapeutická klinika, FN a LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze Biomedicínské centrum, LF v Plzni, Univerzita Karlova v Praze Recenzent: Prof. RNDr. Richard Hampl, DrSc. Endokrinologický ústav AV, ČR

Jazyková úprava: Mgr. Josef Kučera

Tato kniha byl podpořena projektem Ministerstva školství

OPVK CZ (1.07/2.3.00/20.0040) a BBMRI_CZ 23754

3

OBSAH

Předmluva ............................................................................................................................. 4

1 Hypotalamo-hypofyzární systém řízení sekrece GH (R.Kučera) .................................... 5

1.1 IGF1 základní charakteristika .................................................................................10

1.2 IGF1 vazebné proteiny ...........................................................................................12

1.3 IGF1 receptory .......................................................................................................14

1.4 Signální dráha IGF1 ...............................................................................................15

2 IGF1, IGFBP3 - změny hladin v závislosti na věku a pohlaví (R. Kučera, L. Pecen) .....18

3 IGF1 a mechanizmus nádorové transformace (R. Kučera) ...........................................26

4 Systém IGF1 a vybrané nádorové diagnózy (R. Kučera, O. Topolčan, J. Kinkorová) ....28

4.1 Nádory kolorekta ....................................................................................................28

4.2 Nádory prsu............................................................................................................29

4.3 Karcinom prostaty ..................................................................................................31

4.4 Nádory plic .............................................................................................................32

4.5 Melanomy ..............................................................................................................33

4.6 Ovariální karcinom .................................................................................................34

4.7 Karcinom děložního čípku ......................................................................................34

4.8 Karcinom žaludku ...................................................................................................35

4.9 Nádory jater............................................................................................................35

4.10 Karcinom pankreatu ............................................................................................36

4.11 Nádory štítné žlázy .............................................................................................36

5 Systém IGF1 a kancerogeneze - vliv dalších faktorů (R. Kučera, Š. Svobodová) .........37

6 Blokátory růstových receptorů (R. Kučera, O. Fiala) .....................................................41

6.1 Monoklonální protilátky proti IGF1R .......................................................................41

6.2 Monoklonální protilátky proti ligandům IGF1R ........................................................42

6.3 Ihibitory IGF1 receptorové tyrozinkinázy .................................................................42

6.4 Kombinace IGF1R inhibitorů s chemoterapií nebo s dalšími inhibitory růstu ...........42

6.5 Prediktivní markery terapie, indikace a omezení ....................................................43

Seznam zkratek ....................................................................................................................44

Literatura ..............................................................................................................................47

4

Předmluva

Signální dráha IGF1 patří k nejdůležitějším růstovým drahám v organizmu.

Tato dráha byla studována řadu let v souvislosti s růstem a přežíváním buněk. Naše

publikace vychází z posledních poznatků a z našich vlastních zkušeností a mapuje

vlastně systém řízení růstu v organizmu – od hypotalamu až po buněčnou úroveň.

Největší důraz je kladen na informace o IG1. IGF1 je biomarker měnící se s věkem,

což dělá zkoumání a hodnocení poznatků o něm ještě o něco složitější. Jako

demonstrace náročnosti práce s takovým biomarkerem je zde zařazena kapitola o

referenčních hodnotách a způsobu jejich tvorby. Signální dráha IGF1 je léta

zkoumána pro její vliv na vznik a rozvoj nádorů. Tento vztah jsme zkoumali i v naší

laboratoři a v této publikaci je diskuzi na toto téma věnován značný prostor. IGF1

signální dráha je propojena s dalšími signálními drahami a je ovlivňována nejen

IGF1, ale i dalšími biomarkery, což dokládá komplexnost jejího působení. Veškeré

poznatky vyústily ve výrobu různých druhů blokátorů účinku IGF1. Tyto molekuly se

jeví jako nadějné pro budoucí využití v onkologické léčbě. Řada takových molekul je

dnes ve fázi klinického zkoušení. Dosavadní zkušenosti naznačují, že použití nově

vyvíjených léků bude přísně individuální, což zpětně klade značné nároky na

vymezení identifikačních a selekčních markerů, které by umožnily individualizaci

terapie a tím zajistily její funkčnost a maximální efektivitu léčby.

Přejeme příjemné čtení.

Autoři

5

1 Hypotalamo-hypofyzární systém řízení sekrece GH

(R.Kučera)

Signální dráha inzulínu podobného růstového faktoru 1 (IGF1, insuline-like

growth factor 1, somatomedin) patří k nejdůležitějším růstovým drahám v organizmu.

Tato dráha byla intenzivně studována od počátku 80. let minulého století. Z úrovně

séra se postupem času podařilo postoupit na mapování výskytu IGF1 ve tkáních.

Podařilo se zjistit, že na buněčné úrovni je účinek zprostředkován povrchovým

specifickým receptorem. Je popsána lokace genů, které kódují IGF1, jeho vazebné

proteiny a specifické receptory. Tyto poznatky nám umožnily pochopit fungování

systému IGF1 a jeho roli v růstu, diferenciaci a přežívání buněk. Na zvířecích

modelech byl dokonce prokázán přímý vliv funkce signální dráhy na délku života

daného organizmu.

Sekrece IGF1 je řízena růstovým hormonem (GH). Úvodem je tedy nutné

vysvětlit principy řízení sekrece GH hypotalamo-hypofyzárním systémem (Schéma

1).

Sekreční kaskáda řízení růstu začíná u hypotalamických hormonů liberinů a

statinů, které buď stimulují nebo inhibují sekreci hormonů adenohypofýzy, v našem

případě GH. Za stimulaci sekrece GH je odpovědný somatoliberin (GHRH, growth

hormone releasing hormone), který se skládá ze 44 aminokyselin. Biologický poločas

somatoliberinu je 50 minut. Somatoliberin se využívá k diferenciální diagnostice

poruch produkce GH. Podání somatoliberinu vede během několika minut ke zvýšení

sekrece GH, vrcholu sekrece je dosaženo po 30 minutách a účinek přetrvává 60-120

minut. Pokud je zaznamenána pozitivní odpověď organizmu na podání

somatoliberinu, porucha je hypotalamická, pokud po podání somatoliberinu nedojde

ke zvýšení produkce GH, porucha je hypofyzární. Při hypotalamických poruchách

produkce GH je možné podáváním somatoliberinu navodit fyziologickou pulzní

sekreci GH (1).

6

Schéma 1: Hypothalamo-hypofyzární systém řízení sekrece hormonů Sekreční kaskáda řízení růstu začíná u hypotalamických hormonů liberinů a statinů,

které buď stimulují nebo inhibují sekreci hormonů adenohypofýzy, v našem případě GH. Za stimulaci sekrece GH je odpovědný somatoliberin, inhibičně působí somatostatin. Transport GH v krvi probíhá pomocí vazby na specifický vazebný protein growth hormone binding protein (GHBP). GH stimuluje sekreci IGF1 a IGF2 v játrech.

7

Inhibičně působí somatostatin (GHIH, growth hormone inhibiting hormone),

který se skládá ze 14 aminokyselin a inhibuje sekreci nejen GH, ale i hormonu

stimulujícího produkci hormonů štítné žlázy - thyroid stimulating hormone (TSH).

Somatostatin je kromě hypothalamu syntetizován také v D-buňkách

Langerhansových ostrůvků pankreatu, v gastrointestinální sliznici a v

parafolikulárních buňkách (C-buňky) štítné žlázy. Somatostatin produkovaný ve

střevě má 28 aminokyselin a má silné inhibiční účinky na další hormony (např.

inzulín, glukagon, gastrín, sekretín). Biologický poločas somatostatinu je kolem 3

minut. Sekrece somatostatinu se zvyšuje při zvýšené hladině GH a IGF1. Pro klinické

využití je nativní somatotropin nevhodný díky krátkému poločasu (2). Pro léčbu se

využívá dlouhopůsobící syntetický analog somatostatinu. Klinicky se somatostatin

využívá především v terapii nadbytku GH při produkci GH nádory hypofýzy (např.

akromegalie).

Produkce GH patří mezi nejvýznamnější úkoly adenohypofýzy. Produkce GH

probíhá v somatotropních buňkách, které tvoří až 50% všech buněk adenohypofýzy.

GH vzniká odštěpením z větší molekuly pre-GH o molekulové hmotnosti 28 000. Tuto

molekulu je též možné detekovat v krvi, nemá však žádný prorůstový účinek. GH je

druhově specifický. Gen pro GH je umístěn na dlouhém raménku chromozomu 17. U

člověka je molekula GH složená ze 191 aminokyselin o molekulové hmotnosti 21

500. Prostorově je to lineární polypeptid, kdy jednořetězcová stočená molekula je

fixována dvěma disulfidickými můstky (3). Přehled základních údajů a fyziologických

funkcí somatoliberinu, somatostatinu a GH uvádí Tabulka 1.

Transport GH v krvi probíhá pomocí vazby na specifický vazebný protein

growth hormone binding protein (GHBP). GHBP je velkým fragmentem extracelulární

domény receptoru pro GH a jeho koncentrace je tedy úměrná počtu receptorů pro

GH v tkáních. Asi polovina množství GH v krvi je vázáná na GHBP, čímž vzniká

rezerva GH, která může vyrovnávat výkyvy v jeho sekreci, druhá polovina GH se

vyskytuje ve volné formě. Volný GH má biologický poločas 20–50 minut.

8

Tabulka 1: Základní charakteristika GHRH, GHIH a GH

Hormon Molekulová

hmotnost

Počet

aminokyselinFyziologická funkce

GHRH

5 040

44 Stimulace produkce GH

GHIH

1 638

(somatostatin-14)

14 (28)

14 - Inhibice produkce GH, TSH

28 – Inhibice produkce inzulínu,

glukagonu, gastrínu, sekretínu

GH

21 500

191

stimulace lineárního růstu

↑ proteosyntézy, ↓ proteokatabolizmu

↑ výdej glykogenu, antiinzulínový

účinek

Účinek GH na buňky je zprostředkován specifickým receptorem growth

hormone receptor (GHR). GHR je protein o 620 aminokyselinách patřící do rodiny

cytokinových receptorů. Molekula GH má dvě vazebná místa pro receptor. Po

navázání na jednu receptorovou podjednotku druhé vazebné místo přitáhne druhou

podjednotku receptoru, čímž vzniká homodimer, který je nezbytný pro správnou

funkci receptoru a následnou aktivaci intracelulární signální dráhy (4). Po aktivaci

receptoru pokračuje přenos signálu kaskádou enzymů a jejich substrátů (Schéma 2).

Fyziologická ranní koncentrace GH v krvi na lačno je u dospělých nižší než 5

ng/ml, někdy však téměř neměřitelná nebo nižší než 2 ng/ml. GH se do krve

vyplavuje v pulzech. Sekrece GH je spojená se spánkem a závisí na věku. Vrcholu

dosahuje za 1–4 hodiny po usnutí. Tyto noční sekreční pulzy činí asi 70% celkového

množství GH vylučovaného za den a jsou vyšší u dětí, s věkem se snižují. Produkce

GH je u zdravých dospělých 40 µg/den, u dospívající 700 µg/den. U dětí do třech

měsíců nemá sekrece GH vztah ke spánku, v pozdějším dětském věku je však

spánková sekrece GH vyšší než v dospělosti.

Biologický účinek GH spočívá především ve stimulaci lineárního růstu,

přičemž většina růstového účinku není způsobena přímým účinkem GH, ale je

zprostředkována IGF1 (nebo IGF2), jehož sekreci v játrech GH stimuluje.

9

Schéma 2: Mechanizmus účinku GH v buňce Účinek GH na buňky je zprostředkován specifickým receptorem growth hormone

receptor (GHR). Molekula GH má dvě vazebná místa pro receptor. Po navázání na jednu receptorovou podjednotku druhé vazebné místo přitáhne druhou podjednotku receptoru, čímž vzniká homodimer. Dochází k aktivaci především signální kaskády Janus kinase (JAK) a dále pak signální dráhy PI3K/PKB a MAP kinázových drah.

10

Obecně lze říci o účincích GH na organizmus toto:

1. GH zvyšuje proteosyntézu tím, že zvyšuje vychytávání aminokyselin a

přímo zvyšuje transkripci a translaci mRNA.

2. GH snižuje proteokatabolizmus tím, že přímo způsobuje uvolnění mastných

kyselin z tukové tkáně.

3. GH zvyšuje výdej glykogenu z jater a ve svalech inhibuje vychytávání

glukózy a její další využití (inzulinorezistence), což je základem jeho diabetogenního

účinku. GH tak může zhoršovat klinický diabetes a při nadprodukci GH (tumor

adenohypofýzy) onemocní diabetem až 25% pacientů s tímto tumorem. GH sice

přímo nestimuluje sekreci inzulínu, ale hyperglykémie, kterou vyvolává, sekundárně

stimuluje pankreas a může nakonec vést až k vyčerpání β-buněk a rozvoji diabetu.

Vztah růstové signální dráhy IGF1 a inzulinorezistence je v současné době

intenzivně studován a bude podrobněji zmíněn v dalších kapitolách.

Úloha GH v prenatálním růstu je pravděpodobně pouze okrajová. Předokládá

se, že během intrauterinního života je růst plodu řízen prostřednictvím systému IGF1

a IGF2. Tyto růstové faktory jsou regulovány prostřednictvím transportu glukózy

placentou. Osa glukóza-inzulín-IGF1,IGF2 se tak primárně uplatňuje v prenatálním

růstu. Postnatální růst je regulován osou GH-IGF1, a proto po narození dochází k

vzestupu hladiny IGF1. Hladiny IGF2 se však během postnatálního života nemění.

1.1 IGF1 základní charakteristika

IGF1 společně též s inzulínu podobným růstovým faktorem 2 (IGF2, insuline-

like growth factor 2) jsou peptidy, které se fyziologicky podílejí na řízení růstu,

metabolizmu, přežívání a diferenciaci buněk a jsou regulovány růstovým hormonem

(GH, growth hormone). IGF2 se uplatňuje především v prenatálním období a IGF1

v období postnatálním (Tabulka 2). IGF1 a IGF2 se skládají z malých peptidů, které

jsou z 50% homologní s proinzulínem (5). Oba typy IGF jsou syntetizovány v mnoha

fetálních a dospělých tkáních a jsou obsažené dokonce i v mateřském mléce.

Až 95 % obou typů IGF cirkuluje v krvi vázáno na vazebné proteiny. IGF1 a

IGF2 mají své specifické vazebné proteiny (IGFBPs, insulin-like growth factor binding

proteins). Biologický poločas volných frakcí IGF1 a IGF2 se odhaduje na méně než

10 minut. Komplex IGF1/IGFBP3 či IGF2/IGFBP3 má biologický poločas asi 12

hodin.

11

IGF1 je bazický peptid s nízkou molekulovou hmotností 7 649. Je tvořen

jednoduchým řetězcem o 70 aminokyselinách. IGF1 je produkován ve velkém

množství v játrech (přibližně 10 mg/den). Tato produkce je pevně řízena GH. IGF1 je

produkován lokálně i v mnoha jiných tkáních např. ledvin, srdce, plic, tukové tkáni a

tkáních různých žláz. IGF1 je produkován také chondroblasty, fibroblasty a

osteoklasty. Na orgánové úrovni IGF1 účinkuje autokrinním i parakrinním

mechanizmem a je schopen komunikovat s ostatními místně produkovanými

růstovými faktory a steroidními hormony (6). Účinek v buňkách je zprostředkován

vlastním IGF1 receptorem. Syntézu IGF1 zvyšují hormony štítné žlázy a mírně též

prolaktin. Estrogeny a kortikoidy naopak omezují produkci IGF1. Sekrece IGF1

nezávisí jenom na účinku GH, ale také na výživě. Po dobu hladovění hladina IGF1

klesá a nereaguje ani na podání GH. Hladina IGF1 je vhodným ukazatelem

realimentace při malnutričních stavech. Snížené hladiny IGF1 jsou pozorovány po

odstranění hypofýzy.

Tabulka 2: Základní charakteristika IGF1 a IGF2

Růstový faktor Molekulová

hmotnost

Počet

aminokyselinFyziologická funkce

IGF1

7 464

70

Řízení růstu, metabolizmu, přežívání a diferenciace buněk

(především v postnatálním vývoji)

IGF2

7 400

67

Řízení růstu, metabolizmu, přežívání a diferenciace buněk

(především v prenatálním vývoji)

Z diagnostického hlediska je IGF1 přínosným vyšetřením zejména při

sledování akromegalií a deficitu růstového hormonu. Jeho výhodou je to, že na rozdíl

od sekrece GH, která probíhá pulzně, je jeho hladina v séru dlouhodobě konstantní.

U akromegalie jsou hladiny zvýšené a u deficitu GH jsou hladiny IGF1 snížené.

Důležitost IGF1 pro růst a vývoj organizmu byla zkoumána na zvířecích modelech

narušením genu pro IGF1 tzv. knock out (K.O.) metodou. IGF1 K.O. myši vykazovaly

ve srovnání s normálními jedinci o 40% sníženou porodní hmotnost, velmi vysokou

perinatální úmrtnost, opožděnou osifikaci, málo rozvinuté svalstvo a plicní tkáň,

stejně jako neplodnost (7).

12

IGF2 je neutrální peptid o molekulové hmotnosti 7400 Da, jehož řetězec je

tvořený 67 aminokyselinami. IGF2 je strukturálně blízký IGF1, ale je méně závislý na

regulaci GH. Účinek je zprostředkován specifickým IGF2 receptorem. IGF2 byl

dlouho považována za plodovou formu IGF1. Dnes již víme, že je toto rozdělení

překonané, avšak přesto je nesporné, že IGF2 hraje velmi důležitou roli během

embryogeneze. Normální hladiny v séru u zdravých lidí se pohybují od 400 do 900

μg/l.

Byly prováděny studie s cíleným narušením genu pro IGF2. IGF2 K.O. myši

měly o 40% nižší porodní hmotnost ve srovnání s normálními jedinci (8). Tyto myši

se na rozdíl od IG1 K.O. myší vyvinuly v normální jedince s trpasličím vzrůstem.

1.2 IGF1 vazebné proteiny

IGFBPs se nacházejí v různých tělních tekutinách a tkáních. IGFBPs jsou

syntetizovány v játrech a mohou být regulovány mimo jiné i tím, že IGF1 přímo

podporuje proteolytickou degradaci některých IGFBPs (IGFBP4) do fragmentů, které

nevážou IGF1, a tím IGF1 vlastně zvyšuje svojí vlastní biologickou dostupnost v

tělních tekutinách.

IGFBP zvyšují poločas IGF1 v séru a inhibují nebo podporují působení IGF1

vazbou na receptory cílových buněk. Navíc tyto vazebné proteiny fungují jako

zásobárna IGF1 v mezibuněčném prostoru. Některé IGFBP brání in vitro růstu

buněk. Buňky malobuněčného karcinomu plic produkují vazebné proteiny pro IGF1,

které se liší od těch nalezených v játrech. To podporuje teorii, že by mohly fungovat

jako prostředníci v autokrinní nebo parakrinní regulaci růstu těchto nádorových

buněk. V současné době je známo nejméně šest různých IGFBP, které se liší v jejich

vazebné účinnosti (Tabulka 3). Všeobecně vžitá je řada IGFBP1 až IGFBP6, přičemž

v literatuře můžeme dále najít i IGFBP7 a IGFBP8, které vznikly přejmenováním již

objevených proteinů, když bylo zjištěno, že tyto váží IGF1 popř. IGF2.

IGFBP1 se nachází převážně v placentě a plodové vodě. Zvýšené hladiny se

nacházejí u novorozenců. Nižší hladiny pak u ostatní populace. IGFBP1 má stejnou

afinitu k IGF1 i IGF2. IGFBP2 se nachází především v mozkomíšním moku a má

vysokou vazebnou afinitu k IGF2. Dominantní vazebný protein v séru je IGFBP3,

který vykazuje podobnou afinitu k IGF1 a IGF2. IGFBP3 inhibuje sekreci folikuly

stimulujícího hormonu (FSH). Výrazně snížené hladiny IGFBP3 jsou pozorovány u

13

pacientů s nedostatkem růstového hormonu, zatímco výrazně zvýšené hladiny jsou

pozorovány u pacientů s vysokými hladinami růstového hormonu (např.

akromegalie). IGFBP4 je převládající vazebná bílkovina IGFs v lidských

osteoblastech. Je totožná s bílkovinou známou jako inhibitor růstu buněk rakoviny

tlustého střeva (colon cancer cell growth inhibitor). IGFBP4 je cílem působení

IGFBP4 specifické proteázy indukované IGFs. Tato posttranslační úprava IGFBP4

zvyšuje tkáňovou dostupnost IGF1 a IGF2. IGFBP5 se vyskytuje nejvíce v ledvinách,

ale také např. v osteoblastech. IGFBP5 vykazuje poměrně nízké afinity k IGF1 a

IGF2. To zvyšuje mitogeneze v přítomnosti IGF1 nebo IGF2 a ale také v

nepřítomnosti exogenních nebo endogenních IGFs, díky snadnému uvolňování

z vazby na IGFBP5 a následné interakci s receptorem. IGFBP6 se vyskytuje v

mozkomíšním moku a má vysokou vazebnou afinitu k IGF2 (9).

Tabulka 3: Základní charakteristika vazebných proteinů IGFBPs

Vazebný protein Molekulová

hmotnost

Vazebná

afinita Výskyt

IGFBP1 34 000 IGF1, IGF2 placenta, plodová voda

IGFBP2 27 000 IGF2 mozkomíšní mok

IGFBP3 53 000 IGF1, IGF2 sérum

IGFBP4 26 000 IGF1, IGF2 osteoblasty

IGFBP5 23 000 IGF1, IGF2

nízká afinita ledviny, osteoblasty

IGFBP6 22 800 IGF2 mozkomíšní mok

V literatuře můžeme dále najít i IGFBP7 a IGFBP8. Název IGFBP7 navrhl

v roce 1996 Oh a jeho tým jako označení pro bílkovinu mac25 popsanou již v roce

1993 Murphym. V roce 1996 u ní byla totiž zjištěna schopnost vázat IGF1 a IGF2.

V porovnání s IGFBP3 je však afinita IGFBP7 k IGF1 a IGF2 100x nižší. Vysoká

exprese IGFBP7 (mac25) byla zjištěna ve stárnoucích epiteliálních buňkách mléčné

žlázy. Na druhou stranu IGFBP7 téměř chybí v estrogen receptor pozitivní tkáni

karcinomu prsu. Autoři označují IGFBP7 jako nádorový supresor. Označení IGFBP8

bylo navrženo v roce 1997 pro lidský tkáňový pojivový růstový faktor CTGF

14

(connective tissue growth factor) po zjištění, že tento faktor má zachovaný IGFBP

motiv a s nízkou afinitou váže IGFs. IGFBP8 byl nalezen v lidské kostní tkáni. Tento

protein má mnohem vyšší afinitu k IGF2 než k IGF1 a potencuje proliferační vliv IGF2

na kostní buňky.

1.3 IGF1 receptory

Účinek IGF1 (IGF2) na buňku se odehrává prostřednictvím specifických

receptorů (Tabulka 4). IGF1 se také váže s receptorem pro inzulín (IR) a naopak.

Heterologní ligand má však k receptoru 100x nižší afinitu. Dále se IGF1 může vázat

na hybridní receptory tvořené z poloviny IR a z poloviny IGF1R podjednotkou (10).

Receptory IGF1 patří do skupiny receptorových protein tyrosin kináz (PTK), které

fosforylují své substrátové bílkoviny na tyrosinových zbytcích. Patří sem receptory

pro většinu peptidických růstových faktorů, které se uplatňují v regulaci růstu a

diferenciace buněk.

IGF1 receptor (IGF1R, CD221) je transmembránový glykoprotein o

molekulové hmotnosti 350 000. Skládá se ze dvou α-podjednotek a dvou β-

podjednotek. Zatímco α-řetězce jsou lokalizovány extracelulárně a váží IGF1, β-

řetězce procházejí membránou do buňky. IGF1R je ze 60 % homologní s receptorem

pro inzulín. Po vazbě ligandu na receptor dojde k autofosforylaci tyrozinu na β-

podjednotce (11). IGF1R je životně důležitý pro přežití buněk, což dokládá IGF1R

K.O. fenotyp u myší. Narušení IGF1R genu vyústilo ve více než 50% snížení

hmotnosti K.O. zvířat oproti normální populaci. Tato zvířata zemřela v

bezprostředním poporodním období na respirační selhání a byly zjištěny

generalizované vývojové abnormality, hypoplazie, abnormální kožní formace,

opožděný vývoj kostí a abnormální morfologie centrálního nervového systému (12).

IGF2 receptor (IGF2R, CD222) je monomerní protein o molekulové hmotnosti

250 000. Jedná se o vazebný protein s vysokou afinitou pro IGF2 a velmi nízkou

afinitu k IGF1 a nulovou afinitou k inzulínu. Cytoplazmatická doména receptoru nemá

vlastní tyrosinkinázovou aktivitu a nemá schopnost přenášet signál. IGF2R není

zapojen do vnitrobuněčné signalizace. IGF2 receptor cíleně váže IGF2, a tím snižuje

biologickou dostupnost vysoce mitogenního IGF2. Některé z účinků IGF2 jsou

zprostředkovány především izoformním inzulínovým receptorem IR-A. IGF2R je

shodný s kation nezávislým manóza-6-fosfát (M6P) receptorem. Je to vlastně

15

multifunkční proteinový receptor, který váže IGF2 na povrchu buněk a manózou-6-

fosfátem (M6P) označené proteiny v Golgiho aparátu uvnitř buňky. IGF2/M6PR jsou

zmutované nebo úplně chybí v buňkách několika druhů rakoviny, což vede k názoru,

že IGF2/M6PR má roli nádorového supresoru (13).

Inzulínový receptor existuje ve dvou izoformách IR-A a IR-B. IR-A je vyjádřen

především v centrálním nervovém systému, krvetvorných buňkách, plodové tkáni a

různých nádorových buňkách. IR-B je přítomen především v tukové tkáni, játrech a

svalech. Hybridní receptory, které vážou IGF1, jsou složeny z jedné poloviny z IR a

z druhé poloviny z IGF1R. Vzhledem k izoformám IR mohou tedy existovat IR-

A/IGF1R a IR-B/IGF1R (14).

Tabulka 4: Základní charakteristika receptorů pro IGF1 a IGF2

Receptor Struktura Vazebná afinita Přenos

signálu

IGF1R dimer

2α, 2β podjednotky IGF1, IGF2 ANO

IGF2R monomer IGF2 NE

IR

(IR-A, IR-B)

dimer

2α, 2β podjednotky IGF1, IGF2 ANO

IR/IGF1R

(IR-A/IGF1R,

IR-B/IGF1R)

dimer

2α, 2β podjednotky IGF1, IGF2 ANO

1.4 Signální dráha IGF1

Po úspěšném navázání na receptor pokračuje přenos signálu uvnitř buňky po

signální dráze, což je vlastně kaskáda enzymů a jejich substrátů (Schéma 3).

Po aktivaci IGFIR dochází prostřednictvím adaptorového proteinu inzulin

receptorový substrát (IRS1) k aktivaci dvou hlavních kaskád. První je signální dráha

PI3K/PKB (fosfatidylinositol-3-kináza/ proteinkináza B) a druhá kaskáda je signální

dráha ERK (extracellular signal regulated kinases), která patří mezi několik MAP

kinázových drah (MAPK, mitogen activated protein kinases).

Signální dráha PI3K/PKB je mimořádně důležitá intracelulární signální dráha,

která je zapojena do řady normálních buněčných procesů podílejících se na

16

proliferaci, metabolizmu, růstu a přežití buněk. Abnormality této dráhy, způsobené

izoformami a mutacemi různých regulačních komponent, vedou k některým formám

nádorových onemocnění (15). Aktivace PI3K vede ke zrušení inhibičního účinku

regulační podjednotky, která obratem přeměňuje membránový fosfatidylinositol-3,5-

bifosfát (PIP2) na trifosfátovou formu (PIP3). PIP3 následně indukuje fosforylaci PKB

prostřednictvím proteinu PDK1. Komplex PI3K je za normálních okolností negativně

regulován specifickou fosfatázou PTEN. PTEN působí jako negativní regulátor PI3K

dráhy tím, že hydrolyzuje PIP3 na PIP2.

V důsledku ztráty funkce PTEN mutací nebo epigenetickou modifikací se ale

mohou vyskytnout alterace vedoucí k hyperaktivaci PI3K. Ztráta funkce PTEN

podporuje akumulaci PIP3, která vede k deregulaci přenosu signálu přes kaskádu

PI3K/PKB. PKB se účastní ještě řady dalších signálních kaskád a zasahuje tedy do

celé řady buněčných dějů (proteosyntéza, přežívání, proliferace, glukózový

metabolizmus apod.) (16). Aktivace deregulované signální dráhy PI3K/PKB poskytuje

buňce signály pro neomezený růst a přežití.

Druhá signální dráha je kaskáda ERK (extracellular signal regulated kinases).

Po aktivaci IRS1 se signál přenáší přes GTPasu Ras a kinázy Raf a MEK, které

konečně vedou k aktivaci MAP kináz (mitogen activated protein kinases), konkrétně

ERK. Skupina enzymů nazývaných MAP kinázy reguluje expresi genu a případně

proliferaci a diferenciaci buňky (17).

Složitost IGF1 signalizace dokládá fenotyp myší s chybějícím genem pro

IGF1R. Například chybění tohoto genu v buňkách prostaty vedlo k aktivaci ERK

dráhy a způsobilo buněčné proliferace a hyperplazie. Toto zjištění dokazuje, že MAP

kinázové dráhy jsou aktivovány dalšími IGF1R nezávislými mechanizmy. Dále

přítomnost IGF1R signální dráhy usnadnila růst nádorů s poruchou činnosti enzymu

p53 (enzym regulující apoptózu) (18).

17

Schéma 3: Mechanizmus účinku IGFs Biologický účinek IGFs je zprostředkován IGF1 receptorem (IGF1R). IGF1 a IGF2 se

vážou na extracelulární doménu IGF1R. Tyrosin kinasové receptory po aktivaci autofosforylují na cytoplasmatické doméně a přes aktivaci adaptorového proteinu inzulin receptorového substrátu (IRS1/2) se aktivují dvě hlavní signální kaskády. Signální dráha PI3K (fosfatidylinositol-3-kináza)/PKB (proteinkináza B) a signální dráha ERK (extracellular signal regulated kinases), která je jednou z několika MAP kinázových drah (MAPK mitogen activated protein kinases).

18

Poznatky o komplexním působení signální dráhy v živých organizmech vedly

ke studiím ovlivnění dlouhověkosti prováděných na zvířecích modelech. Cílenými

mutacemi v signální dráze IGF1 se povedlo docílit zvýšení průměrné délky života o

20 – 70% (19). Podobná zjištění byla učiněna i u nižších živočišných druhů, než jsou

obratlovci, což znamená, že signální dráha IGF1 je vývojově jednou z nejstarších

růstových drah v živých organizmech vůbec (20).

Můžeme se tedy domnívat, že důkladné poznání signální dráhy IGF1 by

mohlo vést k odhalení mechanizmů stárnutí a možnosti ovlivnění délky lidského

života, avšak údaje o studiu podobných mutací ve vztahu k délce života u lidí

prozatím chybí.

2 IGF1, IGFBP3 - změny hladin v závislosti na věku a

pohlaví (R. Kučera, L. Pecen)

Sérové hladiny IGF1 a IGFBP3 se mění s věkem. Jejich hladiny se začínají

zvyšovat ihned po narození. Nejvyšší koncentrace nacházíme u dětí v pubertě.

V pozdějších letech hladiny IGF1 klesají, přibližně o 10 procent za každých 10 let.

Nejnižší hladiny se vyskytují ve stáří. K nejvýraznějšímu poklesu IGF1 dochází ve

věku 70 let a výše (21). Hladiny IGFBP3 víceméně kopírují vývoj hladin IGF1

v průběhu života. Pokles IGFBP3 s věkem je ale výrazně menší než u IGF1 (22).

V odborné literatuře se ještě kromě IGF1 a IGFBP3 objevuje též vypočítávaný

parametr, a to poměr IGF1/IGFBP3. Tento poměr je využíván především u

nádorových onemocnění jako index biologické dostupnosti IGF1 v séru, kdy se

předpokládá, že vyšší dostupnost IGF1 spíše zvyšuje riziko nádorové transformace a

nižší dostupnost IGF1 způsobená zvýšenou přítomností IGFBP3 působí spíše

protektivním způsobem (23). Poměr IGF1/IGFBP3 s věkem též klesá, což je dáno

poklesem obou biomarkerů, které jsou základem pro výpočet tohoto parametru.

Hladiny IGF1 jsou dobře zmapovány od narození až po nejvyšší věkové

skupiny. Existují práce, které se věnují pouze hladinám IGF1 u dětí a navrhují

referenční hladiny měnící se každý rok, což je pro období, kdy se se produkce

sledovaného biomarkeru dynamicky mění, samozřejmě vhodné (24). Hladiny IGF1

dosahují svého vrcholu kolem 15. roku života. Přibližně ve věku 18 - 20 let nastává

19

období, kdy hladiny IGF1 začínají pomalu klesat a není nutné ani účelné uvádět

referenční hodnoty, které se mění každý rok. Řada prací navrhuje normální hodnoty

se změnou v intervalu 5 let (25).

V imunoanalytické laboratoři ve FN v Plzni jsme též provedli studii na souboru

1022 zdravých osob s cílem navrhnout referenční rozmezí pro IGF1, IGFBP3 a

poměr IGF1/IGFBP3 (26). Došli jsme k závěru, že od 20 let věku je robustnějším

modelem změna referenčních hodnot v intervalu 10 let, vzhledem k poměrně značné

individuální variabilitě v poklesu hladin IGF1 s věkem. Při tvorbě modelů poklesu

IGF1 s věkem záleží též na statistickém přístupu. Pokud zvolíme nelineární model

regrese (Graf 2), můžeme detailněji postihnout určité rozdíly v rychlosti poklesu

hladin v jednotlivých dekádách života. Lineární modely jsou však dle našich

zkušeností robustnější, co se týká individuální variability poklesu IGF1 (Graf 1). Míra

nelinearity poklesu IGF1 s věkem je ale poměrně malá, až na výraznější pokles po

70-ti letech věku. Něco jiného je IGFBP3, kde můžeme vysledovat nelineární pokles,

a to především u žen. Pokles IGFBP3 u žen se stává mnohem výraznější až kolem

60 let věku. Co se týká závislosti hladin IGF1 na pohlaví, studie provedené v tomto

ohledu nedošly k úplně jednotným závěrům. Zajímavé je, že studie prováděné

v posledních letech se spíše přiklánějí k rozdělení referenčních hodnot podle pohlaví

(27, 28) v porovnání se staršími studiemi, které závislost na pohlaví neuvádějí (29).

V našem případě hladiny IGF1 byly statisticky významně vyšší u mužů než u žen a

rozdíly v IGF1 mezí pohlavími klesaly s věkem. U IGFBP3 jsou rozdíly mezi

pohlavími mnohem menší než u IGF1, přičemž pokles u žen je poněkud strmější než

u mužů. Pro poměr IGF1/IGFBP3 jsme zjistili podobný průběh jako u IGF1.

Na základě našich zkušeností jsme došli k závěru, že nejlépe vystihující model

referenčních hodnot lze získat pomocí lineární regrese závislé na věku a pohlaví.

Také výše zmíněné referenční meze po intervalech 10 let věku musí být určovány

zvlášť dle pohlaví (30).

Pro příklad uvádíme tabulky a grafy (Tabulka 5-7, Graf 1-6), které jsme získali

při tvorbě referenčních hodnot pro IGF1, IGFBP3 a poměr IGF1/IGFBP3 v české

populaci s použitím radioimunoanalytických souprav IGF1a IGFBP3 (Immunotech,

Praha, ČR).

20

Tabulka 5: Referenční hodnoty IGF1, IGFBP3, poměr IGF1/IGFBP3 v ČR - muži

IGF1 in males

Age category

N Mean Minimum 2.5th Pctl Lower

Quartile Median Upper Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 52 242.37 84.43 100.80 202.10 239.70 282.60 400.00 403.10

30-39 62 202.65 100.40 101.90 164.60 192.15 242.70 341.21 341.50

40-49 67 167.66 75.25 103.70 140.00 163.60 188.40 264.90 268.30

50-59 95 160.82 46.60 77.14 132.60 155.83 183.20 296.60 339.30

60-69 75 143.55 37.42 39.30 105.60 145.40 182.70 241.20 264.60

70-79 66 110.15 19.70 33.85 67.70 101.50 147.70 219.60 290.10

80+ 50 96.18 11.20 39.50 65.80 99.30 126.00 150.00 185.30

IGFBP3 in males

Age category

N Mean Minimum 2.5th Pctl Lower

Quartile Median

Upper Quartile

97.5th Pctl Maximum

20-29 52 2879.4 1887.5 1922.0 2510.5 2838.8 3096.5 3959.0 4621.0

30-39 62 2688.7 1238.0 1927.0 2440.0 2651.0 2879.5 3967.5 4142.0

40-49 67 2590.2 1711.0 1966.5 2340.0 2585.5 2769.5 3486.0 3545.0

50-59 95 2547.7 1816.0 1863.0 2288.5 2515.0 2723.5 3514.0 3580.5

60-69 75 2520.1 1204.5 1572.0 2097.5 2474.0 3015.0 3423.5 3802.0

70-79 66 2492.9 1063.5 1631.5 1959.0 2433.8 2867.5 3812.0 3828.5

80+ 50 2499.3 1401.0 1425.0 1893.0 2356.3 3001.0 4570.5 4570.5

IGF1/IGFBP3 molar ratio in males

Age

category N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 52 0.02418 0.00877 0.01389 0.01910 0.02378 0.02939 0.03546 0.03992

30-39 62 0.02147 0.01155 0.01508 0.01730 0.02115 0.02414 0.03407 0.04077

40-49 67 0.01815 0.00907 0.00912 0.01591 0.01725 0.02110 0.02778 0.02963

50-59 95 0.01785 0.01019 0.01108 0.01426 0.01751 0.02050 0.02645 0.02908

60-69 75 0.01671 0.00573 0.00673 0.01308 0.01626 0.01974 0.02973 0.03018

70-79 66 0.01296 0.00376 0.00416 0.00691 0.01219 0.01689 0.02568 0.02935

80+ 50 0.01133 0.00242 0.00388 0.00775 0.01098 0.01355 0.02157 0.02603

21

Tabulka 6: Referenční hodnoty IGF1, IGFBP3, poměr IGF1/IGFBP3 v ČR - ženy

IGF1 in females

Age

category N Mean Minimum

2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 53 188.02 45.26 80.03 143.80 186.10 211.30 359.70 416.00

30-39 58 167.67 71.00 84.72 131.20 161.10 200.40 281.00 315.90

40-49 64 150.55 61.07 66.88 128.40 149.18 167.70 277.40 299.50

50-59 79 135.78 27.03 54.00 96.49 133.90 162.10 249.20 258.20

60-69 75 134.46 29.97 57.80 96.00 130.30 164.00 250.90 283.30

70-79 129 83.55 15.20 16.30 52.90 76.40 112.50 175.80 315.30

80+ 97 74.12 13.30 15.77 39.30 69.30 99.40 170.00 298.10

IGFBP3 in females

Age

category N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 53 3109.8 2334.0 2353.5 2833.5 3043.5 3442.0 3904.0 4332.5

30-39 58 3025.4 1674.0 1961.5 2757.5 3025.5 3348.5 3862.5 4148.5

40-49 64 3044.5 1851.0 2245.5 2700.0 3020.0 3323.0 3910.5 4051.0

50-59 79 2970.0 1379.0 1680.5 2631.0 3014.5 3264.0 3849.0 4085.5

60-69 75 2826.2 2073.0 2135.8 2449.3 2815.5 3145.5 3864.5 3875.5

70-79 129 2513.6 758.5 875.5 1952.8 2531.0 2981.8 4105.5 6760.0

80+ 97 2109.8 775.0 1082.5 1520.5 2076.0 2572.5 3736.0 4341.5

IGF1/IGFBP3 molar ratio in females

Age

category N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 53 0.01674 0.00442 0.00727 0.01280 0.01665 0.01960 0.02726 0.03122

30-39 58 0.01575 0.00738 0.00754 0.01181 0.01455 0.01935 0.02822 0.03218

40-49 64 0.01379 0.00548 0.00720 0.01123 0.01319 0.01562 0.02336 0.02658

50-59 79 0.01362 0.00517 0.00749 0.01024 0.01325 0.01690 0.02221 0.02544

60-69 75 0.01365 0.00355 0.00452 0.00946 0.01427 0.01635 0.02348 0.02359

70-79 129 0.00934 0.00167 0.00247 0.00578 0.00876 0.01146 0.02295 0.04531

80+ 97 0.00965 0.00286 0.00310 0.00623 0.00870 0.01272 0.01812 0.03249

22

Tabulka 7: Referenční hodnoty IGF1, IGFBP3, poměr IGF1/IGFBP3 v ČR – celá populace

IGF1 in the whole population

Age category

N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile 97.5th Pctl Maximum

20-29 105 214.93 45.26 84.43 172.10 207.40 253.60 400.00 416.00

30-39 120 185.74 71.00 90.10 144.47 181.85 223.10 312.50 341.50

40-49 131 159.30 61.07 75.94 132.80 155.50 179.80 268.30 299.50

50-59 174 149.45 27.03 61.40 115.30 148.15 172.60 263.95 339.30

60-69 150 139.00 29.97 49.20 101.80 139.55 171.10 241.20 283.30

70-79 195 92.55 15.20 19.70 55.60 83.90 119.50 199.10 315.30

80+ 147 81.62 11.20 15.77 46.30 74.60 108.90 170.00 298.10

IGFBP3 in the whole population

Age category

N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile

97.5th Pctl Maximum

20-29 105 2995.7 1887.5 2110.5 2734.5 2962.5 3291.5 3959.0 4621.0

30-39 120 2858.7 1238.0 1927.0 2573.5 2820.5 3207.0 3967.5 4148.5

40-49 131 2819.6 1711.0 1966.5 2461.5 2755.5 3188.5 3828.0 4051.0

50-59 174 2776.3 1379.0 1816.0 2448.5 2713.0 3115.0 3731.5 4085.5

60-69 150 2656.2 1204.5 1733.5 2262.0 2650.3 3033.0 3831.0 3875.5

70-79 195 2507.2 758.5 941.5 1959.0 2465.8 2932.0 4068.0 6760.0

80+ 147 2242.6 775.0 1088.5 1672.0 2178.0 2680.0 3913.5 4570.5

IGF1/IGFBP3 molar ratio in the whole population

Age category

N Mean Minimum 2.5th Pctl

Lower Quartile

Median Upper

Quartile

97.5th Pctl Maximum

20-29 105 0.02042 0.00442 0.00740 0.01549 0.01919 0.02518 0.03439 0.03992

30-39 120 0.01858 0.00738 0.00887 0.01454 0.01799 0.02263 0.03218 0.04077

40-49 131 0.01595 0.00548 0.00766 0.01268 0.01562 0.01934 0.02710 0.02963

50-59 174 0.01556 0.00517 0.00757 0.01232 0.01546 0.01879 0.02544 0.02908

60-69 150 0.01535 0.00355 0.00573 0.01161 0.01501 0.01888 0.02876 0.03018

70-79 195 0.01046 0.00167 0.00262 0.00612 0.00938 0.01289 0.02500 0.04531

80+ 147 0.01022 0.00242 0.00310 0.00720 0.00937 0.01289 0.02157 0.03249

23

Graf 1: Lineární regresní model pro IGF1 – muži, ženy

Graf 2: Lineární regresní model pro IGFBP3 – muži, ženy

24

Graf 3: Lineární regresní model pro poměr IGF1/IGFBP3 – muži, ženy

Graf 4: Nelineární regresní modely pro IGF1, IGFBP3 a poměr IGF1/IGFBP3

muži ženy

25

Graf 5: Nelineární regresní modely pro IGFBP3

muži ženy

Graf 6: Nelineární regresní modely pro poměr IGF1/IGFBP3

muži ženy

26

Biomarker měnící se s věkem představuje vždy tak trochu výzvu při

zpracování dat z provedených studií a při tvorbě referenčních hodnot. Také při

porovnávání dvou souborů pacientů s naměřenými hodnotami IGF1 je vždy nutné

provádět pomocí statistických metod pečlivé srovnání věkového rozložení

porovnávaných skupin. Když se věkové složení statisticky významně liší, je nutné

vždy provést věkovou adjustaci naměřených hodnot. Pokud se takový přístup

neuplatňuje, je možné se u takových biomarkerů, jakým je IGF1, snadno dobrat

nesprávných závěrů na správně naměřených výsledcích (31).

3 IGF1 a mechanizmus nádorové transformace (R. Kučera)

Jak již bylo uvedeno v předchozích kapitolách, IGF1 a IGF2 spolu se svými

vazebnými proteiny a specifickými receptory se podílejí na fungování signální dráhy

IGF1.

Z mechanizmu účinku IGF1 na buňky se usuzuje, že vysoké sérové hladiny

IGF1 zvyšují riziko vzniku nádorů a svým dalším působením zvyšují proliferaci a

riziko maligního zvratu. Naproti tomu vysoké hladiny IGFBP3 by měly riziko snižovat

a růst buněk omezovat. Přes vysoký počet provedených studií není ale možné přímo

zkorelovat sérové hladiny IGF1 či IGFBP3 s rozvojem nádoru.

Nezávisle na hladinách IGF1 a IGFBP3 je možné říci, že nádorová

transformace buněk je možná pouze v případě přítomnosti funkčních IGF1R.

Klíčovou úlohu IGF1R v onkogenní transformaci dokládají výsledky pokusů, které

ukazují, že fibroblasty získané z myších embryí zbavené IGF1R, nemohou být

změněny působením některých z řady známých onkogenů. Znovuzavedení

funkčního IGF1R činí buňky opět vnímavé k transformační činnosti onkogenů (32).

Nadměrná exogenní exprese IGF1R ve fibroblastech vede ke vzniku vysoce

transformovaného fenotypu, který způsobuje tvorbu nádorů u nahých myší. Na

druhou stranu, zablokování IGF1R signální dráhy pomocí IGF1R protilátek vede ke

značnému snížení progrese melanomu, karcinomu prsu, karcinomu tlustého střeva,

neuroblastomu a jiných nádorových buněk.

Zajímavé je, že schopnost onkogenů způsobit transformaci závisí na jejich

schopnosti fosforylace IGF1R. Neporušená tyrosin kinázová doména je zásadní

27

podmínkou toho, aby IGF1R vykonával své silné antiapoptotické a transformační

činnosti (33).

Základní podmínky přenosu signálu do buňky tedy jsou:

- přítomnost funkčních receptorů

- neporušená tyrosin kinázová (TK) doména

- fosforylace TK domény

Též jako velmi významná se ukázala autokrinní či parakrinní role IGF1 a IGF2.

Zvýšení místní produkce IGF1 nebo IGF2 nebo jejich kombinace byly zjištěny u

různých nádorových onemocnění a většinou pozitivně korelovaly s progresí nádorů

(34). Co se týče exprese IGF1R je jejich prognostický význam pro riziko nádorových

onemocnění prozatím nejasný v důsledku rozporných výsledků některých studií. Tyto

rozpory mohou být způsobeny rozdílnými metodikami včetně techniky konzervace

tkání, velikostí vzorků a způsobem analýzy dat.

Jiná situace nastává, hodnotíme-li vztah IGF1R k nádorovým metastázám.

IGF1R signalizace hraje důležitou roli v klíčových fázích metastatického procesu jako

je buněčná adheze, migrace, angiogeneze a podpora růstu vzdálených metastáz.

Další in vivo studie ukázaly, že funkční poruchy IGF1R přispívají jednak k potlačení

růstu primárního nádoru a především výrazně napomáhají poklesu nádorových

metastáz. Buňky karcinomu tlustého střeva bez přítomného funkčního IGF1R na

jejich cytoplasmatických membránách nevytvořily jaterní metastázy po přímém

vstřikování do jater, což naznačuje, že IGF1R může regulovat vznik nádorových

metastáz nezávisle na růstu nádoru (35).

Rizikové faktory nádorové transformace v souvislosti s produkcí a

mechanizmem účinku IGF1 tedy můžeme shrnout na:

Extracelulární rizikové faktory

- lokální extrahepatální produkce IGF1

- autokrinní a parakrinní funkce IGF1

- zvýšená sérová hladina IGF1

- intracelulární rizikové faktory

- mutace v signální dráze

- genové mutace

28

4 Systém IGF1 a vybrané nádorové diagnózy

(R. Kučera, O. Topolčan, J. Kinkorová)

Po dohledání a přečtení velkého množství studií jsme zjistili, že téměř u všech

nádorových onemocnění byly sledovány jednotlivé složky signální dráhy IGF1 a to

jak v séru, tak na buněčné úrovni. Vybranými nádory jsme se pak zabývali detailněji.

4.1 Nádory kolorekta

Celá řada studií se věnuje vztahu cirkulujícího IGF1 a kolorektálního

adenomu. Poměrně rozsáhlá multicentrická studie měřila sérové hladiny IGF1 a jeho

vazebných proteinů a současně hladiny C-peptidu jako markeru sekrece inzulínu u

554 nemocných pacientů s adenomem a 786 kontrol s normální endoskopií. Nízké

hladiny IGFBP1 a vysoké sérové hladiny C-peptidu byly statisticky významně spojeny

s rizikem kolorektálního adenomu. IGF1 nehrál v riziku dle této studie žádnou

významnou roli. Tato studie naznačuje, že hyperinzulinémie působí jako etiologický

faktor v kolorektální karcinogenezi (36). Tento fakt není zas tak překvapující

v souvislosti se zjištěním, že IGF1 se dokáže vázat na receptor pro inzulín (IR) a

inzulín se váže na IGF1R. Heterologní ligand má samozřejmě k danému receptoru

nižší afinitu. Dále se IGF1 a inzulín mohou vázat na hybridní receptory tvořené

z poloviny IR a z poloviny IGF1R podjednotkou. Inzulín se tedy stává dalším

významným prvkem vstupujícím do IGF1 signální dráhy (37).

Zajímavé výsledky přineslo sledování hladin IGF1 v závislosti na opakovaném

výskytu kolorektálního adenomu. Sérové hladiny IGF1 byly měřeny při prvním

záchytu adenomu u 299 mužů. Hladiny IGF1 byly významně pozitivně asociovány s

přítomností adenomů. V kontrastu s tímto zjištěním byly koncentrace IGF1 nepřímo

spojené s opakovaným nálezem kolorektálního adenomu. Autoři vyslovují teorii, že

jakmile je odstraněn adenom, vyšší koncentrace IGF1 snižují pravděpodobnost

vzniku nových lézí v konečníku (38). Jiní autoři prokázali u primárního adenomu

zvýšení rizika u vysokého IGF1 a snížení rizika u vysokého IGFBP3. U opakovaného

výskytu adenomu však zjistili autoři nejdelší intervaly relapsů u vysokých hladin

IGFBP3 i IGF1 (39). Správné fungování osy IGF1 bude tedy zřejmě nutné pro

zachování odolnosti buněk tak, jak to bylo prokázáno v případě keratinocytů, což je

podrobněji zmíněno v oddílu pojednávajícím o melanomech.

29

Autoři studie zabývající se hodnocením vztahu rizika vzniku adenomů a

sérových hladin IGFBP3 a rizika vzniku adenomů a tkáňové expese IGFBP3 mRNA

nezjistili žádný významný vztah mezi sérovými hladinami IGFBP3 a rizikem

adenomu, ale nalezli negativní korelaci mezi nižší tkáňovou expresí IGFBP3 mRNA a

rizikem adenomů (40). Stejný tým zveřejnil nedávno práci o zvýšeném riziku

kolorektálního adenomu u pacientů s hyperinzulinémií při snížení IGF1 mRNA a

změnách poměru izoforem inzulinového receptoru IR-A/IR-B ve tkáních (41).

Studie zabývající se expresí IGF1R jako základního prvku pro fungování

signální dráhy IGF1 přinesly zajímavá zjištění. Starší studie uvádí zvýšení exprese

IGF1R během progrese z kolorektálního adenom přes adenokarcinom a metastázy.

IGF1R exprese korelovala se stadiem onemocnění. Novější studie na toto téma

uvádí, že IGF1R je vyjádřen ve vysoké míře v časných stadiích nádorové aberace. U

pokročilých nádorů s nízkou diferenciací byly nalezeny nízké exprese IGF1R (42).

U pacientů s kolorektálním karcinomem bylo zjištěno, že vyšší sérové hladiny

IGFBP3 se nacházejí u pacientů s delším přežitím (43). Jiní autoři poukazují na

spojitost vyšší plazmatické hladiny IGFBP1 a vyšší míry přežití, zatímco hladiny IGF1

a IGFBP3 neměly žádný vztah k délce přežití pacientů (44).

Samostatnou kapitolou jsou pacienti s akromegalií. Zvýšená produkce

růstového hormonu u těchto pacientů způsobuje též zvýšení plazmatických hladin

IGF1. U pacientů s akromegalií se vyskytují ve zvýšené míře adenomatózní polypy

tlustého střeva. Pacienti s akromegalií mají dvojnásobně zvýšené riziko vzniku

karcinomu tlustého střeva (45).

U pacientů léčených růstovým hormonem se vzhledem na mechanizmus

působení IGF1 uvažovalo o možném zvýšeném riziku nádorů střevní sliznice (46).

Zvýšení rizika pro vznik nádorů tlustého střeva u pacientů léčených růstovým

hormonem se však neprokázalo.

4.2 Nádory prsu

Nádory prsu patří k těm nádorům, u kterých je fungování IGF1 systému

nejvíce prostudováno. Pokud porovnáme celou signální soustavu IGF1 u pacientek

s karcinomem prsu a u zdravých žen, tak vidíme, že mnoho součástí osy IGF1

vykazuje změny a to jak v krevním oběhu pacientek s nádory, tak i v nádorové tkáni

samotné.

30

V posledních letech bylo provedeno množství studií s velkými počty nemocných i

zdravých žen, nebo se někteří autoři zaměřili na souhrnné hodnocení výsledků z více

studií.

Někteří autoři nacházejí pozitivní korelaci mezi zvýšenými hladinami IGF1 a

IGFBP3 a rizikem karcinomu prsu u žen před menopauzou (47).

Studie provedená v Austrálii, která zahrnovala 423 případů rakoviny prsu a

1901 kontrol, ukázala, že zvýšená hladina IGF1 a IGFBP3 byla pozitivně spojena s

rizikem rakoviny prsu u pacientek starších než 50 let, ale ne u mladších žen (48).

Evropská studie The European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition

(EPIC), která analyzovala data od 1081 pacientek s rakovinou prsu a 2098 zdravých

žen, došla k závěru, že vysoké hladiny IGF1 nebo IGFBP3 jsou spojeny se 40%

zvýšením rizika rakoviny prsu u žen starších než 50 let, ale ne u mladších žen (49).

Studie provedená na populaci žen v různých oblastech Japonska ukázala

nevýznamnou roli IGF1 v riziku karcinomu prsu. Vyšší hladiny IGFBP3 snižovaly

riziko u žen před menopauzou, u žen po menopauze se žádný vztah k diagnóze

prokázat nepodařilo (50).

Čínští autoři provedli hodnocení dat z téměř stovky studií. Na základě tohoto

zhodnocení došli k závěru, že zvýšené sérové hladiny IGF1 pozitivně korelují se

zvýšeným rizikem karcinomu prsu (51). Americká studie populace žen do 45let

zkoumala závislost hladin IGF1, IGFBP1, IGFBP3, GH a rizika rakoviny prsu, ale

žádné statisticky významné závislosti nalezeny nebyly (52).

Kromě epidemiologických dat se experimentální důkazy též dotýkají role IGF

systému v etiologii rakoviny prsu. Aktivace IGF1R chrání buňky rakoviny prsu před

apoptózou. Gen IGF1R je vysoce vyjádřený v buňkách karcinomu prsu. Přesný

biologický význam však není úplně jasný. Nižší výskyt IGFIR nacházíme v benigních

lézích a normální prsní tkáni v porovnání s maligní tkání. Nicméně ve vysokých

koncentracích byl nalezen IGF1R v tkáních dobře a středně diferencovaných

karcinomů prsu, ale v mnohem nižších koncentracích u špatně diferencovaných

karcinomů. Někteří autoři se domnívají, že vysoké hladiny IGF1R zhoršují prognózu,

zatímco jiní považují vysokou úroveň IGF1R za příznivý prognostický ukazatel.

Hladiny IGF1R byly signifikantně vyšší u nádorů s genetickou mutací supresorového

genu BRCA1 (Breast Cancer 1) ve srovnání s nádory bez této mutace (53, 54).

Hladiny některých komponent signální kaskády IGF, včetně IGF1R, byly častěji

31

zvýšené v normální a nádorové tkáni u žen se silnou rodinnou anamnézou rakoviny

prsu než u žen bez této anamnézy.

Zajímavým zjištěním je, že v buňkách získaných z biopsií nádorů prsu je

možné vysledovat expresi určitých genů jako výsledek působení signální kaskády

IGF1. Exprese IGF1 indukovaných genů významně koreluje s agresivitou nádoru.

Nádorové buňky bylo možno rozdělit do dvou skupin. Ve skupině s vyšší expresí IGF

indukovaných genů bylo přežití významně kratší než ve skupině s expresí nižší (55).

Tato zjištění podporují teorii, kterou vyslovují někteří autoři i v souvislosti s nádory

kolorekta.

ER (estrogen receptor) pozitivní klony buněk měly zvýšenou úroveň IGF1R,

klony ER negativní měly úroveň sníženou. Vysoké hladiny IGF1R vedly k recidivě

karcinomu prsu po radioterapii a mohou též přispívat k rozvoji rezistence na léčbu

Herceptinem (trastuzumab - monoklonální protilátka proti HER2 receptoru) (56).

Zablokování IGF1R vede ke snížení proliferace nádorových buněk karcinomu

prsu. Sledování výchozích hladin IGF1 a IGFBP3 a jejich změn v závislosti na

různých léčebných strategiích karcinomu prsu však neprokázalo jednoznačný vztah

mezi délkou přežití a výchozími hodnotami či jejich změnami v průběhu terapie (57).

4.3 Karcinom prostaty

Množství údajů naznačuje, že signální systém IGF1 hraje důležitou roli při

vzniku a progresi karcinomu prostaty. Vyšší hladiny IGF1 v oběhu zvyšují riziko

karcinomu prostaty, zatímco vyšší koncentrace IGFBP3 riziko snižují (58). Další

studie ukázala, že cirkulující hladiny IGF1 a IGFBP3 byly signifikantně vyšší u

pacientů s karcinomem prostaty oproti zdravým mužům (59). Zajímavým zjištěním je,

že poměr IGF1/PSA měl lepší výpovědní hodnotu ohledně predikce rizika karcinomu

prostaty než samotné měření hladin PSA nebo IGF1 (60). Rozsáhlá britská studie

uvádí, že u pacientů s karcinomem prostaty byly spolu se zvýšeným PSA nalezeny

snížené hladiny IGF2 a IGFBP3. U IGF1 nebyly zjištěny žádné změny hladin při

porovnání se zdravými muži (61).

Studie zaměřené na mechanizmus vzniku karcinomu prostaty poukazují na

významnou roli autokrinní produkce IGF1. Karcinom prostaty vyvolaný vysokými

dávkami testosteronu u potkanů byl podporován zvýšenou autokrinní produkcí IGF1.

Exprese transgenů IGF1 u myší vedla k aktivaci IGF1R a spontánní tvorbě tumorů

32

prostaty (62). Studie 54 bioptických vzorků prostaty nalezla výraznou upregulaci

IGF1R na úrovni proteinů i mRNA v primárním karcinomu prostaty v porovnání

s benigním tumorem prostaty. Též byla nalezena zvýšená exprese inzulin

receptorového substrátu 1(IRS1) v maligních biopsiích (63). Ve 12 spárovaných

biopsiích primárního karcinomu prostaty a následné kostní metastázy byla zjišťována

exprese IGF1R, IRS1 a PTEN. Ve 4 případech byla úroveň exprese IGF1R a IRS1

nižší u metastáz než v primárním nádoru. Ve 3 těchto metastázách nebyla prokázána

přítomnost PTEN. Tento nález byl poměrně neobvyklý, protože v 8 z 12 případů byla

zjištěna nadměrná exprese IGF1R a IRS1 v primární i metastatické biopsii (64).

Studie zaměřená na hledání IGF1R ve zmrazených tkáňových řezech prostaty

nalezla zvýšený výskyt IGF1R v normální prostatické tkáni, ve tkáni karcinomu

prostaty a metastáz, ale nenalezla téměř žádné IGF1R ve tkáni benigních tumorů

prostaty (65).

4.4 Nádory plic

Ve studii provedené v Luisianě v roce 1999 byla sledována sérová hladina

IGF1, IGF2 a IGFBP3 u 204 pacientů s nově diagnostikovanou rakovinou plic a u

218 kontrolních osob. Vysoké hladiny IGF1 byly spojeny se zvýšeným rizikem

rakoviny. Izolované hodnocení hladin IGFBP3 neukázalo žádnou spojitost s rizikem

rakoviny plic. Pokud bylo IGFBP3 hodnoceno společně s IGF1, byly vysoké hladiny

IGFBP3 spojeny s nižším rizikem rakoviny plic. Hladiny IGF2 neměly žádnou

souvislost s rizikem rakoviny plic. Novější studie zabývající se sérovými hladinami

IGF1 a IGFBP3 ve vztahu k riziku nádorů plic zjistila, že zvýšené hladiny IGF1 riziko

významně nemění, ale vyšší hladiny IGFBP3 riziko snižují (66).

U rizika plicních nádorů hraje významnou roli autokrinní a parakrinní působení

IGF1. Při zkoumání vzorků bronchiální tkáně bylo zjištěno, že hladiny IGF1 a IGF2

byly výrazně vyšší ve vzorcích tkáně s vysokým obsahem dysplazií než v těch, které

obsahovaly pouze běžný epitel (67). Tento nález ještě umocňuje zvýšená exprese

IGF1R na buňkách dysplazií. Transformaci buněk výrazně potlačuje inaktivace

IGF1R a tím inhibice účinku IGF1.

Zajímavé výsledky poskytla studie, kdy se autoři zaměřili na zkoumání role

IGF1R při vzniku a rozvoji plicního nádoru. Na zvířecím modelu transgenních myší se

autorům podařilo zvýšenou expresí IGF1R vyvolat změny v plicní tkáni, které vedly

33

k rozvoji nádorů. Při blokaci IGF1R nedošlo k pozitivní odpovědi u všech nádorů, ale

menší část pokračovala nadále v růstu. Tyto nálezy naznačují, že některé nádory,

které jsou iniciovány nadměrnou expresí IGF1R, mohou dalšími mutacemi získat

nezávislost na IGF1R signalizaci (68).

K podobným závěrům dospěla studie prognostického významu exprese

IGF1R u pacientů s nemalobuněčným karcinomem plic (69).

4.5 Melanomy

Sérové hladiny IGF1 a IGFBP3 u maligních melanomů byly zkoumány

v poměrně malém počtu studií. U pacientů s melanomy byly nalezeny jak snížené

hladiny IGF1, tak i zvýšené hladiny. Hladiny IGFBP3 jsou u melanomů popisovány

převážně zvýšené, nicméně jako efektivnější se jeví zkoumání exprese jednotlivých

součástí IGF1 systému přímo ve tkáních (70).

Podle studií prováděných na buněčných kulturách buňky melanomů reagují

v časném nádorovém stadiu na stimulaci pomocí IGF1 zvýšeným přežitím, migrací a

růstem. V pozdně primárních nebo metastatických lézích již není reakce na stimulaci

IGF1 příliš výrazná. Ve studii zkoumající 36 biopsií melanomů byla vysoká exprese

IGF1R spojena se zvýšeným počtem metastáz a kratším přežitím pacientů (71).

Hladina sérového IGF1 též pozitivně koreluje s metastatickým postižením

lymfatických uzlin (72). Tato korelace však není tak silná, jako když zkoumáme

expresi IGF1R přímo ve tkáních.

Pomocí zkoumání signální dráhy IGF1 v klonech melanomových buněk byly

vysvětleny antiapoptotické účinky IGF1 a vliv na ochranu mitochondrií před jejich

funkčním poškozením, což zaručilo melanomovým buňkám odolnost a úspěšné

přežívání (73).

Signální dráha IGF1má však zásadní význam pro zachování správné

odolnosti keratinocytů na ultrafialové záření. Tato odolnost je důležitá pro potlačení

onkogenních transformací v kůži. U stárnoucí kůže nacházíme sníženou expresi

IGF1R, což koreluje s faktem, že 80% rakoviny kůže se vyskytuje u pacientů starších

60ti let. Pokud je IGF1R neaktivní v době UV ozáření, keratinocyty mají menší šanci

na přežití a velké procento z keratinocytů projde apoptózou. Nicméně některé

přežívající keratinocyty s poškozenou DNA se můžou i nadále množit s možností

karcinogenních mutací (74).

34

4.6 Ovariální karcinom

Část autorů uvádí, že zvýšené hladiny IGF1 zvyšují riziko ovariálního

karcinomu, zatímco vyšší hladiny IGFBP3 toto riziko mírně snižují. Určitým předělem

se zdá být věk cca 55 let. Hodnocení hladin IGF1 u žen starších než 55 let nepřineslo

žádné změny rizika v závislosti na hladinách IGF1 a IGFBP3. Na druhou stranu v

několika retrospektivních studiích byly koncentrace IGF1 v séru u žen s maligním

nádorem vaječníků nižší než u kontrolní skupiny (75, 76).

Při experimentech zaměřených na chování signální dráhy IGF1 in vitro se

poměrně často používají klony ovariálních nádorů. Na buněčných klonech

nádorových linií karcinomu vaječníků byla prokázána autokrinní produkce IGF1 a

IGF2 a tvorba IGF1R, čímž se prokázal vznik tzv. autokrinní růstové smyčky. RNA

analýzy odhalily přítomnost IGF1 a IGF1R mRNA ve 100% čerstvě izolovaných

nádorových vzorků. Studie mapující úlohu IGF2 zjistila výrazně vyšší IGF2 mRNA ve

109 vzorcích nádorové tkáně vaječníků ve srovnání s osmi vzorky normální tkáně.

Kromě toho byla vysoká IGF2 genové exprese spojena s pokročilým stadiem

onemocnění a kratším přežitím. Zablokování IGF1R vede ke snížení proliferace

buněk karcinomu ovarií (77).

4.7 Karcinom děložního čípku

U karcinomu děložního čípku byly nalezeny zvýšené hladiny IGF2 a normální

hladiny IGF1. Zvýšené hladiny IGF2 může blokovat IGFBP5. Autoři též popisují

zvýšenou expresi mRNA po stimulaci linií nádorových buněk epidermálním růstovým

faktorem (EGF). Na základě těchto výsledků autoři vyslovili teorii zkříženého

působení systémů IGF a EGF. Autokrinní produkce IGF2 může zprostředkovat

mitogenní účinek EGF v buňkách rakoviny děložního čípku (78).

Významnou roli autokrinní produkce IGF2 v patogenezi karcinomu děložního

čípku potvrzuje studie bioptických vzorků nádorové a normální tkáně. Ve tkáni

karcinomu děložního čípku byly nalezeny významně zvýšené hladiny oproti normální

tkáni. Autoři také nalezli významný vztah mezi IGF2 hladinami u nádorů a metastáz v

pánevních lymfatických uzlinách. Koncentrace IGFBP3 vykazovaly výrazný pokles v

pokročilém stádiu onemocnění (79).

35

4.8 Karcinom žaludku

U pacientů s karcinomem žaludku byly hodnoceny sérové hladiny v čase

zjištění diagnózy. Hladiny IGF1 byly snížené, hladiny IGF2 lehce zvýšené a hladiny

IGFBP3 nevykazovaly žádný rozdíl ve srovnání s kontrolní skupinou (80). V novější

studii 210 případů rakoviny žaludku nepřineslo hodnocení sérových hladin IGF1,

IGF2, a IGFBP3 zjištění žádných významných závislostí co se týče rizika karcinomu

žaludku (81).

Při hodnocení role signální dráhy IGF1 v souvislosti s karcinomem žaludku

bylo zjištěno, že IGF1 signalizace podporuje růst a přežití buněk karcinomu žaludku.

Xenotransplantát lidských buněk karcinomu žaludku do peritonea myší byl sledován

po aplikaci rekombinantního adenoviru, který způsobí expresi okleštěného IGF1R,

který nepřenáší signál do buňky. Zablokováním signální dráhy IGF1 došlo u myší

k výraznému zvýšení apoptózy indukované radioterapií a chemoterapií. Zvýšená

exprese IGF1R ve tkáních karcinomu žaludku je negativním prognostickým faktorem

(82).

4.9 Nádory jater

Téměř všechny hepatocelulární karcinomy se objevují v souvislosti s

chronickým poškozením jater, zánětem a zvýšeným dělením hepatocytů. Následující

regenerační procesy a fibróza vedou k cirhóze jater, při níž se zvyšuje frekvence

mutací v hepatocytech a případně vzniká maligní bujení. Rozvoj hepatocelulárního

karcinomu (HCC) na základě hyperaktivace signální dráhy IGF1 byl jasně prokázán

studiemi na zvířecím modelu (83).

Jaterní buňky produkují IGF1, někteří autoři spojují schopnost jaterních buněk

produkovat IGF1 a tedy měření jeho sérových hladin s mírou jaterního poškození

nádorovým procesem. Studie zaměřená na produkci IGF1 jako parametru poškození

jaterních buněk a prognostického ukazatele u pacientů s HCC prokázala snižování

hladiny IGF1 spolu se závažností onemocnění (84). Studie, která porovnávala

hladiny sérového IGF1 u pacientů s HCC a u pacientů s hepatitidou typu B a C,

odhalila výrazně nižší sérové koncentrace IGF1 u pacientů s HCC (85). Další studie

porovnávala hladiny IGF1 u 65ti pacientů s HCC a skupinou zdravých osob. Výrazně

nižší sérové hladiny IGF1 byly zjištěny u pacientů trpících HCC (86).

36

Ve studii bioptických vzorků pacientů s HCC byla snížená exprese IGFBP1,

IGFBP3 a IGFBP4 (87). V další studii 11 pacientů s hepatoblastomem byla zjištěna

snížená exprese IGFBP1 v nádorové tkáni oproti normální jaterní tkáni. V této studii

bylo dále zjištěno snížení IGFBP2 v nádorové tkáni. Autoři formulovali teorii, že z

důvodu snížené exprese vazebných proteinů je zvýšená nabídka biologicky aktivních

IGF1 a IGF2 a tyto pak potencují proliferační účinky (88).

4.10 Karcinom pankreatu

Ve čtyřech amerických prospektivních studiích bylo zhodnoceno 144 případů

rakoviny slinivky břišní. Byly hodnoceny sérové hladiny IGF1, IGFBP1, IGFBP3 a C-

peptidu jako ukazatele produkce inzulínu. Nízké sérové hladiny IGFBP1 byly

významně spojeny se zvýšeným rizikem rakoviny slinivky (89). Ve finské studii

hodnotili autoři vztah IGF1 a IGFBP3 k rakovině pankreatu u mužů kuřáků (90). Bylo

hodnoceno 93 případů adenokarcinomů u finských mužů - kuřáků ve věku 50-69 let.

Sérové hladiny IGF1 a IGFBP3 byly srovnávány s hladinami u 400 náhodně

vybraných kontrol. Sérové koncentrace IGF1 a IGFBP3 ani poměr IGF1/IGFBP3

nebyl významně spojen s adenokarcinomem pankreatu.

Při studiu IGF1R a jeho signální dráhy ve vztahu k rakovině slinivky byly do

tkáňových kultur buněk karcinomu pankreatu přidány specifické inhibitory IGF1R a

PI3K. Došlo tím k zablokování přenosu signálu v kaskádě PI3K/PKB. Oba inhibitory

způsobily apoptózu v rakovinných buňkách (91).

4.11 Nádory štítné žlázy

U adenomů štítné žlázy jsou popisovány nižší sérové hladiny IGF1 ve

srovnání se zdravou populací (92).

Zvýšená exprese IGF1R koreluje u nádorů štítné žlázy se špatnou prognózou.

U IGF1R nacházíme zjevnou souvislost mezi jejich expresí a diferenciací nádorových

buněk. U dobře a středně diferencovaných karcinomů nacházíme významnou expresi

těchto receptorů, zatímco u anaplastických karcinomů již exprese chybí. Tento jev

autoři vysvětlují tím, že u anaplastických buněk je aktivováno dostatečné množství

signálních prorůstových drah a dráha zprostředkovaná IGF1R již není zapotřebí (93).

37

5 Systém IGF1 a kancerogeneze - vliv dalších faktorů

(R. Kučera, Š. Svobodová)

Jak již bylo popsáno v úvodní kapitole, GH zvyšuje výdej glykogenu z jater a

ve svalech inhibuje vychytávání glukózy a její další využití, což je základem jeho

diabetogenního účinku. GH sice přímo nestimuluje sekreci inzulínu, ale

hyperglykémie, kterou GH samotný a zejména pak prostřednictvím IGF1 vyvolává,

sekundárně stimuluje pankreas a může nakonec vést až k vyčerpání β-buněk a

rozvoji diabetu.

Inzulín je produktem β-buněk Langerhansových ostrůvků pankreatu. Je to

dimer tvořený řetězci A a B, které jsou spojeny dvěma disulfidickými můstky. Inzulín

je generován proteolytickým štěpením z jeho prekurzoru - proinzulínu. Vzniká tak

inzulín a C-peptid, který je využívám diagnosticky, protože jeho biologický poločas

(30 minut) je delší než biologický poločas inzulínu (5-10 minut). V reakci na stimulaci

β-buňky uvolňují inzulín a C-peptid v ekvimolárním množstvím do krve s malými

množstvími proinzulínu. Inzulín je sekretován primárně v závislosti na zvýšené

koncentraci glukózy v krvi. Hlavní funkcí inzulínu je regulovat energetický

metabolizmus stimulují buněčnou proliferaci a anabolické pochody jako funkce

dostupné energie (94).

Vztah růstové signální dráhy IGF1 a zvýšené hladiny inzulínu je v současné

době předmětem zájmu řady studií. Hyperinzulinizmus a následně diabetes, dále

obezita, hypertenze a kardiovaskulární onemocnění jsou atributy metabolického

syndromu, který je v současnosti stále rostoucím zdravotním problémem

v celosvětovém měřítku (95) V poslední době je metabolický syndrom dáván do

souvislosti se zvýšeným rizikem některých druhů nádorových onemocnění. Hledání

takové souvislosti má racionální základ. V současnosti víme, že inzulín a IGF1

dokáží navzájem využívat své receptory či dokonce existují hybridní receptory

IR/IGF1R, jak uvádí Tabulka 4. Je tedy předpoklad, že zvýšené hladiny inzulínu

budou ovlivňovat růstové dráhy v buňce podobným mechanizmem jako IGF1. Různé

signální dráhy se v buňce vzájemně ovlivňují, proto se v současné době zaměřuje

pozornost na „styčné body“ (enzymy a substráty) těchto signálních drah (96) V této

kapitole bychom chtěli stručně zmínit pohled na riziko kancerogeneze z pohledu

38

produkce a využití inzulínu a dalších dvou působků – leptinu a adiponektinu, které

s níže diskutovanou problematikou souvisí.

Leptin je protein tvořený v adipocytech v tukové tkáni. Patří mezi tzv.

adipokiny - takto se souhrnně nazývají látky, které jsou tvořeny tukovými buňkami.

Leptin je prvním objeveným adipokinem. Jeho hlavní funkcí je udržování energetické

rovnováhy. Omezuje příjem potravy a zvyšuje energetický výdej. Sérové hladiny

leptinu korelují se zásobami tuku v organizmu (97). Zvýšené hladiny leptinu začaly

být dávány do souvislosti s rozvojem nádorových onemocnění po zjištění, že leptin

stimuluje buněčnou proliferaci a potlačuje apoptózu stimulací stejných signálních

drah jako IGF1. Leptin je též produkován lokálně ve tkáních a působí též svým

autokrinním a parakrinním efektem. Jako další účinek leptinu bylo popsáno

zprostředkování efektu některých cytokinů a up-regulace signální dráhy VEGF

v některých typech nádorů (98).

Adiponektin je další protein ze skupiny adipokinů. Adiponektin tvoří největší

procento působků tvořených v tukové tkáni. Adiponektin chrání před rozvojem

aterosklerotických změn, potlačuje produkci kyslíkových radikálů při zvýšených

hladinách glukózy, zlepšuje inzulínovou rezistenci ve svalech, snižuje hladinu

adhezivních molekul, má protizánětlivý efekt (99). Adiponektin má antikarcinogenní

účinek. Tento účinek je vysvětlován inhibicí proliferace endoteliálních buněk a

indukcí kaspázou zprostředkované apoptózy, což bylo prokázáno studiemi in-vitro

(100). Stručná charakteristika výše uvedených biomarkerů uvádí Tabulka 8.

Tabulka 8: Základní charakteristika izulínu, leptinu a adiponektinu

Biomarker Molekulová

hmotnost

Počet

aminokyselinFyziologická funkce

Inzulín 5 800 51

Ve svalech aktivace transportu glukózy do buněk, v játrech podpora

tvorby glykogenu, v tukové tkáni podpora tvorby tuků

Leptin 16 200 146 Regulace tukových zásob v organizmu, prorůstový,

antiapoptotické efekt

Adiponektin 180 000 244 Regulace metabolizmu glukózy a procesu oxidaci mastných

39

Schéma 4 znázorňuje mechanizmus, jakým ovlivňují inzulín, IGF1, leptin a

adiponektin proliferační, prorůstové, antiapoptotické nebo na druhé straně

proapoptotické systémy v buňce.

Biologický účinek leptinu, IGF1, inzulínu a adiponektinu je zprostředkován

receptory. Leptin, IGF1 a inzulín aktivují dvě hlavní prorůstové signální dráhy.

Signální dráhu PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/PKB (proteinkinase B) a signální

dráhu ERK (extracellular signal regulated kinases), což je jedna z MAP kinázových

drah (MAPK mitogen activated protein kinases) (101).

IGF1 je hlavní aktivátor těchto signálních drah. Mechanizmus fungování

signální dráhy PI3K/PKB a signální dráhy ERK (extracellular signal regulated

kinases) byl již detailně popsán. V této kapitole můžeme doplnit, že obě dráhy je

možná aktivovat též pomocí inzulínového receptoru a receptoru pro leptin, který je

přítomen v centrálním nervovém systému, ale také v periferních tkáních (102).

Adiponektin zvyšuje využití inzulínu v buňkách podporou účinnosti

inzulínového receptoru. Snížené hladiny adiponektinu vedou k rozvoji inzulínové

rezistence a k chronické hyperinzulinémii. Zvýšené hladiny inzulínu působí společně

s IGF1 zvýšenou stimulaci prorůstových drah, kdy hlavní úlohu hraje receptor pro

IGF1. Adiponektin snižuje též hladinu leptinu a jeho receptoru v neoplastických

buňkách. Adiponektin podporuje apoptózu indukcí enzymu kaspázy. Signální dráhy

PI3K/PKB a ERK naopak kaspázu inhibují a apoptózu tím blokují (103).

40

Schéma 4: Biologický účinek leptinu, IGF1, inzulínu a adiponektinu je zprostředkován receptory. Leptin, IGF1 a inzulín aktivují dvě hlavní prorůstové signální dráhy. Signální dráhu PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/PKB (proteinkinase B) a signální dráhu ERK (extracellular signal regulated kinases), což je jedna z MAP kinázových drah (MAPK mitogen activated protein kinases). Adiponektin zvyšuje využití inzulínu v buňkách podporou účinnosti inzulínového receptoru.

41

6 Blokátory růstových receptorů (R. Kučera, O. Fiala)

V posledních letech byly prozkoumány a detailně popsány funkce signální

dráhy IGF1. Na základě těchto poznatků bylo možné vyvinout inhibitory růstu

zaměřené proti určitým složkám této signální dráhy, které jsou dalším možným

nástrojem onkologické léčby (104). V současné době zatím ještě není žádný

z doposud vyvinutých inhibitorů v klinickém použití. Více než deset nových léčiv je

však ve stadiu klinických zkoušek. Tato nově vyvinutá léčiva je možné rozdělit

v podstatě do tří skupin:

1 - monoklonální protilátky proti IGF1R

2 - monoklonální protilátky proti ligandům IGF1R (tj. proti IGF1 a IGF2)

3 - inhibitory IGF1 receptorové tyrozinkinázy

Klinická účinnost této skupiny inhibitorů byla prokázána u některých vybraných

typů nádorů, avšak řada klinických studií však nedosáhla příliš povzbudivých

výsledků. Možné příčiny neúspěchu tkví ve složitosti receptorového systému IGF1,

kdy je tento částečně sdílen s inzulínem (Tabulka 4) a dále pak existence paralelních

prorůstových drah, které mohou v případě zablokování IGF1R převzít úlohu

přenašečů prorůstových, proliferativních a antiapoptotických signálů (105). Jako

řešení tohoto problému se samozřejmě nabízí možnost kombinace s již známými

inhibitory růstu, které jsou již v klinickém použití. Tyto možnosti kombinací jsou

v současné době též předmětem klinických zkoušek.

6.1 Monoklonální protilátky proti IGF1R

Zkušenosti z klinických studií ukazují poměrně dobrou snášenlivost

monoklonálních protilátek proti IGF1R v monoterapii. Nejčastějším nežádoucím

účinkem byla až u 20% pacientů hyperglykémie. Ve většině případů však byla

zvládnutelná s nasazením perorálních antidiabetik (106).

Zkoušky s povzbudivým výsledkem proběhly u Ewingova sarkomu,

neuroendokrinních nádorů, hepatocelulárního karcinomu a karcinomu prostaty.

42

6.2 Monoklonální protilátky proti ligandům IGF1R

V této skupině je prozatím zaznamenáno poměrně málo zkušeností. Prozatím

jedna studie prokázala dobrou snášenlivost, hyperglykémie se projevila pouze u

dvou pacientů, avšak nebylo dosaženo pozitivní odezvy na léčbu (107). Jako další

možnost využití inhibitorů IGF1 se jeví kombinovaná terapie při léčbě karcinomu

prsu.

6.3 Inhibitory IGF1 receptorové tyrozinkinázy

U této skupiny inhibitorů růstu se v klinických zkouškách objevilo několik

závažnějších nežádoucích účinků ve formě těžší hyperglykémie, ovlivnění srdečního

rytmu a vzestupu jaterních enzymů ALT a AST. Určitých pozitivních výsledků bylo

dosaženo u adrenokortikálních a kolorektálních karcinomů (108). Další možnosti

kombinované terapie se zkoušejí s inhibitory EGFR.

6.4 Kombinace IGF1R inhibitorů s chemoterapií nebo s dalšími inhibitory růstu

Při prohledání medicínské databáze PubMed je možné zjistit, že klinických

zkoušek inhibitorů signální dráhy IGF1 s dalšími onkologickými léčivy je prováděno

poměrně velké množství.

Jedná se o kombinaci s klasickou chemoterapií, dále pak kombinace

s hormonální anti estrogenovou terapií. Co se týká kombinovaných terapií s ostatními

inhibitory růstu, je možné dohledat kombinace s inhibitory EGFR, mTOR a MAPK

inhibitory.

Co se týká výsledků těchto klinických studií, je možné prozatím shrnout tak, že

určitých úspěchů bylo dosaženo, avšak teprve další studie ukáží, zda naděje

vkládané do tohoto typu onkologické léčby na základě slibných výsledků experimentů

provedených in vitro, budou naplněny i při použití v klinické praxi.

43

6.5 Prediktivní markery terapie, indikace a omezení

Zkušenosti s inhibitory růstové dráhy IGF1 ukazují, že zásadní klinický přínos

léčby je omezen na menší skupinu pacientů, která musí být přesně definována.

Zásadním úkolem pro blízkou budoucnost je tedy vymezení identifikačních a

selekčních markerů, které by umožnily individualizaci terapie a tím zajistily její

funkčnost a maximální efektivitu u pacientů, kteří budou podstupovat léčbu tímto

druhem inhibitorů růstu. V současné době bohužel žádné spolehlivé prediktivní

markery pro tento druh terapie neexistují. Je to dáno zřejmě složitostí celého

systému signální dráhy IGF1 a též jejího propojení s ostatními signálními drahami.

Zapojení jiných ligandů (inzulín) nebo aktivace alternativních růstových cest pomocí

EGFR, VEGFR či receptoru pro leptin může způsobit vytvoření rychlé rezistence a

následné selhání léčby.

Předběžné údaje založené na omezeném počtu pacientů potvrzují, že pouze

přísná individualizace terapie zaručí léčebný úspěch. Pokud dokážeme překonat

omezení spočívající v této individualizaci, můžeme říci, že vývoj nových molekul

inhibitorů signální dráhy IGF1 je pozitivním příslibem do budoucna pro řadu pacientů.

44

Seznam zkratek

Některé zkratky uvádíme vysvětlené pouze v angličtině. Je to proto, že zejména

pro intracelulární elementy signálních drah nejsou vžité české ekvivalenty a dle

našich zkušeností pro pochopení příslušného schématu anglické vysvětlivky zcela

postačují.

ACTH - adrenokortikotropní hormon

Akt - proteinkináza B (PKB)

ALT - alaninaminotransferáza

AST - aspartátaminotransferáza

BRCA1 - supresorový gen Breast Cancer 1

CD221 - receptor IGF1 (IGF1R)

CD222 - receptor IGF2 (IGF2R)

CTGF - connective tissue growth factor, lidský tkáňový pojivový růstový faktor

(IGFBP8)

EPIC - Evropská studie The European Prospective Investigation into Cancer and

Nutrition

GH - growth hormone, somatotropin, růstový hormon (STH)

GHRH - growth hormone releasing hormone, somatoliberin

GHIH - growth hormone inhibiting hormone, somatostatin

GHBP - growth hormone binding protein, vazebný protein růstového hormonu

HCC – hepatocelulární karcinom

HER2 - human epidermal growth factor receptor 2

IGF1 - insulin like growth factor 1, inzulínu podobný růstový faktor 1

IGF2 - insulin like growth factor 1, inzulínu podobný růstový faktor 2

IGFBP1 - insulin like growth factor binding protein 1, IGF1 a IGF2 vazebný protein

IGFBP2 - insulin like growth factor binding protein 2, IGF2 vazebný protein

IGFBP3 - insulin like growth factor binding protein 3, IGF1 a IGF2 vazebný protein

IGFBP4 - insulin like growth factor binding protein 4, IGF1 a IGF2 vazebný protein

IGFBP5 - insulin like growth factor binding protein 5, IGF1 a IGF2 vazebný protein

IGFBP6 - insulin like growth factor binding protein 6, IGF2 vazebný protein

45

IGFBP7 - insulin like growth factor binding protein 6, IGF1 a IGF2 vazebný protein,

též možné najít pod původním názvem mac25

IGFBP8 - insulin like growth factor binding protein 6, IGF2 vazebný protein, též

možné najít pod názvem CTGF

IGF1R - receptor IGF1 (CD221)

IGF2R - receptor IGF2 (CD222)

IRS1 - inzulín receptorový substrát

casp - kaspáza

ER - estrogenový receptor

ERK - extracellular signal regulated kinases

EGF - epidermal growth factor, epidermální růstový faktor

EGFR - receptor EGF

FSH - folitropin

IR - inzulínový receptor

IR-A - inzulínový receptor, izoforma A

IR-B - inzulínový receptor, izoforma B

IR-A/IGF1R - hybridní receptor pro inzulín a IGF1

IR-B/IGF1R - hybridní receptor pro inzulín a IGF1

JAK - Janus kinase

LH - lutropin

M6P - manóza-6-fosfát

mac25 - insulin like growth factor binding protein 6, IGF1 a IGF2 vazebný protein

MEK - serine/threonine-specific protein kinase

MAPK - mitogen-activated protein kinase

mRNA – messenger ribonucleic acid

mTOR - mammalian target of rapamycin

p53 - enzym regulující apoptózu

PIP2 - fosfatidylinositol-3,5-biphosphate

PIP3 - fosfatidylinositol-3,5-triphosphate

PI3K - phosphatidylinositol-3-kinase

PDK1 - pyruvate dehydrogenase kinase isozyme 1

PSA - prostatický specifický antigen

PTEN - phosphatase and tensin homolog

PRL - prolaktin

46

PKB - proteinkináza B (Akt)

Raf - rapidly accelerated fibrosarcoma kinase

Ras - small GTPase

STH - somatotropin, growth hormone, růstový hormon (GH)

T3 - trijodtyronin

T4 - tyroxin

TSH - thyroid stimulating hormone, tyreotropní hormon

VEGF - vascular endothelial growth factor, vaskulární endoteliální růstový faktor

VEGFR - VEGF receptor

47

Literatura

1. Nyberg F: Growth hormone in the brain: characteristics of specific brain

targets for the hormone and their functional significance. Front

Neuroendocrinol. 2000 Oct;21(4):330-48.

2. Maruff P, Falleti M: Cognitive function in growth hormone deficiency and

growth hormone replacement. Horm Res. 2005;64 Suppl 3:100-8.

3. Nyberg F, Hallberg M: Growth hormone and cognitive function. Nat Rev

Endocrinol. 2013 Jun;9(6):357-65.

4. Scarth JP: Modulation of the growth hormone-insulin-like growth factor (GH-

IGF) axis by pharmaceutical, nutraceutical and environmental xenobiotics: an

emerging role for xenobiotic-metabolizing enzymes and the transcription

factors regulating their expression. A review. Xenobiotica. 2006 Feb-Mar;3 (2-

3):119-218.

5. Hwa V, Oh Y, Rosenfeld RG: The insulin-like growth factor-binding protein

(IGFBP) superfamily. Endocr. Rev. 1999 20(6): 761–87.

6. Dupont J, LeRoith D., Insulin and insulin-like growth factor I receptors:

similarities and differences in signal transduction, Horm Res. 55 Suppl 2:22-6.

7. Powell-Braxton L, Hollingshead P, Warburton C, Dowd M, Pitts-Meek S,

Dalton D, Gillett N, Stewart TA., IGF-I is required for normal embryonic growth

in mice, Genes Dev. 1993 7:(12B), 2609-2617.

8. DeChiara TM, Efstratiadis A, Robertson EJ., A growth-deficiency phenotype in

heterozygous mice carrying an insulin-like growth factor II gene disrupted by

targeting, Nature 1990; 345(6270):78-80.

9. Iams WT, Lovly CM. Molecular Pathways: Clinical Applications and Future

Direction of Insulin-like Growth Factor-1 Receptor Pathway Blockade. Clin

Cancer Res. 2015 Oct 1;21(19):4270-7.

10. Ben Abdelaziz R, Ben Chehida A, Azzouz H, Boudabbous H, Lascols O, Ben

Turkia H, Tebib N. A novel homozygous missense mutation in the insulin

receptor gene results in an atypical presentation of Rabson-Mendenhall

syndrome. Eur J Med Genet. 2015 Dec 9;59(1):16-19.

11. Riedemann J., Macaulay VM., IGFIR signaling and its inhibition, Endocrine

Related Cancer 2006, Suppl.1:33-43.

48

12. Hishiya A, Ito M, Aburatani H, Motoyama N, Ikeda K, Watanabe K. Ataxia

telangiectasia mutated (Atm) knockout mice as a model of osteopenia due to

impaired bone formation. Bone. 2005 Oct;37(4):497-503.

13. Renehan AG, Zwahlen M, Minder C, O'Dwyer ST, Shalet SM, Egger M.

Insulin-like growth factor (IGF)-I, IGF binding protein-3, and cancer risk:

systematic review and meta-regression analysis. Lancet. 2004;363:1346-

1353.

14. Bruchim I, Sarfstein R, Werner H. The IGF Hormonal Network in Endometrial

Cancer: Functions, Regulation, and Targeting Approaches. Front Endocrinol

(Lausanne). 2014 May 19;5:76.Werner H, LeRoith D. The role of the insulin-

like growth factor system in human cancer. Adv Cancer Res. 1996;68:183-

223.

15. McCampbell AS, Broaddus RR, Loose DS, Davies PJ. Overexpression of the

insulin-like growth factor I receptor and activation of the AKT pathway in

hyperplastic endometrium. Clin Cancer Res, Nov 1;12(21):6373-8, 2006.

16. Monti S., Proietti-Pannunzi L., Sciarra A., Lolli F., Falasca P., Poggi M., Celi

FS., Toscano V., The IGF axis in prostate cancer. 2007, Curr Pharm Des

13:719-27. Samani AA, Yakar S, LeRoith D, Brodt P. The role of the IGF

system in cancer growth and metastasis: overview and recent insights. Endocr

Rev. 2007;28:20-47.

17. Vorwerk P, Wex H, Hohmann B, Mohnike K, Schmidt U, Mittler U. Expression

of components of the IGF signalling system in childhood acute lymphoblastic

leukaemia. Mol Pathol. 2002.

18. Sutherland BW, Knoblaugh SE, Kaplan-Lefko PJ, Wang F, Holzenberger M,

Greenberg NM. Conditional deletion of insulin-like growth factor-I receptor in

prostate epithelium. Cancer Res. 2008 May 1;68(9):3495-504.

19. Mari D. Role of the IGF/insulin system in longevity. Minerva Endocrinol

2011;36:181-5.

20. Bartke A, Brown-Borg H. Life extension in the dwarf mouse. Curr Top Dev

Biol. 2004;63:189-225.

21. Leite DB, Meirelles RM, Mandarim-de-Lacerda CA, Matos HJ, Bernardo-Filho

M. Serum insulin-like growth factor-I adult reference values for an automated

chemiluminescence immunoassay system. Afr. J Biotechnol 2011;10:18027-

33.

49

22. Friedrich N, Alte D, Völzke H, Spilcke-Liss E, Lüdemann J, Lerch MM, et al.

Reference ranges of serum IGF-1 and IGFBP-3 levels in a general adult

population: Results of the Study of Health in Pomerania (SHIP). Growth Horm

IGF Res 2008;18:228-37.

23. Sandhu MS, Dunger DB, Giovannucci EL. Insulin, insulin-like growth factor-I

(IGF-I), IGF binding proteins, their biologic interactions, and colorectal cancer.

J Natl Cancer Inst. 2002 Jul 3;94(13):972-80.

24. Alberti C, Chevenne D, Mercat I, Josserand E, Armoogum-Boizeau P, Tichet

J, Léger J. Serum concentrations of insulin-like growth factor (IGF)-1 and IGF

binding protein-3 (IGFBP-3), IGF-1/IGFBP-3 ratio, and markers of bone

turnover: reference values for French children and adolescents and z-score

comparability with other references. Clin Chem. 2011 Oct;57(10):1424-35.

25. Rosario PW. Normal values of serum IGF-1 in adults: results from a Brazilian

population. Arq Bras Endocrinol Metabol 2010;54(5):477-81.

26. Kucera R, Topolcan O, Pecen L, Kinkorova J, Svobodova S, Windrichova J,

Fuchsova R. Reference values of IGF1, IGFBP3 and IGF1/IGFBP3 ratio in

adult population in the Czech Republic. Clin Chim Acta. 2015 Apr 15;444:271.

27. Friedrich N, Wolthers OD, Arafat AM, Emeny RT, Spranger J, Roswall J,

Kratzsch J, Grabe HJ, Hübener C, Pfeiffer AF, Döring A, Bielohuby M,

Dahlgren J, Frystyk J, Wallaschofski H, Bidlingmaier M. Age- and sex-specific

reference intervals across life span for insulin-like growth factor binding protein

3 (IGFBP-3) and the IGF-I to IGFBP-3 ratio measured by new automated

chemiluminescence assays. J Clin Endocrinol Metab 2014;99:1675-86.

28. Guven B, Can M, Mungan G, Acіkgoz S. Reference values for serum levels of

insulin-like growth factor 1 (IGF-1) and IGF-binding protein 3 (IGFBP-3) in the

West Black Sea region of Turkey. Scand J Clin Lab Invest 2013;73:135-40.

29. Lin CM, Huang YL, Lin ZY. Influence of gender on serum growth hormone,

insulin-like growth factor-I and its binding protein-3 during aging. Yonsei Med J

2009;50:407-13.

30. Wright EM, Royston P. Simplified estimation of age-specific reference interval

for skewed data. Stat Med 1997;16:2785-803.

31. Kucera R, Cerna M, Narsanska A, Svobodova S, Strakova M, Vrzalova J,

Fuchsova R, Treskova I, Kydlicek T, Treska V, Pecen L, Topolcan O, Pazdiora

50

P. Growth factors and breast tumors, comparison of selected growth factors

with traditional tumor markers. Anticancer Res. 2011 Dec;31(12):4653-6.

32. Ketha H, Singh RJ. Clinical assays for quantitation of insulin-like-growth-

factor-1 (IGF1). Methods. 2015 Jun 15;81:93-8.

33. Bach LA. Endothelial cells and the IGF system. J Mol Endocrinol. 2015

Feb;54(1):R1-13.

34. Liu X, Resch J, Rush T, Lobner D. Functional upregulation of system xc- by

fibroblast growth factor-2. Neuropharmacology. 2012 Feb;62(2):901-6.

35. Peterson JE, Kulik G, Jelinek T, Reuter CW, Shannon JA, Weber MJ. Src

phosphorylates the insulin-like growth factor type I receptor on the

autophosphorylation sites. Requirement for transformation by src. J Biol

Chem. 1996 Dec 6;271(49):31562–31571.

36. Samani AA, Yakar S, LeRoith D, Brodt P. The role of the IGF system in cancer

growth and metastasis: overview and recent insights. Endocr Rev.

2007;28:20–47.

37. Schnarr B, Strunz K, Ohsam J, Benner A, Wacker J, Mayer D. Down-

regulation of insulin-like growth factor-I receptor and insulin receptor substrate-

1 expression in advanced human breast cancer. Int J Cancer. 2000;89:506–

513.

38. Le Marchand L, Wang H, Rinaldi S, Kaaks R, Vogt TM, Yokochi L, Decker R.,

Associations of plasma C-peptide and IGFBP-1 levels with risk of colorectal

adenoma in a multiethnic population., Cancer Epidemiol Biomarkers

Prev.Jun;19(6):1471-7.Epub, 2010.

39. Nakae J., Kido Y., Accili D., Distinct and overlapping functions of insulin and

IGF-I receptors, Endocrine Rev 22:818-835, 2001.

40. Jacobs CI.., A review of the role of insulin-like growth factor 2 in malignancy

and its potential as a modifier of radiation sensitivity., Clin Oncol.,

Jun;20(5):345-52., 2008.

41. Flood A, Mai V, Pfeiffer R, Kahle L, Remaley AT, Rosen CJ, Lanza E,

Schatzkin A., The effects of a high-fruit and -vegetable, high-fiber, low-fat

dietary intervention on serum concentrations of insulin, glucose, IGF-I and

IGFBP-3., Eur J Clin Nutr. Feb;62(2):186-196, 2008.

42. Santoro MA, Andres SF, Galanko JA, Sandler RS, Keku TO, Lund PK.

Reduced insulin-like growth factor I receptor and altered insulin receptor

51

isoform mRNAs in normal mucosa predict colorectal adenoma risk. Cancer

Epidemiol Biomarkers Prev. 2014 Oct;23(10):2093-100.

43. Allison AS, McIntyre MA, McArdle C, Habib FK., The insulin-like growth factor

type 1 receptor and colorectal neoplasia: insights into invasion, Hum Pathol.

2007 Nov;38(11):1590-602.

44. Haydon AM, Macinnis RJ, English DR, Morris H, Giles GG. Physical activity,

insulin-like growth factor 1, insulin-like growth factor binding protein 3, and

survival from colorectal cancer. Gut. 2006 May;55(5):689-94.

45. Wolpin BM, et al. Circulating insulin-like growth factor binding protein-1 and

the risk of pancreatic cancer. Cancer Res. 2007;67:7923–8.

46. Renehan AG, Brennan BM., Acromegaly, growth hormone and cancer

risk.,Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2008:22(4):639-57.

47. Sugumar A, Liu YC, Xia Q, Koh YS, Matsuo K., Insulin-like growth factor

(IGF)-I and IGF-binding protein 3 and the risk of premenopausal breast

cancer: a meta-analysis of literature., Int J Cancer 2004, 111(2):293-7.

48. Baglietto L, English DR, Hopper JL, Morris HA, Tilley WD, Giles GG.,

Circulating insulin-like growth factor-I and binding protein-3 and the risk of

breast cancer., Cancer Epidemiol Biomarkers 2007,16(4):763-8.

49. Rinaldi S, and all., IGF-I, IGFBP-3 and breast cancer risk in women: The

European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)., Endocr

Relat Cancer 2006,13(2):593-605.

50. Sakauchi F, Nojima M, Mori M, Wakai K, Suzuki S, Tamakoshi A, Ito Y,

Watanabe Y, Inaba Y, Tajima K, Nakachi K., Serum insulin-like growth factors

I and II, insulin-like growth factor binding protein-3 and risk of breast cancer in

the Japan Collaborative Cohort study. Asian Pac J Cancer 2009,10 Suppl:51-

5.

51. Chen W, Wang S, Tian T, Bai J, Hu Z, Xu Y, Dong J, Chen F, Wang X, Shen

H. Phenotypes and genotypes of insulin-like growth factor 1, IGF-binding

protein-3 and cancer risk: evidence from 96 studies. Eur J Hum Genet. 2009

Dec;17(12):1668-75.

52. Schernhammer ES, Holly JM, Hunter DJ, Pollak MN, Hankinson SE. Insulin-

like growth factor-I, its binding proteins (IGFBP-1 and IGFBP-3), and growth

hormone and breast cancer risk in The Nurses Health Study II. Endocr Relat

Cancer. 2006, 13(2):583-92.

52

53. Maor S, Mayer D, Yarden RI, Lee AV, Sarfstein R, Werner H, Papa MZ.,

Estrogen receptor regulates insulin-like growth factor-I receptor gene

expression in breast tumor cells: involvement of transcription factor Sp1, J

Endocrinol. 2006, 191(3):605-12.

54. Maor S., Yosepoxich A, and all., Elevated insulin-like growth factor-I receptor

(IGF-IR) levels in primary breast cancer tumours associated with BSCA1

mutations., Cancer Lett 2007, 257:236-43.

55. Rajski M, Zanetti-Dällenbach R, Vogel B, Herrmann R, Rochlitz C, Buess M.,

IGF-I induced genes in stromal fibroblasts predict the clinical outcome of

breast and lung cancer patients, BMC Med. 2010, 5;8-11.

56. Werner H, Bruchim I., Basic and clinical significance of IGF-I-induced

signatures in cancer., BMC Med. 2010, 5;18-22.

57. Chapman JA, Pritchard KI, Goss PE, Ingle JN, Muss HB, Dent SF,

Vandenberg TA, Findlay B, Gelmon KA, Wilson CF, Shepherd LE, Pollak MN.

Competing risks of death in younger and older postmenopausal breast cancer

patients. World J Clin Oncol. 2014 Dec 10;5(5):1088-96.

58. Monti S., Proietti-Pannunzi L., Sciarra A., Lolli F., Falasca P., Poggi M., Celi

FS., Toscano V., The IGF axis in prostate cancer., Curr Pharm Des 13:719-27,

2007.

59. Shi R, Berkel HJ, Yu H., Insulin-like growth factor-I and prostate cancer: a

meta-analysis., Br J Cancer.;85(7):991-6., 2001.

60. Djavan B, Bursa B, Seitz C, Soeregi G, Remzi M, Basharkhah A, Wolfram R,

Marberger M., Insulin-like growth factor 1 (IGF-1), IGF-1 density, and IGF-

1/PSA ratio for prostate cancer detection., Urology.;54(4):603-6. 1999.

61. Rowlands MA, Gunnell D, Harris R, Vatten LJ, Holly JM, Martin RM.,

Circulating insulin-like growth factor peptides and prostate cancer risk: a

systematic review and meta-analysis, Int J Cancer.;124(10):2416-29. Review,

2009.

62. Weiss S, Henle P, Bidlingmaier M, Moghaddam A, Kasten P, Zimmermann G.,

Systemic response of the GH/IGF-I axis in timely versus delayed fracture

healing, Growth Horm IGF Res.;18(3):205-12., 2008.

63. Yakar S, LeRoith D, Brodt P. The role of the growth hormone/insulin-like

growth factor axis in tumor growth and progression: lessons from animal

models. Cytokine & Growth Factor Reviews. 2005;16:407–420.

53

64. Nickerson T, Chang F, Lorimer D, Smeekens SP, Sawyers CL, Pollak M. In

vivo progression of LAPC-9 and LNCaP prostate cancer models to androgen

independence is associated with increased expression of insulin-like growth

factor I (IGF-I) and IGF-I receptor (IGF-IR) Cancer Res. 2001;61(16):6276–

6280.

65. Ryan CJ, Haqq CM, Simko J, Nonaka DF, Chan JM, Weinberg V, Small EJ,

Goldfine ID., Expression of insulin-like growth factor-1 receptor in local and

metastatic prostate cancer, Urol Oncol. 2007, 25(2):134-40.

66. Chen B, Liu S, Xu W, Wang X, Zhao W, Wu J., IGF-I and IGFBP-3 and the

risk of lung cancer: a meta-analysis based on nested case-control studies., J

Exp Clin Cancer Res. 2009, 24;28:89.

67. Kim SY, Toretsky JA, Scher D, Helman LJ., The role of IGF-1R in pediatric

malignancies, Oncologist.;14(1):83-91 Review, 2009.

68. Linnerth NM, Siwicky MD, Campbell CI, Watson KL, Petrik JJ, Whitsett JA,

Moorehead RA., Type I insulin-like growth factor receptor induces pulmonary

tumorigenesis., Neoplasia.;11(7):672-82., 2009.

69. Dilli UD, Yildırim M, Suren D, Alikanoglu A, Kaya V, Goktas S, Yildiz M, Sezer

C, Gunduz S. Lack of any prognostic role of insulin-like growth factor-1

receptor in non-small cell lung cancer. Asian Pac J Cancer Prev.

2014;15(14):5753-7.

70. Park SL, Setiawan VW, Kanetsky PA, Zhang ZF, Wilkens LR, Kolonel LN, Le

Marchand L. Serum insulin-like growth factor-I and insulin-like growth factor

binding protein-3 levels with risk of malignant melanoma. Cancer Causes

Control. 2011 Sep;22(9):1267-75.

71. All-Ericsson C, Girnita L, Seregard S, Bartolazzi A, Jager MJ, Larsson O.,

Insulin-like growth factor-1 receptor in uveal melanoma: a predictor for

metastatic disease and a potential therapeutic target., Invest Ophthalmol Vis

Sci. ;43(1):1-8., 2002.

72. Kucera R, Treskova I, Vrzalova J, Svobodova S, Topolcan O, Fuchsova R,

Rousarova M, Treska V, Kydlicek T. Evaluation of IGF1 serum levels in

malignant melanoma and healthy subjects. Anticancer Res. 2014

Sep;34(9):5217-20.

73. Hilmi C, Larribere L, Giuliano S, Bille K, Ortonne JP, Ballotti R, Bertolotto C.

IGF1 promotes resistance to apoptosis in melanoma cells through an

54

increased expression of BCL2, BCL-X(L), and survivin. J Invest Dermatol.

2008 Jun;128(6):1499-505.

74. Lewis DA, Travers JB, Somani AK, Spandau DF., The IGF-1/IGF-1R signaling

axis in the skin: a new role for the dermis in aging-associated skin cancer,

Oncogene.;29(10):1475-85., 2010.

75. Lukanova A, Lundin E, Toniolo P, Micheli A, Akhmedkhanov A, Rinaldi S, Muti

P, Lenner P, Biessy C, Krogh V, Zeleniuch-Jacquotte A, Berrino F, Hallmans

G, Riboli E, Kaaks R., Circulating levels of insulin-like growth factor-I and risk

of ovarian cancer., Int J Cancer. 2002, 20;101(6):549-54.

76. Peeters PH, Lukanova A, Allen N, Berrino F, Key T, and. all., Serum IGF-I, its

major binding protein (IGFBP-3) and epithelial ovarian cancer risk: the

European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC), Endocr

Relat Cancer. 2007, 14(1):81-90.

77. Gotlieb WH, Bruchim I, Gu J, Shi Y, Camirand A, Blouin MJ, Zhao Y, Pollak

MN.,Insulin-like growth factor receptor I targeting in epithelial ovarian cancer,

Gynecol Oncol. 2006, 100(2):389-96.

78. Steller MA, Delgado CH, Bartels CJ, Woodworth CD, Zou Z., Overexpression

of the insulin-like growth factor-1 receptor and autocrine stimulation in human

cervical cancer cells., Cancer Res.;56(8):1761-5.,1996.

79. Mathur SP, Mathur RS, Gray EA, Lane D, Underwood PG, Kohler M,

Creasman WT., Serum vascular endothelial growth factor C (VEGF-C) as a

specific biomarker for advanced cervical cancer: Relationship to insulin-like

growth factor II (IGF-II), IGF binding protein 3 (IGF-BP3) and VEGF-A,

Gynecol Oncol.;98(3):467-83. 2005.

80. Yi HK, Hwang PH, Yang DH, Kang CW, Lee DY. Expression of the insulin-like

growth factors (IGFs) and the IGF-binding proteins (IGFBPs) in human gastric

cancer cells. Eur J Cancer.;37:2257–2263., 2001.

81. Yatsuya H, Toyoshima H, Tamakoshi K, Tamakoshi A, Kondo T, Hayakawa N,

Sakata K, Kikuchi S, Hoshiyama Y, Fujino Y, Mizoue T, Tokui N, Yoshimura

T., Serum levels of insulin-like growth factor I, II, and binding protein 3,

transforming growth factor beta-1, soluble fas ligand and superoxide

dismutase activity in stomach cancer cases and their controls in the JACC

Study. J Epidemiol;15 Suppl 2:S120-5., 2005.

55

82. Matsubara J, Yamada Y, Nakajima TE, Kato K, Hamaguchi T, Shirao K,

Shimada Y, Shimoda T., Clinical significance of insulin-like growth factor type

1 receptor and epidermal growth factor receptor in patients with advanced

gastric cancer, Oncology.;74(1-2):76-83, 2008.

83. Chung W, Kim M, de la Monte S, Longato L, Carlson R, Slagle BL, Dong X,

Wands JR. Activation of signal transduction pathways during hepatic

oncogenesis. Cancer Lett. 2015 Oct 1. pii: S0304-3835(15)00607-2.

84. Kaseb AO, Abbruzzese JL, Vauthey JN, Aloia TA, Abdalla EK, Hassan MM,

Lin E, Xiao L, El-Deeb AS, Rashid A, Morris JS. I-CLIP: improved stratification

of advanced hepatocellular carcinoma patients by integrating plasma IGF-1

into CLIP score. Oncology. 2011;80(5-6):373-81.

85. Stuver SO, Kuper H, Tzonou A, Lagiou P, Spanos E, Hsieh CC, Mantzoros C,

Trichopoulos D. Insulin-like growth factor 1 in hepatocellular carcinoma and

metastatic liver cancer in men. Int J Cancer. 2000;87:118–121.

86. Su WW, Lee KT, Yeh YT, Soon MS, Wang CL, Yu ML, Wang SN. Association

of circulating insulin-like growth factor 1 with hepatocellular carcinoma: one

cross-sectional correlation study. J Clin Lab Anal. 2010;24:195–200.

87. Luo SM, Tan WM, Deng WX, Zhuang SM, Luo JW. Expression of albumin,

IGF-1, IGFBP-3 in tumor tissues and adjacent non-tumor tissues of

hepatocellular carcinoma patients with cirrhosis. World J Gastroenterol.

2005;11:4272–4276.

88. Gray SG, Eriksson T, Ekström C, Holm S, von Schweinitz D, Kogner P,

Sandstedt B, Pietsch T, Ekström TJ., Altered expression of members of the

IGF-axis in hepatoblastomas, Br J Cancer.;82(9):1561-7., 2000.

89. Wolpin BM, Michaud DS, Giovannucci EL, Schernhammer ES, Stampfer MJ,

Manson JE, Cochrane BB, Rohan TE, Ma J, Pollak MN, Fuchs CS. Circulating

insulin-like growth factor axis and the risk of pancreatic cancer in four

prospective cohorts. Br J Cancer. 2007 Jul 2;97(1):98-104.

90. Stolzenberg-Solomon RZ, Limburg P, Pollak M, Taylor PR, Virtamo J, Albanes

D. Insulin-like growth factor (IGF)-1, IGF-binding protein-3, and pancreatic

cancer in male smokers. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2004

Mar;13(3):438-44.

56

91. Tomizawa M, Shinozaki F, Sugiyama T, Yamamoto S, Sueishi M, Yoshida T.,

Insulin-like growth factor-I receptor in proliferation and motility of pancreatic

cancer, World J Gastroenterol. 2010, 16:1854-8.

92. Vesely D, Astl J, Lastuvka P, Matucha P, Sterzl I, Betka J., Serum levels of

IGF-I, HGF, TGFbeta1, bFGF and VEGF in thyroid gland tumors, Physiol Res.

2004, 53(1):83-9.

93. Chakravarty G, Santillan AA, Galer C, Adams HP, El-Naggar AK, Jasser SA,

Mohsin S, Mondal D, Clayman GL, Myers JN., Phosphorylated insulin like

growth factor-I receptor expression and its clinico-pathological significance in

histologic subtypes of human thyroid cancer, Exp Biol Med. 2009, 234(4):372-

83.

94. Rhodes, Ch.J., Shoelson, S., Halban, P.A.: Insulin biosynthesis, processing,

and chemistry. In: Joslin´s Diabetes mellitus. Eds.: Kahn CR. et al., Lippincott

Williams&Wilkins, Philadelphia, 2005, 66-82.

95. Calle EE, Rodriguez C, Walker-Thurmond K, Thun MJ: Overweight, obesity,

and mortality from cancer in a prospectively studied cohort of U.S. adults. N

Engl J Med. 2003 Apr 24;348(17):1625-38.

96. Harish K, Dharmalingam M, Himanshu M.: Study Protocol: insulin and its role

in cancer. BMC Endocr Disord. 2007, Oct 22;7-10.

97. Ambati S., Kim H. K., Yang J. Y. Effects of leptin on apoptosis and

adipogenesis in 3T3-L1 adipocytes. Biochemical pharmacology , 2007, 73:

378 – 384.

98. Gonzalez-Perez RR, Xu Y, Guo S, Watters A, Zhou W, Leibovich SJ. Leptin

upregulates VEGF in breast cancer via canonic and non-canonical signalling

pathways and NFkappaB/HIF-1alpha activation. Cell Signal. 2010;22:1350-62

99. Gable D. R., Hurel S.J., Humphries S.E. Adiponectin and its gene variants as

risk factors for insulin resistance, the metabolic syndrome and cardiovascular

disease. Atherosclerosis, 2006, 188: 231–244.

100. Brakenhielm E, Veitonmaki N, Cao R, Kihara S, Matsuzawa Y, Zhivotovsky B,

Funahashi T, Cao Y: Adiponectin-induced antiangiogenesis and antitumor

activity involve caspase-mediated endothelial cell apoptosis. Proc Natl Acad

Sci. 2004, 101: 2476–2481.

57

101. Sutherland BW, Knoblaugh SE, Kaplan-Lefko PJ, Wang F, Holzenberger M,

Greenberg NM., Conditional deletion of insulin-like growth factor-I receptor in

prostate epithelium, Cancer Res. 2008, 68(9):3495-504.

102. Endo H, Hosono K, Uchiyama T, Sakai E, Sugiyama M, Takahashi H,

Nakajima N, Wada K, Takeda K, Nakagama H, Nakajima A. Leptin acts as a

growth factor for colorectal tumours at stages subsequent to tumour initiation

in murine colon carcinogenesis. Gut. 2011, 60(10): 1363-71.

103. Nishida M., Funahashi T and ShimomuraI.: Pathophysiological significance of

adiponectin. Med Mol Morphol. 2007, 40:55–67.

104. Pollak M. Insulin and insulin-like growth factor signalling in neoplasia. Nat Rev

Cancer. 2008;8:915–928.

105. Frasca F, Pandini G, Sciacca L, et al. et al. The role of insulin receptors and

IGF-I receptors in cancer and other diseases. Arch Physiol Biochem.

2008;114:23–37.

106. Tolcher AW, Sarantopoulos J, Patnaik A, et al. et al. A phase I

pharmacokinetic and pharmacodynamic study of AMG 479, a fully human

monoclonal antibody against insulin-like growth factor type 1 receptor. J Clin

Oncol. 2009;27:5800–5807.

107. Haluska P, Huang J, Lam B, et al. et al. MEDI-573 as a novel approach to

IGF-1R and IR-A signaling inhibition by blocking IGF ligands: Phase I PK/PD,

safety data, and disease linkage studies in breast cancer. J Clin Oncol.

2011;29(suppl 27):abstr 271.

108. Carden CP, Frentzas S, Langham M, et al. et al. Preliminary activity in

adrenocortical tumor (ACC) in phase I dose escalation study of intermittent

oral dosing of OSI-906, a small-molecule insulin-like growth factor-1 receptor

(IGF-1R) tyrosine kinase inhibitor in patients with advanced solid tumors. J

Clin Oncol. 2009;27(suppl):abstr 3544.