Ozadje: Rak endometrija (EC) in rak jajčnikov (OC) sta šesti oziroma sedmi najpogosteje diagnosticirani obliki raka pri ženskah po svetu, pri čemer incidenca narašča zaradi demografskih sprememb. Oba raka najpogosteje prizadeneta ženske po menopavzi, v zgodnjih do srednjih šestdesetih letih. EC praviloma omogoča boljše preživetje, medtem ko OC, zlasti serozni karcinom visokega gradusa (HGSOC), pogosto diagnosticirajo v napredovalem stadiju, kar vodi v slabši izid in pogosto kemorezistenco. Trenutno obstaja velika potreba po natančnejših, cenovno sprejemljivih orodjih triaže, zgodnjih in manj invazivnih diagnostičnih metodah, zanesljivih prognostičnih označevalcih ter novih terapevtskih tarčah za obe vrsti raka. Vloga steroidnih hormonov v patofiziologiji EC in OC je bila doslej slabo raziskana, vendar steroidni hormoni pridobivajo vse več pozornosti zaradi vpliva na protitumorsko imunost in kemorezistenco. Naša in druge raziskovalne skupine so pokazale, da tako EC kot HGSOC izražata gene encimov, vključenih v sintezo in metabolizem steroidov, in njihove receptorje, kar omogoča sintezo in delovanje v tumorskih celicah, ki lahko vplivata na lokalni prenos signala hormonov in posledično na signalne poti in odziv tumorskih celic. V doktorski disertaciji smo se osredotočili na skupino steroidnih hormonov – androgene in njihove 11-oksigenirane derivate, tj. 11-oksiandrogene. Sistematično smo preučili: (i) lokalni metabolizem prekurzorjev androgenov in 11-oksiandrogenov v dobro okarakteriziranih celičnih modelih; (ii) transkriptomske in metabolomske učinke aktivnih androgenov in 11-oksiandrogenov v celičnih modelih, skupaj z napovedno vrednostjo encimov, vključenih v metabolizem steroidov, in steroidnih receptorjev v tumorskem tkivu; ter (iii) diagnostični potencial teh steroidov pri razlikovanju EC in OC od benignih patologij endometrija in jajčnikov.
Metode: Uporabili smo štiri celične linije EC in šest celičnih linij HGSOC ter kontrolne linije, pridobljene iz normalnega endometrijskega epitela in površinskega epitela jajčnikov. Za preučevanje lokalnega metabolizma androgenov smo izvedli kvantitativno analizo izraženosti genov ključnih encimov, vključenih v metabolizem klasičnih androgenov, in 11-oksiandrogenov, ter inkubirali celične linije s fiziološko relevantnimi koncentracijami prekurzorjev androgenov (dehidroepiandrosteron sulfat (DHEAS), dehidroepiandrosteron (DHEA) in androstendion (A4)) ter prekurzorjev 11-oksiandrogenov (11β-hidroksiandrostendion (11OHA4) in 11-ketoandrostendion (11KA4)). Nastale steroide smo identificirali in kvantificirali s tekočinsko kromatografijo sklopljeno z masno spektrometrijo (LC-MS/MS). Za funkcionalno oceno učinkov androgenov smo izbrane celične linije EC in HGSOC inkubirali z biološko aktivnimi klasičnimi in 11-oksiandrogeni, nato pa izvedli netarčno transkriptomsko analizo (RNA sekvenciranje) ter metabolomsko analizo z jedrsko magnetno resonanco (NMR). Poleg tega smo analizirali javno dostopne baze podatkov, da bi ocenili izražanje genov ključnih encimov, vključenih v metabolizem steroidov, in steroidnih receptorjev v tumorjih EC in HGSOC ter njihovo povezavo s preživetjem bolnic. Na koncu smo izvedli dve prospektivni klinični študiji za oceno diagnostičnega potenciala sistemskih steroidov pri EC in OC. Ravni serumskih steroidov smo določili z LC-MS/MS, njihov diagnostični potencial pa ocenili z metodami strojnega učenja.
Rezultati: (i) Pri obeh vrstah raka, tako EC kot HGSOC, prekurzorji androgenov niso omogočali tvorbe 11-oksiandrogenov zaradi odsotnosti izražanja gena CYP11B1 v vseh celičnih linijah. Poleg tega sta bila DHEAS in DHEA omejena vira bioaktivnih androgenov, testosterona (T) in 5α-dihidrotestosterona (DHT), in sicer predvsem zaradi nizke izraženosti genov HSD3B1/2, kar je najverjetneje povzročilo pretvorbo DHEA v alternativne metabolite, kot je 5α-androstendiol (prek reduktivnih HSD17B encimov), ali oksigenirane derivate (prek CYP3B izooblik). Med celičnimi linijami je model EC nizkega gradusa RL95-2 izkazoval najvišjo sposobnost pretvorbe DHEAS in DHEA v T. Pri HGSOC sta celična linija primarnega HGSOC Caov-3 in kontrolna linija HIO-80 tvorili največ T iz teh prekurzorjev. Tudi A4 je bil slab substrat za sintezo bioaktivnih androgenov pri obeh vrstah raka, kar nakazuje, da se verjetno pretvarja v alternativne metabolite, vključno s 5α-reduciranimi metaboliti preko izooblik SRD5A, ki so jih izražale tako celice EC kot HGSOC. Nasprotno so se prekurzorji 11-oksiandrogenov (11OHA4 in 11KA4) v izbranih celičnih linijah učinkovito pretvorili v 11-ketotestosteron (11KT), ki je pomemben agonist receptorja za androgene (AR). Ta pretvorba je bila najizrazitejša v modelih EC nizkega gradusa (Ishikawa, HEC-1-A, RL95-2) in kemosenzitivnih linijah HGSOC (OVSAHO, Kuramochi).
Pomembno je, da je bila količina 11KT, ki je nastal iz prekurzorjev 11-oksiandrogenov, pri modelih EC nizkega gradusa in kemosenzitivnega HGSOC večkrat višja kot količina T iz klasičnih prekurzorjev, kar poudarja pomen sinteze 11-oksiandrogenov v tkivu tumorja kot ključnega vira agonistov AR v teh tumorskih modelih.
(ii) V celičnih modelih EC je 48-urna inkubacija z DHT in 11-keto-DHT (11KDHT) na ravni transkriptoma povzročila zmerne spremembe. V celicah Ishikawa, ki izražajo AR, je izpostavljenost androgenom povečala izražanje genov, kot je MYO1D, medtem ko pri RL95-2 celicah z nizko izraženim AR niso bile zaznane statistično značilne spremembe. Model HGSOC OVSAHO, ki prav tako izraža AR, je po 72-urni inkubaciji na ravni transkriptoma izkazal izrazite odzive na androgene (T, DHT) in 11-oksiandrogene (11KT, 11KDHT), vključno z aktivacijo poti, vpletenih v odziv na stres in uravnavanje celičnega cikla. Na metabolomski ravni sta oba modela EC in HGSOC pokazala manjše spremembe po inkubaciji z androgeni. V modelu EC nizkega gradusa Ishikawa sta DHT in 11KDHT zmanjšala raven aminokislin in mlečne kisline, medtem ko je pri modelu HGSOC OVSAHO 11KDHT znižal raven aminokislin in glutationa. Analiza tumorskih tkiv je pokazala, da se izražanje gena AR in genov, ki kodirajo encime, vključenih v metabolizem steroidov, razlikuje glede na tip tumorja in klinične značilnosti. Pri EC je bila višja izraženost genov HSD11B2, SRD5A2 in AR povezana z boljšim preživetjem, medtem ko je bila višja izraženost gena SRD5A1 povezana s slabšim izidom. Podobno je bilo pri HGSOC večje izražanje genov HSD11B2, HSD17B2 in AR povezano z boljšim preživetjem, medtem ko je bila višja izraženost genov PAPSS1, H6PD in HSD17B4 povezana s slabšo prognozo.
(iii) Pri bolnicah z EC (n = 62) so bile predoperativne ravni klasičnih androgenov (A4, T), 11-oksiandrogenov (11OHA4, 11OHT) in glukokortikoidov (17α-hidroksiprogesteron, 11-deoksikortizol) povišane v primerjavi z bolnicami z benignimi boleznimi maternice (n = 70). Nasprotno pa so imele bolnice s primarnim ali ponavljajočim se OC (n = 43) znižane predoperativne serumske ravni T in 11-oksiandrogenov (11OHT, 11KT) v primerjavi z bolnicami z benignimi adneksalnimi masami (n = 56). Posamično so imeli steroidni hormoni omejeno diagnostično moč za EC in OC (AUC < 0,7). Vendar pa je za EC logistični regresijski model, ki je združeval androgene (DHEA, A4, T), tumorske biooznačevalce (CA-125, HE4) in klinične parametre (indeks telesne mase (ITM), pariteto), dosegel AUC 0,87 (občutljivost 74,7 %, specifičnost 79,1 %) in s tem pomembno presegel diagnostično moč CA-125, HE4 ali njune kombinacije. Za OC sta dva modela, ki sta vključevala 11-oksiandrogene, starost in bodisi CA-125 bodisi HE4, dosegla AUC 0,91, z občutljivostmi 88,9 % in 94,4 % ter specifičnostmi 82,0 % in 77,3 %, kar je preseglo diagnostično učinkovitost CA-125, HE4 in ROMA indeksa pri razlikovanju OC od benignih adneksalnih mas. Naši rezultati poudarjajo dodatno diagnostično vrednost profiliranja steroidnih hormonov pri predoperativni oceni ginekoloških tumorjev, vendar je potrebna validacija na neodvisnih kohortah.
Zaključki: Doktorska disertacija prinaša nova spoznanja o (i) lokalnem metabolizmu steroidov v celičnih modelih EC in HGSOC; (ii) vplivu androgenov na transkriptom in metabolom; ter (iii) diagnostičnem potencialu sistemskih steroidov pri razlikovanju EC in OC od kontrolnih skupin. Ugotovili smo različne vzorce metabolizma 11-oksiandrogenov med modeli EC nizkega in visokega gradusa, med modeli EC in normalnim endometrijskim epitelijem, med kemosenzitivnimi in kemorezistentnimi modeli HGSOC ter med modeli HGSOC in normalnim ovarijskim epitelijem. Funkcionalno je izpostavljenost androgenom in 11-oksiandrogenom sprožila pomembne spremembe na ravni transkriptoma v AR-pozitivnem modelu HGSOC, zlasti v signalnih poteh odziva na stres in celičnega cikla. V tumorskem tkivu smo identificirali kandidate za prognostične označevalce, vključno z encimi za sintezo in metabolizem steroidov, ter AR, ki bi lahko podprli personalizirano klinično obravnavo. Pomembno je, da smo prvi ugotovili sistemske spremembe v 11-oksiandrogenih pri bolnicah z EC in OC v primerjavi z bolnicami z benignimi patologijami. Z integracijo steroidnih profilov s tradicionalnimi tumorskimi biooznačevalci in kliničnimi parametri smo razvili nove modele za neinvazivno diagnostiko EC in OC, ki pomembno presegajo trenutno uporabljene serumske biooznačevalce, CA-125 in HE4. Če bodo validirani v večjih, neodvisnih kohortah, imajo ti modeli potencial za izboljšano in neinvazivno odkrivanje teh rakov ter posledično izboljšanje kliničnih izidov.
|