Tärkeimmät tiedot VEGF-C:stä lymfologiassa

Tärkeimmät tiedot VEGF-C:stä lymfologiassa

Dosentti Dr. Michael Jeltsch, Helsingin yliopisto ja Wihurin tutkimuslaitos, michael@jeltsch.org

Verisuonten endoteelin kasvutekijä C (VEGF-C) on välttämätön imusuoniston kehitykselle ja kasvulle. Yhdessä VEGF-D:n kanssa se muodostaa VEGF-kasvutekijäperheen imusuoniryhmän, jonka muut jäsenet (PlGF, VEGF/VEGF-A, VEGF-B) vastaavat ensisijaisesti verisuonten kasvusta ja toiminnasta. VEGF-C löydettiin tyrosiinikinaasireseptori VEGFR-3:n ligandina (1), ja sen spesifinen vaikutus imusuoniin kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 1997 (2,3). Noin kolmasosa ihmisten perinnöllisistä lymfedeemitapauksista johtuu VEGF-C-signaloinnissa mukana olevien geenien mutaatioista (4). VEGF-C:n täydellinen puuttuminen johtaa kuolemaan alkionkehityksen aikana (5). Todennäköisesti tästä syystä perinnöllisen lymfedeeman kliinisiä tapauksia leimaa signaalinsiirron osittainen inaktivoituminen. Useimmissa tapauksissa mutaatio kohdistuu VEGFR-3:een (6), mutta perinnöllisen lymfedeeman mutaatioita on kuvattu tai niitä epäillään kaikissa alla kuvatuissa VEGF-C-signaalinsiirron komponenteissa. z.T. Osana monitekijäistä periytyvyyttä.

VEGF-C:n aktiivisuuden säätely

Angiogeenisten ja lymfangiogeenisten VEGF-proteiinien toiminnalliset erot heijastuvat niiden rakenteessa. Toisin kuin angiogeeniset VEGF-proteiinit, jotka ovat aktiivisia välittömästi erittymisen jälkeen, VEGF-C tuotetaan inaktiivisena proteiinina ja aktivoituu vasta kahden entsymaattisen pilkkoutumisen seurauksena (7). Ensimmäinen entsymaattinen katkaisu on konstitutiivinen. Tuloksena syntyvä pro-VEGF-C voi sitoutua VEGFR-3:een, mutta ei vielä aktivoida sitä. Vasta toisen katkaisun myötä VEGF-C aktivoituu. ADAMTS3 (A Disintegrin and Metalloproteinase with Thrombospondin motifs 3) tunnistettiin vastuulliseksi proteaasiksi (8). Jotta ADAMTS3 voi aktivoida VEGF-C:n, tarvitaan CCBE1 (Collagen And Calcium binding EGF domains 1) -proteiinia. CCBE1:llä on kaksi tehtävää: sen C-terminaalinen domeeni aktivoi ADAMTS3:n (9), kun taas sen N-terminaalinen domeeni kiinnittää VEGF-C:n imusuonten endoteelisolujen pinnalle ja varmistaa siten tehokkaan aktivoinnin samankaltaisen, solupintaan sitoutuvan ADAMTS:n toimesta (10).Toisin kuin VEGF-A:n tuotanto, jonka laukaisee hypoksia, VEGF-C:n tuotannon laukaisijat tunnetaan huonommin. On esitetty hypoteesi, joka vaikuttaa uskottavalta, että suuremmat verisuonet ovat vastuussa kudosten nesteenpoiston vakiinnuttamisesta VEGF-C:n erittymisen kautta. Todennäköisesti interstitiaalinen paine vaikuttaa sekä alkion että aikuisen lymfangiogeneesiin (11).

VEGF-C farmakologisena kohteena

VEGF-C/VEGFR-3-kompleksin tärkeä rooli angiogeenisessä signalointissa on vakiinnuttanut VEGF-C:n aseman lääkekohteena antiangiogeenisessä kasvainhoidossa (12). VEGF-C:n aktiivinen rooli lymfogeenisessä etäpesäkkeiden muodostumisessa ja VEGF-C/VEGFR-3-salpauksen terapeuttinen teho on osoitettu prekliinisissä tutkimuksissa (13,14). Hiirien ja ihmisten välillä on kuitenkin merkittäviä eroja VEGF-C/VEGFR-3-akselissa (15/16), minkä vuoksi on edelleen epäselvää, kuinka merkityksellisiä nämä tutkimukset ovat ihmisen kasvaimien kannalta.Uudemmat tutkimukset osoittavat vakuuttavasti, että imusolmukkeiden tunkeutuminen saattaa pikemminkin olla metastaasipotentiaalin indikaattori kuin itse etäelimen metastaasin vaihe (17). Ainoan valmistuneen kliinisen tutkimuksen (vaihe 1) suunnittelu, jossa VEGF-C-signaalit on estetty vasta-aineilla, ei valitettavasti salli johtopäätöksiä siitä, estääkö VEGFR-3:n salpaus imusolmukemetastaaseja (kolorektaalisyövän monoterapia, n = 21, 18). Käynnissä olevan tutkimuksen välitulokset, jossa VEGF-A- ja VEGF-C-signalointireittejä estetään samanaikaisesti, viittaavat siihen, että yhdistelmähoito saattaa olla hyödyllistä (19). Verrattuna anti-VEGF-A-vakiohoitoon (20) potilaat raportoivat lisääntyneitä turvotusoireita (18).

Lymfangiogeneesin stimulaatio turvotuksen hoitona?

Primaarista lymfedeemaa, jonka molekyylitason syynä on VEGF-C-signaalin heikkeneminen, on hoidettu menestyksekkäästi VEGF-C:n annostelulla hiirillä tehdyissä prekliinisissä tutkimuksissa (21). Kliinisessä tutkimuksessa, jonka tavoitteena on hoitaa rintasyöpäleikkauksen jälkeistä sekundaarista lymfedeemaa, VEGF-C:tä annetaan yhdessä imusolmukesiirron kanssa (tuotenimi Lymfactin™). Tässä Herantis Pharman tutkimuksessa on hoidettu lähes tusina potilasta vuoden 2014 lopusta lähtien, mutta tuloksia ei ole vielä julkaistu (22,23). Ketoprofeenin odottamaton vaikutus lymfedeemaan (24) johtuu leukotrieeni A4-hydraasin estosta. Bestatin/Ubenimex-lääke ei estä prostaglandiinien synteesiä yhtä voimakkaasti kuin ketoprofeeni, minkä vuoksi sen sivuvaikutukset ovat lievempiä ja sitä käytetään parhaillaan käynnissä olevissa kliinisissä tutkimuksissa (25). On ehdotettu, että sen vaikutus saattaisi johtua osittain epäsuorasta vaikutuksesta VEGF-C:n tuotantoon.

Englanninkielinen tiivistelmä: “Essential facts about VEGF-C” .

Lähdeluettelo

1. Joukov, V. et al. A novel vascular endothelial growth factor, VEGF-C, is a ligand for the Flt4 (VEGFR-3) and KDR (VEGFR-2) receptor tyrosine kinases. EMBO J 15, 290–298 (1996). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC449944/ 
2. Jeltsch, M. et al. Hyperplasia of Lymphatic Vessels in VEGF-C Transgenic Mice. Science 276, 1423–1425 (1997). https://dx.doi.org/10.1126/science.276.5317.1423 
3. Oh, S.-J. et al. VEGF and VEGF-C: Specific Induction of Angiogenesis and Lymphangiogenesis in the Differentiated Avian Chorioallantoic Membrane. Developmental Biology 188, 96–109 (1997). https://dx.doi.org/10.1006/dbio.1997.8639 
4. Mattonet, K., Wilting, J. & Jeltsch, M. Die genetischen Ursachen des primären Lymphödems. in Erkrankungen des Lymphgefäßsystems (eds. Weissleder, H. & Schuchhardt, C.) 210–229 (Viavital Verlag, 2015).
5. Karkkainen, M. J. et al. Vascular endothelial growth factor C is required for sprouting of the first lymphatic vessels from embryonic veins. Nat Immunol 5, 74–80 (2003). https://dx.doi.org/10.1038/ni1013 
6. Karkkainen, M. J. et al. Missense mutations interfere with VEGFR-3 signalling in primary lymphoedema. Nature Genetics 25, 153–159 (2000). https://dx.doi.org/10.1038/75997 
7. Joukov, V. et al. Proteolytic processing regulates receptor specificity and activity of VEGF-C. The EMBO Journal 16, 3898–3911 (1997). https://dx.doi.org/10.1093/emboj/16.13.3898 
8. Jeltsch, M. et al. CCBE1 Enhances Lymphangiogenesis via A Disintegrin and Metalloprotease With Thrombospondin Motifs-3–Mediated Vascular Endothelial Growth Factor-C Activation. Circulation 129, 1962–1971 (2014). https://dx.doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.113.002779 
9. Roukens, M. G. et al. Functional Dissection of the CCBE1 Protein A Crucial Requirement for the Collagen Repeat Domain. Circ Res 116, 1660–1669 (2015). https://dx.doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.304949 
10. Jha, S. K. et al. Efficient activation of the lymphangiogenic growth factor VEGF-C requires the C-terminal domain of VEGF-C and the N-terminal domain of CCBE1. Sci Rep 7, 4916 (2017). https://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-04982-1 
11. Planas-Paz, L. et al. Mechanoinduction of lymph vessel expansion. EMBO J 31, 788–804 (2012). https://dx.doi.org/10.1038/emboj.2011.456 
12. Tammela, T. et al. Blocking VEGFR-3 suppresses angiogenic sprouting and vascular network formation. Nature 454, 656–660 (2008). https://dx.doi.org/10.1038/nature07083 
13. Mandriota, S. J. et al. Vascular endothelial growth factor-C-mediated lymphangiogenesis promotes tumour metastasis. EMBO J 20, 672–682 (2001). https://dx.doi.org/10.1093/emboj/20.4.672 
14. Karpanen, T. et al. Vascular Endothelial Growth Factor C Promotes Tumor Lymphangiogenesis and Intralymphatic Tumor Growth. Cancer Res 61, 1786–1790 (2001). https://cancerres.aacrjournals.org/content/61/5/1786 
15. Hughes, D. C. Alternative Splicing of the Human VEGFGR-3/FLT4 Gene as a Consequence of an Integrated Human Endogenous Retrovirus. J Mol Evol 53, 77–79 (2001). https://dx.doi.org/10.1007/s002390010195 
16. Baldwin, M. E. et al. The Specificity of Receptor Binding by Vascular Endothelial Growth Factor-D Is Different in Mouse and Man. J. Biol. Chem. 276, 19166–19171 (2001). https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M100097200 
17. Naxerova, K. et al. Origins of lymphatic and distant metastases in human colorectal cancer. Science 357, 55–60 (2017). https://dx.doi.org/10.1126/science.aai8515 
18. Saif, M. W. et al. Phase 1 study of the anti-vascular endothelial growth factor receptor 3 monoclonal antibody LY3022856/IMC-3C5 in patients with advanced and refractory solid tumors and advanced colorectal cancer. Cancer Chemother Pharmacol 78, 815–824 (2016). https://dx.doi.org/10.1007/s00280-016-3134-3 
19. Falchook, G. S. et al. A first-in-human phase I study of VGX-100, a selective anti-VEGF-C antibody, alone and in combination with bevacizumab in patients with advanced solid tumors. J. Clin. Oncol. 32:5s, (2014). https://web.archive.org/web/20140305122346/https://www.circadian.com.au/sites/default/files/VGX-100%20Phase%201%20Oncology%20Trial%20Presented%20at%20ASCO%202013.pdf 
20. Shord, S. S., Bressler, L. R., Tierney, L. A., Cuellar, S. & George, A. Understanding and managing the possible adverse effects associated with bevacizumab. American Journal of Health-System Pharmacy 66, 999–1013 (2009). https://dx.doi.org/10.2146/ajhp080455 
21. Karkkainen, M. J. et al. A model for gene therapy of human hereditary lymphedema. PNAS 98, 12677–12682 (2001). https://dx.doi.org/10.1073/pnas.221449198 
22. Honkonen, K. M. et al. Lymph Node Transfer and Perinodal Lymphatic Growth Factor Treatment for Lymphedema. Annals of Surgery May 2013 257, 961–967 (2013). https://dx.doi.org/10.1097/SLA.0b013e31826ed043 
23. Herantis Pharma. Lymfactin® for lymphedema. (2015). https://web.archive.org/web/20140531191950/http://herantis.com/pipeline/lymfactin-for-lymphedema 
24. Nakamura, K., Radhakrishnan, K., Wong, Y. M. & Rockson, S. G. Anti-Inflammatory Pharmacotherapy with Ketoprofen Ameliorates Experimental Lymphatic Vascular Insufficiency in Mice. PLOS ONE 4, e8380 (2009). https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0008380 
25. Tian, W. et al. Leukotriene B4 antagonism ameliorates experimental lymphedema. Science Translational Medicine 9, eaal3920 (2017). https://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.aal3920