Molekyylibiologisista perusteista imukudosjärjestelmän sairauksien syitä hoitaviin menetelmiin

Dosentti Dr. Michael Jeltsch, Helsingin yliopisto

Lymfangiogeneesin molekyylitason perusteiden tutkiminen alkionkehityksessä ja patologisissa prosesseissa on johtanut tietämyksemme nopeaan kasvuun (Krebs ja Jeltsch 2013a, 2013b). Lymfatutkimuksen molekyylibiologinen aikakausi alkoi 25 vuotta sitten, kun VEGF-kasvutekijät ja niiden reseptorit löydettiin. Tämän katsauksen painopiste onkin näissä molekyyleissä.

Kun vuonna 1995 pystyttiin osoittamaan, että VEGFR-3:a ilmentyy aikuisen organismissa spesifisesti imusuonten endoteelissä (Kaipainen ym. 1995), useat laboratoriot yrittivät tunnistaa sen aktivoivan ligandin tai ligandit. Ensimmäisen löydön teki Kari Alitalo vuonna 1996 VEGF-C:n osalta (Joukov ym. 1996). Pian tämän jälkeen Alitalon ryhmä pystyi myös osoittamaan, että VEGF-C on spesifisesti lymfangiogeeninen kasvutekijä (Jeltsch ym. 1997; Oh ym. 1997) ja selvittää VEGF-C:n biosynteesin yksityiskohdat (Joukov ym. 1997). Vuonna 2000 julkaistiin tutkimus, jonka mukaan VEGFR-3-geenin mutaatiot voivat olla perinnöllisten lymfedeemien syy (Karkkainen ym. 2000). Se, että myös VEGF-C-mutaatiot voivat olla syynä, voitiin kuitenkin osoittaa vasta kaksitoista vuotta myöhemmin (Gordon ym. 2013). Jo vuonna 2001 prekliininen tutkimus osoitti, että primaarista lymfedeemaa voidaan hoitaa menestyksekkäästi VEGF-C-kasvutekijällä (Karkkainen ym. 2001). Siitä huolimatta vasta tänä vuonna aloitetaan kliiniset tutkimukset, jotka (toisin kuin jo julkaistu hoitotutkimus) kohdistuvat ensisijaisesti ei-primaarisiin vaan sekundaarisiin lymfedeemeihin rintasyöpäleikkauksen jälkeen. Niissä käytetään VEGF-C:tä tuottavia adenoviruksen vektoreita (tuotenimi Lymfactin™) imusolmukesiirtojen onnistumisprosentin parantamiseksi. Tutkimuksen toteuttaa Herantis Pharma yhdessä useiden eurooppalaisten kumppaneiden kanssa (Honkonen ym. 2013; Herantis Pharma 2014).

VEGF-C:n aktiivinen rooli primaarituumorien lymfogeenisessä etäpesäkkeiden muodostumisessa ja siten VEGF-C/VEGFR-3-signaalinvälitysketjun estämisen potentiaalinen terapeuttinen teho kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 2001 kahden tutkimusryhmän toimesta (Karpanen ym. 2001; Mandriota ym. 2001). Tällä hetkellä kaksi VEGF-C-signaalinvälitystä estävää biolääkettä on kliinisissä tutkimuksissa, tosin ei metastaasien estämiseksi, vaan täydentämään antiangiogeenisen standardihoidon lääkettä bevasitsumabia (Martell ym. 2011; Falchook ym. 2013).

Lymfangiogeneesitutkimuksen uusimmista, osittain kiistanalaisista (uudelleen)löydöksistä mainitaan tässä vain kolme, jotka kuuluvat VEGF-tutkimusalueeseen:

• Ihon lymfakapillaarit vaikuttavat merkittävästi osmoregulaatioon ja verenpaineen säätelyyn, ja tämä tapahtuu suolalle herkkien makrofagien erittämän VEGF-C:n kautta sekä siihen liittyvän ihon interstitiaalisten Na+-varastojen puhdistumisen kautta (Wiig et al. 2013).
• Schlemm-kanava kehittyy laskimoisista rakenteista verisuoneksi, jolla on tyypillisiä lymfaattisia molekyylimarkkereita ja ominaisuuksia (Aspelund et al., painossa).
• CCBE1-proteiini toimii lymfangiogeneesiä edistävästi keskittämällä inaktiivista pro-VEGF-C:tä solupinnoille ja solunulkoisiin rakenteisiin, mikä mahdollistaa sen aktivoitumisen immobilisoidun proteaasi ADAMTS3:n vaikutuksesta. VEGF-C:n ja CCBE1:n samanaikaisessa käytössä havaittiin VEGF-C:n lymfangiogeenisen vaikutuksen valtava kasvu in vivo, mikä viittaa CCBE1:n käyttöön pro-lymfangiogeenisissa hoidoissa (Jeltsch et al. 2014).

Lähdeluettelo

Krebs R, Jeltsch M. The lymphangiogenic growth factors VEGF-C and VEGF-D. Part 1. Fundamentals and embryonic development. Lymphforsch. 2013 a;17(1):30–7. Available from: https://doi.org/10.5281/zenodo.3611691 

Krebs R, Jeltsch M. The lymphangiogenic growth factors VEGF-C and VEGF-D. Part 2. The role of VEGF-C and VEGF-D in diseases of the lymphatic system. Lymphforsch. 2013 b;17(2):96–104. Available from: https://doi.org/10.5281/zenodo.4438655 

Kaipainen A, Korhonen J, Mustonen T, van Hinsbergh VW, Fang GH, Dumont D, Breitman M, Alitalo K. Expression of the fms-like tyrosine kinase 4 gene becomes restricted to lymphatic endothelium during development. *Proc Natl Acad Sci *USA. 11 April 1995;92(8):3566–70. Availabe from: https://doi.org/10.1073/pnas.92.8.3566 

Joukov V, Pajusola K, Kaipainen A, Chilov D, Lahtinen I, Kukk E, Saksela O, Kalkkinen N, Alitalo K. 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. 1996;15(2):290–8. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC449944/ 

Jeltsch M, Kaipainen A, Joukov V, Meng X, Lakso M, Rauvala H, Swartz M, Fukumura D, Jain RK, Alitalo K. Hyperplasia of Lymphatic Vessels in VEGF-C Transgenic Mice. Science. 1997;276(5317):1423–5. Available from: https://www.sciencemag.org/content/276/5317/1423 

Oh S-J, Jeltsch MM, Birkenhäger R, McCarthy JEG, Weich HA, Christ B, Alitalo K, Wilting J. VEGF and VEGF-C: Specific Induction of Angiogenesis and Lymphangiogenesis in the Differentiated Avian Chorioallantoic Membrane. Developmental Biology. 1997;188(1):96–109. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012160697986395 

Joukov V, Sorsa T, Kumar V, Jeltsch M, Claesson-Welsh L, Cao Y, Saksela O, Kalkkinen N, Alitalo K. Proteolytic processing regulates receptor specificity and activity of VEGF-C. The EMBO Journal. 1997;16(13):3898–911. Available from: https://www.nature.com/emboj/journal/v16/n13/full/7590367a.html 

Karkkainen MJ, Ferrell RE, Lawrence EC, Kimak MA, Levinson KL, McTigue MA, Alitalo K, Finegold DN. Missense mutations interfere with VEGFR-3 signalling in primary lymphoedema. Nature Genetics. 2000;25(2):153–9. Available from: https://www.nature.com/ng/journal/v25/n2/full/ng0600_153.html 

Gordon K, Schulte D, Brice G, Simpson MA, Roukens MG, van Impel A, Connell F, Kalidas K, Jeffery S, Mortimer PS, Mansour S, Schulte-Merker S, Ostergaard P. Mutation in Vascular Endothelial Growth Factor-C, a Ligand for Vascular Endothelial Growth Factor Receptor-3, Is Associated With Autosomal Dominant Milroy-Like Primary Lymphoedema: Novelty and Significance. Circulation Research. 2013;112(6):956–60. Available from: https://circres.ahajournals.org/content/112/6/956 

Karkkainen MJ, Saaristo A, Jussila L, Karila KA, Lawrence EC, Pajusola K, Bueler H, Eichmann A, Kauppinen R, Kettunen MI, Ylä-Herttuala S, Finegold DN, Ferrell RE, Alitalo K. A model for gene therapy of human hereditary lymphoedema. PNAS. 2001;98(22):12677–82. Available from: https://www.pnas.org/content/98/22/12677 

Honkonen KM, Visuri MT, Tervala TV, Halonen PJ, Koivisto M, Lahteenvuo MT, Alitalo KK, Yla-Herttuala S, Saaristo AM. Lymph Node Transfer and Perinodal Lymphatic Growth Factor Treatment for Lymphoedema. Annals of Surgery. 2013;257(5):961–7. Available from: https://dx.doi.org/10.1097/SLA.0b013e31826ed043 

Herantis Pharma. Lymfactin® for lymphoedema [Internet]. 2014. Available from: https://web.archive.org/web/20140531191950/http://herantis.com/pipeline/lymfactin-for-lymphedema/ 

Karpanen T, Egeblad M, Karkkainen MJ, Kubo H, Ylä-Herttuala S, Jäättelä M, Alitalo K. Vascular Endothelial Growth Factor C Promotes Tumour Lymphangiogenesis and Intralymphatic Tumour Growth. Cancer Res. 2001;61(5):1786–90. Available from: https://cancerres.aacrjournals.org/content/61/5/1786 

Mandriota SJ, Jussila L, Jeltsch M, Compagni A, Baetens D, Prevo R, Banerji S, Huarte J, Montesano R, Jackson DG, Orci L, Alitalo K, Christofori G, Pepper MS. Vascular endothelial growth factor-C-mediated lymphangiogenesis promotes tumour metastasis. EMBO J. 2001;20(4):672–82. Available from: https://dx.doi.org/10.1093/emboj/20.4.672 

Martell RE, Chiorean EG, Youssoufian H, Rutstein M, Pytowski B, Benjamin L, Abad L, Patel J, Steele T, Dowd M, Qin A, Kukel C, Fox F, Dontabhaktuni A, Morozov A. Phase I study of the anti-VEGFR-3 monoclonal antibody IMC-3C5 in subjects with advanced solid tumours refractory to standard therapy or for which no standard therapy is available. 2011. Available from: https://meetinglibrary.asco.org/content/61178?format=posterImg 

Falchook GS, Desai J, Leitch IM, Goldman JW, Wheler JJ, Fu S, Kurzrok R, Baldwin ME, Rosen LS. Phase 1 Study of VGX-100, an anti-VEGF-C monoclonal antibody, with or without Bevacizumab in Patients with Advanced Solid Tumours. 2013. Available from: 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 

Wiig H, Schröder A, Neuhofer W, Jantsch J, Kopp C, Karlsen TV, Boschmann M, Goss J, Bry M, Rakova N, Dahlmann A, Brenner S, Tenstad O, Nurmi H, Mervaala E, Wagner H, Beck F-X, Müller DN, Kerjaschki D, et al. Immune cells control skin lymphatic electrolyte homeostasis and blood pressure. J Clin Invest. 2013;123(7):2803–15. Available from: https://www.jci.org/articles/view/60113 

Aspelund A, Tammela T, Antila S, Nurmi H, Leppänen V-M, Zarkada G, Stanczuk L, Francois M, Mäkinen T, Saharinen P, Immonen I, Alitalo K. Schlemm’s canal is a VEGF-C/VEGFR-3-responsive lymphatic-like vessel. Journal of Clinical Investigation. Available from: https://doi.org/10.1172/JCI75395 

Jeltsch M, Jha SK, Tvorogov D, Anisimov A, Leppänen V-M, Holopainen T, Kivelä R, Ortega S, Kärpanen T, Alitalo K. CCBE1 enhances lymphangiogenesis via a disintegrin and metalloprotease with thrombospondin motifs-3–mediated vascular endothelial growth factor-C activation. Circulation. 2014;129(19):1962–71. Available from: https://circ.ahajournals.org/content/129/19/1962