De tumor uitgehongerd; Remming van bloedvatgroei biedt uitzicht op nieuwe kankertherapie

Een tumor die wil groeien, moet aansluiting krijgen op het bloedvatennet. Een nieuwe kankertherapie richt zich daarom op het stoppen van bloedvatgroei.

EEN TUMOR HEEFT zuurstof en voedingsstoffen nodig om te kunnen leven en groeien. Bloedvaten bezorgen een en ander. Een tumor die vooruit wil moet daarom aansluiting krijgen op het wijdvertakte bloedvatennet dat in ieder lichaam aanwezig is.

“Zodra een tumor 2 tot 3 kubieke millimeter groot is krijgt hij zuurstoftekort,” aldus dr. C. Löwik, hoofd van het researchlab van de afdeling endocrinologie van het Academisch Ziekenhuis in Leiden. “Cellen die daar aan lijden gaan vasculair endothelial growth factor, afgekort VEGF, maken. VEGF wordt uitgescheiden door de tumor en bereikt de haarvaatjes die in de buurt liggen.”

Die kleine bloedvaten, bestaande uit een buisje van endotheelcellen met een omhullend membraan, gaan in reactie op VEGF lekken. Met het vocht komt het stollingseiwit fibrinogeen in het omliggende weefsel. Daaruit wordt fibrine gevormd, een vezelig, onoplosbaar eiwit. Onder invloed van VEGFveranderen de endotheelcellen van vorm en spreiden zich uit over het fibrinelaagje. Vervolgens gaan de endotheelcellen delen. Uit die ogenschijnlijke chaos ontstaat een spruit die een buisje vormt. Een nieuw bloedvaatje gaat groeien. Het proces heet angiogenese.

Löwik: “Aan de tip van het groeiende vaatje zitten cellen die de -receptor maken. Dat is een eiwit op hun celmembraan. Daarmee hecht de bloedvatspruit zich aan het omringende fibrine en collageen. Blokkeer je die receptor, dan kan het bloedvat niet meer aan de ondergrond binden en houdt het op met groeien. De endotheelcellen sterven doordat ze in apoptose - geprogrammeerde celdood - gaan. De bloedvatspruit wordt weer opgeruimd.”

Daarmee is de angiogenetische schakelaar een feit. Bloedvatvorming kan worden aangezet en uitgezet. De afgelopen jaren is een hele serie groeibevorderaars en -remmers gevonden. Groeiers zijn VEGF, FGF (fibroblast growth factor, in twee varianten bekend) en angiopoietine-1. Remmers dragen namen als interferon-, angiopoietine-2, angiostatine, endostatine en thrombospondine. Maar deze opsomming is niet uitputtend. De manier waarop ze elkaar beïnvloeden en in gezonde volwassen mensen de bloedvatgroei tot bijna niets beperken, is nog niet volledig begrepen.

Prof.dr. Judah Folkman, verbonden aan de Harvard Medical School in Boston, was de eerste die het verhinderen van bloedvatgroei als een mogelijke geneeswijze voor kanker in de openbaarheid bracht. In 1971 schreef hij een belangrijk artikel in de New England Journal of Medicine. Folkman constateerde dat veel kleine tumoren onder invloed van een engiogeneseremmer vaak jarenlang in een soort sluimertoestand aanwezig blijven.

Löwik noemt een zeldzaam maar aangrijpend voorbeeld: “Een fibrosarcoom, een bindweefseltumor, groeit meestal erg langzaam en heeft dan al soms kleine uitzaaiingen die onopgemerkt blijven. Als de primaire tumor wordt weggeopereerd beginnen de metastasen soms aan een explosieve groei. Ze blijken dan opeens in staat om bloedvaten naar zich toe te laten groeien. Het was lang een raadsel hoe dat kon. De oplossing lag in de groeifactoren die de angiogenese regelen. De langzaam groeiende tumor maakt in dit geval VEGF, wat de bloedvatvorming stimuleert, en tegelijkertijd thrombospondine, wat de bloedvatvorming onderdrukt.

“VEGF is lokaal actief, maar thrombospondine komt in de bloedbaan en onderdrukt de bloedvatvorming van alle kleine uitzaaiingen. Als die uitzaaiingen al VEGF produceren is het niet zoveel dat ze daarmee de hoge concentratie thrombospondine van de primaire tumor kunnen overrulen. Als de primaire tumor wordt weggehaald, valt de thrombospondinebron weg. De VEGF-productie van de uitzaaiingen is dan voldoende om de angiogeneseschakelaar om te zetten. Ze beginnen met de aanleg van hun bloedvaten en daarmee met hun ontwikkeling.”

Thrombospondine was bekend als een eiwit dat voorkomt in bloedplaatjes. Dat zijn bloedcellen die samenklonteren en lek raken in een wond. Daarmee begint de wonddichting. Rond 1990 werd de functie van thrombospondine als onderdrukker van bloedvatvorming ontdekt. In 1993 bleek dat bij twee fragmenten van het eiwit die functie resteert. De twee delen zijn peptiden, onderdelen van de aminozuurketen van thrombospondine. De actieve fragmenten ontstaan als eiwitsplitsende enzymen het oorspronkelijke eiwit afbreken.

STOLLINGSEIWITTEN

Begin jaren negentig ontdekten onderzoekers nog twee stollingseiwitten (plasminogeen en fibronectine) waar, na splitsing, angiogeneseremmers uit ontstaan. Ook werd een collageenmolecuul (collageen XVIII) gevonden waaruit na splitsing een peptide ontstaat dat de angiogenese remt.

Langzamerhand werd duidelijk welke rol die splitsingsproducten spelen. Judah Folkman, na zijn eerste artikel in 1971 nog immer angiogenese-onderzoeker, en collega Douglas Hanahan van de universiteit van Californië in San Francisco schreven in een review in het tijdschrift Cell (8 aug 1996): “Het feit dat overvloedig aanwezige moleculen zoals fibronectine en plasminogeen kunnen worden omgezet in krachtige anti-angiogene factoren suggereren een nieuwe vorm van regulatie waarbij eiwitsplitsende enzymen (proteasen) specifiek fragmenten vrijmaken uit hun oudermoleculen om bloedvatvorming te limiteren, bijvoorbeeld in het voorbijgaande proces van wondheling.”

Het idee is als volgt. Weefsel aan een wondrand krijgt zuurstofgebrek doordat de bloedvoorziening is afgesneden. Dat stimuleert de aanmaak van nieuwe haarvaatjes doordat VEGF en andere bloedvatgroeifactoren vrijkomen. Ondertussen heeft het bloedstollingsmechanisme het gat gedicht. Gestold bloed met daarin plasminogeen en thrombospondine bedekken de wond. Als de wondheling vordert en de nieuwe haarvaatjes rond de wond groeien, ruimen eiwitsplitsende enzymen de bloedprop op. Daarbij komen de peptiden vrij die de angiogenese stoppen. Net op tijd, want er zijn inmiddels genoeg bloedvaatjes.

Het peptide dat uit plasminogeen ontstaat was al eerder geïsoleerd en had toen de naam angiostatine gekregen. Het angiogeneseremmend eiwit uit collageen XVIII heet endostatine. Beide haarvatgroeiremmers zijn, schreef kankeronderzoeker dr. Robert Kerbel van de universiteit van Toronto in Nature (27 nov. '97): “superieur aan andere angiogeneseremmers, die ofwel minder werkzaam zijn, ofwel indirect werken”. Kerbel schreef een commentaar naar aanleiding van een artikel van Folkman's groep in hetzelfde nummer van Nature. De Harvardgroep beschreef daarin het lot van muizen die onderhuids kleine menselijke tumortjes kregen ingebracht. Het experiment werd uitgevoerd met cellen van een Lewis longtumor, een fibrosarcoom en een melanoom (een ernstige huidtumor). Zodra de tumor groter dan 250 kubieke millimeter werd, kreeg een deel van de dieren dagelijks endostatine toegediend. Controledieren die geen endostatine kregen stierven met tumoren die waren uitgegroeid tot een volume van 10 kubieke centimeter na 27 dagen tijd (bij het longcarcinoom), of 7,5 cm na 41 dagen (bij het melanoom). De muizen die endostatine kregen werden medische wonders.

BULTJE

De Lewis-longcarcinomen bijvoorbeeld verschrompelden onder invloed van endostatine binnen twee weken tot een bultje van een paar mm. Als de endostatinetherapie werd gestopt, groeide de tumor weer. De onderzoekers veroorzaakten zes cycli van groei en afbraak, in ruim 180 dagen tijd. Daarna groeide de tumor niet meer en bleef als een knobbeltje slapende cellen onderhuids aanwezig. Het langzamer groeiend melanoom kwam al na twee behandelcycli niet meer terug. Het fibrosarcoom bleef na vier cycli weg. De dieren leefden, toen het Nature-manuscript werd ingeleverd, al 180 dagen zonder behandeling en zonder last van hun tumor te krijgen.

Het Lewis-longcarcinoom behoort tot de beschikbare laboratoriumtumoren die met chemotherapie het moeilijkst te behandelen zijn. De cellen worden normaal zeer snel resistent tegen alle celdodende middelen. Een groot probleem bij chemotherapie is dat iedere volgende kuur meestal minder effectief is. Tumorresten die achterblijven na chemotherapie bevatten vaak cellen die ongevoelig zijn geworden voor celdodende middelen. Een moleculaire pomp in hun celwand werpt onverdroten alle vreemde stoffen naar buiten. De endostatine-chemotherapie van de experimentele tumoren leidde echter in geen enkel geval tot resistentie bij de tumorcellen.

Nature-commentator Kerbel schreef daarop: “Dit kan een nieuw tijdperk in de kankerbehandeling betekenen. Maar de aanvang van deze nieuwe periode ligt misschien nog jaren in het verschiet.” Kleber noemt de kosten van deze op biotechnologie gebaseerde geneesmiddelen en de mogelijke en nog onbekende bijwerkingen (wat als patiënten zich verwonden?) als mogelijke struikelblokken. Kleber: “En ten slotte weten we uit ruime ervaring dat we voorzichtig moeten zijn met het vergelijken van de opgewekte tumoren in muizen met de spontane tumoren in mensen.”

Niettemin vinden de eerste experimenten bij mensen nu plaats. Resultaten van endostatinetherapie zijn er nog niet. Eerdere onderzoekslijnen naar het stoppen van bloedvatgroei waren net bij mensen aangeland. Op het congres 'Angiogenesis and Cancer' dat van vorige maand, van 24 tot 28 januari in Orlando, Florida werd gehouden, presenteerden twee groepen hun eerste resultaten bij kankerpatiënten. Het betrof experimentele behandelingen bij mensen voor wie geen behandeling meer beschikbaar was. De behandelingen waren zogenaamde fase-I-experimenten, alleen bedoeld om te zien of mensen de middelen verdragen.

De Leidse endocrinoloog Clemens Löwik was in Orlando aanwezig: “Twee groepen lieten resultaten zien en dat leidde tot grote opwinding. De groep van David Cheresh aan het Scripps Institute in La Jolla, California gaven patiënten een experimenteel medicijn dat de -receptor in de punt van groeiende haarvatspruiten blokkeert. De tumoren stopten met groeien. De groep van Folkman uit Boston behandelde patiënten met lage doses interferon-. Die verbinding stopt ook de angiogenese. Eerdere experimenten met interferon- bij mensen leverden geen resultaten op. De doses bleken te hoog. Een langdurige behandeling met dagelijkse lage doses die Folkman nu probeerde had meer succes, hoewel de tumorgroei pas na vier maanden stopte.”

BOTBREUKEN

Het wachten is op de eerste experimenten met endostatine, dat nu pijlsnel carrière maakt. Bioloog Löwik is in Leiden hoofd van het onderzoekslab voor endocrinologie, gespecialiseerd in botopbouw en -afbraak. Hij kwam niet via tumoren bij endostatine terecht. Löwik: “In de embryonale ontwikkeling is het vaatstelsel betrokken bij de vorming van bot. Ook bij het herstel van botbreuken is nieuwe bloedvatgroei noodzakelijk. Bij botontkalking zien we ook vaatveranderingen. Verder onderzochten we hoe het komt dat uitzaaiingen van borstkanker en prostaatkanker vaak een voorkeur hebben om verder te groeien in beenmerg en op bot. Op die manier kregen we kennis over bloedvatgroeifactoren en over collageen XVIII, een type collageenmolecuul dat specifiek in het basaalmembraan rond bloedvaten voorkomt, en waar na splitsing endostatine uit wordt gevormd.”

Löwik heeft inmiddels de bacteriën in huis die een onderzoeksvoorraad endostatine moeten produceren. Daarmee zal zijn groep in de eerste plaats laboratorium- en dierexperimenten met modellen voor botmetastasen van borsttumoren beginnen. Löwik: “Verder hadden we hier eigenlijk al een mooi modelsysteem voor het meten van haarvatgroei en -remming klaarliggen. Andere groepen hebben daar nu belangstelling voor, want de meting van angiogenese-activiteit was tot nu toe een probleem. Het begon ooit met injectie van bloedvatgroeifactoren in oogwit van levende proefdieren. Die experimenten waren zo belastend voor de konijnen waarin ze werden uitgevoerd dat werd overgestapt naar methoden met cellijnen die echter niet zo nauwkeurig waren. Wij gebruiken botjes van muizenfoetussen van een paar millimeter groot.”

Of beheersing van het angiogenese-evenwicht de komende jaren al iets zal betekenen voor kankerpatiënten is onduidelijk, ook al omdat de kennis over het angiogenesesysteem het basale niveau nog nauwelijks ontstegen is.

Angiogenese heeft echter als 'voordeel' dat het bij vrijwel iedere tumor een rol speelt. Zelfs bij leukemie, heeft Folkman onlangs ontdekt. Want beenmerg dat een overmaat aan B-lymfocyten produceert legt eerst meer bloedvaten aan. Ook is inmiddels het contact gelegd tussen de angiogenese en het onderzoek naar oncogenen en tumorsuppressorgenen. Een beroemd tumorsuppressorgen als p53, dat in meer dan de helft van de tumoren door mutatie verloren is gegaan, codeert voor een eiwit dat betrokken is bij de aanmaak van de angiogeneseremmer thrombospondine. Als p53 wegvalt, verdwijnt de remmer, waardoor de tumoren zichzelf van bloedvaten voorzien.