Ο ρόλος του γλουταμικού οξέος στην ανάπτυξη μηνιγγιωμάτων και αστροκυττωμάτων

Abstract

Gliomas or astrocytomas are the most common and malignant group of primary brain tumors. Multiform glioblastoma (malignant glioma IV) is the fastest proliferating type of astrocytoma, which is also associated with the occurrence of epileptic seizures, rapid infiltration of cerebral parenchyma and particularly poor prognosis.Meningiomas are the most common benign tumors of the brain, surgical removal of which has very good results, with a five-year survival of over 90%. The local relapse of these tumors is particularly high and ranges from 11 to 29%.Glutamic acid (Glu) is the most abundant amino acid in the mammalian brain, playing the role of the major stimulant neurotransmitter. Increased levels of Glu in CSF have been associated with the regulation of cell proliferation, differentiation and survival of many neuronal tumors, including high-grade gliomas. Clinical studies on Glu levels in blood or cerebrospinal fluid (CSF) are very limited.The Special Protective Membrane Antigen (PSMA), known as folic acid hydrolase 1 or glutamate carboxypeptidase II (GCPII) or NAALA-Dase, is an enzyme (type II transmembrane glycoprotein) that breaks the N-acetyl-deparatamylglutaminate released into the N-acetyl aspartate and free Glu. PSMA is expressed very strongly in the endothelium of neovascular solid tumors, including gliomas but not in normal vessels. Binding of PSMA from naked or conjugated antibody to cytotoxin can be a powerful tool for vascular treatment of GBM.KLF8 (Krüppel-like factor 8) is a member of the KLF transcription factor family, which is involved in the proliferation of cancer cells and the penetration of gliomas. This double transcription factor is expressed in the gliomas of all grades of malignancy and its selective inhibition may be a new therapeutic strategy for malignant gliomas.The subject of the present study is: a) determination of glutamic acid (Glu) by HPLC in cerebrospinal fluid (ENY) and blood of glioma or meningioma brain; b) immunohistochemical identification of the presence of the Prostate Specific Membrane Antigen (PSMA) in brain tumor endothelial cells; c) immunohistochemical identification of the presence of KLF-8 (Krüppel-like factor 8) in the cells of benign and malignant CNS tumors; and d) the correlation of immunohistochemical markers with Glu levels in cerebrospinal fluid and blood glioma or meningioma patients.The findings of our study show that Glu concentrations in both CSF and blood plasma of glioma patients are higher than those in the CSF and in plasma of meningioma patients. This means that the production of glutamic acid at high concentrations is a property of predominantly malignant intraparenchymal tumors that develop by filtering normal brain tissue, as opposed to benign exoparenchymal tumors such as meningiomas, which usually do not infiltrate the parenchyma, and therefore do not cause epileptic seizures. In addition, it seemed that the more malignant a glioma is, the greater the Glu production, and the greater the concentration in the CSF of the affected patients.The results of the immunohistochemical study have shown that PSMA is expressed in neovasculars, not only gliomas but also meningiomas. The fact that the expression of PSMA involves all of the tumor vessels makes this factor likely a new therapeutic target. Since PSMA levels differ among patients we can hypothesize that the patients that would eventually benefit from such therapies are those with high PSMA.PSMA immunoreactivity score (IRS) did not show any significant correlation with Glu levels either in CSF or in blood, maybe due to our small number of samples. However, we noticed that the relationship between Glu and PSMA-IRS obeys in an hormetic or biphasic model which can manifest in different forms, like bell-shaped, U-shaped or J-shaped curves.In addition, our immunohistochemical results demonstrated for the first time, that KLF8, an important transcription factor recently found to be involved in the proliferation and spreading of glioma cells, is expressed not only in most gliomas (72%) of all degrees of malignancy, but also in 45% of meningiomas. The grade of KLF8 expression in glioma tissues associated with Glu concentration in CSF in an exponential way. This means that it might be possible to follow the response of anti-KLF8 therapy by measuring of Glu concentration in CSF at regular intervals.In conclusion, further research in larger groups of patients is needed to demonstrate the frequency of PSMA and KLf-8 expression in gliomas and meningiomas and their relation with glutamate. Thus in clinical perspective PSMA antagonists could be preoperatively used to reduce interfering intraoperative hemorrhage from neovascularization of both gliomas and meningiomas, and that anti-KLF8 agents might have a post-operative chemotherapy role, not only in gliomas, but also in atypical or malignant meningiomas.

Τα γλοιώματα ή αστροκυττώματα αποτελούν τη συχνότερη και κακοηθέστερη ομάδα πρωτοπαθών όγκων του εγκεφάλου. Το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα (γλοίωμα βαθμού κακοηθείας IV) είναι ο ταχύτερα πολλαπλασιαζόμενος τύπος αστροκυττώματος, ο οποίος συνδέεται επίσης με την εμφάνιση επιληπτικών σπασμών, την ταχεία διήθηση του εγκεφαλικού παρεγχύματος και ιδιαίτερα κακή πρόγνωση. Τα μηνιγγιώματα αποτελούν τους συνηθέστερους καλοήθεις όγκους του εγκεφάλου, η χειρουργική αφαίρεση των οποίων έχει πολύ καλά αποτελέσματα, με πενταετή επιβίωση που ξεπερνά το 90%. Η τοπική υποτροπή όμως των όγκων αυτών είναι ιδιαίτερα υψηλή και ανέρχεται σε 11-29%.Το γλουταμικό οξύ (Glu) είναι το αφθονότερο σε συγκέντρωση αμινοξύ στον εγκέφαλο των θηλαστικών, όπου διαδραματίζει το ρόλο του κυριότερου διεγερτικού νευροδιαβιβαστή. Aυξημένα επίπεδα Glu στο ΕΝΥ έχουν συνδεθεί με τη ρύθμιση του πολλαπλασιασμού, της διαφοροποίησης και της επιβίωσης πολλών νευρωνικών όγκων, συμπεριλαμβανομένων των υψηλόβαθμων γλοιωμάτων. Οι κλινικές μελέτες σχετικά με τα επίπεδα Glu στο αίμα ή στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) είναι πολύ περιορισμένες. Το Ειδικό Προστατικό Αντιγόνο Μεμβράνης (PSMA), γνωστό ως υδρολάση φολικού οξέος 1ή γλουταμική καρβοξυπεπτιδάση II (GCPII) ή NAALA-Dase, είναι ένα ένζυμο (τύπου II διαμεμβρανική γλυκοπρωτεΐνη) που διασπά το απελευθερούμενο από τους νευρώνες Ν - ακέτυλοαπαρταμογλουταμινικό, σε Ν-ακετυλοασπαρτικό, παρέχοντας ελεύθερο γλουταμινικό. Το ειδικό προστατικό αντιγόνο (PSMA) εκφράζεται πολύ ισχυρά στο ενδοθήλιο των νεοαγγείων συμπαγών όγκων, συμπεριλαμβανομένων των γλοιωμάτων αλλά όχι στα φυσιολογικά αγγεία. Το PSMA αποκτά κλινικό ενδιαφέρον δεδομένου οτι δέσμευση του από αντίσωμα με κυτταροτοξίνη μπορεί να αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο αγγειακής θεραπείας του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος.Ο παράγοντας KLF8 είναι μέλος της οικογένειας των παραγόντων μεταγραφής KLF, ο οποίος εμπλέκεται στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και στη διείσδυση των γλοιωμάτων. Αυτός ο διπλός μεταγραφικός παράγοντας εκφράζεται στα γλοιώματα όλων των βαθμών κακοήθειας και η εκλεκτική αναστολή του μπορεί να αποτελέσει μια νέα θεραπευτική στρατηγική για τα κακοήθη γλοιώματα.Το αντικείμενο της παρούσας έρευνας είναι: α) ο προσδιορισμός του γλουταμικού οξέος (Glu), με HPLC, στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ENY) και το πλάσμα του αίματος ασθενών γλοίωμα ή μηνιγγίωμα εγκεφάλου, β) η ανοσοϊστοχημική ταυτοποίηση της παρουσίας του Ειδικού Προστατικού Μεμβρανικού Αντιγόνου (PSMA) στα ενδοθηλιακά κύτταρα των νεοαγγείων των όγκων του εγκεφάλου, γ) η ανοσοϊστοχημική ταυτοποίηση της παρουσίας του KLF-8 (Krüppel-like factor 8), στα κύτταρα των καλοήθων και των κακοήθων όγκων του ΚΝΣ, και δ) η συσχέτιση των ανοσοϊστοχημικών δεικτών με τα επίπεδα του Glu στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό και το πλάσμα του αίματος των πασχόντων ασθενών. Τα ευρήματα της μελέτης μας δείχνουν ότι οι συγκεντρώσεις του γλουταμικού οξέος, τόσο στο ΕΝΥ όσο και στο πλάσμα του αίματος των ασθενών με γλοίωμα είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες αυτών στο ΕΝΥ και στο πλάσμα ασθενών με μηνιγγίωμα. Δηλαδή, φαίνεται πως η παραγωγή του γλουταμικού οξέος σε υψηλές συγκεντρώσεις είναι ιδιότητα κυρίως των κακοήθων ενδοπαρεγχυματικών όγκων που αναπτύσσονται διηθώντας το φυσιολογικό εγκεφαλικό ιστό, σε αντίθεση με τους καλοήθεις εξωπαρεγχυματικούς όγκους όπως τα μηνιγγιώματα, τα οποία συνήθως δεν διηθούν το παρέγχυμα και ως εκ τούτου δεν προκαλούν συχνά επιληπτικές κρίσεις. Επιπλέον, διαπιστώσαμε πως όσο κακοηθέστερο είναι ένα γλοίωμα τόσο μεγαλύτερη παραγωγή Glu προκαλεί και συνεπώς τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωσή του στο ΕΝΥ των πασχόντων ασθενών.Τα αποτελέσματα της ανοσοϊστοχημικής μας μελέτης έδειξαν ότι ο παράγοντας PSMA εκφράζεται στα νεοαγγεία, όχι μόνο των γλοιωμάτων αλλά και των μηνιγγιωμάτων. Το γεγονός ότι η έκφραση του PSMA αφορά το σύνολο των αγγείων του όγκου καθιστά τον παράγοντα αυτό πιθανό νέο θεραπευτικό στόχο αλλά και χρήσιμο διαγνωστικό μέσο. O ανοσοδραστικός δείκτης (IRS) για το PSMA δεν παρουσίασε σημαντική συσχέτιση με τα επίπεδα του Glu, ούτε στο ΕΝΥ ούτε στο αίμα, ίσως λόγω του μικρού μεγέθους του δειγματός μας. Εντούτοις, παρατηρήσαμε ότι η σχέση μεταξύ Glu και PSMA-IRS υπακούει σε ένα hormetic ή διφασικό μοντέλο το οποίο μπορεί να εκδηλωθεί σε διάφορες μορφές, όπως καμπύλες σχήματος καμπάνας, σχήματος U ή σχήματος J.Επιπλέον τα ανοσοϊστοχημικά μας αποτελέσματα έδειξαν, για πρώτη φορά, ότι ο KLF8, ένας σημαντικός μεταγραφικός παράγοντας που προσφάτως διαπιστώθηκε ότι συμμετέχει στον πολλαπλασιασμό και τη διασπορά των κυττάρων του γλοιώματος, εκφράζεται όχι μόνο στα περισσότερα γλοιώματα (72%), διαφόρων βαθμών κακοήθειας, αλλά και στο 45% των μηνιγγιώματων. Δηλαδή, τόσο ο PSMA όσο και ο KLF8 είναι δυνητικά δύο νέοι διαγνωστικοί δείκτες των όγκων του εγκεφάλου που μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως θεραπευτικοί στόχοι. Ο βαθμός έκφρασης του KLF8 στους ιστούς των γλοιωμάτων σχετίζεται με τη συγκέντρωση του Glu στο CSF με εκθετικό τρόπο. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να είναι δυνατή η παρακολούθηση της ανταπόκρισης μιας ενδεχόμενης αντι-KLF8 θεραπείας με μέτρηση της συγκέντρωσης Glu στο CSF σε τακτά χρονικά διαστήματα.Συμπερασματικά, περαιτέρω έρευνα σε μεγαλύτερες ομάδες πληθυσμού απαιτείται προκειμένου να επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματά μας σχετικά με την έκφραση του PSMA και του KLF8 στα γλοιώματα και στα μηνιγγιώματα καθώς και οι συσχετίσεις τους με τις συγκεντρώσεις του Glu στο ΕΝΥ και στο αίμα. Έτσι, σε κλινικό επίπεδο αποδειχθεί οι ανταγωνιστές του PSMA θα μπορούν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν προεγχειρητικά για τη μείωση της ενοχλητικής διεγχειρητικής αιμορραγίας από τα νεοαγγεία, τόσο των γλοιωμάτων όσο και των μηνιγγιωμάτων, καθώς και οι αντι-KLF8 παράγοντες μπορεί να αποκτήσουν θέση στη μετεγχειρητική χημειοθεραπεία, όχι μόνο των γλοιωμάτων, αλλά και των άτυπων ή κακοήθων μηνιγγιωμάτων.