¿Por qué se disemina el cáncer?

Las células de los tumores malignos tienen la capacidad de diseminarse por vía sanguínea o linfática y anidar en otros órganos dando lugar a tumores secundarios. Este proceso, denominado metástasis, resulta de una compleja interacción entre las células normales y las tumorales. La producción de metástasis es una de las principales causas de muerte por cáncer. De allí la importancia de desarrollar métodos para evitarlas. Estos métodos requieren la investigación detallada del mecanismo de producción de metástasis.

El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en la revista “Ciencia Hoy”, Vol. 13 n.º 73, febrero/marzo 2003 para su difusión a través de FABA Informa.

Elisa Bal de Kier Joffé y Lydia Inés Puricelli Ärea Investigación, Instituto de Oncología ‘Angel H Roffo’ (UBA)

La existencia de metástasis –esto es, la diseminación de un tumor a distintas zonas del organismo–, fue demostrada en 1829 por Recamier, quien comprobó que los tumores secundarios se originan de células que se desprenden del tumor primario. La diseminación de células tumorales es un proceso de profundo significado clínico dado que las metástasis hacen fracasar los tratamientos, como el quirúrgico, que eliminan el tumor primario. La diseminación metastásica es la responsable de una gran proporción de las muertes por cáncer (entre el 50 y el 66 por ciento), siendo una de las principales causas del temor que produce esta enfermedad (ver recuadro ‘¿Por qué fracasa el tratamiento del cáncer?’).

¿Por qué fracasa el tratamiento del cáncer?


Diagnóstico tardío
• Tumores grandes.
• Diseminación precoz.
• Metástasis de primario oculto.

Localización del tumor y/o metástasis en órganos vitales. Daños por compresión o por invasión local

Toxicidad de los tratamientos

Heterogeneidad tumoral
• Inestabilidad génica y generación de células más malignas.
• El tumor primario difiere de las metástasis, y estas entre sí, en su respuesta a los tratamientos.


Por lo tanto, el conocimiento de los mecanismos por los cuales se produce la diseminación de los tumores es uno de los factores cruciales para lograr su curación. En consecuencia, en los últimos años se ha puesto énfasis en la necesidad de definir mejor a este proceso en sus niveles bioquímico, biológico y molecular. Se ha logrado así avanzar en la identificación de sustancias que determinan el comportamiento de la célula metastásica y se ha explorado si éstas pueden ser de utilidad como marcadores para el diagnóstico precoz y/o como ‘blanco’ de tratamientos que permitan prevenir la aparición o la curación de la diseminación tumoral. Debido a dificultades tanto éticas como prácticas que conllevan la realización de estudios de este tipo en el ser humano, se utilizan diversos métodos experimentales en animales como los que están descriptos en el recuadro ‘Estrategias experimentales para estudiar la progresión tumoral’.
El conocimiento de los mecanismos por los cuales se produce la diseminación tumoral es de importancia crucial para alcanzar la curación del cáncer.

Mecanismos de la progresión tumoral

La metástasis es consecuencia de un complejo proceso selectivo en el que intervienen múltiples factores. A pesar de la enorme importancia médica de sus efectos, la metástasis es un fenómeno altamente ineficiente, ya que solo el 0,1 por ciento de las células que se desprenden de un tumor y pasan a la circulación dan lugar a tumores secundarios. En las múltiples etapas de la metástasis (cascada metastásica), participan factores inherentes a la célula tumoral, mecanismos de defensa del huésped y un conjunto de interacciones entre la célula maligna y las células normales del organismo portador del tumor.
Una vez que se ha desarrollado el tumor primario, una o más células tumorales pueden disociarse de éste, invadir los tejidos del huésped, viajar por la corriente sanguínea y/o linfática, escapando de la vigilancia inmunológica y detenerse en un órgano ‘blanco’ para proliferar y formar un tumor secundario

Figura 1

(Ampliar Fig. 1).

Es obvio que para que una célula sea capaz de desarrollar una metástasis debe atravesar exitosamente todas las etapas de esta secuencia. Si bien con fines didácticos cada una de las etapas se suele discriminar considerándola un proceso aislado, es necesario tener en cuenta que en realidad el proceso es dinámico y que el pasaje de una etapa a otra de la cascada es ininterrumpido e incluso puede ser simultáneo. Además se acepta que los tumores metastásicos tienen en sí mismos la potencialidad de reiniciar la cascada y metastatizar a sitios terciarios que se constituyen en metástasis de metástasis.
Se ha demostrado que los tumores no siempre tienen, desde su formación, todas las propiedades necesarias para alcanzar la etapa final de diseminación. Se acepta que esta etapa se logra a través de un proceso en el que participan la adquisición gradual de nuevas características genotípicas y fenotípicas a medida que el tumor crece, y la modulación transitoria del comportamiento de la célula tumoral en los diferentes microambientes que esta atraviesa. Si bien hay excepciones, se acepta que un tumor tiene la tendencia de empeorar gradualmente, comportamiento que se designa como progresión tumoral en la cual la aparición de células metastásicas representa la etapa culminante del proceso de transformación neoplásica.
De lo dicho hasta ahora resulta claro que el estudio de la progresión tumoral abarca todas las áreas de la biología tumoral. Estas incluyen al sistema inmune. El papel de este sistema no se analizará aquí ya que la orientación principal de este artículo es describir lo que se sabe sobre la biología de las metástasis y sobre las moléculas potencialmente responsables de este proceso.

Mecanismos de la invasión tumoral

En varios de los pasos de la cascada metastásica (Fig. 1) la diseminación depende de la capacidad de las células tumorales de invadir o infiltrar a los tejidos normales adyacentes. Durante la invasión desde el tumor primario, las células cancerosas migran hasta penetrar en los vasos sanguíneos o linfáticos. La invasión secundaria abarca la extravasación y la migración a través de las estructuras extracelulares del órgano ‘blanco’ (que es el que recibe la metástasis), hasta que se produce el crecimiento de un nódulo metastásico. Es importante destacar que invasiones celulares fisiológicas como el crecimiento de los precursores de las neuronas en el embrión o el proceso de cicatrización transcurren a través de mecanismos moleculares similares a la invasión maligna, y que la principal diferencia es la persistencia de la invasión maligna que contrasta con el carácter controlado y limitado de los procesos normales.
Durante la invasión se produce una serie de interacciones entre las células tumorales con las matrices extracelulares (ME). Las ME son redes complejas de macromoléculas secretadas por distintas células que se ensamblan en forma local y que cumplen importantes funciones para el adecuado funcionamiento de los tejidos. Una variante particular de estas matrices aparece en las células de los tejidos llamados epiteliales, que se apoyan sobre una forma especial de ME altamente organizada propia de estos tejidos llamada membrana basal (MB). En los tumores de origen epitelial (carcinomas), que constituyen más del 80 por ciento de los tumores humanos, se altera profundamente la organización de las ME y las MB son modificadas y atravesadas varias veces a lo largo de la cascada metastásica.
Recientemente se ha postulado que el cáncer podría considerarse un desequilibrio patológico entre diferentes sociedades celulares, en el cual en la zona de contacto entre las células tumorales y las normales se crea un microecosistema invasor.
La transformación en invasor de un carcinoma está precedida por la activación local de diversas células (fibroblastos, células inmunes y endotelio).
La invasión ocurre en esa zona focalizada, y se acompaña de la interacción y cooperación entre las células tumorales y las normales, proceso que incluye el reconocimiento y el intercambio de enzimas y de otras sustancias que son producidas por el sistema inmune como las citoquinas (Fig. 2).

Microambiente en la zona de invación tumoral: interacción entre células normales y tumorales

Figura 2

Se ha propuesto que tanto la invasión tumoral primaria como la secundaria se inician con la adhesión de la célula neoplásica a las ME, seguida por la disolución de estas por enzimas que digieren las proteínas (enzimas proteolíticas) y la posterior migración de las células a través de las ME así alteradas. Esta secuencia de tres pasos puede repetirse sucesivamente en varias instancias durante la invasión. Muchos estudios han demostrado que la célula maligna produce cantidades inapropiadas -ya sea mayores o menores- de algunas moléculas específicas, lo que podría determinar el comportamiento invasor.
La fibronectina (FN) es una glicoproteína (molécula formada por una proteína a la que se le han unido azúcares) de alto peso molecular que se encuentra en forma fibrilar e insoluble en la ME y en forma soluble en el plasma. La FN interactúa con otros componentes de la ME, así como con las integrinas (moléculas que intervienen en la adhesión entre células) de la superficie celular. La formación de células tumorales causa una marcada disminución en la síntesis de FN y/o produce alteraciones en su capacidad de ensamblarse en la ME. En experimentos realizados en nuestro Instituto con adenocarcinomas mamarios de ratón, demostramos que las células con mayor capacidad metastásica dejan de sintetizar FN. Cuando las mismas células son inducidas experimentalmente a producir FN, mediante la introducción (transfección) estable del gen completo de la FN, se reduce en forma muy significativa su capacidad de producir metástasis en los pulmones.
La invasión tumoral implica la disolución de la MB. Para ello es necesaria la presencia de un conjunto de enzimas extracelulares que catalizan la digestión de proteínas (proteasas (Ampliar Tabla 1). Entre dichas proteasas se destacan las metaloproteinasas de matriz (MMPs) y el activador del plasminógeno de tipo uroquinasa (uPA). Tanto las MMPs como el uPA se han encontrado muy aumentados en numerosos tumores experimentales y humanos, siendo su medición de utilidad para predecir la evolución de los pacientes (ver el artículo ‘Marcadores tumorales’ en este número de CIENCIA Hoy). Hay evidencias experimentales muy sólidas que muestran que las proteasas no solo participan en la remodelación de la ME, sino que desempeñan también importantes papeles en procesos tales como el crecimiento, la migración y la muerte de la célula tumoral. La inhibición de estas enzimas mediante sustancias naturales se o sintéticas constituye una nueva terapéutica contra las metástasis. En este sentido, recientemente se ha desarrollado una nueva tecnología que permitirá evaluar, mediante el diagnóstico por imágenes en pacientes, la efectividad de los inhibidores enzimáticos.
Las metaloproteasas (MMP) se secretan como protoenzimas latentes (esto es, como moléculas sin actividad enzimática la que adquieren luego de su secreción). Entre sus miembros, las gelatinasas o colagenasas tipo IV son capaces de hidrolizar los colágenos tipo IV (que se encuentra específicamente en las MB) y tipo V. En particular, la MMP-2 y la MMP-9 son las enzimas más fuertemente vinculadas con la capacidad invasora tumoral y con la formación de vasos sanguíneos (angiogénesis).
El uPA es una serinoproteasa que, además de degradar directamente algunos componentes de la ME, convierte al plasminógeno en plasmina, una potente enzima capaz a su vez de amplificar la cascada proteolítica al activar otras proenzimas.
Asimismo, mediante el empleo de inhibidores sintéticos específicos del uPA, se demostró que esta proteasa era esencial en la migración e invasión celular in vitro e in vivo. La activación del plasminógeno por el uPA se incrementa hasta 40 veces cuando este está unido a su receptor de membrana (llamado uPAR) focalizando así el frente de degradación. Cuando existen cantidades aumentadas de uPA y/o uPAR, además de promoverse la degradación de la ME, se modifica la señalización intracelular y se puede producir un incremento de la capacidad de migrar y de crecer de las células tumorales. En los adenocarcinomas mamarios de ratón que utilizamos en nuestro laboratorio hemos demostrado que el tumor con mayor capacidad de formar metástasis secreta 3-4 veces más uPA que las células normales.

¿Por qué la distribución de las metástasis depende de la naturaleza del tumor?

La clínica del cáncer indica que la distribución de las metástasis no es un proceso al azar, sino que depende del sitio de origen y del tipo de tumor primario. Así, por ejemplo, las metástasis en el cáncer de mama se producen con preferencia en los huesos, el pulmón, el cerebro y el hígado y solo raramente aparecen en otros sitios. Además, algunos tejidos como el cartílago y el músculo esquelético solo muy raramente son colonizados por células tumorales.
Se han propuesto varias teorías para explicar la selectividad de las metástasis. La más simple es la teoría anátomo-mecánica que postula que las metástasis tienen una determinada ubicación porque las células que las producen son atrapadas mecánicamente en una determinada zona. Se sabe que esto ocurre en solo algunos casos de modo que no todas las distribuciones de células metastáticas pueden ser explicadas por esta teoría. Otra teoría es la llamada suelo-semilla, formulada en 1889 por Paget (St. Bartholomew’s College, Londres).
Está basada en suponer que las células tumorales (semillas) solo pueden crecer en el órgano cuyo microambiente (suelo) sea apropiado. Uno de los primeros trabajos experimentales destinados a comprobar la teoría de Paget fue realizado por Fidler y sus colaboradores (University of Texas, MD Anderson Hospital, Houston, Texas). Estos investigadores realizaron experimentos que consistían en implantar en diversos músculos esqueléticos de ratones, fragmentos de diferentes órganos normales y después inocular a los animales por vía endovenosa con células de un melanoma maligno. Luego de 21 días de inoculación, se comprobó que las células inyectadas habían formado metástasis en los pulmones del huésped (que constituye la primera barrera anatómica de la inoculación endovenosa), pero que también lo habían hecho en el tejido pulmonar implantado en los músculos. En contraste, no se detectó crecimiento tumoral alguno en los demás órganos e implantes musculares de otros tejidos del huésped.
Estos resultados coinciden con la visión actual que acepta el punto de vista de Paget postulando que la diseminación metastásica está predominantemente determinada por interacciones específicas entre la célula maligna y el órgano que recibe la metástasis.
La primera interacción entre las células malignas circulantes y el órgano ‘blanco’ ocurre a nivel de la sus vasos sanguíneos más pequeños, donde las células tumorales entran en contacto con la superficie interna (endotelio) de los vasos. Estudios in vitro (Ampliar Tabla)demostraron que las células tumorales se adhieren con preferencia a los endotelios de los vasos pertenecientes a los órganos que invaden.
La consideración moderna de la teoría de Paget debe incluir el concepto de la heterogeneidad tumoral. Así, a pesar de que la mayoría de los tumores tiene su origen en células monoclonales (esto es que tienen idéntico genoma), se convierten en heterogéneos cuando se han desarrollado lo suficiente para permitir su diagnóstico, de modo que en ese estado se encuentran subpoblaciones que difieren en características tales como antigenicidad, inmunogenicidad, su capacidad de producir enzimas y su resistencia a drogas, como así también en su capacidad de desarrollar metástasis. En muchos tumores se encuentran en forma temprana subpoblaciones de células con alto potencial metastásico. Estas serían las seleccionadas por su eficiencia para superar todas las etapas necesarias para que la metástasis tenga lugar.
Sin embargo, no se pueden ignorar otras alternativas que explican el complejo proceso de las metástasis. Por ejemplo, Nicolson postuló que la adquisición de la capacidad metastásica podría depender de las inestabilidades transitorias de las células tumorales, y no de la selección de determinadas células metastásicas presentes en el tumor primario. Esta teoría está apoyada por datos experimentales que indican que el microambiente modula, entre otras propiedades, la abundancia de receptores hormonales, la apoptosis o muerte celular programada y la resistencia a quimioterápicos. Por ejemplo, en el caso de un fibrosarcoma murino se observó que el tumor era sensible al quimioterápico doxorrubicina cuando crecía en el tejido subcutáneo, mientras que las metástasis pulmonares eran resistentes a la misma droga, y que esta diferencia estaba asociada al aumento de la P-glicoproteína que confiere resistencia múltiple a las drogas.
Es interesante recalcar que la resistencia a los quimioterápicos no dependería de la selección de subpoblaciones específicas, sino de las interacciones con el medio ambiente, ya que las células metastásicas, una vez removidas del pulmón, volvían a adquirir la sensibilidad a la doxorrubicina.
Las células tumorales podrían encontrar un terreno favorable para crecer en aquellos órganos que produzcan factores similares a los que regulan el tejido normal en el que se originó el tumor primario. Por ejemplo, el carcinoma de colon humano responde a factores específicos que modulan el epítelio colónico normal. Es interesante recalcar que algunos de estos factores son idénticos a los que regulan la renovación tisular hepática, siendo el hígado el sitio preferencial de metástasis de este tipo de tumor. Por otro lado, se estableció que algunas sustancias naturales con efectos inhibitorios sobre determinadas células normales (por ejemplo la interleuquina IL6 cuyo efecto se ejerce sobre los melanocitos) actúan como factores estimulantes del crecimiento cuando dichas células se transforman y forman parte de tumores (por ejemplo melanomas) avanzados. También se ha demostrado una relación recíproca entre la célula metastásica y el microambiente del órgano blanco, ya que la célula tumoral puede liberar factores a los cuales la célula normal responde, produciendo a su vez factores que estimulan a la propia célula tumoral.
Desde hace unos años, este grupo está interesado en estudiar los factores del órgano ‘blanco’ que determinan el comportamiento metastásico. Estos estudios han permitido demostrar que factores solubles del pulmón, órgano ‘blanco’ de la diseminación metastásica de los adenocarcinomas mamarios murinos, son capaces de estimular la proliferación, migración y secreción de uroquinasa (uPA) in vitro, así como también de incentivar la angiogénesis y el crecimiento tumoral local y metastásico in vivo.
Se conoce que existen factores que permiten la sobrevida en el microambiente tisular. Estos factores, esenciales para el mantenimiento de viabilidad de la célula normal, podrían tener también influencia en la sobrevida de la célula metastásica en el órgano ‘blanco’ e, inclusive, llegar a rescatar de las primeras etapas de la apoptosis a la célula dañada por el tratamiento con drogas antitumorales. En un trabajo reciente sobre las interacciones entre la célula tumoral y el órgano blanco, usando un modelo experimental que solo produce metástasis en el pulmón, demostramos in vitro e in vivo que factores solubles del pulmón, pero no los del hígado o el riñón, son capaces de rescatar de la apoptosis a células tumorales mamarias tratadas con diferentes quimioterápicos tales como doxorrubicina y cisplatino.

Conclusiones

El conocimiento de los pasos específicos involucrados en el proceso de invasión y metástasis permitiría predecir el grado de agresividad tumoral, localizar metástasis silenciosas y desarrollar tratamientos antimetastásicos más racionales. Frente a esquemas convencionales, cuyos resultados no son siempre satisfactorios, es preciso reconocer que la alternativa molecular se presenta como una vía promisoria para llegar al definitivo éxito en el diagnóstico y tratamiento de la metástasis.
Sin embargo, es preciso abandonar la idea de que solo unas pocas sustancias tendrían un papel importante en la formación de metástasis y aceptar la gran complejidad, a nivel molecular, de este proceso. Nuevas tecnologías en desarrollo (tales como los microarrays o micromatrices de expresión molecular) permiten analizar simultáneamente los productos de miles de genes potenciales marcadores tumorales. Más aún, recientemente la combinación de estos estudios con microdisección mediante el uso de láseres ha permitido dilucidar qué moléculas se encuentran activas (fosforiladas), en los diferentes microecosistemas tumor-huésped presentes en tejidos humanos.
Falta aún un largo recorrido hasta que la información que provee este tipo de estudios se convierta en una herramienta eficaz y práctica de diagnóstico a nivel clínico. Sin embargo, no es futurología predecir la aparición de una nueva definición de los perfiles moleculares tumorales, que probablemente generará nuevas clasificaciones de los tumores y nuevos conocimientos acerca de su formación, los que harán posible el diseño de drogas más específicas.

Lecturas sugeridas:

Aguirre Ghiso J, Alonso D, Farias E, Gomez D, Bal de Kier Joffé E, 1999, 'Minireview: Deregulation of the signaling pathways controlling urokinase production, Its relationship with the invasive phenotype' European Journal of Biochemistry, 263:295-304.
Fidler I, 1999. 'Critical determinants of cancer metastasis: rationale for therapy', Cancer chemoter. Pharmacol., 43:3-10.
Ladeda V, Adam A, Puricelli L, Bal de Kier Joffé E, 2001, 'Apoptotic cell death induced by anticancer drugs is prevented by soluble factors present in the target organ of metastasis', Breast cancer research & treatment, 69:39-51.
Liotta LA, Kohn EC, 2001, 'The microenvironment of the tumor-host interface', Nature, 411:375-379.
Urtreger A, Porro F, Puricelli L, Werbajh S, Baralle FE, Bal de Kier Joffé E, Kornblihtt A, Muro A, 1998, 'Expression of RGD minus Fibronectin that does not Form Extracellular Matrix Fibrils is Sufficient to Decrease Tumor Metastasis', International Journal of Cancer, 78:233-241.
Página web htpp://www.cnio.es

Elisa Bal de Kier Joffé: Doctora en Medicina (UBA). Directora Área Investigación del Instituto de Oncología 'Angel H Roffo'. Miembro de la Carrera del Investigador Científico del CONICET.
Profesor regular adjunto con dedicación parcial. Departamento de Biología Celular e Histología de la Facultad de Medicina (UBA).
E-mail: elisabal@mail.fmed.uba.ar

Lydia Puricelli: Doctora en Ciencias Biológicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA). Profesional investigador del Área Investigación del Instituto de Oncología 'Ángel H Roffo'. Miembro de la Carrera del Investigador Científico del CONICET. Docente de la carrera de Especialista en Oncología (UBA).