Cancer Cell International, 2005; 5: 18-18 (más artículos en esta revista)

Evaluación preclínica de la inhibidor del proteasoma bortezomib en el tratamiento del cáncer

BioMed Central
Mario Boccadoro (mario.boccadoro @ unito.it) [1], Gareth Morgan (gareth.morgan @ rmh.nthames.nhs.uk) [2], Jamie Cavenagh (jdcavenagh@qmul.ac.uk) [3]
[1] Sección de Hematología de la Universidad de Torino, Torino, Italia
[2] Royal Marsden Hospital, Surrey, UK
[3] St Bartholomew's Hospital, Departamento de Hematología, Londres, Reino Unido

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Resumen

Bortezomib es muy selectivo, inhibidor reversible de la proteosoma 26S que está indicado para el uso como agente único en el tratamiento de pacientes con mieloma múltiple que han recibido al menos 2 tratamientos previos y están avanzando en sus más recientes de la terapia. Las investigaciones clínicas se han completado o están en curso para evaluar la seguridad y eficacia de bortezomib solo o en combinación con quimioterapia en el mieloma múltiple, tanto en la recaída y la presentación, así como en otros tipos de cáncer. El antiproliferativa, proapoptótico, antiangiogenic, antitumorales y de las actividades de bortezomib resultado de la inhibición del proteasoma y dependen de la alteración de la degradación de una serie de proteínas reguladoras. La exposición al bortezomib se ha demostrado que la estabilización de p21, p27 y p53, así como la proapoptótico de pujas y las proteínas Bax, caveolin-1, y el inhibidor de α-κ B, que previene la activación del factor nuclear κ B inducida por las vías de supervivencia celular. Bortezomib también promovió la activación de la pro c-jun-NH 2 terminal quinasa, así como la respuesta de estrés del retículo endoplasmático. Los efectos contra el cáncer de bortezomib como agente único ya se han demostrado en modelos de xenoinjertos de mieloma múltiple, de células T del adulto leucemia, pulmón, mama, próstata, páncreas, cabeza y cuello, y el cáncer de colon, y en el melanoma. En estos estudios preclínicos in vivo, bortezomib tratamiento generado una disminución en el crecimiento tumoral, la angiogénesis y la metástasis, así como el aumento de la supervivencia y el tumor apoptosis. En varios in vitro y / o in vivo en modelos de cáncer, bortezomib también ha demostrado mejorar la propiedades antitumorales de varios tratamientos antineoplásicos. Es importante destacar que el bortezomib fue en general bien tolerado y no aparecen aditivo para producir efectos tóxicos cuando se combina con otras terapias en los regímenes de dosis utilizadas en estas investigaciones preclínicos in vivo. Estos resultados proporcionan un fundamento para seguir los ensayos clínicos utilizando bortezomib solo o en combinación con los regímenes de quimioterapia, radioterapia, inmunoterapia, o nuevos agentes en pacientes con neoplasias malignas hematológicas o tumores sólidos.

Introducción

Bortezomib (VELCADE ®, ex PS-341) fue aprobado para el tratamiento de pacientes con mieloma múltiple refractario o en mayo de 2003 por los EE.UU. Administración de Alimentos y Medicamentos [1] y en abril de 2004 por el Comité de Especialidades Farmacéuticas de la Unión Europea Unión. Un número de estudios clínicos de la evaluación de la actividad y la seguridad de bortezomib en el mieloma múltiple, así como en otros tipos de cáncer, se han llevado a cabo [2 - 10] o están en curso [11]. Por lo tanto, una revisión de los principales estudios preclínicos que han explorado los mecanismos de acción y siempre que el fundamento de la investigación clínica de este nuevo agente en el mieloma múltiple y otros tipos de cáncer se justifica.

Mecanismo de acción

Bortezomib, una boronic ácido dipeptide (Figura 1A] [12], es una muy selectivo, inhibidor reversible de la proteosoma 26S que se muestra a exhibir propiedades antitumorales en un panel de 60 líneas celulares de cáncer de los EE.UU. Instituto Nacional del Cáncer [13] . El proteasoma es un complejo enzimático que principalmente funciones en la degradación de proteínas malformadas y es esencial para la regulación del ciclo celular. Proteasomas se localizan en el núcleo y el citosol, donde son, en gran medida relacionados con centrosomes, el citoesqueleto, y el retículo endoplasmático exterior [14]. Intracelular de proteínas dañadas son blanco de eliminación por el proteosoma través ubiquitination (Figura 1B]. Muchos de los sustratos que se han identificado son proteínas que funcionan en la regulación transcripcional de activación, transducción de señales, ciclo de proliferación celular, y la apoptosis (Figura 2, Tabla 1] [15 - 29].

Varios investigadores independientes han encontrado que bortezomib inhibe la activación del factor de transcripción nuclear factor κ B (NF-κ B) [15 - 20, 30]. NF-κ B es importante para la supervivencia celular y se activa en respuesta al estrés celular, incluyendo el inducido por agentes citotóxicos, la radioterapia, o daño en el DNA. NF-κ B se sobreexpresa en varios tumores y regula la expresión de genes implicados en la apoptosis (incluida la Bcl-2 y Bcl-xL), la progresión del ciclo celular, la inflamación y la angiogénesis (incluida la interleuquina [IL] -6, IL-8, y Factor de crecimiento endotelial vascular [VEGF]) [31 - 33]. NF-κ B está obligado normalmente en el citosol a inhibidor κ B-α (I α κ B). Fosforilación, ubiquitination, y la degradación de I κ B α son necesarios para NF-κ B para trasladar al núcleo y activar la transcripción de genes diana. Bortezomib bloquea la activación de NF-κ B en la prevención de la degradación proteasomal de I κ B α. A través de la inhibición de NF-κ B, bortezomib no sólo promueve la apoptosis de las células cancerosas pero también sensibiliza a estas células a la quimioterapia [15, 20, 30], [16] de radiación, o la inmunoterapia [19]. Sin embargo, debido específicas NF-κ B por sí solo a través de la inhibición PS-1145 sólo parcialmente inhibe la proliferación de células tumorales [18], la actividad citotóxica de bortezomib también debe depender de una alteración en la regulación de la vía de transducción de señales de otros objetivos [18].

Los niveles intracelulares de una serie de otras proteínas que regulan la transcripción de genes, la apoptosis, y la proliferación se ven significativamente afectados por el bortezomib (Tabla 1]. C-jun-NH 2 terminal quinasa (JNK) es una proteína que promueve la muerte de las células en respuesta al estrés y el aumento de los niveles de proteínas malformadas [34]. Bortezomib tratamiento conduce a la activación de JNK en el mieloma múltiple [21, 22] y de pulmón de células no pequeñas células de cáncer [23]. Estos estudios mostraron que más específicas de la inhibición de la activación de JNK, ya sea genético o farmacológico, impidió mitocondrial liberación del citocromo c y Smac, la activación de la caspasa-8, -9, y -3, y de la apoptosis.

Inhibición del proteasoma También se ha demostrado que la estabilización de la ciclina dependiente de los inhibidores de quinasa p21 y p27, el gen supresor tumoral p53, y la proapoptótico de oferta de proteínas Bax y [15, 21, 23 - 27]. El aumento de los niveles de activar p21, p27, p53, Oferta, y Bax resultado en la inhibición de la progresión del ciclo celular y / o promoción de la apoptosis en respuesta a bortezomib. Curiosamente, la sensibilidad a la inhibición del proteasoma fue parcialmente dependientes de la p53 situación de la mama [35] y el cáncer de pulmón in vitro [36], pero bortezomib apoptosis inducida y / o chemosensitization se p53 independiente en la próstata [13], mieloma múltiple [15] , Y las células del cáncer de colon [30]. Por lo tanto, el grado de variabilidad en la sensibilidad a bortezomib con respecto a la condición de p53 parece-, depende del tipo de célula.

Un estudio publicado recientemente encontró que impidió la activación de bortezomib caveolin-1 en células de mieloma múltiple [28]. Activación de caveolin-1, una proteína que funciona en la motilidad o la migración de células en una serie de tejidos, requiere de fosforilación. En este informe, se mostró bortezomib para impedir la fosforilación de caveolin-1 de VEGF, una proangiogenic de citoquinas y blanco de transcripcional NF-κ B [37]. Bortezomib también inhibe la secreción de VEGF por la médula ósea. En conjunto, estos hallazgos ponen de manifiesto importantes mecanismos por los que bortezomib puede inhibir la migración de las células del cáncer así como de la angiogénesis tumoral.

Las proteínas específicas mencionadas se han mostrado ser al menos parcialmente responsable, en diversos modelos de la antiproliferativa, proapoptótico, antiangiogenic, y los efectos antitumorales de bortezomib. Sin embargo, estudios recientes han encontrado que el bortezomib resultados en la actividad citotóxica a través de la activación de la respuesta de estrés del retículo endoplasmático [38 - 41]. El mecanismo parece implicar el bloqueo de transporte retrógrado y la degradación de las proteínas dañadas retículo endoplasmático por la inhibición del proteasoma [42]. Son necesarios más estudios para vincular estos nuevos resultados con las señales intracelulares que han sido previamente implicadas en las actividades contra el cáncer de bortezomib.

Bortezomib solos

Bortezomib ha mostrado prometedora actividad antitumoral en una serie de modelos preclínicos de cáncer de murinos in vivo (Tabla 2] [13, 17, 19, 24, 30, 43 - 49]. En un modelo de xenoinjertos de mieloma múltiple, bortezomib tratamiento dado lugar a una inhibición significativa del crecimiento tumoral, un aumento en la supervivencia general, y una disminución de la angiogénesis del tumor [43]. El inhibidor del proteasoma fue bien tolerado hasta 0,5 mg / kg por vía intravenosa (IV), dos veces por semana durante 4 semanas, con toxicidad limitante de la dosis, incluyendo la pérdida de peso, a dosis de 1 mg / kg. Dos recientes informes de la evaluación de la eficacia de bortezomib en modelos murinos de xenoinjertos de células T del adulto leucemia han llegado a conclusiones contradictorias. Tan y Waldman bortezomib encontró que el tratamiento solo, 0,06 mg / kg por vía intraperitoneal (IP), al día durante 3 semanas, no produjo efectos significativos antitumoral [19]. Sin embargo, un segundo grupo informó de que el bortezomib 1,0 mg / kg dos veces por semana IP durante 2 semanas resultó en la actividad antitumoral [44]. Considerando que Tan y Waldman informó de letalidad más agresiva en un régimen de dosis de bortezomib 0,1 mg / kg dos veces al día, la propiedad intelectual por 2 semanas, ligero, de carácter temporal la pérdida de peso es el único efecto adverso descrito por el segundo grupo de investigadores [44]. Parece plausible que la discrepancia en la actividad y la toxicidad puede ser debido a las diferencias en las dosis y la posología. Sobre la base de la comprobación de que la inhibición del proteasoma por el bortezomib dura hasta 72 horas [8], más recientes estudios preclínicos han utilizado dos veces por semana, en lugar de a diario o dos veces al día, y han mostrado en general una mayor actividad con menos toxicidad.

Una evaluación de los efectos del bortezomib en modelos murinos de los xenoinjertos de cáncer de pulmón y cáncer de mama también se llevó a cabo [45]. El tratamiento con bortezomib oral 1,0 mg / kg al día durante 18 días causó demoras el crecimiento del tumor, así como una disminución en el número de metástasis en el cáncer de pulmón de Lewis modelo. Además, en un modelo murino, el bortezomib en una sola IP dosis de hasta 5 mg / kg disminuyó significativamente la fracción superviviente de las células tumorales de mama. Una disminución en el nivel formadoras de colonias de granulocitos macrófagos unidad era la única toxicidad observado en estos experimentos.

Dos grupos de investigadores han evaluado la eficacia de bortezomib en modelos murinos xenoinjertos de cáncer de próstata. El primer estudio llegó a la conclusión de que el bortezomib 1,0 mg / kg IV semanal durante 4 semanas redujo el crecimiento del tumor en un 60% [13]. El segundo estudio, en la que el bortezomib 1,0 mg / kg IV cada 72 horas durante 15 días se administró, produjo resultados similares, con un 50% y 80% de inhibición en el crecimiento tumoral en dos modelos de xenoinjertos [46]. Este informe mostró además que el bortezomib, inhibió la angiogénesis tumoral en uno de los modelos, medida por una disminución en el número de buques de CD31 + en las secciones del tumor. No se detectaron efectos secundarios en ninguno de estos estudios.

En un estudio de cáncer de páncreas murino xenoinjertos, el tratamiento con bortezomib 1,0 mg / kg IV o IP semanales durante 4 semanas dio lugar a un 72% o 84% de reducción en el crecimiento del tumor, así como un aumento de la apoptosis de las células tumorales, sin evidencia de Toxicidad [24]. Otro grupo encontró que el bortezomib 1,0 mg / kg IV cada dos semanas durante 2 a 3 semanas, inhibió el crecimiento del tumor y la angiogénesis y promueve la apoptosis 1 de 2 en el cáncer de páncreas murino modelos de xenoinjertos [47]. Estos investigadores también informó de los eventos adversos, incluyendo la disminución de peso, diarrea, inflamación gastrointestinal y en dosis superiores a 1,0 mg / kg y la letalidad en dosis superiores a 1,5 mg / kg. Por último, el bortezomib producido importantes antitumorales, proapoptóticos, y / o antiangiogenic efectos en modelos murinos xenoinjertos de cabeza y cuello [17] y el cáncer de colon [30], así como de melanoma [49]. Los eventos adversos, incluyendo la deshidratación, letargo, pérdida de peso, y la muerte, se observó a dosis de 2,0 mg / kg IP 3 veces por semana durante 3 semanas en uno de estos estudios [17], mientras que los otros estudios no informó de ninguna toxicidad a menor Dosis (Tabla 2].

Estas investigaciones preclínicos han demostrado colectivamente la actividad antitumoral de bortezomib como agente único en niveles tolerables en una variedad de modelos murinos de cáncer. Sin embargo, debido a que el método estándar para terapia antineoplásica general, implica la administración de más de un agente o modalidad, en un esfuerzo por prevenir el desarrollo de chemoresistance y aumentar matar células tumorales, los efectos del bortezomib en combinación con quimioterapia, radioterapia, inmunoterapia, o novela Agentes han sido investigadas in vitro y / o in vivo.

La terapia de combinación

Una serie de estudios preclínicos han evaluado la actividad de bortezomib en combinación con otros tratamientos (Tabla 3] [15, 16, 19, 20, 24, 30, 39, 40, 45, 48 - 61]. El hallazgo de que varios agentes citotóxicos, así como la radiación [62, 63] activar NF-κ B es una de las principales razones para la combinación de inhibidores de proteasoma con estas terapias en el tratamiento del cáncer. Activan NF-κ B es libre de trasladar al núcleo y de inducir la expresión de genes antiapoptóticos y proinflamatorias, como Bcl-2 y Bcl-xL, que promueven la supervivencia celular tumoral [31 - 33]. Además, la inhibición de NF-κ B ha sido implicado como un importante mecanismo por el que el bortezomib sensibiliza a las células tumorales a varios medicamentos o de radiación [15, 16, 20, 24, 30, 48 - 50, 55, 57, 59, 60].

Bortezomib con quimioterapia

En una investigación de cáncer de pulmón, el bortezomib en combinación con agentes quimioterápicos, de las cuales 5-fluorouracilo, cisplatino, paclitaxel, o doxorubicina, aditivo producido efectos antitumorales y antimetastatic [45]. En este mismo estudio, bortezomib también aumentó tumor de células asesinato por ciclofosfamida y cisplatino, así como tumor de células asesinato por la radiación, en un in vitro - modelo in vivo de cáncer de mama. Aunque la toxicidad es difícil de evaluar en modelos preclínicos, sin adición de toxicidades se observaron cuando bortezomib se ha añadido a las otras terapias, la dosis y el bortezomib modificaciones no eran necesarias.

Varios estudios evaluando los efectos del bortezomib en combinación con otras terapias se han llevado a cabo en el mieloma múltiple. Estos experimentos in vitro colectivamente confirmó que bortezomib mejora la antiproliferativa y pro convencionales antimyeloma efectos de los agentes, incluido el melfalán, doxorrubicina, dexametasona y [15, 20, 50]. Estos investigadores también informó de que las líneas celulares de mieloma múltiple que antes eran resistentes a melfalán, doxorrubicina, dexametasona, o mitoxantrona se sensibilizó hasta 1.000.000 de veces antes de la exposición a concentraciones de subtoxic bortezomib. Por último, los investigadores mostraron que el bortezomib es citotóxico, no sólo directamente a las células de mieloma múltiple, sino que también alteró el microambiente a través de la inhibición de IL-6 para impedir el crecimiento de células tumorales en la proximidad a la médula ósea [15].

Dos grupos de investigadores examinaron los efectos del bortezomib en combinación con el inhibidor de la topoisomerasa irinotecan en modelos murinos xenoinjertos de colon [30] y [24] de páncreas cáncer. Ambos estudios concluyeron que combina la inhibición del proteasoma y de la topoisomerasa dado lugar a una mayor antiproliferativa y efectos proapoptóticos. La combinación de bortezomib y la terapia con irinotecan además dio lugar a un 94% [30] o 89% [24] disminución en el tamaño del tumor en comparación con los controles. Estos tumores también fueron significativamente más pequeños que los de los ratones que recibieron cualquiera de bortezomib (26% o 65% de disminución en el tamaño tumoral en relación con los controles) o irinotecan (48% o 43% de disminución en el tamaño tumoral en relación con los controles) como agentes únicos.

Modelos de xenoinjertos de cáncer de páncreas también se utilizaron para evaluar la actividad de bortezomib en combinación con otras quimioterapias estándar [48, 53]. La inhibición del proteasoma aumento de la sensibilidad de los tumores a la vez gemcitabina [48] y [53] docetaxel, porque bortezomib en combinación con estos agentes resultó en el aumento significativo de antiproliferativa, proapoptótico, antitumorales, y / o actividades antiangiogenic.

La combinación de bortezomib con temozolomide se estudió en modelos de melanoma maligno [49]. Bortezomib mejora la antiproliferativa y efectos citotóxicos de temozolomide en las células de melanoma in vitro, y de esta terapia combinada produjo remisión completa de los tumores que dura más de 200 días en xenoinjertos murinos in vivo. En cambio, los tumores en ratones finalmente avanzado que recibieron cualquiera de los dos fármacos solos. Aunque las evaluaciones específicas de la toxicidad no se realizaron, no se observó toxicidad en ninguna de estas investigaciones.

Bortezomib con radioterapia, la inmunoterapia, o nuevos agentes

Un número de estudios han informado sobre los radiosensitizing propiedades de bortezomib. Además de lo anteriormente mencionado estudio en el cáncer de mama [45], otros laboratorios han demostrado que bortezomib sensibiliza colon [16] y [54] de próstata a los cánceres inducidos por la radiación citotoxicidad. En ambos ensayos clonigénicas la supervivencia celular y xenoinjertos de tumores de modelos murinos, el tratamiento previo con bortezomib mejora los efectos de la radiación contra el cáncer que no observó toxicidad.

Otro modelo murino xenoinjertos fue utilizado para investigar los efectos del bortezomib en combinación con daclizumab, un humanizado anti-IL-2R α anticuerpos en adultos leucemia de células T [19]. Aunque por sí solo, ya sea agente resultó en respuestas parciales o no, bortezomib más daclizumab dado lugar a la prolongación de la supervivencia de los tumores de ratones teniendo. El único efecto adverso de la terapia combinada fue de carácter temporal una ligera pérdida de peso durante el régimen de tratamiento.

Bortezomib también ha demostrado mejorar la in vitro y / o in vivo efectos contra el cáncer cuando se combina con nuevos agentes como TRAIL/Apo2L, una inducción de la muerte celular-ligando [55, 56], 17-N-allylamino-17-demethoxygeldanamycin (17-AAG ), Un inhibidor de la proteína de choque térmico 90 [39], y suberoylanilide hydroxamic ácido (SAHA) o butirato sódico, ambos inhibidores de la histona deactylase [40, 57, 59, 60]. El pretratamiento con bortezomib sensibilizado mieloma múltiple, leucemia mieloide, y las células del cáncer renal normal, pero no a los linfocitos B TRAIL/Apo2L-induced apoptosis [55, 56]. En un experimento in vivo, de médula ósea y el cáncer de células renales mezclas, con o sin el bortezomib y / o TRAIL/Apo2L, fueron trasplantadas en la médula ósea de los ratones. Considerando que todos los ratones que recibieron las células tratadas con TRAIL/Apo2L murió de leucemia dentro de 35 días, el 50% de los que recibieron las células tratados con bortezomib y el 90% de los que recibieron las células tratadas con ambos TRAIL/Apo2L y bortezomib sobrevivieron más de 100 días [56] . Un leve trombocitopenia transitoria es la única toxicidad observada en este estudio. Por último, si bien la combinación de bortezomib y 17-AAG, SAHA, o butirato de sodio como resultado sinérgico y antiproliferativa in vitro efectos proapoptóticos [39, 40, 57 - 60], estas combinaciones todavía no se han evaluado en modelos de xenoinjertos de tumores in vivo.

Secuencia de la administración

Una de las áreas de controversia ha sido el momento oportuno de la terapia con bortezomib en relación con otros agentes antineoplásicos. Un breve examen de algunos de los resultados se justifica ya que estos estudios preclínicos en última instancia puede proporcionar la justificación de los ensayos clínicos. Experimentos in vitro realizados por Mitsiades y colegas revelaron que antimyeloma actividad óptima se logra cuando bortezomib se administra 24 horas después de la doxorrubicina [50]. La secuencia de la quimioterapia (gemcitabina), seguido de bortezomib se encuentra la más eficaz en un modelo de cáncer de páncreas [64]. En cambio, Pei et al mostraron que el bortezomib seguida de un segundo agente antineoplásico (SAHA), dado el nivel más alto de la apoptosis en un modelo de mieloma [60], y Mimnaugh y colegas encontraron que la máxima antiproliferativa se observaron efectos a la administración simultánea de bortezomib y Una piscina de 90 inhibidor de la proteína de choque en un modelo de cáncer de mama [39]. Es importante señalar que estos estudios utilizaron bortezomib en combinación con diferentes agentes antineoplásicos en cáncer de modelos únicos. Más estudios pueden aclarar los motivos de los resultados inconsistentes.

Conclusión

El inhibidor de proteosoma bortezomib exposiciones antiproliferativa, proapoptótico, antiangiogenic, antitumorales y actividades en varios modelos de cáncer. El mecanismo de acción de bortezomib supone la estabilización de NF-κ B, p21, p27, p53, Oferta, y Bax, la inhibición de la activación caveolin-1, y la activación de JNK, así como la respuesta de estrés del retículo endoplasmático. Estas evaluaciones preclínicos han encontrado que bortezomib es bien tolerada a dosis que ha demostrado actividad antitumoral en modelos de xenoinjertos de mieloma múltiple, de células T del adulto leucemia, el cáncer de pulmón, mama, próstata, páncreas, cabeza y cuello, y de colon, así como Melanoma. Bortezomib también aumenta el efecto de la quimioterapia contra el cáncer, la radioterapia, la inmunoterapia, o nuevos agentes, sin adición de toxicidades dosis que requieren modificaciones. Los estudios proporcionan una justificación de los ensayos clínicos de bortezomib solo o en combinación con otros tratamientos en pacientes con tumores sólidos o neoplasias malignas hematológicas.

Lista de abreviaturas

NF-κ B = factor nuclear κ-B; I κ B α = inhibidor κ B-α; VEGF = factor de crecimiento endotelial vascular; ER = retículo endoplasmático.

Conflicto de intereses

MB ha recibido honorarios de consultoría y de la conferencia del Milenio de Productos Farmacéuticos, Inc GM declara que no tiene intereses en competencia, que cuenta con el apoyo de la Leucemia y el Fondo de Investigación Fundación Internacional del Mieloma. JC ha recibido junta asesora y de oradores Mesa del Milenio de las tasas de Productos Farmacéuticos, y Ortho Biotech Inc.

Contribuciones de los autores

MB revisión de la bibliografía y de redactar el manuscrito. GM y JC examinó y revisó el manuscrito. Todos los autores leído y aprobado la versión final.