Stora Forskarpriset
Stromat som källa till nya tumörmarkörer
vid cancer
Årets mottagare av Svensk Kirurgisk Förenings stora forskarpris på
200 000 kr är Malin Sund, Kirurgcentrum, Norrlands universitetssjukhus och Institutionen för kirurgisk och perioperativ vetenskap,
Umeå universitet. Aktuell och framtida forskning inom forskargruppen
presenteras från björkarnas stad.
D
et är med stor tacksamhet
och ödmjukhet som jag tar
emot Stora Forskarspriset,
instiftat av Svensk Kirurgisk Förening
och sponsrat av Johnson & Johnson.
Jag är 38 år och jobbar som forskande
ST-läkare på Kirurgcentrum vid
Norrlands universitetssjukhus (NUS)
med en inriktning mot bröst- och
endokrinkirurgi.
Flytt över Bottenviken
Jag kommer ursprungligen från Finland och tog läkarexamen (år 1998)
vid Uleåborgs (som på finska heter
Oulu) universitet och disputerade
(år 2001) vid samma universitet med
en avhandling om ett nyupptäckt
extracellulärt matrix (ECM) protein,
typ XIII kollagen, under fosterutvecklingen och vid cancer1,2. Som
finlandssvensk var jag nyfiken på att
jobba i Sverige, och relokaliserade till
Umeå efter att min finskspråkige man
fått för sig att svenska lär han sig nog
bäst i Sverige. Under forskar-AT vid
NUS, 2001–2003, upptäckte jag att
176
kirurgi är minst lika roligt som att
forska och bestämde mig för att trots
allt försöka kombinera dessa två och
bli en forskande kliniker.
Fortsatte längre västerut
Mellan 2003–2005 jobbade jag som
post-doctoral fellow på Center for
Matrix Biology vid Harvard Medical
School i Boston på ett projekt som
handlade om tumörers angiogenes
och anti-angiogena ECM fragment
med andra ord fortsatte jag på kolla­
genspåret3,4. Åren i Boston var mycket
givande och vetenskapligt produktiva.
De lade grunden till min nuvarande
forskningslinje.
Egen forskargrupp i Umeå
Efter att jag återvände till NUS har
jag successivt byggt upp en egen forskargrupp där vi studerar betydelsen
av ECM och stroma för tumörprogressionen och som en källa till nya
tumörmarkörer. Min grupp består av
post-doktor Erik Lundberg, doktoranderna Daniel Öhlund och Hanna
Nyström, forskarstudenterna Malin
Jansson, Oskar Franklin, Hanna Logenius och Mari Ramazani samt forskningsingenjör Christina Lundin och
BMA Anette Berglund (de två sistnämnda arbetar även med andra PIs
projekt på kirurgen). En förutsättning för att kunna bygga upp en egen
forskningslinje har varit den forskningspositiva attityd som genomsyrar
Kirurgen på NUS, och som delas av
både universitets- och landstingssidan
av verksamheten. En gränsdragning
som i min värld helst skulle försvinna
helt. Denna attityd har lett till att det
är roligt att forska och att Kirurgen
numera betraktas som en av de bäst
fungerande kliniska forskningsmiljöerna i Umeå. Jag ska nedan ge en
inblick i de projekt som min grupp
jobbar på, med ett fokus på projekt
där vi hittills har mest resultat.
Cancer är mer än den maligna
cellen
Cancerforskningen har traditionellt
varit fokuserad på cancercellen. Det
SVENSK KIRURGI • VOLYM 68 • NR 4 • 2010
Stora Forskarpriset
är dock ett känt faktum att man
i obduktionsmaterial från patienter som avlidit av andra orsaker än
cancer ofta hittar både förstadier
till cancer samt invasiva cancertumörer som aldrig utvecklats vidare5.
Detta talar för att det förutom cancer
cellen också finns andra faktorer hos
patienten som påverkar tumörprogressionen. Fenomenet med sovande
tumörer (från engelskans ”tumor dormancy”) har inneburit att fokus för
cancerforskningen vidgats till att även
omfatta mikromiljön kring cancer
cellerna6-8.
Alla tumörer består förutom
cancerceller även av stroma, och för
en stor del av solida tumörer utgör
denna substans största delen av själva
tumörmassan. Stromat utgörs av
blodkärl, bindväv/ECM, immunceller samt fibroblaster9 (Figur 1).
Flera av dessa icke-maligna celler är
påverkade av mikromiljön i cancern
och epigenetiskt förändrade där man
bland annat talar om CAF’s (CancerAssociated Fibroblasts) och TAM’s
(Tumour-Associated
Macrophages)9.
Stro­mats betydelse för tumörprogressionen har de senaste åren klarlagts
och de ursprungliga teorierna över
att stromarektionen var ett sätt för
kroppen att ”skärma” av cancern har
förkastats7,10.
Neoangiogenes
Tumörtillväxt och metastasering förutsätter att en tumör kan bilda nya
blodkärl via angiogenes som tillgodoser dess behov av syre och tillväxtfaktorer8,11,12. Genom att förhindra att
nya blodkärl bildas i ett tidigt skede
kan tillväxten av cancer potentiellt
förhindras. Problemet med de hittills relativt svaga resultaten på antiangiogen behandling beror sannolikt
på att man påbörjar behandlingen
så sent i sjukdomsförloppet samt att
vissa tumörer förefaller vara resistenta
för den anti-angiogena behandlingen
som finns tillgänglig13,14. Då en
tumör växer och då den bildar nya
blodkärl, sker en omvandling av det
ECM/stroma som omger cancercellerna. Både stromala celler, som fibroblaster, och cancercellerna producerar
flera olika, och ibland cancer specifika, ECM komponenter. Dessutom
omformas stromat kontinuerligt av
SVENSK KIRURGI • VOLYM 68 • NR 4 • 2010
proteaser som till exempel MMPs
och cathepsiner, vilka produceras
av både cancerceller samt stromala
celler. Denna remodellering leder till
att olika stroma-relaterade substanser
frigörs och kan återfinnas till exempel
i blodcirkulationen15 (Figur 1).
Framtida tumörmarkörer?
Min forskargrupp studerar betydelsen av dessa stroma-relaterade
substanser vid cancersjukdom hos
människan. Detta gör vi genom att
analysera hur de uttrycks i tumörer
hos patienter med olika typer av cancersjukdom, hur uttrycket är relaterat
till tumörprogression samt angiogenes. Genom att analysera mängden
av dessa ämnen i blodet hos patienter
med cancer försöker vi klarlägga om
de kan användas som tumörmarkörer
vid olika cancersjukdomar15.
Stromarelaterade substanser vid
pancreascancer
Pankreas cancer är en tumör som
karakteriseras av en mycket kraftig
stromareaktion där de elakartade cellerna ofta utgör en klar minoritet. Vi
har studerat uttrycket av två basalmembrans kollagener – typ IV och
XVIII kollagen vid pankreas cancer.
Bägge dessa proteiner uttrycks i frisk
vävnad i både epiteliala och endoteliala basal membran, och mönstret är
i stort sett identiskt. Vid cancer sker
en nedbrytning av basal membran
som definierar den invasiva tillväxten.
Uttrycket för typ XVIII kollagen vid
pankreascancer karakteriseras av ett
nedbrytningsmönster, där man dessutom kan se att en del av proteinet nu
återfinns i tumörblodkärlen16.
För typ IV kollagen är bilden vid
cancer annorlunda med en kraftig
uppreglering av uttrycket i närheten
av cancerceller17. Man har beskrivit
att en stor del av det ECM som finns
i tumörer är producerat av stromala
celler som till exempel fibroblaster.
Det ovanliga uttrycksmönstret för
typ IV kollagen vid pankreascancer
fick oss att spekulera om en del av
uttrycket härstammar från cancercellerna, och genom att använda celllinjer framtagna från pankreascancer
tumörer så kunde vi se att dessa celler
faktiskt producerar typ IV kollagen17.
Även andra grupper har visat detta
med flertalet olika pankreascancer
cell-linjer18, och det förefaller att typ
IV kollagen är ett av de ECM proteiner som cancercellerna producerar
allra mest. Varför behöver pankreascancer celler så mycket typ IV kollagen? Är inte definitionen för en invasiv cancer att vilja bli av med basal
membran? Dessa frågor arbetar vi på
just nu genom att fortsätta studierna
på typ IV kollagens effekt på pankreas­
cancerns celler.
Både typ IV och XVIII kollagen
fragment friges från stromat vid den
förvandling av ECM som sker vid
tumör tillväxt. Dessa fragment kan
mätas i blodet hos patienter och vi
har visat att patienter vid diagnos
har förhöjda halter av dessa fragment
och att nivåerna sjunker vid behandling16,17. Vi har även kunnat visa att
den post-operativa nivån av typ IV
kollagen är relaterad till överlevnad
– så att ju högre halter kvarstår desto
sämre prognos17. Detta tror vi beror
på en icke-radikal operation sannolikt beroende på tidig metastasering.
Dessa resultat tyder på att stromarelaterade substanser kan utgöra en
ny källa till tumör markörer. Vi håller
för närvarande på att jämföra dessa
nya stroma-relaterade markörer med
Figur 1.
177
Stora Forskarpriset
Figur 2.
Healthy control
Healthy control
Patient who will
develop cancer
(early detection)
Surgery for
non-malignant
disease
Patient with
cancer
At the time of
surgery/treatment
Patient with
cancer
No recurrence
during follow-up
Patient with
cancer
Recurrence
during follow-up
Source of sample The medical biobank
etablerade cancer cell specifika markörer, som till exempel Ca 19-9, CEA
och TPS, dels för att jämföra dessa
med varandra men också för att se
om en kombination av en stromal
och cancer cell specifik markör skulle
utgöra en bättre tumör markör.
Biobanken – en forskningsmässig guldgruva
I den Medicinska Biobanken vid
Umeå universitet finns >100000
populationsbaserade blodprover insam­
lade. Dessa har bland annat samlats
in vid hälsokontroller som genomförs vid 40-, 50- och 60-års ålder för
befolkningen i Västerbotten sedan
80-talet. I biobanken finns prover
från 167 individer som senare utvecklat pankreas cancer och som lämnat
blodprover vid olika tidpunkter
innan diagnos av sin cancer – vissa
patienter har även lämnat upprepade
prover innan diagnos. Denna kohort
av individer kan användas för att
utvärdera markörer för tidig detektion av pankreas cancer i ett fall-kontroll upplägg. En del av individerna
hittar vi dessutom även i vår kliniska
biobank med blodprov från patienter med övre gastrointestinala (ÖGI)
tumörer (Figur 2). Vi håller nu på att
avsluta analyserna för ett projekt där
vi utvärderar stromala tumörmarkörer vid tidig detektion av cancer.
Genom att hitta en markör som
möjliggör tidig detektion kan man
potentiellt behandla en större andel
patienter med ett kurativt syfte vilket
måste vara målsättningen även för
178
Various clinical biobanks
- Umeå breast biobank (Dept of surgery)
- Umeå Upper GI biobank (Dept of surgery)
- Colorectal biobank (Dept of pathology/surgery)
- Prostate biobanks (Dept of pathology)
denna cancerform med en så oerhört
dålig prognos.
Typ IV kollagen vid levermetastaser
Förutom pankreascancer har vi även
studerat uttrycket av typ IV kollagen
vid levermetastaser efter kolorektalcancer (CR LM). Patienter med CR
LM har förhöjda halter av typ IV
kollagen i cirkulationen och man ser
ett starkt uttryck av typ IV kollagen
i metastaserna19. Intressant nog så
har patienter med primär kolorektal
cancer (Dukes’ A-C) inga förhöjda
halter av typ IV kollagen i cirkulationen vilket tyder på att typ IV kollagen uppregleringen är ett fenomen
relaterat till levermetastasering19. Vi
har även påbörjat ett projekt där vi
studerar uttrycket av typ IV kollagen
och andra ECM proteiner vid olika
typer/mönster av levermetastasering20
av kolorektal cancer för att kunna
avgöra om det är viss typ av levermetastaser som är beroende av dessa
proteiner, samt genom att studera
parade primärtumörer och metastaser
jämföra förändringar i stromat under
tumör progressionen.
Övriga tumörer
Förutom studierna på pankreas och
kolorektal cancer har vi även startat upp projekt på bröst- och esofagus/cardia cancer. Den övergripande
tanken för även dessa projekt är att
studera tumörstromat och dess förvandling under tumörprogressionen
samt efter behandling av cancer sjukdomen (Figur 3) – med syftet att hitta
nya tumörmarkörer som kan vara
nyttiga i den kliniska vardagen.
Biobanking
Denna typ av forskning förutsätter
att man aktivt samlar in vävnad och
Figur 3.
SVENSK KIRURGI • VOLYM 68 • NR 4 • 2010
Stora Forskarpriset
blod från patienter på ett systematiskt
sätt. Genom att styra upp hur prover
samlas in och sparas kan man skapa
otroligt viktiga forskningsredskap för
framtiden. Vi har på Kirurgen i Umeå
påbörjat en systematisk biobanking
av vävnad och blod från bröstcancer
samt ÖGI cancer patienter, samt via
U-CAN projektet även för primär
kolorektalcancer. Vår erfarenhet är att
de allra flesta patienter vill att prover
ska sparas och användas för forskning.
Den ideala situationen vore att ingen
patient missas utan prover sparas från
alla och kan användas i translationella
forskningsprojekt för att skapa en
bättre vård för framtida patienter.
Sammanfattning
Cancertumörer består av cancerceller och stroma. Stromat utgörs av
de icke-maligna cellerna, blodkärlen
samt det bindväv/ECM som omger
cancercellerna. Stromat påverkar
tumörprogressionen och under den
omvandling av ECM som sker under
tillväxt frigörs substanser som kan
användas som tumör markörer. Detta
understryker vikten av att också
inkludera substanser relaterade till
stromat i den arbetsamma ekvationen
av att behandla och bota cancer.
Referenser
1. Sund M, Ylonen R, Tuomisto A, Sormunen R, Tahkola J, Kvist AP, Kontusaari
S, Autio-Harmainen H, Pihlajaniemi
T. Abnormal adherence junctions in the
heart and reduced angiogenesis in transgenic mice overexpressing mutant type XIII
collagen. EMBO J 2001;20(18): 51535164.
2. Tuomisto A, Sund M, Tahkola J, Latvanlehto A, Savolainen ER, Autio-Harmainen
SVENSK KIRURGI • VOLYM 68 • NR 4 • 2010
H, Liakka A, Sormunen R, Vuoristo J,
West A, Lahesmaa R, Morse HC, 3rd,
Pihlajaniemi T. A mutant collagen XIII
alters intestinal expression of immune
response genes and predisposes transgenic mice to develop B-cell lymphomas.
Cancer Res 2008;68(24): 10324-10332.
3. Sund M, Hamano Y, Sugimoto H, Sudhakar A, Soubasakos M, Yerramalla U,
Benjamin LE, Lawler J, Kieran M, Shah
A, Kalluri R. Function of endogenous
inhibitors of angiogenesis as endotheliumspecific tumor suppressors. Proc Natl Acad
Sci U S A 2005;102(8): 2934-2939.
4. Sund M, Zeisberg M, Kalluri R. Endogenous stimulators and inhibitors of angiogenesis in gastrointestinal cancers: basic
science to clinical application. Gastroenterology 2005;129(6): 2076-2091.
5. Folkman J, Kalluri R. Cancer without
disease. Nature 2004;427(6977): 787.
6. Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks
of cancer. Cell 2000;100(1): 57-70.
7. Pietras K, Ostman A. Hallmarks of cancer:
interactions with the tumor stroma. Exp
Cell Res;316(8): 1324-1331.
8. Fidler IJ. The pathogenesis of cancer meta­
stasis: the ’seed and soil’ hypothesis revisited. Nat Rev Cancer 2003;3(6): 453-458.
9. Kalluri R, Zeisberg M. Fibroblasts in
cancer. Nat Rev Cancer 2006;6(5): 392401.
10.Hu M, Yao J, Cai L, Bachman KE, van
den Brule F, Velculescu V, Polyak K.
Distinct epigenetic changes in the stromal cells of breast cancers. Nat Genet
2005;37(8): 899-905.
11.Carmeliet P, Jain RK. Angiogenesis
in cancer and other diseases. Nature
2000;407(6801): 249-257.
12.Folkman J. Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other disease. Nat
Med 1995;1(1): 27-31.
13.Cao Y. Angiogenesis: What can it offer
for future medicine? Exp Cell Res;316(8):
1304-1308.
14.Eikesdal HP, Kalluri R. Drug resistance
associated with antiangiogenesis therapy.
Semin Cancer Biol 2009;19(5): 310-317.
15.Sund M, Kalluri R. Tumor stroma derived
biomarkers in cancer. Cancer Metastasis
Rev 2009;28(1-2): 177-183.
16.Ohlund D, Ardnor B, Oman M, Naredi
P, Sund M. Expression pattern and
circulating levels of endostatin in patients
with pancreas cancer. Int J Cancer
2008;122(12): 2805-2810.
17.Ohlund D, Lundin C, Ardnor B, Oman
M, Naredi P, Sund M. Type IV collagen
is a tumour stroma-derived biomarker for
pancreas cancer. Br J Cancer 2009;101(1):
91-97.
18.Lohr M, Trautmann B, Gottler M,
Peters S, Zauner I, Maillet B, Kloppel G.
Human ductal adenocarcinomas of the
pancreas express extracellular matrix proteins. Br J Cancer 1994;69(1): 144-151.
19.Nyström H, Hafström L, Naredi P, Sund
M. Type IV collagen as a tumor marker
for response to chemotherapy of colorectal
liver metastases. Submitted 2010.
20.Vermeulen PB, Colpaert C, Salgado R,
Royers R, Hellemans H, Van Den Heuvel
E, Goovaerts G, Dirix LY, Van Marck E.
Liver metastases from colorectal adenocarcinomas grow in three patterns with
different angiogenesis and desmoplasia. J
Pathol 2001;195(3): 336-342.
MALIN SUND
Umeå
[email protected]
179
