Heden en toekomst van de moleculaire revolutie

Moleculaire pathologie bij tumorclassificatie

Perspectief
Stefan M. Willems
Willemijn Engelsman-Theelen
J.L.G. (Hans) Blaauwgeers
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 2014;158:A7364
Abstract
Download PDF

Samenvatting

De wijze waarop we somatische ziekten indelen verandert snel. Waar vroeger bevindingen met het blote oog leidend waren en later microscopische kenmerken van het weefsel, worden ziekten in toenemende mate geclassificeerd op basis van hun moleculaire eigenschappen. Door deze ‘moleculaire revolutie’ omvat de diagnostische classificatie steeds meer predictieve kenmerken. Parallel hieraan vervagen ook de grenzen tussen de medische disciplines.

De beste behandeling van iedere ziekte begint met de juiste diagnose. De hoeksteen en het startpunt hiervan is van oudsher – en ook nu nog – de symptomatologie, waarbij anamnese en klinisch onderzoek centraal staan. Sinds de opkomst van de lichtmicroscopie in de 19e eeuw werd het diagnostisch arsenaal van de arts uitgebreid met cel- en weefselonderzoek. Hiermee konden somatische afwijkingen, waaronder kanker, nauwkeuriger worden aangetoond of uitgesloten en benoemd.

Historische ontwikkeling

Aanvankelijk maakte men bij de eerste vorm van deze lichtmicroscopische diagnostiek slechts gebruik van de vormeigenschappen van de bestudeerde cellen in het weefsel, de morfologie. Tumoren die buizen vormden waren adenocarcinomen en als men verhoorning zag betrof het een plaveiselcelcarcinoom. Gebruik van de chemische eigenschappen van bepaalde weefselcomponenten maakte een eerste verfijning hierbinnen mogelijk. Zo kon dankzij de ontwikkeling van histochemische kleuringen verdere typering van tumoren plaatsvinden, vooral in die gevallen waar de morfologie geen zekerheid bood. Een voorbeeld hiervan is de ‘periodic-acid-Schiff’(PAS)-diastase kleuring voor het aantonen van intracytoplasmatisch slijm als criterium voor adenocarcinomen.

In de tweede helft van de 20e eeuw deed de immuunhistochemie haar intrede, waarmee onder de microscoop de expressie van specifieke eiwitten in cellen kon worden onderzocht. Ook nu nog is immunohistochemie voor de patholoog een belangrijk diagnostisch handvat, vooral in de classificatie van tumoren. Zo kan de patholoog naast de lijn van differentiatie van de primaire tumorcel – melanocytair, epitheliaal, sarcomateus of lymforeticulair – ook de origine van het weefsel en het subtype bepalen. Immunohistochemie kan bijvoorbeeld zeer behulpzaam zijn bij een morfologisch ongedifferentieerde tumor van de long. Als zo’n tumor positief is voor ‘thyroid transcription factor’(TTF) 1 en negatief voor tumoreiwit p63, kan deze geclassificeerd worden als ‘niet-kleincellig longcarcinoom voorkeur voor adenocarcinoom’. Het omgekeerde markerpatroon, namelijk TTF-1-negativiteit met positiviteit voor p63 zou de voorkeursdiagnose ‘plaveiselcelcarcinoom’ geven.1

De laatste grote toevoeging aan de classificatie van ziekten op basis van weefseldiagnostiek, met waarschijnlijk de meeste impact, is het moleculair-pathologisch onderzoek. Classificatie op basis van moleculaire kenmerken van tumoren bleek niet alleen behulpzaam, maar soms zelfs robuuster dan de lichtmicroscopische indeling. Zo is translocatieanalyse cruciaal geworden voor de classificatie van sarcomen en hematologische maligniteiten. In het kielzog van deze evolutie naar een moleculaire classificatie vond de laatste 5-10 jaar een revolutie plaats waardoor we het ontstaan van kanker beter zijn gaan begrijpen.

Het moleculaire tijdperk

Onze voortschrijdende kennis over de genetische defecten die ten grondslag liggen aan het ontstaan van kanker heeft tot gevolg dat de behandeling van maligniteiten ingrijpend aan het veranderen is. Er zijn geneesmiddelen geïntroduceerd die specifiek op bepaalde moleculaire ‘targets’ aangrijpen. Bij patiënten met een gemetastaseerd adenocarcinoom van de long is het nu gebruikelijk om mutaties in onder andere de ‘epidermal growth factor receptor’ (EGFR) aan te tonen of uit te sluiten.1 Een aantal van deze mutaties kan verantwoordelijk zijn voor overactivering van de onderliggende signaaltransductieroute (‘driver mutations’), wat leidt tot verhoogde celgroei en proliferatie. Met het specifiek blokkeren van deze receptor door EGFR-tyrosinekinaseremmers slaagt men er niet alleen in dit signaal plat te leggen: patiënten die behandeld worden met een tyrosinekinaseremmer hebben een significant langere overleving dan wanneer ze met alleen conventionele chemotherapie zouden worden behandeld.2

Het begrip van de onderliggende afwijkende signaaltransductieroutes heeft de weg geëffend voor een heel doelgerichte geneeskunde, de precisiegeneeskunde of ‘personalized medicine’. Dit heeft de laatste jaren geleid tot een paradigmaverschuiving in ons denken over kanker en heeft ook consequenties voor de classificatie van deze ziekten.3 Tot voor kort was alleen het orgaan of weefsel waar de nieuwvorming zich bevond doorslaggevend voor de behandeling. Classificatie van tumoren gebeurde dan ook zuiver op morfologische gronden. De exponentieel groeiende kennis van met name aberrante signaaltransductieroutes die een cruciale rol spelen in de ontwikkeling van vrijwel alle kankers, heeft aangetoond dat in tumoren van verschillende origine vaak dezelfde genetische veranderingen aanwezig zijn. Klassieke voorbeelden hiervan zijn de ‘hotspot’-mutaties in het KRAS-gen, dat codeert voor een onderdeel in de EGFR-signaalroute. Zo toont het KRAS-gen een specifieke puntmutatie in 90% van de adenocarcinomen van het pancreas, 30% van de adenocarcinomen van de long en 40% van de adenocarcinomen van het colon.4

De kennis dat specifieke mutaties in sleutelgenen vaak voorkomen in verschillende tumortypen, leidt nu tot de transitie naar een moleculair-pathologische indeling van tumoren. Hierbij is niet alleen het histologische subtype van de tumor belangrijk, maar ook de onderliggende moleculaire afwijkingen zijn van belang. De indeling van niet-kleincellige longtumoren is hiervan een duidelijk voorbeeld.

Aan het onderscheid tussen adenocarcinoom en plaveiselcelcarcinoom worden de afwijkingen in het moleculaire profiel toegevoegd (figuur). Een longtumor zou dus op basis van een biopt geclassificeerd kunnen worden als: ‘niet-kleincellig longcarcinoom, voorkeur voor adenocarcinoom, met een ‘driver’-mutatie in het EGFR-gen (deletie exon 19)’. Op basis daarvan heeft de patiënt potentieel baat bij behandeling met tyrosinekinaseremmers; dit kan aan het pathologieverslag toegevoegd worden.1

Figuur 1

Opvallend is daarbij dat in de meeste kankers een beperkt aantal genen en signaaltransductieroutes betrokken is. Dit betreft met name de al genoemde kinases, een groep van enzymen die een schakelrol vervullen in de signaaltransductie. Hierbij blijkt dat in de morfologisch en klinisch meest uiteenlopende tumoren, zoals darmkanker en melanomen, vaak dezelfde schakelgenen zijn aangedaan. Dat betekent dat doelgerichte medicijnen, die reeds voor een tumor van één origine zijn geregistreerd, voor meerdere tumorsoorten zouden kunnen worden ingezet. Medicijnen voor bijvoorbeeld het humane epidermale-groeifactorreceptor type 2(HER2)-geamplificeerde borstcarcinoom kunnen ook aanslaan bij HER2-geamplificeerde galgangcarcinomen.

Een geïntegreerde classificatie

Een toename van kennis en kunde gaat altijd gepaard met nieuwe vraagstukken. Zo is het van belang te weten welke genetische afwijkingen functioneel zijn, met andere woorden: welke genetische afwijkingen zijn verantwoordelijk voor de ontspoorde celdeling in de tumor en welke afwijkingen zijn secundair aan dit genetisch geweld ontstaan, maar vervullen geen cruciale rol in de proliferatie? Deze wetenschap is nodig om de primair afwijkende route te kunnen blokkeren.

Daarnaast vormt het concept ‘intratumorale heterogeniteit’ een extra uitdaging in de interpretatie van testuitslagen. Wat op lichtmicroscopisch, morfologisch niveau al langer bekend is, wordt ook genetisch bevestigd: tumoren bestaan vaak uit meerdere subpopulaties van cellen. Als een mutatie richtinggevend is voor de behandeling, welk percentage is dan de ondergrens om een bepaalde therapie nog wel of juist niet meer in te stellen? Met de huidige ‘next generation sequencing’-technieken is het mogelijk om mutaties te detecteren die in

Om deze prangende vragen te beantwoorden is het van wezenlijk belang om data over het aanslaan van de behandeling en het ziektebeloop te verzamelen en deze kennis uit te wisselen, het liefst in centrale databases. Spannend is hoe deze moleculaire ontwikkeling ook zijn verdere intrede zal doen in de niet-oncologische zorg. Parallel aan de ontwikkeling in de tumorclassificatie is te verwachten dat een dergelijke moleculaire classificatie toepassing zal vinden bij bijvoorbeeld inflammatoire darmziekten en hart- en vaatziekten. Ook in die vakgebieden ontwikkelt de moleculaire kennis zich snel. Zo zijn binnen de cardiogenetica al aanknopingspunten herkend voor therapeutisch ingrijpen.

Toekomstperspectief

Maakt dit voortschrijdend inzicht in tumorgenetica de histologische classificatie uiteindelijk overbodig? Dat is zeer onwaarschijnlijk. Blinde extrapolatie van genetische data naar behandeling lijkt onverstandig: de context waarbinnen genetische afwijkingen gevonden worden blijft cruciaal. Zo werkt een remmer van het BRAF-eiwit als monotherapie goed bij een BRAF-gemuteerd melanoom, maar niet als monotherapie in BRAF-gemuteerd coloncarcinoom.5 Dit laatste maakt dat histopathologische typering dus een belangrijk onderdeel blijft van de therapiekeuze.

Lichtmicroscopisch en immuunhistochemisch onderzoek in de pathologie zullen dus niet verdwijnen. In plaats van op een ‘of-of’-benadering zullen de toekomstige classificatie en diagnostiek eerder gebaseerd zijn op een ‘en-en’-benadering. Kanker is een genetische ziekte, maar dat betekent niet automatisch dat de beste voorspeller voor het aanslaan van therapie altijd de genetische analyse is. De belangrijkste actoren en dus aangrijpingspunten voor therapie in de cel zijn de eiwitten. Weliswaar worden deze gecodeerd door genen, maar afwijkingen op genniveau hebben niet altijd een een-op-een-vertaling naar eiwitniveau. Zo krijgen patiënten met een mammacarcinoom tamoxifen op geleide van de immuunhistochemische expressie van de oestrogeenreceptor en niet op basis van het aantal kopieën van of mutaties in het DNA of RNA.

En wat geldt voor het repertoire aan technieken, geldt des te meer voor het arsenaal aan kankerspecialisten: uiteindelijk zal de integratie van verschillende disciplines, zoals de bio-informatica, medische oncologie en de pathologie, de sleutel zijn tot het bepalen van de beste behandelstrategie. Zulke multidisciplinariteit betekent dat we over eigen muurtjes moeten leren kijken, elkaars taal moeten leren spreken en de meerwaarde van elke discipline moeten inzien en respecteren om te komen tot de juiste classificerende diagnose en daarmee de beste behandeling.

Literatuur
  1. Davidson MR, Gazdar AF, Clarke BE. The pivotal role of pathology in the management of lung cancer. J Thorac Dis. 2013;5:S463-78 Medline.

  2. Mok TS, Wu YL, Thongprasert S, et al. Gefitinib or carboplatin–paclitaxel in pulmonary adenocarcinoma. N Engl J Med. 2009;361:947-57 Medline. doi:10.1056/NEJMoa0810699

  3. Hanahan D, Weinberg RA.Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144:646-74 Medline.

  4. Bos JL, Fearon ER, Hamilton SR, et al. Prevalence of ras gene mutations in human colorectal cancers. Nature. 1987;327:293-7 Medline. doi:10.1038/327293a0

  5. Prahallad A, Sun C, Huang S, et al. Unresponsiveness of colon cancer to BRAF(V600E) inhibition through feedback activation of EGFR. Nature. 2012;483:100-3 Medline.

  6. Li T, Kung H-J, Mack PC, Gandara DR. Genotyping and genomic profiling of non-small-cell lungcancer: implications for current and future therapies. J Clin Oncol. 2013;31:1039-49 Medline. doi:10.1200/JCO.2012.45.3753

Auteursinformatie

Universitair Medisch Centrum Utrecht, afd. Pathologie, Utrecht.

Dr. S.M. Willems, patholoog (tevens: divisie Moleculaire carcinogenesis, Nederlands Kanker Instituut / Antoni van Leeuwenhoek Ziekenhuis, Amsterdam).

Nederlands Kanker Instituut / Antoni van Leeuwenhoekziekenhuis, afd. Thorax-oncologie, Amsterdam.

Drs. W. Engelsman-Theelen, longarts en onderzoeker.

Onze Lieve Vrouwe Gasthuis, afd. Pathologie, Amsterdam.

Drs. J.L.G. Blaauwgeers, patholoog.

Contact Drs. J.L.G. Blaauwgeers (hansblaauwgeers@pathology.nl)

Verantwoording

Belangenconflict en financiële ondersteuning: een formulier met belangenverklaring is beschikbaar bij dit artikel op www.ntvg.nl (zoeken op A7364; klik op ‘Belangenverstrengeling’).
Aanvaard op 19 februari 2014

Auteur Belangenverstrengeling
Stefan M. Willems ICMJE-formulier
Willemijn Engelsman-Theelen ICMJE-formulier
J.L.G. (Hans) Blaauwgeers ICMJE-formulier

Gerelateerde artikelen

Reacties