Mecanismos moleculares que regulan el crecimiento, la metástasis y la resistencia a terapias del carcinoma escamoso de piel

Abstract

La mayoría de los carcinomas escamosos de piel (cSCCs) se tratan con éxito mediante escisión quirúrgica. Sin embargo, el 5-8% de los casos desarrollan recurrencias, las cuales están asociadas a un crecimiento agresivo, progresión de la enfermedad y una limitada supervivencia de los pacientes. Actualmente, los cSCCs avanzados, recurrentes y/o metastásicos son tratados con quimioterapia y radioterapia con escasos beneficios clínicos, y no se dispone de terapias dirigidas aprobadas para este tipo de tumores. El objetivo principal de esta tesis es identificar los mecanismos responsables del crecimiento y desarrollo de metástasis de los cSCCs de pacientes, con el fin de establecer las bases para nuevas estrategias terapéuticas.

Los estudios realizados en esta tesis doctoral demuestran que los WD/MD-SCCs (G2-SCCs) y MD/PD-SCCs (G3-SCCs) de pacientes conservan características de diferenciación epitelial y una reducida frecuencia de células madre del tumor (CSCs). Las células tumorales de estos cSCCs presentan una fuerte expresión de los receptores de la familia EGFR, así como de sus ligandos. Sin embargo, la expresión de estos genes se reduce en tumores avanzados y recurrentes (PD/S-SCCs o G4-SCCs), los cuales presentan una expansión de la población CSCs y una robusta inducción del programa de EMT, de acuerdo con su crecimiento agresivo y mayor capacidad metastásica. Sus células tumorales inducen la expresión de PDGFRA, PDGFRB y FGFR1, indicando que, durante la progresión de los cSCCs de pacientes, las vías de señalización que regulan el crecimiento y la metástasis de estos tumores cambian de forma similar a lo previamente descrito por nuestro grupo en los cSCCs de ratón.

Para estudiar la relevancia de estas vías en el crecimiento y la metástasis de los cSCCs de pacientes, se han generado cultivos primarios y patient-derived xenografs (PDXs) a partir de muestras en diferentes estadios de la progresión. Nuestros resultados demuestran que los PDXs y los cultivos primarios recapitulan las características histopatológicas y moleculares de sus respectivos cSCC primarios. La activación autocrina de la vía de EGFR promueve la proliferación de las células tumorales de los G2/G3-SCCs epiteliales, y la inhibición de esta vía mediante gefitinib, no solo bloquea el crecimiento de estos tumores, sino que además provoca su regresión. Sin embargo, tras largos periodos de tratamiento, alrededor de un 30% de estos tumores epiteliales adquieren resistencia al inhibidor, la cual esta mediada por la activación de la vía de FGFR. Sin embargo, no podemos descartar que otros mecanismos, que podrían ser específicos de cada cSCC, puedan promover la resistencia a inhibidores de EGFR.

Por otra parte, en esta tesis se demuestra que la activación autocrina y/o paracrina de la vía de SDF-1/CXCR4 en las CSCs estimula el crecimiento de los PD/S-SCCs de ratón, mientras que la activación autocrina de SDF1/CXCR4, mediada por la vía de PDGFRα, promueve el desarrollo de metástasis a órganos distantes. Finalmente, nuestros resultados demuestran que, de forma similar a lo descrito en PD/S-SCCs de ratón, la vía de PDGFR induce la síntesis y secreción de SDF-1 y la activación autocrina de CXCR4, la cual promueve la invasión de las células tumorales y el desarrollo de metástasis en pulmón en cSCC-PDXs avanzados.

Todos estos resultados indican que la inhibición de EGFR podría ser una estrategia terapéutica óptima para el tratamiento de pacientes con cSCCs de tipo epitelial, y una terapia combinada basada en la inhibición de EGFR y FGFR sería una buena aproximación para eliminar el crecimiento de los G2/G3-SCCs resistentes a inhibidores de EGFR. Además, la utilización de inhibidores de PDGFR y CXCR4 podría ser una buena estrategia terapéutica para bloquear el desarrollo de metástasis en pacientes con cSCCs avanzados y recurrentes.

Squamous cell carcinoma (SCC) is the second most frequent nonmelanoma skin cancer. Most of them are treated by surgery, but around 5-8% of patients develop recurrent lesions, which are associated with metastasis and poor patient survival. Currently, no targeted therapies are approved for the treatment of advanced and recurrent/metastatic cutaneous SCC (cSCC) , and radiotherapy and chemotherapy offer limited clinic response. Our major aim was to determine the molecular mechanisms involved in cSCC growth and metastasis, in order to design new therapeutic strategies for cSCC treatment.

The initial characterization of a subset of cSCC patient samples at different stages of progression showed that advanced and recurrent SCCs (PD/S-SCCs or G4-SCCs) present an expansion of cancer stem-like cell (CSC) population, and a strong induction of the EMT program, concomitantly with the upregulation of the expression of PDGFRA/B and FGFR1 and their ligands. In contrast, the expression of these genes is downregulated in WD/MD-SCCs (G2/G3-SCCs), which, in turn, strongly induce the expression of EGFR family receptors and their ligands. These results indicate that, similarly to that reported in mouse cSCCs, signaling pathways controlling cSCC growth and metastasis may change during patient cSCC progression.

Generation and characterization of patient-derived xenografts (PDXs) and primary cultures demonstrated that an autocrine activation of EGFR signaling promotes the proliferation of cSCC tumor cells that conserve epithelial differentiation features (G2/G3-SCCs). Indeed, EGFR inhibition by gefitinib treatment significantly blocks G2/G3-SCC growth. However, around 30% of tumors acquire resistance after long-term treatment, which is mediated by an alternative activation of FGFR signaling. Therefore, EGFR-targeted therapy may be appropriate for the treatment of a large subset of epithelial-like cSCCs, and combined EGFR/FGFR-targeted therapy may overcome the resistance to EGFR inhibitors.

In addition, we demonstrated that activation of PDGFR signaling induces the autocrine activation of SDF-1/CXCR4 pathway, which in turn promotes CSC and tumor cell invasion and distant metastasis development in mouse and patient PD/S-SCCs. Altogether, these results indicate that inhibition of PDGFR/SDF-1/CXCR4 axis could be considered as a therapeutic strategy to block the metastasis in patients with advanced and recurrent cSCCs.