Hommage au Pr Dominique CHOPIN - Thérapeutiques ciblées anti-ErbB et tumeurs urothéliales

14 juillet 2006

Mots clés : Tumeurs Urothéliales, récepteurs tyrosine kinase, ErbB, Thérapeutiques ciblées
Auteurs : Delphine Amsellem-Ouazana, françois goldwasser, Ivan Bieche, Rosette Lidereau, Marc Zerbib
Référence : Prog Urol, 2005, 15, 6, 1229-1235, suppl. 1
La meilleure compréhension de la biologie moléculaire des tumeurs urothéliales aide à définir de nouveaux marqueurs moléculaires qui pourraient aussi servir de cibles thérapeutiques. Ici, nous avons choisi de nous intéresser aux membres de la famille ErbB. L'activation des récepteurs ErbB a été identifiée comme étant un évènement clé initiant une cascade d'évènements intra cellulaires conduisant à la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, l'angiogenèse et la formation de métastases. L'implication de ces récepteurs dans la carcinogenèse urothéliale et le succès du développement de molécules les inhibant dans d'autres pathologies tumorales en font un sujet d'actualité tant au niveau fondamental et clinique.
Le cancer de vessie représente la cinquième cause de cancer en France. Il a vu son incidence croître, de plus de 25 % chez l'homme et de plus de 9 % chez la femme ces 20 dernières années [19]. Le pronostic des tumeurs de vessie est largement corrélé à leur degré de différenciation [35] et à leur stade [21].
Il est généralement admis que 70 % des nouveaux cas de tumeur de vessie sont diagnostiqués au stade superficiel (50 % pTa, 20 % pT1). La majorité (80 %) des tumeurs superficielles est bien différenciée (G1 ou G2). Le pronostic des tumeurs de bas grade et de faible stade reste favorable, avec un risque de décès spécifique à 10 ans de 5 % à 12 %. Les tumeurs de haut grade (G3) et de stade élevé (pT1), ou le pTis, sont de mauvais pronostic. Leur risque de progression à 5 ans est 40 % et le risque de décès spécifique à 10 ans est de 36 %. Les tumeurs infiltrantes, représentant 30% des nouveaux cas, sont métastatiques d'emblée dans 7 % des cas et peuvent être de mauvais pronostic malgré un traitement radical (cystectomie), avec une survie à 5 ans dans 80 % des cas si la tumeur ne dépasse pas le plan musculaire (≤ pT2b) [27, 60]. Ce taux chute à moins de 50 % dès que la tumeur atteint la graisse péri-vésicale (≥ pT3a), et est de moins de 20 % pour les N+ et < 5 % pour les tumeurs métastatiques d'emblée [46]. Les traitements chimiothérapiques adjuvants des tumeurs infiltrantes de mauvais pronostic (≥ pT3) ou métastatiques ne permettent actuellement que d'obtenir des taux de réponse inférieurs à 30 % avec des survies comprises entre 12 et 28 mois. Cependant, le pronostic très différent de patients ayant une tumeur de même stade et de même grade plaide pour la mise en évidence de nouveaux marqueurs moléculaires qui pourraient aussi servir de cibles thérapeutiques. Ici, nous avons choisi de nous intéresser aux membres de la famille ErbB.

ErbB et transduction du signal

Pour les organismes pluricellulaires, la communication intercellulaire est une absolue nécessité pour la régulation de phénomènes biologiques complexes tels que la croissance, la différenciation, la mobilité et la mort. Les récepteurs de la super famille des protéines à tyrosine kinase jouent un rôle fondamental dans ces interactions. En se liant à des ligands peptidiques spécifiques, ces récepteurs intègrent les stimuli extérieurs et permettent l'amorce de voies de transduction du signal. Ces récepteurs peuvent être regroupés, selon leur configuration structurale, en vingt sous-familles ou sous-classes. La famille des ErbB a évolué d'une combinaison unique ligand-récepteur chez Cænorhabditis elegans à un récepteur et quatre ligands chez Drosophilia melanogaster et à quatre récepteurs ErbB liant de multiples ligands EGF (epidermal growth factor)-like chez les vertébrés [20, 39, 59].

Cette famille comprend 4 gènes ERBB codant pour quatre protéines ErbB appartenant à la sous-classe I de la super famille des récepteurs à tyrosine kinase (RTKs). Ces quatre récepteurs sont : ErbB1 (ou EGFR), ErbB2 (ou HER2 ou c-erb2 ou neu), ErbB3 (ou HER3) et ErbB4 (ou HER4). Les récepteurs ErbB montrent des similitudes structurales (figure 1). On trouve un domaine extra-cellulaire de liaison au ligand hautement glycosylé comprenant deux régions riches en cystéine ; un domaine trans-membranaire et une large région cytoplasmique qui contient un motif tyrosine kinase flanqué de résidus carboxy terminaux. ErbB3 a une fonction tyrosine kinase déficiente [2].

Les ligands de ces récepteurs se lient à leur domaine extra-cellulaire provoquant l'activation du récepteur par homo et/ou hétéro-dimérisation et ainsi une trans-phosphorylation des résidus tyrosine de la région cytoplasmique. ErbB2 est le partenaire privilégié de toutes les hétérodimérisations [39, 59]. Les nombreux ligands spécifiques de ces récepteurs incluent l'EGF (epidermal growth factor), le TGFA (transforming growth factor-a), l'AREG (amphiregulin) qui se lient spécifiquement à ErbB1 ; l'EREG (epiregulin), la BTC (betacellulin) et l'HB-EGF (heparin-binding EGF) qui se lient à la fois à ErbB1 et ErbB4. Les NGR (neuregulin), qui composent la troisième famille de ligands, se lient à la fois à ErbB3 et ErbB4 pour NGR1 et NGR2. Les derniers nés de la famille NGR, NGR3 et NGR4, lient ErbB4 mais pas ErbB3. Jusqu'à ce jour ErbB2 n'a pas de ligand connu [39, 59]. Récemment, un autre ligand a été identifié : l'EPGN (epithelial mitogen) [53].

La phosphorylation des résidus tyrosine des protéines de la famille ErbB crée des sites de fixation pour des protéines à domaines Src homologie 2 (SH2) et des protéines contenant des domaines phosphotyrosine-binding (PTB). Certaines de ces protéines, telles Src, phospholipase Cg (PLCg) et phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) sont des enzymes qui sont activées par la phosphorylation des résidus tyrosine. En revanche Shc, Grb2, Grb7, Sos, Cbl, Nck et Crk sont des molécules adaptatrices qui lient le récepteur tyrosine kinase aux voies métaboliques en aval permettant ainsi la transduction du signal. La complexité et l'extrême diversité de ces voies de transduction tiennent au fait que des protéines SH2 comprenant des domaines PTB s'associent à des homo et/ou des hétéro-dimères de récepteurs ErbB eux-mêmes liés possiblement à une multitude de ligands spécifiques de ces récepteurs [59]. La complexité du réseau ErbB est présentée schématiquement sur la figure 2 et fait apparaître des voies de transduction du signal telles que Ras-Raf-MAP kinases ou Akt. Cette dernière transduit deux signaux majeurs impliqués dans la carcinogenèse : régulation de l'apoptose d'une part et croissance cellulaire incluant la synthèse protéique et la régulation du cycle cellulaire d'autre part.

En résumé, l'activation des récepteurs ErbB a été identifiée comme étant un évènement clé initiant une cascade d'évènements intra cellulaires conduisant à la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, l'angiogenèse et la formation de métastases.

ErbB et tumeurs urothéliales

Il y a une littérature extensive sur le rôle des membres de la famille ERBB dans différents cancers. C'est ERBB2 qui a été le plus étudié, en particulier dans le cancer du sein [19]. L'amplification et/ou la surexpression de ERBB2 a été décrite dans 15-25% des cancers du sein et serait associée à un mauvais pronostic [50]. A l'instar de la pathologie mammaire mais aussi ovarienne, pulmonaire [17] et tumorale en générale, l'expression des gènes de la famille ERBB a été étudiée dans les carcinomes urothéliaux. Dès 1985, l'expression de l'EGFR est étudiée sur des vessies tumorales par Neal et al. [36], 58,3% d'entre elles montrant une surexpression d'EGF. Une implication pronostique en est déduite. Les études qui suivent, toutes basées sur l'immuno-histochime et ciblant l'expression de ErbB1 et ErbB2 (exceptionnellement de ErbB3 et ErbB4) sont discordantes tant sur la fréquence et l'importance d'une éventuelle surexpression de ces récepteurs que sur leur signification pronostique [10, 25, 28, 29, 32, 40, 44, 45, 48, 52, 56, 58]. Ces discordances sont probablement en partie dues aux différences de populations étudiées et de techniques employées. Parallèlement, le rôle des 11 ligands de cette voie dans la carcinogenèse urothéliale est probablement sous estimé, car peu étudié [1, 5 , 54].

1. ErbB1 et tumeurs urothéliales

Des études d'immuno-histochimie ont montré que ErbB1 a un niveau d'expression plus élevé dans des tumeurs urothéliales comparé à de l'urothélium sain. Dans le tissu normal, le marquage anti-ErbB1 se situe sur la couche basale de l'urothélium alors qu'il peut occuper toute sa hauteur sur des prélèvements tumoraux. Pour ErbB1 le taux de positivité globale rapporté dans la littérature est compris entre 23 % et 84 % [9, 32, 44, 52, 56], l'implication pronostique de la surexpression du récepteur n'est pas univoque. Lorsqu'il s'agit d'études de transcrits, certains rapportent l'absence de surexpressions d'ErbB1 dans les tumeurs urothéliales contrairement aux lignées [23, 54 ] voire des sous expressions dans un certains nombre de cas [5]. Ces sous expressions d'ERBB1 ont déjà été décrites dans les carcinomes mammaires [8].

2. ErbB2 et tumeurs urothéliales

Le gène ERBB2 est localisé sur le bras long du chromosome 17 et code pour une protéine ErbB2 transmembranaire de 185-kDa. La trans-phosphorylation des résidus tyrosine de la région cytoplasmique du récepteur entraîne une cascade d'évènements qui jouent un rôle dans la différenciation cellulaire, la mobilité et l'adhésion. Dans une revue récente de la littérature [7], les amplifications géniques d'ERBB2, les surexpressions d'ERBB2 ou de sa protéine étaient notées, selon les séries, comme variant de 2 à 74% en fonction de la technique utilisée. Pour l'étude de ErbB2 en immuno-histochimie l'interprétation des résultats doit tenir compte de la différence qui existe entre positivité simple (autour de 70% [43]) et intensité du marquage. Celle-ci, semi-quantitative, est exprimée le plus souvent en nulle, faible (+), modérée (++) ou forte (+++). Les intensités modérées ou fortes rapportées varient de 28 % [7] à 44,5 % [9]. Actuellement, et depuis la validation de l'Herceptest" pour la prescription de l'Herceptin" dans le cancer du sein métastatique, la lecture de l'immuno marquage anti-ErbB2 est devenue beaucoup plus standardisée [16, 41]. L'Herceptin® n'est prescrit qu'en cas de marquage +++ dans le cancer du sein. Le problème de la reproductibilité de l'immuno-histochimie (IHC) est important, elle dépend de la qualité de fixation des tissus, des possibles réactions croisées des anticorps avec d'autres épitopes et de la variabilité inter observateur dans la lecture des lames. Dans le cancer du sein, dans les cas où l'IHC est douteuse le niveau d'expression du récepteur est vérifié par FISH dans la mesure où les surexpressions protéiques sont dues à des amplifications géniques. Dans les tumeurs urothéliales, le mécanisme principal de la surexpression protéique ne semble pas être l'amplification génique. Les cas d'amplification génique ne représentent pas plus de 10% des cas de surexpression protéique [3, 13 , 26, 31, 38, 55, 57 ], semblant suggérer une régulation transcriptionelle. Une autre méthode visant à déterminer le statut ErbB2 d'un patient est donc nécessaire avant l'administration de trastuzumab pour les cas douteux ou intermédiaires en IHC. Il pourrait s'agir d'une méthode de quantification précise et reproductible de l'ARNm comme la RT-PCR quantitative en temps réel. Comme d'autres, nous avons pu, avec cette technique, montrer qu'il existe une surexpression des transcrits d'ERBB2 dans un peu plus d'un tiers des tumeurs urothéliales, ces résultats étant bien associés à ceux obtenus par IHC [5 , 23, 54, 57].

Thérapeutiques ciblées anti-ErbB et tumeurs urothéliales

Le développement récent de la biologie moléculaire appliquée aux tumeurs et la découverte de thérapeutiques prenant spécifiquement pour cible des oncogènes ou des oncoprotéines exprimées par les cellules tumorales apportent de nouveaux espoirs thérapeutiques. Les membres de la famille ErbB semblent être d'excellentes cibles thérapeutiques potentielles [14] et quelques stratégies thérapeutiques (anticorps anti-ErbB, vaccins, thérapies géniques) sont en cours de développement ou commercialisées. En particulier, le trastuzumab (Herceptin’), un anticorps monoclonal humanisé anti-ErbB2, est déjà utilisé dans le traitement du cancer du sein métastatique chez des patientes surexprimant ErbB2. Le trastuzumab, en association à la chimiothérapie, prolonge la survie des patientes ayant un cancer du sein métastatique et une surexpression de la protéine ErbB2 [51]. De même, dans le cancer du poumon, l'utilisation [6] du ZD1839 (Iressa’), un inhibiteur sélectif d'ErbB1 bloquant la transduction du signal impliqué dans la prolifération et la survie des cellules cancéreuses [12], est en évaluation. Dans le cancer colo rectal des études de phase II utilisant le cetuximab (Erbitux®), anticorps monoclonal chimérique homme souris qui se lie spécifiquement au domaine extra cellulaire de l'ErbB1 (EGFR), ont montré une efficacité de cette thérapeutique ciblée chez des patients en échappement thérapeutique [47].

1. Anticorps monoclonaux dirigés contre le domaine extra cellulaire du récepteur.

a) Anticorps anti-ErbB1

Le cetuximab (IMC-225) est certainement l'anticorps monoclonal anti ErbB1 dont le développement est le plus avancé. Ses effets anti prolifératifs et pro apoptotique ont été décrits dans différents modèles tumoraux et sur des lignées cellulaires dont des lignées tumorales urothéliales (revus dans [7]). L'utilisation du cetuximab en essai thérapeutique a été faite dans des cancers colo rectaux [47] avec des résultats prometteurs mais aussi dans les cancers du pancréas ou de la sphère ORL. Cependant, si la surexpression d'ErbB1 est le rationnel à l'utilisation de thérapeutiques ciblées anti-ErbB1, celle-ci n'est pas toujours mise en évidence dans les tumeurs urothéliales [5, 23 , 54 ]. Or, il semblerait que l'activité du cetuximab puisse être indépendante du niveau d'activation du récepteur [47] et soit même possible dans des tumeurs, ici colo-rectales, n'exprimant pas le récepteur [11]. L'évaluation du niveau d'expression du récepteur pose le problème de la sélection des patients pouvant éventuellement bénéficier d'une thérapeutique ciblée.

Deux autres anticorps monoclonaux anti-ErbB1 totalement humanisés sont en cours de développement dans diverses pathologies tumorales : l'ABX-EGF et l'EMD-72000.

b) Anticorps anti-ErbB2

Le trastuzumab (Herceptin®), anticorps monoclonal humanisé anti-ErbB2, se lie au domaine extra cellulaire de la protéine. Le bénéfice de son utilisation dans le cancer du sein métastatique a été démontré [51]. Dans le cancer de la vessie, nous avons rapporté un premier cas de régression métastatique chez un patient, métastatique d'emblée, qui progressait malgré une première ligne de chimiothérapie, et chez qui l'adjonction d'Herceptin® à une deuxième ligne de chimiothérapie a permis une régression temporaire de plus de 50% de volume de certaines métastases [4]. Depuis, les résultats d'une première étude de phase II, sur 44 patients, ont été présenté par Hussain et al.lors du congrès de l'ASCO en 2005 [22]. Cette étude portait sur la faisabilité de l'association d'Herceptin® à une chimiothérapie comprenant paclitaxel, gemcitabine et carboplatine. La faisabilité a été montrée ainsi qu'une importante action anti-tumorale (72,7% de réponse globale). Enfin, très récemment nous avons rapporté l'utilisation de l'Herceptin® chez six patients présentant une tumeur urothéliale métastatique et une surexpression (3+) d'ErbB2 en IHC [42]. Chez tous les patients, une régression du volume métastatique a été obtenue. Cette série ne permet bien sûr pas de conclure compte tenu de l'effectif et de l'absence de groupe contrôle. Les résultats des phases III en cours doivent être attendus. La sélection des patients pour ces thérapeutiques ciblées est cruciale. Il s'agit d'identifier les patients pouvant possiblement bénéficier au maximum du traitement tout en préservant ceux qui n'en bénéficieraient pas d'effets secondaires potentiels. Mais, outre les problèmes techniques évoqués d'évaluation du statut ErbB2 en IHC, la sélection des patients devrait passer idéalement par l'étude du statut ErbB2 de leur tumeur primitive et de leurs métastases dans la mesure où il semble exister des hétérogénéités d'expression entre ces deux sites [18].

Parallèlement, un autre anticorps monoclonal humanisé anti-ErbB2, en cours d'évaluation dans le traitement des cancers de l'ovaire en échappement, le pertuzumab (Omnitarg®) semble pouvoir inhiber la croissance de cellules n'exprimant que de faibles taux d'ErbB2 [34].

2. Stratégies thérapeutiques dirigées contre le domaine intra-cellulaire du récepteur.

Parmi les stratégies de blocage du récepteur ErbB1, celle visant le domaine intra cellulaire du récepteur a été beaucoup plus développée que les anticorps se fixant sur le domaine extra cellulaire [6, 33 ]. Cependant, il semble que bloquer l'activité kinase en intra cellulaire ou empêcher la fixation du ligand sur le récepteur entraîne la même suppression des cascades de signaux d'aval [12].

Le ZD1839 (gefitinib, Iressa’) et le OSI-774 (erlotinib, Tarceva’) sont les deux molécules dont le développement est le plus avancé. Le ZD1839 est actif par voie orale et entraîne une inhibition de l'auto phosphorylation d'ErbB1 médiée par la fixation du ligand en extra cellulaire. Dans des modèles tumoraux humains, le ZD1839 associé à d'autres agents cytotoxiques permet d'obtenir des régressions tumorales et un retard de la croissance tumorale [49]. Le gefitinib a été utilisé chez des patients présentant un cancer du poumon non à petites cellules (NAPC) réfractaire aux chimiothérapies. Seuls 10 à 19 % des patients ont répondu à ce traitement, sans gain de survie. Les chances de réponse semblaient associées à la présence de certaines mutations dans le gène du récepteur [30], le niveau d'expression du récepteur ne semblant pas être un facteur prédictif de réponse. Son utilisation dans cette indication est poursuivie au Japon où il semblerait que la mutation soit plus fréquente, surtout chez les femmes et dans les adénocarcinomes. Dans cette sous population la fréquence de la mutation atteint 57%. Là encore, la sélection des patients avant thérapeutique ciblée est primordiale.

Dans les tumeurs urothéliales, des études pré cliniques ont montré que le gefitinib a une action thérapeutique potentielle in vitro sur certaines lignées cellulaires tumorales soit selon leur niveau d'expression d'ErbB1 [15] alors que d'autres lient cette action au niveau d'activation du récepteur [37]. Des données très récentes semblent montrer que la résistance de lignées cellulaires ou de modèles tumoraux au gefinitib serait en rapport avec un découplage entre l'activité kinase de l'ErbB et l'activité d'autres kinases situées plus en aval dans la transduction du signal [24].

L'erlotinib qui a montré un gain de survie dans le cancer du poumon NAPC, est un autre inhibiteur du récepteur ErbB1.

Parallèlement de nombreuses autres molécules sont en cours de développement pré clinique, certaines visant à inhiber plusieurs récepteurs ErbB compte tenu de leur hétérodimérisation. Ces molécules dites PAN-HER inhibent soit ErbB1 et ErbB2 pour le GW572016 ou ErbB1, ErbB2 et ErbB4 pour le CI-1033.

Conclusion

Le développement des thérapeutiques ciblées dans la prise en charge des tumeurs urothéliales, comme dans toutes les pathologies tumorales, donne l'espoir d'associer à la prise en charge actuelle, qui se fait par groupe de malade se « ressemblant », une prise en charge personnalisée répondant aux critères moléculaires particuliers de chaque tumeur et donc de chaque patient. L'importance de la voie de signalisation ErbB dans la carcinogenèse en général et l'implication de la plupart des acteurs de cette voie (4 ErbB et 11 ligands) dans les tumeurs urothéliales en particulier font de ces protéines de bonnes cibles thérapeutiques potentielles. Cependant, des résultats significatifs en terme d'efficacité et de tolérance ne pourront être obtenus, avec les molécules déjà disponibles ou à venir, que par l'optimisation de la sélection des patients.

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