Artículo de revisión, Perfil molecular en cáncer colorrectal

Édgar Vergara1, NelsonAlvis2, Amileth Suárez3

Palabras clave: neoplasias del colon; detección precoz del cáncer; estadificación de neoplasias; biomarcadores de tumor; marcadores genéticos.

Resumen

En la última década han surgido los tratamientos guiados por el perfil molecular del tumor, con beneficio clínico para los pacientes con cáncer colorrectal avanzado o metastásico. Esta estratificación molecular permite agrupar o individualizar a los pacientes para un óptimo tratamiento de su enfermedad.

Basada en información relevante y actualizada, se presenta una revisión de genes y biomoléculas de las vías de señalización intracelular del receptor del factor de crecimiento epidérmico, involucradas en la carcinogénesis del cáncer colorrectal. Además, se pretende identificar evidencia que soporte el beneficio de utilizar biomarcadores en pacientes con cáncer colorrectal, como factores pronósticos o predictivos para tratamientos biológicos.

Se concluye que existe evidencia científica y, además, aceptación por parte de asociaciones internacionales de oncología clínica, para utilizar la evaluación del estado de los genes KRAS y BRAF en la práctica clínica, por su valor predictivo en el tratamiento del cáncer colorrectal avanzado; mientras que, para los genes NRAS, PIK3CA, PETEN y HER2, la aceptación por consenso de expertos de Europa y Estados Unidos aún no es unánime, para recomendar la evaluación rutinaria de estos biomarcadores predictivos en el cáncer colorrectal avanzado.

Introducción

El cáncer es una enfermedad que implica múltiples eta­pas de mutaciones genéticas y epigenéticas que siguen una evolución darwiniana 1,2. Por esta razón, el tumor presenta una heterogeneidad celular debido a una mezcla de múltiples poblaciones celulares genotípica y fenotípi­camente distintas. Este alto grado de heterogeneidad se ha encontrado tanto en tumores del mismo tipo (inter­tumoral), entre los pacientes con el mismo diagnóstico clínico, o en un mismo tumor (intratumoral), entre las células tumorales derivadas del mismo paciente 3.

El cáncer colorrectal es uno de los cánceres más común e intensamente estudiados en el mundo, con 1,2 millones de casos nuevos y una mortalidad de 6,0 millones al año 4. A pesar de presentar un patrón mole­cular heterogéneo, más del 80 % de los casos de cáncer colorrectal esporádico se originan de una lesión precur­sora. La secuencia de adenoma a carcinoma refleja esta transición de activación secuencial de los oncogenes y la inactivación concomitante de los genes supresores de tumores, APC (Adenomatous Polyposis Coli), KRAS (Kirsten Rat Sarcoma viral oncogene homolog), TP53 (Tumor Protein p53), entre otros 5,6 (tabla 1).

Estos cambios genéticos son cruciales para la pro­gresión tumoral, de modo que la mutación del gen APC es la más temprana y parece ser necesaria para la formación del adenoma de colon; la mutación de KRAS es un evento intermedio y tiene un efecto sinérgico con APC, lo cual se ha observado en, aproximadamente, el 50 % de los adenomas y carcinomas.

Por su parte, la mutación del gen TP53 se ha observado en 75 % de los cánceres colorrectales y participa en la progresión tardía del tumor 7-10. Los eventos anteriores están incluidos en el modelo de Vogelstein, que se ha refinado recientemente por el denominado modelo Big Bang, el cual sostiene que, después de una mutación oncogénica inicial, prevalece una heterogeneidad in­tratumoral, la cual es favorecida por el desarrollo de subpoblaciones celulares que expresan otros perfiles de mutación oncogénica 11. Las mutaciones en el gen BRAF (v-Raf Murine Sarcoma Viral Oncogene Homolog B) son ejemplos de tales eventos oncogénicos y se encuentran en el 10 %, aproximadamente, de los pacientes con cáncer colorrectal 12,13; y son mutuamente excluyentes con las mutaciones en KRAS/NRAS (v-ras neuroblastoma RAS viral oncogene homolog) 14.

Otros genes alterados en el cáncer colorrectal inclu­yen PIK3CA (phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase, catalytic subunit alpha), PTEN (phosphatase and tensin homolog) y HER2 (erb-b2 receptor tyrosine kinase 2). La mutación de PIK3CA que surge tarde en la tumorogénesis, justo antes o coincidiendo con la invasión tumoral, se asocia significativamente con la mutación de KRAS y está presente en 10 a 20 % de los casos de cáncer colorrectal 15-17. El gen PTEN es un gen supresor de tumor, su pérdida de función deja en libertad la vía de las proteínas PI3K/AKT (phosphoi­nositide 3-kinase / protein kinase B), favoreciendo la supervivencia y la metástasis de células tumorales del cáncer colorrectal 18-20. A diferencia del estado del gen KRAS, la expresión de PTEN solo presenta concor­dancia en 60 % en el tumor primario y sus metástasis, debido a que la pérdida de expresión del gen es más frecuente en las metástasis a distancia 21. El oncogén HER2 presenta mutaciones somáticas o amplificación en 7 % de los pacientes con cáncer colorrectal; esto origina una transformación oncogénica de las células epiteliales del colon, generando resistencia a los tra­tamientos biológicos 22-24.

El receptor del factor de crecimiento epidérmico (Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR), es un receptor tirosina cinasa unido a membrana y se reconoce como un actor importante en la oncogénesis colorrectal, ya que su estimulación por ligandos inicia la cascada de transducción de señales dentro de la célula que culmina activando factores de transcripción que, a su vez, activan genes específicos de la carcinogénesis 25. Presenta dos vías principales de señalización intracelular que con­trolan la proliferación, la supervivencia y la motilidad celulares 26 (figura 1).

La proteína KRAS participa como una molécula efectora responsable de la transducción al núcleo de las señales de ligandos unidos al EGFR dentro de la vía de señalización MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) y puede estar alterada en el cáncer colorrectal avanzado o metastásico (metastasic Colorectal Cancer, mCRC) 27. La aparición de metástasis está favorecida por rasgos genéticos de la célula tumoral circulante y por un microambiente tisular favorable en el órgano blanco 28. La mutación del gen KRAS se ha asociado con un mayor riesgo de recidiva pulmonar y supervivencia baja, después de la resección curativa de metástasis he­páticas 29,30. De igual manera, el patrón de alteración de otros genes específicos en el tumor primario del cáncer colorrectal determina el sitio anatómico de aparición de las metástasis 31 (tabla 2).

El EGFR, un receptor tirosina cinasa (Receptor Tyrosine Kinases, RTK), se ha convertido en un objetivo clave de las estrategias terapéuticas diseñadas para el tratamiento del cáncer colorrectal metastásico, en particular, con anticuerpos monoclonales (Monoclonal Antibodies, mAbs) contra su dominio extracelular. El incremento de número de copias de EGFR o mutaciones de los genes responsables de las proteínas de la vía MAPK/ERK (Extracellular signal-Regulated Kinases), en especial la proteína KRAS, son determinantes de la reacción o resistencia a los mAbs-EGFR 32.

Por otro lado, se acepta que en el inicio de la carci­nogénesis del cáncer colorrectal se presentan fenómenos de inestabilidad genómica o epigenética, que incluyen: inestabilidad cromosómica (Cromosomal Instability, CIN); inestabilidad de microsatélites (Microsatellite Instability, MSI) fenotipo de metilación de islas de CpG (Cytosine-Phosphate-Guanine), (CpG Island Methylator Phenotype, CIMP); e hipometilación global del ADN 33.

La inestabilidad cromosómica consiste en variaciones que alteran el número normal de cromosomas o que producen cambios estructurales de los mismos, dele­ciones o translocaciones, produciendo modificaciones en el complemento cromosómico celular 34. Esto lleva a aneuploidía, que es muy frecuente en células cancerosas. La inestabilidad cromosómica puede generarse por mu­taciones individuales en un gen concreto, por pérdida o ganancia de cromosomas, o por reorganizaciones a gran escala de los cromosomas 35.

La secuencia de eventos se resume así: la aneuploi­día se desarrolla progresivamente a partir de una célula diploide, luego hay pérdida de genes que controlan la proliferación celular, se genera un caos cromosómico continuo que resulta en inestabilidad cromosómica, la cual favorece el desarrollo de tumores 36.

En cuanto a la inestabilidad de microsatélites (MSI), estos son secuencias repetitivas de nucleótidos que exis­ten en el ADN en condiciones normales, pero son muy propensas a presentar mutaciones, que habitualmente son reparadas por los genes reparadores de errores 37. Cuando estos genes se hallan inactivados, se produce el fenómeno de la inestabilidad de microsatélites, y estos aumentan o disminuyen su longitud en la línea germinal 38. Los microsatélites son particularmente propensos a errores en la replicación, debido a que su estructura repetitiva propicia que la ADN polimerasa “se equivoque” al copiar la hebra molde del ADN 39.

El fenotipo de metilación de islas de CpG (CIMP) genera un proceso reversible de los mecanismos epige­néticos, en el cual se introduce o elimina un grupo metilo en las citosinas presentes en dinucleótidos CpG en el genoma 40. Estos dinucleótidos se concentran en zonas llamadas islas de CpG y, frecuentemente, se localizan en los promotores génicos; aproximadamente, el 60 % de los genes humanos contienen islas de CpG en la zona 5’ de su promotor y la metilación de cada grupo celular se fija desde la etapa embrionaria 41.

Se ha reportado que, en el cáncer, los patrones de metilación del ADN sufren modificaciones 42. Si se au­mentan, se produce hipermetilación que se traduce en represión de la transcripción génica; por el contrario, si se disminuyen, se produce hipometilación que activa la transcripción. La cantidad de hipometilación del geno­ma se correlaciona con alteraciones cromosómicas que afectan la estabilidad de cromosomas, los mecanismos de impronta genética y la activación de genes silencia­dos 43. En general, el ADN tumoral está hipometilado; es por eso que su hipermetilación puede afectar genes específicos que participan en la carcinogénesis. La hi­permetilación de los promotores génicos pertenecientes a genes supresores de tumor interrumpen la transcripción, facilitando el desarrollo tumoral 44,45.

En oncología se analizan muchos factores que influyen sobre el tumor, por ejemplo, los denominados biomar­cadores tumorales. Estos factores se han clasificado en factores pronósticos y predictivos. El factor pronóstico se define como cualquier parámetro evaluado al mo­mento del diagnóstico (o cirugía), que está asociado con el resultado al final del tratamiento (supervivencia libre de enfermedad, supervivencia libre de progresión, supervivencia global). El factor predictivo es cualquier parámetro que evalúa la mejoría o la falta de mejoría con un tratamiento específico.

En la última década han surgido los tratamientos guiados por el perfil molecular del tumor, con beneficio clínico para pacientes con cáncer colorrectal avanzado 46. Es por eso que, en busca de una evaluación biomolecular más específica y profunda, en los ensayos clínicos se ha incluido la valoración de diferentes genes implicados en su oncogénesis, como KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA, PETEN y HER2; al igual que el estado de reparación del mal apareamiento del ADN 47-51. Esta estratificación molecular permite agrupar o individualizar a los pacientes para un óptimo tratamiento de su enfermedad.

En esta revisión se muestra la participación de diferentes genes que son actores fundamentales en la oncogénesis del cáncer colorrectal, algunos aspectos clínico-patológicos, y la utilidad clínica del estado de los genes que influyen como factores pronósticos, pre­dictivos o ambos de la enfermedad.

Bases moleculares de la oncogénesis en cáncer colorrectal

Los mecanismos moleculares en la secuencia de un ade­noma de colon a un carcinoma han sido extensamente estudiados. Estos incluyen múltiples mutaciones en genes supresores de tumor, como APC, DCC (Deleted in Colorectal Cancer protein), TP53 y oncogenes como KRAS que se traduce en inestabilidad genómica 6,52,53. En la progresión tumoral de un adenoma convencio­nal, el KRAS juega un papel fundamental al intervenir tempranamente en el desarrollo del adenoma; además, tiene un efecto sinérgico con la pérdida de función del gen APC, provocando un aumento en el número, el tamaño de la capacidad invasora de los adenomas, y promoviendo la expansión de células madre putativas dentro del epitelio tumoral 54,55. Asimismo, la proteína BRAF, que es un efector de la proteína KRAS y que pertenece a la vía de señalización MAPK/ERK, produce alteraciones de la división y la diferenciación celulares del adenoma de colon 56.

Por otro lado, la activación del gen PIK3CA es respon­sable de coordinar funciones de proliferación y migración celular mediante las proteínas de la vía de señalización PI3K-PTEN-AKT 57. Cuando hay mutaciones en genes de la familia RAS, ya sea KRAS o NRAS, se producen cambios en un nucleótido que implican producción de un aminoácido diferente y una proteína transformada, la cual pierde su función de GTPasa (enzyme guanosine triphosphate) 58,59. En este caso, se dice que la vía de señalización MAPK estaría constitutivamente activada, porque no depende de la estimulación de ligandos del EGFR, y el resultado es la progresión del proceso de oncogénesis 60.

El conocimiento de las mutaciones en los genes KRAS y BRAF, además de la inestabilidad de micro­satélites del ADN y del CIMP permitió clasificar el cáncer colorrectal en cinco subtipos moleculares 61 (tabla 3). Posteriormente, se modificó esta clasifica­ción y se incluyeron solo tres de sus vías originales, los grupos I, II y IV, y se utilizó para casos de cáncer colorrectal esporádico 62. En 2012, apareció otra pro­puesta de clasificación molecular que incluye las vías, Wnt (Wingless-related integration site) y TGF-β (Trans­forming Growth Factor beta), RTK-RAS y PIK3CA, y, por último, la vía de p53 5. En otra clasificación del 2013, se empleó el análisis multivariado y se pudieron incluir más vías implicadas en la carcinogénesis, entre ellas, NRAS 63.

Por otro lado, en el 2015, en un estudio basado en patrones de metilación de promotores del ADN, se establecieron subgrupos de pacientes que comparten características clínico-patológicas similares y que permi­ten una nueva caracterización molecular de los tumores en cáncer colorrectal 64. En el 2016, para poder unificar tantas clasificaciones, se elaboró una clasificación de consenso de los diferentes subtipos moleculares del cáncer colorrectal 65.

Combinaciones de mutaciones genéticas

Las mutaciones del gen PIK3CA se encuentran con mayor frecuencia en tumores con el gen KRAS mutado; por el contrario, las mutaciones de HER2 se asocian con el gen KRAS nativo y, en los análisis combinados que incluyen los genes KRAS, BRAF y HER2, las mutaciones de BRAF o las amplificaciones del HER2 se asocian con un mal pronóstico en el grupo del gen KRAS nativo 66,67.

Más del 95 % de las mutaciones del gen KRAS se producen en los codones 12 y 13 del exón 2; otras mu­taciones, menos del 5 %, están en los codones 61 y 146, pero no tienen significancia clínica o pronóstica diferente a la presentada por el KRAS mutado en los codones 12 o 13 68,69. También, se han descrito dos mutaciones en el gen KRAS, raras, que afectan el sitio de unión del fosfato en los codones 10 a 16 y producen una alteración funcional. Además, existen variantes de inserción que inhiben la hidrólisis de GTP y favorecen la acumulación celular de RAS activa (RAS-GTP) que, de una manera constitutiva, mantienen las proteínas de la vía MAPK/ BRAF activadas; esto contribuye a la resistencia del cáncer colorrectal avanzado contra el tratamiento con mAbs-EGFR 70.

En adenomas de tipo serrado del colon, los genes KRAS y BRAF actúan como iniciadores de la carcinogénesis y se ha sugerido que la gran actividad de las proteínas de la vía Wnt/β-catenina favorecen la progresión maligna del adenoma serrado en presencia de mutaciones de BRAF, por mecanismos aún desconocidos 71. Por otro lado, en presencia de BRAF en estado nativo y mutaciones de KRAS en su codón 12, hay mayor mortalidad que en casos de mutación en el codón 13 72. La mayoría de las mutaciones del gen BRAF están presentes en los tumores con KRAS nativo 73.

Gen KRAS y clasificación TNM

La clasificación clínico-patológica basada en el siste­ma TNM ha sido de gran utilidad para pronosticar los resultados clínicos en el cáncer colorrectal 74. Esto ha servido, también, para elegir los tratamientos adyuvantes en el control de la enfermedad 75. Sin embargo, en los últimos años, herramientas moleculares como el estado del gen KRAS tumoral, han permitido predecir e identi­ficar pacientes que se van a beneficiar de la utilización del tratamiento biológico 76,77. Los pacientes con cáncer colorrectal en estadio clínico I y II, en seguimientos de más de seis años, presentan diferentes curvas de super­vivencia; al relacionarlas con el estado del KRAS, esta supervivencia ha sido menor en casos de mutación del gen KRAS en el codón 13 78.

Las mutaciones en los genes KRAS, BRAF y NRAS no tienen gran valor pronóstico en el cáncer colorrectal en estadio clínico II y III; al contrario, las mutaciones de PIK3CA sí se han asociado con recurrencia del tumor y serían un factor independiente de mal pronóstico al evaluar el resultado en la supervivencia global 79. Sin embargo, las mutaciones en el NRAS pronostican una menor supervivencia del paciente y, además, podrían tener una influencia predictiva negativa en el caso de tratamiento con mAbs-EGFR en cáncer colorrectal avanzado 80-82.

Por otro lado, el conocimiento del estado de mutación del gen KRAS y el estado de reparación del mal apa­reamiento (MisMatch Repair, MMR) del ADN, pueden mejorar la estadificación clínico-patológica molecular en el cáncer colorrectal y, además, permiten pronosticar la progresión de la enfermedad metastásica 83.

1 Médico, cirujano oncólogo; director, Grupo de Investigaciones Clínicas en Medicina, Universidad de Sucre, Sincelejo, Colombia
2 Médico, MPH, PhD; director, Grupo de Economía de la Salud, Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia
3 Química farmaceuta, MsC, PhD; directora, Grupo Prometeus, Universidad de Cartagena, Cartagena, Colombia
Fecha de recibido: 3 de octubre de 2016
Fecha de aprobación: 1 de diciembre de 2016
Citar como: Vergara E, Alvis N, Suárez A. Perfil molecular en cáncer colorrectal. Rev Colomb Cir. 2017;32:45-55.Utilidad de la valoración del estado de los genes en la práctica clínica

Los pacientes con cáncer colorrectal en estadio clínico IV, que no han mejorado con la quimioterapia y con el gen KRAS tumoral nativo, se benefician de tratamientos con mAbs-EGFR. Los beneficios se traducen en mejo­ría de la supervivencia global, supervivencia libre de progresión y conservación de la calidad de vida 84,85. En presencia de KRAS mutado, no se presentan estos bene­ficios, independientemente del tipo de codón mutado 86.

La mutación del gen KRAS se comporta como un factor pronóstico negativo para la supervivencia global en el cáncer rectal y para la supervivencia libre de en­fermedad en el cáncer de colon en estadio clínico II 87-89; de la misma manera, la mutación en el BRAF tiene un efecto pronóstico negativo en la supervivencia global en el estadio clínico II 90,91. Las mutaciones en los genes KRAS y BRAF se asocian significativamente con la supervivencia libre de enfermedad y la supervivencia global más corta en pacientes con tumores de microsa­télites estables, pero no en pacientes con tumores con inestabilidad de microsatélites 92.

El cáncer colorrectal en estadio clínico III con defi­ciencia de la reparación del mal apareamiento del ADN (dMMR), ubicado en el colon distal o con un estado ganglionar N2, tiene un pronóstico malo; esto, inde­pendientemente del resultado adverso por mutaciones de KRAS o BRAF 93,94.

Al igual que para el gen KRAS nativo, se siguen in­vestigando nuevos tratamientos dirigidos al gen BRAF nativo en el cáncer colorrectal metastásico 95. También, la valoración de la expresión de HER2, que se asocia con supervivencia global baja y tiene potencial valor predictivo para el tratamiento biológico en el cáncer colorrectal avanzado, se está incluyendo en las investi­gaciones de nuevos tratamientos 96,97.

Se está estudiando, también, el gen PIK3CA que se presenta más en el colon proximal, asociado con altos niveles CIMP y mutación en el KRAS y el BRAF nativo, y que funciona como evaluador de pronóstico porque se acompaña de una disminución significativa de la supervivencia global 16. Además de la mutación del gen KRAS, las mutaciones de PIK3CA y PTEN pueden ser predictivas de falta de efectividad del tratamiento anti- EGFR en el cáncer colorrectal metastásico 98,99 (tabla 4). Se reporta que hasta en 24 % de los pacientes con gen KRAS nativo, se presentan mutaciones en los genes PIK3CA o BRAF 100,101.

No se ha encontrado asociación significativa entre la mutación de NRAS y la supervivencia de los pacientes con cáncer colorrectal en estadio clínico II y III 79. Sin embargo, la mutación en el NRAS predice resistencia a los tratamientos con mAbs-EGFR en el cáncer co­lorrectal metastásico 47. De otro lado, el impacto pro­nóstico del estado de BRAF sigue siendo controvertido 102,103. Sin embargo, las investigaciones continúan para lograr afinar la utilidad clínica de estos biomarcadores 47-49,104, ya que los estudios existentes han demostrado que entre los pacientes con cáncer colorrectal avanza­do con el gen KRAS en estado nativo y que albergan mutaciones en los genes de NRAS, BRAF, PIK3CA, o PTEN, se puede demostrar resistencia al tratamiento con mAbs- EGFR 105.

Conclusiones y perspectivas

Se puede concluir que existe evidencia científica y, además, aceptación por parte de las asociaciones inter­nacionales de oncología clínica, para utilizar, en casos clínicos, la evaluación del estado de los genes KRAS y BRAF, por su valor predictivo en el tratamiento del cáncer colorrectal avanzado; mientras que, para NRAS, PIK3CA, PETEN y HER2, la aceptación por consenso de expertos de Europa y Estados Unidos aún no ha sido unánime, para recomendar la evaluación rutinaria de estos biomarcadores predictivos en el cáncer colorrectal avanzado. Se espera el respaldo de más ensayos clínicos para consensuar globalmente este panel de biomarcadores que permitan de forma dinámica controlar la progresión de la enfermedad.

Is it clinically worthwhile to evaluate the state of the KRAS, NRAS, BRAF, PTEN, and HER2 genes in patients with colorectal cancer?

Abstract

Therapies guided by the molecular profile of the tumor have emerged in the last decade, with clinical benefit for patients with advanced or metastatic colorectal cancer. This molecular stratification allows patients to be grouped or individualized for optimal treatment of their disease. Based on relevant and up-to-date information, a mini-review of genes and biomolecules of epidermal growth factor receptor intracellular signaling pathways involved in the carcinogenesis of colorectal cancer is presented. In addition, we intend to identify evidence supporting the benefit of using biomarkers in clinical scenarios of colorectal cancer as prognostic or predictive factors for biological therapies. It is concluded that there is scientific evidence and also acceptance by international associations of clinical oncology to use the evaluation of the state of the KRAS and BRAF genes in clinical scenarios because of its predictive value in the treatment of advanced colorectal cancer, while for the NRAS, PIK3CA, PETEN and HER2 genes the consensus of experts from Europe and the United States of America to recommend the routine evaluation of these predictive biomarkers in advanced colorectal cancer has not yet been unanimous,.

Key words: Colonic neoplasms; early detection of cancer; neoplasm staging; biomarkers, tumor; genetic markers.

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Correspondencia: Édgar Vergara, MD
Correo electrónico: edgar.vergara@unisucre.edu.co
Sincelejo, Sucre, Colombia.