Attività mitocondriale e miosteatosi nella cachessia dei tumori del tratto aerodigestivo superiore (MYOMEC)

La malnutrizione è caratterizzata da un bilancio energetico negativo dovuto ad una profonda perdita muscolare scheletrica, a sua volta secondaria alla riduzione dell'apporto e ad anomalie metaboliche che aggravano la perdita di peso. La sarcopenia è definita come la perdita di massa muscolare, le cui conseguenze sono una diminuzione della forza muscolare e delle prestazioni fisiche. La cachessia, identificata in molte malattie croniche (insufficienza renale, scompenso cardiaco, diabete, BPCO), è il risultato di uno squilibrio tra proteolisi e proteogenesi e può essere definita come una sindrome multifattoriale caratterizzata da una perdita di peso derivante principalmente da una perdita di massa magra, in particolare di massa muscolare, non reversibile da un adeguato apporto nutrizionale e che porta ad anomalie funzionali.

I tumori della sfera ORL rappresentano circa il 15% di tutti i tumori negli uomini e il 2% nelle donne. Riguardano principalmente soggetti di età compresa tra i 45 ei 70 anni con ruolo preponderante di avvelenamento da etilo-tabacco. I pazienti con tumori delle alte vie aerodigestive sono particolarmente predisposti a malnutrizione da parte del tumore stesso ma anche del contesto (intossicazione da etilo-tabacco, sedentarietà, cattive condizioni generali), localizzazione del tumore con riduzione dell'assunzione (ostruzione meccanica, anoressia , dolore), ma anche dopo il trattamento (chemioterapia, radioterapia, chirurgia).

La cachessia tumorale colpisce circa l'80% dei pazienti con cancro avanzato e influisce sulla loro prognosi aumentando la morbilità e la mortalità, riducendo la tolleranza e la risposta al trattamento, riducendo la qualità della vita e la sopravvivenza. La sua prognosi dipende dall'entità della perdita di massa muscolare. Viene generalmente riportato per un paziente con una perdita di peso superiore al 5% del suo peso iniziale negli ultimi 6 mesi, con 3 stadi descritti: stadio di pre-cachessia, stadio di cachessia pulita, stadio di cachessia refrattaria. È caratterizzato, tra l'altro, dallo sviluppo di infiammazione sistemica e linee cellulari tumorali e cellule tumorali di pazienti oncologici hanno dimostrato di produrre citochine pro-infiammatorie (IL-6, IL-8).

La perdita di massa muscolare scheletrica, fino al 75% nella malnutrizione grave, è correlata ad un'accelerazione del catabolismo muscolare e ad un'alterazione dell'anabolismo proteico muscolare, mediata da grandi segnali tumorali e porta ad una diminuzione dello stato performans, diminuzione della sopravvivenza globale, aumento nella suscettibilità alla tossicità della chemioterapia e aumento dell'esposizione a degenze ospedaliere a lungo termine.

Questa perdita muscolare è il risultato di un aumento del fenomeno della proteolisi ma anche di una diminuzione della sintesi proteica. Le principali vie proteolitiche sono la via calpaina-calcio-dipendente, la via lisosomiale e la via ubiquitina-proteasoma-ATP. Diversi studi hanno dimostrato l'attivazione di queste vie proteolitiche nella cachessia tumorale. Tra queste vie proteolitiche, la via ubiquitina-proteasoma-ATP-dipendente sembra essere la più coinvolta nella cachessia tumorale. Questa via proteolitica è mediata da 2 ligasi dell'ubiquitina specifiche per il muscolo scheletrico, MAF-Box e MURF1, che sono largamente sovraespresse in molti modelli di atrofia muscolare e cachessia tumorale. D'altra parte, il fattore di crescita IGF1 è un noto fattore anabolico che attiva la proteosintesi attraverso la via di segnalazione PI3K/Akt/mTOR. La diminuzione dell'espressione di IGF1 nel muscolo scheletrico è osservata in modelli sperimentali di cachessia tumorale . Gli studi hanno dimostrato che alcuni fattori di origine tumorale possono contribuire alla cachessia tumorale in alcuni modelli animali.

2 fattori hanno particolarmente attirato l'attenzione degli scienziati negli ultimi anni, il fattore ZAG (Zinco alfa 2 glicoproteina), un vero e proprio fattore di mobilizzazione lipidica nell'uomo, sovraespresso nel fegato e nel tessuto adiposo e il PIF (proteoglicano identificato nelle cellule tumorali di adenocarcinoma murino di topo che sarebbe responsabile dell'atrofia muscolare indotta dall'attivazione della via proteolitica ubiquitina-proteasoma-ATP-dipendente . Lavori più recenti suggeriscono che la miostatina e l'attivina A, due membri della superfamiglia del TGFβ, possono contribuire alla cachessia, in particolare all'atrofia muscolare, indotta da alcuni tipi di cancro.

La perdita adiposa è una sindrome precoce nello sviluppo della cachessia tumorale ed è negativamente correlata con l'aspettativa di vita del paziente. I primi studi su questo scioglimento adiposo hanno rivelato una mancanza di immagazzinamento dei trigliceridi nel tessuto adiposo. Lo stoccaggio dei trigliceridi è ottenuto dall'azione della lipoproteina lipasi. Esiste prevalentemente nel tessuto adiposo e idrolizza le lipoproteine ​​circolanti nel sangue, permettendo così la cattura degli acidi grassi da parte degli adipociti e lo stoccaggio delle riserve adipose. Lo sviluppo del tumore indurrebbe una diminuzione dell'espressione genica e dell'attività della lipoproteina lipasi attraverso l'azione delle citochine infiammatorie. Tuttavia, la ricerca attuale sembra dimostrare che lo scioglimento adiposo osservato nella cachessia del cancro è principalmente spiegato da un aumento della lipolisi (mostrato indirettamente da un aumento della concentrazione di acidi grassi plasmatici nei pazienti cachettici con cancro gastrointestinale). .

La lipolisi, tramite la lipasi sensibile agli ormoni (LHS) e la lipasi monogliceride (MGL), consente l'idrolisi dei trigliceridi in digliceridi e dei digliceridi in monogliceridi a loro volta degradati in acidi grassi liberi e glicerolo. La lipasi trigliceride-specifica del tessuto adiposo (TGLA) è stata recentemente scoperta e ha un ruolo ridondante rispetto a quello dell'LHS. Gli studi di Cao et al. hanno mostrato che l'attivazione di LHS da parte delle catecolamine potrebbe costituire un meccanismo di regolazione della lipolisi durante la cachessia da cancro. . Un'alterazione di TGLA e LHS sarebbe anche responsabile di un accumulo di DAG e TAG nel muscolo di topi cancerosi. Uno studio recente ha dimostrato che l'invalidazione di TGLA e LHS in 2 modelli di cachessia indotta dall'iniezione di cellule di carcinoma polmonare di Lewis o cellule di melanoma B16 ha indotto resistenza allo sviluppo di cachessia limitando la perdita adiposa e muscolare. L'infiammazione sistemica sviluppata durante la cachessia cancerosa potrebbe anche indurre un aumento della resistenza all'insulina attraverso il TNFalfa. Il TNFalfa potrebbe inibire l'espressione della perilipina A, una proteina espressa sulla superficie delle goccioline lipidiche degli adipociti, che svolge un ruolo importante nell'integrità del tessuto adiposo poiché limita l'accesso degli enzimi coinvolti nella lipolisi alla gocciolina lipidica. Una diminuzione dell'espressione della perilipina A indurrebbe un aumento della lipolisi. Inoltre, uno studio di Stephens et al. nel 2011 ha concluso che il numero e la dimensione delle goccioline lipidiche intramuscolari aumentano in presenza di cancro e aumentano anche con la perdita di peso/perdita di grasso adiposo in altri compartimenti corporei.

La miosteatosi, un deposito di grasso patologico nel muscolo scheletrico, è un'altra caratteristica della composizione corporea, oltre alla bassa massa muscolare, che è associata alla prognosi infausta della malattia tumorale, in particolare a una diminuzione della sopravvivenza globale ed è stato recentemente dimostrato che il muscolo dei malati di cancro contiene tanto più tessuto adiposo quanto una grave perdita di peso. Diversi studi hanno dimostrato che la miosteatosi è associata ad un aumento della resistenza all'insulina e quindi ad una diminuzione della proteolisi attraverso l'inibizione del trasporto di aminoacidi dell'insulina. Il contenuto di grasso del muscolo può essere studiato indirettamente e in modo non invasivo sulla base del fatto che il tessuto adiposo attenua tipicamente la radiazione ad esso applicata. . Il valore delle misure di attenuazione è determinato dalla velocità con cui la radiazione attraversa il tessuto ed è espresso in unità Hounsfield (HU). I valori di attenuazione del tessuto muscolare e adiposo sono stati definiti tra -190 e -30 HU.

L'indebolimento della radiazione nel muscolo era ben correlato con il contenuto di grasso dei muscoli. . Pertanto, i valori HU definiti dalla TAC possono riflettere il grado di tessuto adiposo intramuscolare e vengono utilizzati per classificare il muscolo normale o esposto a miosteatosi. La bassa massa muscolare e l'indebolimento della radiazione nei muscoli testimoniano un alto grado di miostaatosi e sono stati identificati rispettivamente come un fattore prognostico indipendente per la sopravvivenza globale e la mortalità nei pazienti oncologici. . Il confronto del metabolismo muscolare nei soggetti obesi e normopondi ha mostrato un'abolizione della sintesi proteica in risposta all'insulina soprattutto nei mitocondri muscolari nei soggetti in sovrappeso. È interessante notare che il rinnovamento delle proteine ​​muscolari era inversamente correlato alla massa grassa. Tale osservazione solleva la questione della possibilità di un effetto deleterio della massa grassa sulla sintesi proteica. L'ipotesi di questa lipotossicità è stata confermata da un lavoro svolto nel ratto che ha dimostrato che la sintesi delle proteine ​​muscolari viene rallentata quando vi è infiltrazione di grasso nel muscolo

A livello cellulare, il metabolismo è governato dai mitocondri che forniscono il 90% della nostra energia sotto forma di ATP. Questa energia viene sintetizzata all'interno della fosforilazione ossidativa, che è costituita da 2 entità (la catena respiratoria e l'ATP sintasi) e che consente la conversione, in acqua e ATP, degli equivalenti ridotti risultanti dalle reazioni di deidrogenazione (e decarbossilazione) dei nutrienti energetici, nel presenza di diossigeno (O2) e ADP, secondo la teoria dell'accoppiamento chemosmotico. Il disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa può essere coinvolto nella perdita di peso involontaria. Il lavoro di Romestaing et al. Ha dimostrato che la perdita di peso in seguito allo sviluppo di una steatosi era associata a una diminuzione del rapporto ATP/O2. Le disfunzioni mitocondriali potrebbero quindi avere un effetto diretto sulla degradazione proteica osservata durante la cachessia tumorale. Inoltre, l'infiammazione sistemica causata dallo sviluppo del tumore può anche influenzare la bioenergetica mitocondriale.

I lavori di Hochwald et al. sono stati tra i primi a suggerire un'alterazione del metabolismo mitocondriale muscolare dimostrando una diminuzione della concentrazione di ATP nel gastrocnemio di ratti con sarcoma MCA. I recenti lavori di Constantinou e col. ha confermato questa ipotesi dimostrando in vivo mediante risonanza magnetica nucleare (NMR) 31P una riduzione del tasso di sintesi di ATP sull'arto inferiore dei topi con carcinoma polmonare di Lewis rispetto ai suoi topi sani. Questo lavoro ha suggerito una diminuzione della capacità di sintetizzare ATP durante la cachessia cancerosa attraverso il disaccoppiamento di proteine ​​come UCP3 . Questa diminuzione della sintesi di ATP potrebbe anche essere spiegata da alterazioni nel funzionamento della catena respiratoria mitocondriale.

Julienne e col. nel 2012 ha studiato l'attività mitocondriale dei muscoli scheletrici in modelli murini di cachessia tumorale basata sul rapporto ATP/Ossigeno e ha concluso che le capacità ossidative mitocondriali muscolari erano ridotte diminuendo l'attività del complesso IV, responsabile della perdita muscolare e dell'accumulo di acidi grassi liberi in muscolo (miosteatosi) poiché meno ossidato dai mitocondri. Hanno anche osservato che l'espressione di MURF1 e MAF-Box (ligasi proteoliticamente attive) era aumentata nel muscolo di ratti con cancro.

La cachessia cancerosa colpisce circa l'80% dei pazienti con cancro avanzato e ne aumenta la prognosi aumentando la morbilità e la mortalità. Si definisce come una perdita di massa magra soprattutto muscolare derivante da uno squilibrio tra proteolisi e proteogenesi. È stato dimostrato che la presenza del cancro nel modello murino favorisce lo sviluppo della miosteatosi, che è legata, tra l'altro, all'alterazione delle lipasi muscolari e alla diminuzione dell'attività mitocondriale, la cui conseguenza è una diminuzione dell'ossidazione da parte quest'ultimo di acidi grassi liberi che di conseguenza si accumulerebbero nel muscolo dei topi malati di cancro. È noto che questa miosteatosi poi indotta è responsabile di una resistenza all'insulina che partecipa ad una diminuzione della proteogenesi e quindi della perdita di peso.

L'obiettivo principale qui è confermare questa stessa ipotesi nell'uomo studiando l'influenza della cachessia sull'attività mitocondriale muscolare come marker di miosteatosi in pazienti con cancro del tratto digerente superiore, cachettico o meno, e controlli non cachettici.

I pazienti saranno reclutati da ORL e chirurgia cervico-facciale presso CHU Gabriel Montpied a Clermont-Ferrand.

Inclusione dei pazienti in 2 gruppi:

• Gruppo K+: tumore del tratto aerodigestivo superiore con o senza cachessia
• Gruppo K-: assenza di cancro e assenza di cachessia Le modalità di reclutamento per il gruppo K+ saranno effettuate attraverso un Multidisciplinary Consultation Meeting (RCP), la cui decisione è un intervento chirurgico esclusivo o non esclusivo. Prima che il protocollo venga realizzato, durante la consultazione preoperatoria, viene consegnata una scheda informativa al paziente e viene firmato un consenso informato in 2 copie dopo un periodo di riflessione del paziente di 7 giorni.

Al momento dell'inclusione, il giorno prima dell'intervento, i pazienti beneficiano di una doppia valutazione generale e nutrizionale:

• Raccolta di dati epidemiologici: età, anamnesi medica e chirurgica (insufficienza cardiaca, insufficienza renale, insufficienza respiratoria, BPCO, malattia coronarica), intossicazione da etile (grammi/giorno), intossicazione da tabacco (pacchetto/anno), trattamento abituale, caratteristiche del tumore per gruppo K+ (tipo istologico, sede, stadio del tumore, natura del trattamento), indicazione e natura dell'intervento per il gruppo K-, programma di rinutrizione preoperatoria per il gruppo K+ (integratori alimentari, alimentazione enterale o parenterale)
• Valutazione nutrizionale clinica: peso corporeo (kg), perdita di peso negli ultimi 6 mesi (kg), altezza (m), indice di massa corporea (BMI in kg/m²) (NPH), Short Physical Performance Battery (SPPB), misurazione della forza muscolare mediante dinamometria (Newton), Impedenziometria (indice Kyle, indice Janssen)
• Valutazione morfologica miosteatosica e nutrizionale mediante, rispettivamente, Unità di Hounsfield e Indice di massa muscolare a livello L3 (cm²/m²) mediante tomodensitometria addominale per il gruppo K+ (eseguita nel bilancio di imaging dell'estensione del cancro)

I pazienti beneficeranno di 4 campioni organici durante l'intervento programmato (chirurgia carcinologica per il gruppo K+, chirurgia cervicale per il gruppo K-):

• Effettuare una biopsia muscolare del muscolo SCOM con un volume totale di circa 300 mg, senza ricorrere ad un ulteriore atto invasivo. Tale campionamento viene immediatamente suddiviso in 6 campioni e posto in un serbatoio di azoto liquido per il trasporto al luogo di stoccaggio. Verrà poi congelato a -80°C.
• Esecuzione di un prelievo di sangue secondo le seguenti condizioni: 1 provetta asciutta, 1 provetta EDTA e 2 provette asciutte per biochimica La provetta asciutta e la provetta EDTA saranno immediatamente poste in ghiaccio per il trasporto al sito di stoccaggio. Verrà poi immediatamente centrifugato e poi congelato a -80°C. Le due provette asciutte per la biochimica verranno trasmesse al laboratorio di biochimica del CHU Gabriel-Montpied.
• Esecuzione di una biopsia tumorale con un volume totale di circa 200 mg senza ricorrere a un'ulteriore procedura invasiva. Tale campionamento viene immediatamente suddiviso in 4 campioni e posto in un serbatoio di azoto liquido per il trasporto al luogo di stoccaggio. Viene poi congelato a -80°C (solo per Gruppo K+).