Synthèse General review

Volume 100 • N◦ 11 • novembre 2013 John Libbey Eurotext

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Physiopathologie des métastases osseuses et nouvelles cibles moléculaires impliquées dans le remodelage osseux Pathophysiology of bone metastases and new molecular targets involved in bone remodelling Philippe Clézardin1,2,3 1

Article rec¸u le 20 juin 2013, accepté le 1 aoˆut 2013 Tirés à part : P. Clézardin

Inserm, UMR1033, UFR de médecine Lyon-Est (domaine Laennec), 7-11, rue Guillaume-Paradin, 69372 Lyon cedex 08, France 2 Université de Lyon, 69008 Lyon, France 3 LabEx DEVweCAN, 69372 Lyon, France

Pour citer cet article : Clézardin P. Physiopathologie des métastases osseuses et nouvelles cibles moléculaires impliquées dans le remodelage osseux. Bull Cancer 2013 ; 100 : 1083-91. doi : 10.1684/bdc.2013.1836.

Résumé. Les métastases osseuses sont des complications fréquentes de nombreux cancers. Ces métastases osseuses sont très souvent ostéolytiques (excès de destruction osseuse), parfois ostéocondensantes (excès de formation osseuse) ou mixtes. Les cellules métastatiques présentes dans la moelle osseuse modifient les fonctions des cellules osseuses qui sont responsables de la résorption (ostéoclastes) et de la formation (ostéoblastes) osseuse et elles détournent les signaux provenant de la matrice osseuse. Dans cette revue, nous décrivons tout d’abord les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont impliqués dans la colonisation de la moelle osseuse par les cellules tumorales. Nous montrons ensuite comment ces cellules tumorales viennent perturber le remodelage osseux pour favoriser la formation de lésions ostéolytiques ou ostéocondensantes.  Mots clés : métastase, os, cancer

doi : 10.1684/bdc.2013.1836

Introduction Les métastases osseuses sont des complications fréquentes de nombreux cancers dont les cancers du sein, de la prostate et du poumon [1]. La survenue de ces métastases osseuses grève le pronostic vital et la qualité de vie du malade ; elles sont responsables d’une morbidité importante (douleurs osseuses, fractures pathologiques, compressions nerveuses, hypercalcémie). Ces métastases osseuses sont très souvent ostéolytiques (du fait d’une destruction osseuse importante), parfois ostéocondensantes (du Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

Abstract. Bone metastases are common complications of cancers. These skeletal lesions are usually osteolytic (excess of bone destruction), osteosclerostic (excess of bone formation) or mixed. Metastatic cancer cells residing in the bone marrow alter the functions of bone-resorbing (osteoclasts) and bone-forming (osteoblasts) cells and hijack signals coming from the bone matrix. In this review, we first described cellular and molecular mechanisms that drive cancer cells to colonize the bone marrow. We next show how cancer cells alter bone remodelling to promote the formation of osteolytic or osteosclerotic lesions. 

Key words: metastasis, bone, cancer

fait d’un excès de formation osseuse) ou mixtes. Cela s’explique par le fait que les cellules tumorales sécrètent différents facteurs qui perturbent le remodelage osseux en venant déréguler les fonctions normales des ostéoclastes et des ostéoblastes [1]. Par exemple, l’ostéolyse est la conséquence d’une stimulation par les cellules tumorales de l’activité des ostéoclastes et d’une inhibition de celle des ostéoblastes, alors qu’un phénomène inverse survient lors d’une ostéocondensation. Par ailleurs, la matrice osseuse minéralisée joue un rôle important dans la formation de ces métastases. En

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effet, elle est un réservoir de facteurs de croissance et de calcium qui, une fois libérés de la matrice en cours de dégradation, exercent une action mitogène sur les cellules tumorales [1]. Il existe donc au site de la métastase osseuse un cercle vicieux où les phénomènes de résorption/formation osseuse et de prolifération tumorale s’entretiennent mutuellement. Les mécanismes qui précèdent la survenue de ces métastases osseuses font non seulement intervenir des processus communs à toute dissémination métastatique (mise en place d’une niche pré-métastatique dans le tissu hôte, chimiotactisme des cellules tumorales vers le tissu hôte, extravasation des cellules tumorales de la circulation sanguine dans la moelle osseuse) mais également des processus qui sont plus spécifiques au tissu osseux (invasion des cellules tumorales dans l’environnement osseux, nidation des cellules tumorales dans la moelle osseuse, ostéomimétisme). Dans cette revue, nous nous attacherons tout d’abord à décrire les mécanismes qui sont impliqués dans la colonisation de la moelle osseuse par les cellules tumorales. Nous montrerons ensuite comment ces cellules tumorales viennent perturber le remodelage osseux pour entraîner une lésion osseuse.

Mécanismes associés à la colonisation de la moelle osseuse par les cellules métastatiques Niche pré-métastatique Les études expérimentales menées dans des modèles animaux de formation de métastases indiquent que des facteurs sécrétés des tumeurs primitives préparent à distance les futurs foyers métastatiques à la venue des cellules tumorales [2]. Certains facteurs (vascular endothelial growth factor-A [VEGF-A], placental growth factor [PlGF]) mobilisent à partir de la moelle osseuse les cellules mésenchymateuses et les cellules endothéliales progénitrices qui constitueront, respectivement, la matrice extracellulaire de la niche et sa vascularisation [2]. Les cellules fibroblastiques de la niche pré-métastatique vont à leur tour sécréter des facteurs (CXCL-12, S100A8, S100A9) qui attireront les cellules tumorales dans cette niche ; celles-ci s’attacheront alors à des protéines matricielles (ténascine C, ostéonectine, périostine) qui permettront aux cellules tumorales de survivre dans ce nouveau microenvironnement [2, 3]. D’autres facteurs sécrétés des cellules tumorales comme la lysyl oxydase (LOX) augmenteront la rigidité de la matrice extracellulaire en la réticulant, ce qui permettra aux cellules tumorales de s’ancrer encore plus facilement dans cette niche pré-métastatique [4]. Dans ce contexte, la LOX favorise l’invasion des cellules tumorales dans la moelle osseuse in vivo et différents facteurs provenant de la matrice osseuse (TGF-b, BMP-

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1, périostine) stimulent l’activité de la LOX et, donc, l’envahissement de la moelle osseuse par les cellules tumorales [4].

Extravasation des cellules métastatiques Les cellules tumorales qui sont présentes dans la circulation sanguine interagissent avec les plaquettes sanguines et les activent. Il se forme alors des agrégats plaquettaires à la surface des cellules tumorales qui servent d’écran, permettant aux cellules tumorales d’échapper à une reconnaissance par le système immunitaire [2]. En outre, ces agrégats de plaquettes et cellules tumorales vont constituer des emboles dans les microvaisseaux qui permettront ultérieurement aux cellules tumorales de sortir des vaisseaux sanguins (extravasation) [5]. Ce phénomène d’extravasation n’est pas passif. L’interaction des cellules tumorales avec l’endothélium fait intervenir différentes molécules à la surface des cellules endothéliales (sélectines, épireguline, galectine-3) dont certaines d’entre-elles sont plus spécifiquement associées à un tissu (ex. : angiopoietinlike 4 pour les cellules endothéliales des vaisseaux pulmonaires) [5, 6]. L’activation de l’angiopoietin-like 4 entraîne une rétraction des cellules endothéliales, permettant alors l’ancrage des cellules tumorales et des agrégats plaquettaires à la matrice extracellulaire sous-jacente [6]. Il s’ensuit l’invasion des cellules tumorales dans le tissu environnant. Dans la moelle osseuse, les vaisseaux sanguins (appelés sinusoïdes) sont naturellement fenestrés. Cela facilite la circulation des cellules hématopoïétiques souches entre le compartiment sanguin et la moelle osseuse [2]. De ce fait, il est vraisemblable que l’extravasation des cellules tumorales circulantes vers la moelle osseuse ne fait pas intervenir de mécanismes moléculaires tissuspécifiques particuliers.

Migration/invasion des cellules métastatiques dans la moelle osseuse La dissémination des cellules métastatiques de la circulation sanguine vers la moelle osseuse fait intervenir différents facteurs qui sont produits par les ostéoblastes et les cellules stromales de la moelle osseuse (figure 1). Parmi ces facteurs, il y a tout d’abord les chémokines (CXCL-12, CXCL-13, CX3CL-1, CCL22) qui stimulent la migration des cellules cancéreuses vers la moelle osseuse, dès lors que celles-ci expriment les récepteurs membranaires (chémorécepteurs) correspondants à ces chémokines [1]. Par exemple, CXCL-12 et son récepteur CXCR4 jouent un rôle important dans le tropisme osseux des cellules cancéreuses. D’ailleurs, le traitement d’animaux avec des inhibiteurs de CXCR4 (AMD 3100, T140) ou de CXCL-12 (CTCE-9908) bloque la formation des métastases osseuses dans des modèles expérimentaux de cancer du sein ou de la prostate [1, 7]. Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

Métastases osseuses et nouvelles cibles moléculaires

EXTRAVASATION/INVASION Chémokines RANKL Intégrines Protéases (MMPs, cathepsines)

moelle osseuse

Notch Src Twist Runx2 Cadhérine-11 Connexine-43

CXCR4 CaSR

PTHrP Interleukines M-CSF RANKL DKK-1 Notch

VCAM1

os NIDATION

Ostéoclaste

DORMANCE ADAPTATION Pré-osteoclaste

PROGRESSION

RÉACTIVATION

Ostéoblaste

Cellule tumorale

Cellule hématopoïétique souche

Figure 1. Description des mécanismes moléculaires associés aux différentes étapes de la colonisation de la moelle osseuse par les cellules tumorales. Ces étapes précèdent, à proprement parler, le développement des métastases osseuses.

Hormis les chémokines, RANKL (receptor activator of NF-␬B ligand) est une cytokine de la superfamille du TNF qui pourrait également intervenir dans la colonisation de la moelle osseuse par les cellules métastatiques. La cytokine RANKL fut initialement découverte comme étant exprimée à la surface des ostéoblastes [8]. Elle interagit avec son récepteur membranaire RANK qui est exprimé à la surface des ostéoclastes et leurs précurseurs, conduisant ainsi à une stimulation de l’ostéoclastogenèse et de la résorption osseuse [8]. Toutefois, RANK est également exprimé par les cellules tumorales de plusieurs types de cancers (sein, prostate) [8]. De plus, RANKL peut être libéré sous une forme soluble grâce à l’action protéolytique de métalloprotéases matricielles (MMP-7, MMP-13) ou membranaires (MT-MMP-1) qui sont produites lors de la formation des métastases osseuses [8, 9]. Cette forme soluble de RANKL stimule la migration des cellules tumorales in vitro. RANKL stimule aussi indirectement l’invasion tumorale, soit en réprimant l’expression d’un inhibiteur endogène des sérine protéases, la maspine, favorisant ainsi la dégradation protéolytique de la matrice extracellulaire par les cellules néoplasiques ou/et en stimulant l’expression du Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

récepteur CD147 [9, 10]. Le CD147 ou EMMPRIN (extracellular matrix metalloproteinase inducer) est un récepteur membranaire qui appartient à la superfamille des immunoglobulines. Il est surexprimé dans un grand nombre de cancers (sein, mélanome, poumon, vessie, rein). Cette surexpression du CD147 dans les tumeurs conduit à une stimulation de l’expression de la métalloprotéase MMP-9, favorisant l’invasion tumorale in vitro et la formation des métastases osseuses in vivo [10]. D’autres métalloprotéases (MMP-1, MMP-2, MMP7, MMP-13) et sérine protéases (hepsine, urokinase) sécrétées par les cellules tumorales peuvent également intervenir dans les processus de migration et d’invasion cellulaire associés à la formation des métastases osseuses [1]. Nous avons vu précédemment que la MMP-7 et la MMP-13 favorisaient la libération de RANKL [8]. Par ailleurs, certaines protéines de la matrice osseuse (ostéonectine, sialoprotéine osseuse, ostéopontine, collagène) peuvent stimuler l’invasion en venant se fixer à la surface des cellules tumorales par le biais de récepteurs membranaires spécifiques tels que les intégrines ␣v␤3 et ␣2␤1. Il y a alors la formation à la surface cellulaire d’un complexe trimoléculaire avec

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des métalloprotéases comme la MMP-2, favorisant ainsi la dégradation protéolytique de la matrice extracellulaire dans la vicinité de la cellule néoplasique [1]. Les cathepsines sont des protéases d’origine lysosomiale qui peuvent être également impliquées dans l’invasion tumorale. Par exemple, les cellules humaines de cancer du sein, MDA-MB-231/B02, sécrètent (comme les ostéoclastes) de la cathepsine K et le traitement de ces cellules avec un antagoniste de la cathepsine K inhibe in vitro l’invasion tumorale [11]. De plus, la cathepsine B est produite par les cellules de cancer du sein 4T1.2 et l’utilisation d’un inhibiteur spécifique de cette cathepsine (CA-074) bloque chez la souris la formation spontanée de métastases osseuses induite par ces cellules tumorales [12]. Le ciblage de cathepsines semblerait donc être une stratégie thérapeutique intéressante, dans le contexte du traitement des métastases osseuses, car il permettrait non seulement d’inhiber la résorption osseuse mais également l’invasion tumorale. D’ailleurs, un essai clinique de phase II a été réalisé avec un antagoniste de la cathepsine K (odanacatib) chez des patientes ayant un cancer du sein avec métastases osseuses. Les résultats montrent que l’odanacatib est tout aussi efficace que le zolédronate pour diminuer les marqueurs de la résorption osseuse [13].

Nidation des cellules tumorales dans la moelle osseuse Il existe dans la moelle osseuse des entités anatomiques situées au contact de l’os que l’on appelle niches « endostéales ou ostéoblastiques ». Ces niches permettent de maintenir en quiescence les cellules hématopoïétiques souches par le biais d’interactions intercellulaires hétérotypiques avec les pré-ostéoblastes. Plusieurs récepteurs et leurs ligands ont été impliqués dans ces interactions intercellulaires dont, par exemple, CXCR4/CXCL-12 (les pré-ostéoblastes exprimant le ligand et les cellules hématopoïétiques souches le chémorécepteur). Les cellules tumorales qui expriment CXCR4 vont donc pouvoir rentrer en compétition avec les cellules hématopoïétiques souches pour se loger dans ces niches, puis se mettre en quiescence et se protéger ainsi de l’action cytotoxique des agents anticancéreux (figure 1) [7]. Le calcium est un autre médiateur qui permet la migration des cellules hématopoïétiques souches dans les niches endostéales car ces cellules expriment le récepteur au calcium, CaSR (calcium-sensing receptor) [14]. Or, les cellules de cancer du sein et de la prostate expriment le CaSR et le calcium stimule in vitro la migration ou la prolifération de ces cellules [15, 16]. Il est donc probable que le calcium, à l’instar de CXCL-12, favorise la migration des cellules cancéreuses vers ces niches endostéales (figure 1).

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Mécanismes associés à l’adaptation des cellules métastatiques à l’environnement osseux Nous pensons que les cellules tumorales qui disséminent dans la moelle osseuse en venant se loger dans les niches pré-métastatiques ou/et endostéales doivent ensuite s’adapter à l’environnement osseux pour ultérieurement y proliférer. C’est probablement pour cette raison que les disseminated tumor cells (DTC) qui sont dans la moelle osseuse restent pendant plusieurs années en état de quiescence avant de subitement être réactivées et se mettre à proliférer. Cette adaptation nécessite que les cellules tumorales se mettent à exprimer des gènes qui sont normalement exprimés par les cellules osseuses (figure 1). Ce processus est appelé ostéomimétisme. Par exemple, l’analyse immunohistochimique d’échantillons de la tumeur primitive et des métastases (foie, poumons, os) d’une patiente ayant un cancer du sein montre que seules les cellules métastatiques à l’os expriment des protéines d’origine osseuse (cathepsine K, ostéonectine, cadhérine-11, connexine-43 et le facteur de transcription Runx2 qui est essentiel à la différenciation ostéoblastique) [11, 17]. L’immunohistochimie faite sur des métastases osseuses du cancer de la prostate montre également que les cellules métastatiques ont acquis des propriétés ostéoblastiques : elles expriment le récepteur Notch-1 qui a pour propriété d’induire l’expression de Runx2 [1]. D’ailleurs, l’invalidation de Runx2 dans les cellules néoplasiques de cancer du sein et de la prostate bloque leur capacité à former des métastases osseuses in vivo [1]. De même, l’utilisation d’un inhibiteur de la cathepsine K bloque la formation des métastases osseuses chez l’animal [11].

MicroARN et métastases osseuses Les microARN sont de courts acides ribonucléiques (ARN) simples brins. Ce sont des régulateurs posttranscriptionnels capables de réprimer l’expression des gènes. Un seul microARN peut réguler négativement plusieurs dizaines de gènes. Ces microARN se comportent généralement comme des gènes suppresseurs de tumeurs ; leur expression est donc très souvent réprimée dans les tumeurs. À l’inverse, certains microARN sont surexprimés dans les tumeurs ; ils se comportent alors comme des oncogènes promoteurs de tumeurs (d’où le nom d’oncomiR) [18]. Plusieurs microARN ont été identifiés comme intervenant dans la formation des métastases osseuses (tableau 1). Nous avons identifié une famille de microARN (miR-30) qui est spécifiquement sous-exprimée dans les cellules ostéotropiques MDA-MB-231/B02 [19]. Du fait de cette dérégulation de miR-30 dans les cellules MDA-MB-231/B02, les gènes cibles de ces miR-30 sont Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

Métastases osseuses et nouvelles cibles moléculaires Tableau 1. MicroARN associés à la formation des métastases osseuses. Nom du microARN miR-7 miR-17-92

Type de cancer Sein Sein Sein

miR-30

Fonction

Observation

Références

Suppresseur de tumeur OncomiR

Inhibe la capacité des cellules tumorales à métastaser Stimule l’invasion tumorale Inhibe l’ostéomimétisme et réduit la formation des métastases osseuses

[22] [24] [19]

Inhibe l’invasion tumorale Inhibe l’expression de PTHrP dans les cellules tumorales et réduit la formation des lésions ostéolytiques Inhibe la formation des métastases en réprimant l’expression de CD44 dans les cellules tumorales Inhibe l’invasion tumorale et la formation des métastases osseuses Inhibe l’invasion tumorale et la formation des métastases osseuses Inhibe l’invasion tumorale et la formation des métastases osseuses Inhibe l’expression de Runx2 Stimule l’ostéomimétisme Inhibe l’invasion tumorale et la formation de métastases Stimule l’invasion tumorale Stimule l’invasion tumorale

[27] [28]

Suppresseur de tumeur

miR-33a

Prostate Poumon

Suppresseur de tumeur

miR-34a

Prostate

Suppresseur de tumeur

miR-143

Prostate

Suppresseur de tumeur

miR-145

Prostate

Suppresseur de tumeur

miR-203

Prostate

Suppresseur de tumeur

miR-218 miR-335 miR-373 miR-520c

Sein Sein Sein Sein

OncomiR Suppresseur de tumeur OncomiR OncomiR

donc surexprimés. Or, la plupart de ces gènes cibles sont des gènes associés à l’ostéomimétisme (cadhérine11, connexine-43 et Runx2) [19]. La réexpression des miR-30 dans les cellules MDA-MB-231/B02 permet de réprimer l’expression de ces gènes ostéomimétiques et de freiner la progression des lésions ostéolytiques chez l’animal [19]. Un autre microARN, le miR-203, inhibe également l’expression du facteur de transcription Runx2 dans les cellules de cancer de la prostate et réduit la formation des métastases osseuses [20]. Le miR-218 est, au contraire, un oncomiR qui stimule l’ostéomimétisme des cellules de cancer du sein [21]. Hormis l’implication de microARN dans la régulation de l’ostéomimétisme, la plupart des autres microARN qui ont été associés à la formation des métastases osseuses interviennent dans la régulation de l’invasion tumorale, soit en tant que gène suppresseur de tumeur (miR-7, miR-30, miR-34a, miR-143, miR-145, miR-335) ou en tant qu’oncomiR (miR-17-92, miR-373, miR-520c) (tableau 1) [19, 22-28]. Finalement, il a été identifié dans le cancer du poumon que le miR-33a contrôlait l’expression de la protéine apparentée à la parathormone (PTHrP) par les cellules tumorales [29]. La PTHrP fut la première molécule à avoir été identifiée comme intervenant dans l’ostéolyse maligne [1]. La réexpression de miR-33a dans les cellules néoplasiques du cancer du poumon inhibe la production de PTHrP par ces cellules et réduit la formation de métastases ostéolytiques chez les animaux [29]. Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

[26] [23] [23] [20] [21] [29] [25] [25]

Mécanismes responsables de la formation des métastases ostéolytiques Stimulateurs de la résorption osseuse Les cellules tumorales en état de quiescence qui sont logées dans les niches endostéales peuvent subitement être réactivées et se mettre à proliférer. Les mécanismes responsables de cette réactivation sont encore mal connus. Cependant, il a été montré que les cellules tumorales lors de leur réactivation expriment une molécule d’adhésion, VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1), qui va favoriser le recrutement des précurseurs ostéoclastiques au site de la micrométastases du fait d’une interaction de VCAM-1 avec l’intégrine ␣4␤1 des précurseurs ostéoclastiques (figure 1) [30]. Par ailleurs, les cellules tumorales sécrètent différents facteurs qui stimulent l’activité des ostéoclastes et donc la résorption osseuse (tableau 2). La PTHrP, de par son homologie structurale avec la PTH, est capable de se fixer au récepteur de la PTH (PTH-1R) présent à la surface des ostéoblastes et de stimuler l’expression de RANKL, ce qui conduit indirectement à la formation de nouveaux ostéoclastes et donc à une stimulation de la résorption osseuse. La PTHrP peut aussi agir par autocrinie, en stimulant la production de connective tissue growth factor (CTGF) [31]. Le CTGF est un facteur qui appartient à la famille des protéines riches en

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P. Clézardin Tableau 2. Facteurs responsables de la formation de métastases ostéolytiques ou ostéocondensantes. Type de métastase

Ostéolytique

Ostéocondensante

Mécanismes cellulaires Stimulation de la résorption osseuse

Médiateursa CTGF, IL-1, IL-6, IL-8, IL-11, PTHrP, prostaglandines, PlGF, EGF, M-CSF, activine A

Inhibition de la formation osseuse

DKK-1, activine A, Noggin, sclérostine

Contribution du tissu osseux Inhibition de la résorption osseuse

TGF-b, IGF, calcium OPG, ET-1

Stimulation de la formation osseuse

Adrénomédulline, BMP-4, BMP-6, FGF9, PDGF, VEGF

Contribution du tissu osseux

TGF-␤, IGF, calcium

a Activine

: membre des facteurs de croissance de la superfamille du TGF-␤ ; BMP : bone morphogenic protein ; CTGF : connective tissue growth factor ; DKK-1 : Dickkopf-1 ; EGF : epidermal growth factor ; ET-1 : endothéline-1 ; FGF : fibroblast growth factor ; IGF : insulin-like growth factor ; IL : interleukine ; M-CSF : macrophage colony-stimulating factor ; OPG : ostéoprotégérine ; PDGF : platelet-derived growth factor ; PlGF : placenta growth factor ; PTHrP : protéine apparentée à la parathormone ; VEGF : vascular endothelial growth factor.

cystéine (CCN). Il stimule la formation d’ostéoclastes in vitro. In vivo, le traitement d’animaux avec un anticorps anti-CTGF bloque le formation de métastases ostéolytiques induite par les cellules MDA-MB-231 [31]. Plusieurs autres facteurs, tels que les interleukines (IL-6, IL-8, IL-11) et le macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), peuvent être aussi sécrétés par les cellules tumorales présentes dans l’environnement osseux (tableau 2) [1]. Les cellules tumorales ont en effet la capacité d’activer les plaquettes sanguines, ce qui provoque la libération d’acide lysophosphatidique (LPA) par les plaquettes activées et le LPA agit alors sur les cellules tumorales en stimulant leur prolifération et la sécrétion d’interleukines [32]. Ces interleukines stimulent la résorption osseuse de la même fac¸on que la PTHrP : ils agissent sur les ostéoblastes en stimulant l’expression de RANKL et en inhibant celle de l’ostéoprotégérine (OPG) [1, 8]. L’OPG fonctionne comme un récepteur leurre qui, en venant se fixer à RANKL, bloque l’interaction de RANKL avec RANK. La répression de l’expression de l’OPG favorisera donc l’action pro-ostéoclastique de RANKL [8, 9]. L’importance du rôle joué par la triade RANK/RANKL/OPG dans la formation des lésions osseuses a fait de celle-ci une cible thérapeutique de choix. C’est pour cette raison qu’un anticorps monoclonal totalement humanisé (dénosumab, AMG162) dirigé contre RANKL humain a été développé [9]. Le dénosumab est une IgG2 humaine ayant une très grande affinité (Kd = 3 × 10-12 M) pour RANKL [9]. Il est utilisé actuellement dans le traitement des métastases osseuses associées aux tumeurs solides.

Inhibiteurs de la formation osseuse Les cellules tumorales non seulement stimulent l’activité des ostéoclastes, mais inhibent celle des

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ostéoblastes (tableau 2). Il en résulte un déséquilibre accru entre résorption et formation osseuse, conduisant ainsi à une ostéolyse majeure. L’inhibition de l’activité des ostéoblastes est liée à la production par les cellules tumorales d’une protéine soluble, Dickkopf1 (DKK-1) [1]. La protéine DKK-1 a été initialement découverte comme étant sécrétée par les plasmocytes tumoraux chez des patients ayant un myélome multiple. DKK-1 est également produit par les cellules tumorales (sein, prostate) qui induisent in vivo des lésions ostéolytiques chez les animaux [1]. DKK-1 inhibe l’activité ostéoblastique en bloquant l’action des protéines de la famille Wnt sur les ostéoblastes [1]. Les cellules tumorales (sein, prostate) capables d’induire des lésions ostéolytiques chez les animaux produisent également d’autres facteurs qui inhibent la différenciation des ostéoblastes, comme la sclérostine (un inhibiteur de la voie Wnt), Noggin (un inhibiteur de la voie de signalisation des bone morphogenetic proteins [BMP]) et l’activine A (un membre des facteurs de croissance de la superfamille du transforming growth factor-b [TGF-b]) [1, 33, 34]. L’inhibition de la formation osseuse et la stimulation de la résorption osseuse vont donc conduire à un excès de destruction osseuse qui se traduira alors par la formation d’une métastase ostéolytique. D’ailleurs, l’utilisation d’un récepteur leurre pour l’activine A qui est constitué de la partie extracellulaire du récepteur de l’activine fusionné avec la partie Fc des IgG1 permet de montrer que cette molécule chimérique (appelée RAP011) non seulement bloque la destruction osseuse mais stimule aussi la formation osseuse dans des modèles animaux de cancer du sein ou de myélome multiple [35]. Ces observations suggèrent donc qu’un traitement médicamenteux ciblant les lésions ostéolytiques devrait, pour une meilleure efficacité, non seulement inhiber la résorption osseuse mais aussi favoriser la formation osseuse. Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

Métastases osseuses et nouvelles cibles moléculaires

Contribution du tissu osseux dans l’ostéolyse Le tissu osseux est un réservoir important de facteurs de croissance, dont le TGF-␤ et les insulin-like growth factors (IGF). Le TGF-␤, lorsqu’il est libéré de la matrice osseuse, agit sur les cellules tumorales, par le biais des voies de signalisation dépendantes des protéines Smads et de COX-2, pour stimuler la production de facteurs pro-ostéoclastiques comme la PTHrP, l’IL-11, le CTGF et la prostaglandine E2 [1, 36, 37]. Les IGF-I et -II stimulent in vitro la migration et la prolifération des cellules tumorales et le traitement d’animaux avec un anticorps anti-IGF-II bloque la croissance au site osseux des cellules de la lignée humaine de carcinome prostatique MDA-PCa-2b [1, 36]. Il en est de même de l’utilisation d’un anticorps dirigé contre le récepteur a du platelet-derived growth factor (PDGF) qui inhibe la formation des métastases osseuses induite par les cellules humaines de carcinome prostatique PC3-ML [36]. Parallèlement à ces facteurs de croissance osseux, le calcium est un autre facteur local qui, une fois libéré de la matrice osseuse, stimule la prolifération des cellules du cancer du sein et de la prostate car ces cellules tumorales expriment le récepteur au calcium, CaSR [15, 16]. Ces résultats montrent donc l’importance du rôle joué par le tissu osseux dans la mise en place d’une métastase osseuse.

Mécanismes responsables de la formation des métastases ostéocondensantes Inhibiteurs de la résorption osseuse Les métastases ostéocondensantes sont fréquemment observées dans le cancer de la prostate métastatique. Le facteur tumoral le plus souvent mis en cause dans la formation de ce type de métastase est l’endothéline1. Les taux circulants d’endothéline-1 chez les patients ayant un cancer de la prostate métastatique sont très élevés par rapport à des patients ayant un cancer localisé [38]. Or, ce facteur se fixe à la surface des ostéoclastes et des ostéoblastes par le biais des récepteurs membranaires ETA et ETB et il a une dualité d’action dans le remodelage osseux en inhibant la résorption osseuse et en stimulant la formation osseuse. Par ailleurs, les patients ayant un cancer de la prostate métastatique ont des taux circulants d’OPG élevés [38]. Cela suggère que localement les ostéoblastes sécrètent de l’OPG qui, en inhibant l’ostéoclastogenèse, favorise aussi l’ostéocondensation de la métastase. Dans ce contexte, nous avons également observé que le récepteur nucléaire orphelin ERR␣ (estrogen related receptor ␣), qui est un facteur de mauvais pronostic dans le cancer du sein, induisait l’expression d’OPG Bull Cancer vol. 100 • N◦ 11 • novembre 2013

dans les cellules néoplasiques et la formation de métastases ostéocondensantes ou mixtes chez les animaux [39].

Stimulateurs de la formation osseuse Nous venons de voir que l’endothéline-1 est un puissant facteur mitogène pour les ostéoblastes [38]. D’autres facteurs pro-ostéoblastiques (VEGF, BMP) ont été également identifiés comme participant au processus d’ostéocondensation des métastases osseuses (tableau 2) [38, 40]. Par exemple, les cellules de carcinome prostatique C4-2B produisent du VEGF qui stimule in vitro la différenciation des ostéoblastes car ces cellules expriment (contrairement aux cellules C4-2B) les récepteurs membranaires du VEGF, VEGFR1 (Flt1) et VEGFR2 (KDR) [40]. Or, le traitement d’animaux avec un inhibiteur du récepteur Flt1 (PTK787) bloque la formation des métastases ostéocondensantes induite par les cellules C4-2B [40]. De la même manière, le traitement d’animaux avec un anticorps dirigé contre la BMP-6 (facteur de croissance initialement découvert pour sa capacité à stimuler la formation osseuse) diminue la formation des métastases ostéoblastiques induite par les cellules du carcinome prostatique LuCaP 23.1 [38]. Les facteurs pro-ostéoblastiques, BMP-2, adrénomédulline, Wnt et FGF9, sont probablement d’autres acteurs associés à l’ostéocondensation des métastases osseuses [36, 38, 41]. Par ailleurs, le prostate-specific antigen (PSA) pourrait, en tant que sérine protéase, contribuer indirectement à l’établissement d’une métastase ostéocondensante en clivant la PTHrP [36]. Il est en effet reconnu que les tumeurs et les lignées cancéreuses d’origine prostatique produisent de la PTHrP, alors même que ces cellules induisent des métastases ostéocondensantes [36]. Le clivage de la PTHrP par le PSA permet non seulement de neutraliser l’activité proostéoclastique de la PTHrP, mais également de générer un fragment protéolytique [PTHrP(1-23)] se comportant comme un puissant stimulateur de la formation osseuse [36].

Contribution du tissu osseux dans l’ostéocondensation Les facteurs cités précédemment, qui sont libérés de la matrice osseuse, participeront la mise en place de métastases ostéocondensantes en stimulant la prolifération tumorale [1, 36].

Conclusion et perspectives Les travaux de recherche actuels permettent de comprendre les raisons pour lesquelles certains cancers sont dits « ostéophiles » et induisent des métastases ostéolytiques ou ostéocondensantes. Ils montrent l’importance du rôle joué par le tissu osseux

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dans l’accueil (niches) et l’adaptation des cellules métastatiques dans l’environnement osseux (ostéomimétisme) ; ils mettent en exergue son implication dans la croissance tumorale. C’est sur la base de ces observations physiopathologiques que des inhibiteurs de la résorption osseuse tels que les bisphosphonates et le dénosumab sont actuellement utilisés comme traitements pharmacologiques pour bloquer ou freiner la survenue des complications cliniques liées à la présence de métastases osseuses. D’une fac¸on plus générale, c’est grâce à cette connaissance des mécanismes intimes impliqués dans la formation et la progression des métastases osseuses que de nouvelles thérapies ciblées sont (seront) développées pour venir non seulement bloquer l’activité des ostéoclastes, mais également stimuler les fonctions anaboliques des ostéoblastes ou/et interférer avec certains facteurs du microenvironnement osseux qui favorisent le tropisme et la croissance des cellules tumorales.  Liens d’intérêts : P. Clézardin effectue des interventions ponctuelles pour les laboratoires Amgen et Novartis.

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