RMMG - Revista Médica de Minas Gerais

Volume: 28 e-1937 DOI: http://www.dx.doi.org/10.5935/2238-3182.20180078

Voltar ao Sumário

Artigos de Revisao

Câncer de mama: Reprogramaçao do metabolismo tumoral

Breast Cancer: tumoral metabolism reprogramming

Marina Oliveira Amorim1; Marina Mageste Vieira2; Igor Visconte Gonçalves3; Paula Rhana4; Andréia Laura Prates Rodrigues5

1. Universidade FUMEC (Estudante de Biomedicina), Belo Horizonte, MG- Brasil
2. Universidade FUMEC (Estudante de Biomedicina), Belo Horizonte, MG- Brasil
3. Universidade Federal de Minas Gerais (Biomédico ), Belo Horizonte, MG- Brasil
4. Universidade Federal de Minas Gerais (Biomédica), Belo Horizonte, MG- Brasil
5. Dra. Universidade FUMEC (Professora Adjunta), Belo Horizonte, MG- Brasil

Endereço para correspondência

Andreia Laura Prates Rodrigues
E-mail: alaura@fumec.br

Recebido em: 02/06/2017
Aprovado em: 27/04/2018

Instituiçao: Universidade FUMECFaculdade de Ciências Humanas, Sociais e da Saúde

Resumo

O câncer de mama é a neoplasia de maior incidência em mulheres de todo o mundo, cuja mortalidade se deve principalmente ao desenvolvimento de metástases (condiçao patológica em que as células tumorais conseguem atravessar a matriz extracelular e se estabelecer em outros tecidos). Devido à importância epidemiológica dessa doença, estudos têm sido realizados em busca de uma melhor compreensao dos processos que atuam na carcinogênese e/ou tumorigênese e que, consequentemente, levam ao desenvolvimento de novas formas de diagnóstico e tratamento que sejam cada vez mais efetivos. Para manter a alta taxa de proliferaçao e desenvolver um perfil agressivo, características que sao observadas em células tumorais, diversas alteraçoes no metabolismo celular se tornam necessárias. O metabolismo tumoral começou a ser descrito por Otto Warburg em 1920, onde afirma que células cancerosas metabolizam glicose de forma diferente das células normais através da glicólise aeróbica. Dados recentes mostram que as alteraçoes também ocorrem no metabolismo lipídico, apontando para uma reprogramaçao celular. A possibilidade de novos alvos farmacológicos inseriu o metabolismo como alvo das pesquisas recentes. Entretanto, e apesar do avanço, 90 anos depois da descoberta feita por Warburg, os estudos ainda nao conseguiram esclarecer por completo como o metabolismo tumoral funciona, demonstrando assim a necessidade de mais pesquisas. Tendo em vista este cenário, essa revisao tem como objetivo documentar e discutir os principais resultados obtidos até o momento, como apontar e sugerir áreas de investigaçao.

Palavras-chave: Neoplasias da Mama, Metabolismo, Metabolismo Celular, Reprogramaçao Metabólica.

 

INTRODUÇAO

Câncer é a denominaçao dada a um conjunto de doenças que apresentam um crescimento aumentado e desordenado de células, e sao apresentadas como principais causas de morte em todo o mundo.1 O aparecimento dos tumores pode ocorrer em várias partes do corpo e está associado à um acúmulo de fatores que alteram o DNA (fatores carcinogênicos), que culminam em falhas na expressao de diferentes proteínas importantes para supressao tumoral, reparo do DNA e regulaçao do ciclo celular, conhecidas como proto-oncogenes, genes de supressao tumoral e genes de reparo do DNA.2,3 Ainda, alteraçoes genéticas que predispoem o desenvolvimento de câncer podem ser herdadas dos pais ou adquiridas ao longo da vida. Já as variáveis epigenéticas, como sobrepeso, consumo de álcool, atividade física, exposiçao à radiaçao UV e infecçoes, sao outras possíveis causas que estao intimamente relacionadas com aparecimento de neoplasias.4

O câncer de mama é a quinta maior causa de morte por câncer e a principal entre as mulheres em todo o mundo, correspondendo a 522 mil mortes ao ano.5 No Brasil, foi responsável por 57.960 novos casos em 2016, sendo que 51% destes ocorreram apenas na regiao sudeste. Apresenta causas multifatoriais, sendo a idade, o histórico familiar e alteraçoes endócrinas os principais fatores de risco.6 A alta taxa de mortalidade está associada ao aparecimento de metástases, condiçao patológica onde as células tumorais apresentam características mais agressivas, conseguindo atravessar a matriz extracelular e alcançar a circulaçao sanguínea e/ou linfática, formando novos tumores. Esse estágio metastático da doença apresenta as piores respostas aos medicamentos.7

Uma melhor compreensao dos mecanismos celulares e moleculares que originam a metástase é vital para o desenvolvimento de novas terapias mais efetivas. Para iniciar o processo de metástase, é necessário que as células tumorais adquiram nutrientes específicos do sangue, de forma a viabilizar a migraçao, invasao e sobrevivência celular. Para isso, diversos estudos sao feitos em todo mundo, visando identificar quais sao as alteraçoes que ocorrem de uma célula normal para uma tumoral e como elas atuam para a formaçao de um ambiente propício para o desenvolvimento de um tumor, e, em alguns casos, para o aumento do perfil de agressividade dessas células.9

Um tumor sólido se apresenta como um sistema complexo, com a presença de diversos microambientes distintos entre si, que contém áreas de hipóxia, de baixo pH, de necrose e com privaçao de nutrientes. Em reposta a esses fatores, e para atender a demanda das diferentes células tumorais, o metabolismo celular sofrerá várias modificaçoes.10

O metabolismo celular é um conjunto de reaçoes que ocorrem com o objetivo de sintetizar biomoléculas (anabolismo) ou degradá-las (catabolismo), havendo para isso o consumo ou a produçao de energia metabólica em forma de ATP. O anabolismo ocorrerá quando a célula estiver rica em ATP e substrato; já o catabolismo ocorre pela necessidade de ATP ou glicose (por exemplo, entre as refeiçoes e no jejum). O metabolismo é constituído de diversos caminhos (vias) que permitirao a manutençao do funcionamento celular, e a ativaçao dessas vias dependerá da disponibilidade e necessidade de nutrientes e energia do corpo e da célula.11

Em organismos multicelulares, a maioria das células é exposta a um fornecimento constante de nutrientes e dispoe de sistemas de controle para prevençao da proliferaçao exacerbada de células, para situaçoes em que a disponibilidade de nutrientes excede os níveis necessários para a divisao celular. Entretanto, as mutaçoes genéticas presentes nas células tumorais alteram funcionalmente as vias metabólicas e de sinalizaçao, e com isso, driblam esse controle, fazendo com que as células cancerosas consigam absorver nutrientes para atender as demandas energéticas e ter um crescimento celular exagerado e independente de nutrientes.12

Carboidratos e lipídeos sao nutrientes celulares utilizados para a produçao de ATP. A definiçao do nutriente e da via metabólica a ser utilizada dependerá do tipo de célula, da disponibilidade de oxigênio, da demanda energética e de outras moléculas. Por exemplo, a glicose é o principal carboidrato utilizado pelo organismo para gerar energia rapidamente e ao entrar na célula, dependendo do local e da necessidade, pode ser armazenado ou degradado (figura 1).11

 


Figura 1. Destino dos carboidratos dentro da célula. - Os carboidratos simples (monossacarídeos), ao passarem para o meio intracelular, terao vários destinos: a. síntese de glicogênio, b. síntese de aminoácidos, c. produçao de energia, d. via pentose fosfato e síntese de gordura. A definiçao dos caminhos dependerá da condiçao e necessidade energética e de nutrientes da célula e do corpo.

 

A via glicolítica é de extrema importância para o corpo e tem como produto duas moléculas de ATP, duas de piruvato e, além disso, diversas outras moléculas (também conhecidas como blocos de construçao) que sao essenciais para a produçao de outras moléculas celulares, como o RNA, o DNA, lactose, triglicerídeos e lipídeos. A glicólise é a via para produçao de ATP mais rápida do metabolismo celular e independe de oxigênio para ocorrer. Entretanto, extrai apenas parte da energia contida na molécula de glicose. O controle dessa via ocorre em três pontos, sendo o principal realizado pela enzima fosfofrutocinase (PKC). O controle dessa enzima é sensível a níveis de glicose 6P, ATP e também aos hormônios da síntese e degradaçao. Para que degradaçao da glicose seja completa (CO2 e H2O como produtos finais) e toda energia extraída (entre 30 a 32 moléculas de ATP), outras duas vias metabólicas, o ciclo do ácido cítrico e a cadeia de transporte de elétrons, assim como o oxigênio, sao necessários. Já na ausência de oxigênio, o piruvato será convertido em lactato. A definiçao pela via parcial ou total dependerá do quao rápido a célula precisa de energia e da presença de oxigênio (figura 2).13

 


Figura 2. Metabolismo Glicídico. - A degradaçao da glicose e outros carboidratos simples (frutose e galactose) em piruvato (glicólise) ocorre no citosol da célula com participaçao das enzimas hexocinase (HK) e fosfofrutocinase (PKC). Para ser totalmente degradada e produzir toda energia (30 a 32 ATP), duas outras vias sao necessárias: o Ciclo do ácido cítrico e Fosforilaçao Oxidativa. Assim como blocos de construçao para outras sínteses (aminoácidos, pentoses, lipídeos).

 

De forma surpreendente, Otto Warburg constatou que, mesmo em presença de oxigênio, células cancerosas metabolizavam glicose de forma distinta das células normais, produzindo grandes quantidades de lactato e outros produtos do metabolismo anaeróbico; por isso, referiu-se a esse metabolismo como glicólise aeróbica.14,15 Na tentativa de explicar esses resultados, Warburg hipotetizou que as células cancerosas tinham um defeito nas mitocôndrias, o que levava à diminuiçao da respiraçao aeróbica e uma dependência subsequente do metabolismo glicolítico. Entretanto, trabalhos posteriores mostraram que a funçao mitocondrial nao é prejudicada na maioria das células cancerosas, sugerindo a existência de outra explicaçao para a preferência da glicólise aeróbica em células tumorais.16

Para que ocorra o estabelecimento e progressao do tumor, além das alteraçoes metabólicas, as células tumorais demonstram a ativaçao e/ou inativaçao de algumas vias de sinalizaçao molecular com o intuito de se adaptar às condiçoes adversas presentes no ambiente e, ainda assim, estimular o crescimento e proliferaçao dessas células. Entre as vias que se encontram frequentemente alteradas, vamos destacar a via da PI3K (fosfatidilinosital-3-cinase)17. Essa via é ativada por mutaçoes nos genes de supressao tumoral, enviando sinais que culminam na proliferaçao e crescimento das células alteradas; além disso, estudos recentes demonstraram que essa via de sinalizaçao é capaz de promover alteraçoes no metabolismo celular18.

Além das alteraçoes na via glicolítica, células cancerígenas também podem apresentar um metabolismo lipídico aumentado quando comparado às células normais, podendo ter estas vias reprogramadas.19 Além da geraçao de um maior número de moléculas de ATP, se comparado com a via glicolítica (processo mitocondrial de beta-oxidaçao), os ácidos graxos sao de suma importância na construçao de membranas biológicas à partir de fosfolipídios e glicolipídios. Ainda, os ácidos graxos podem ser utilizados na síntese de hormônios e mensageiros intracelulares, estruturas determinantes para o funcionamento homeostático da célula.11 Pesquisas recentes identificaram que as células cancerígenas aproveitam do alto potencial energético dessas moléculas para os processos de crescimento, proliferaçao e agressividade celular, além de conferir resistência ao mecanismo de açao de algumas drogas.20

A descoberta de que o câncer é uma doença genética levantou a proposta de que as mutaçoes que ocorrem no DNA, antes e durante a progressao do tumor, implicam também no metabolismo celular. Todo este cenário acabou por resultar em um aumento no número de pesquisas que vem sendo realizadas nesta área, bem como na busca por novos fármacos.20 A partir daí vem-se identificando alteraçoes metabólicas, denominadas reprogramaçao metabólica, que dao suporte ao processo tumorigênico.21

Apesar do grande destaque que as pesquisas nessa área vêm recebendo, e ainda que alteraçoes do metabolismo sejam consideradas uma característica marcante de células do câncer 22, avanços se fazem necessários na compressao da influência de diferentes vias metabólicas na sobrevida, proliferaçao e agressividade das células tumorais. O efeito Warburg, por exemplo, tem sido documentado há mais de noventa anos e extensivamente estudado nos últimos dez anos, com inúmeras publicaçoes e, ainda assim, nao está bem esclarecido. Outro ponto importante é o aumento da síntese intracelular de lipídeos em células tumorais. Tendo em vista este cenário, essa revisao tem como objetivo documentar os principais resultados obtidos até o momento e discutir aqueles aspectos que ainda nao sao bem compreendidos e apontar perspectivas.

 

METABOLISMO GLICIDICO

Diversos estudos têm demonstrado que o metabolismo energético das células tumorais se encontra alterado. Essas células apresentam grande dependência do metabolismo glicolítico, uma vez que essa via bioenergética produz energia rápida e metabólitos capazes de suportar altas taxas de crescimento e proliferaçao apresentado pelo tumor (Figura 2).

Por exemplo, Li e colaboradores23 verificaram uma maior atividade glicolítica em células tumorais, em um estudo que compara as diferenças metabólicas e os mecanismos moleculares envolvidos entre diferentes tipos de carcinoma prostático. Assim como Kondaveeti, Reed e White24, que verificaram em linhagens tumorais de mama, que o aumento da glicólise aeróbia, da expressao de transportadores GLUT e de enzimas relacionadas com a glicólise foi induzido pela carcinogênese.

Estudos mostram que as células glicolíticas sao susceptíveis à morte celular quando sujeitas a baixa disponibilidade de glicose ou à falta dela. No entanto, algumas células cancerosas, incluindo as glicolíticas, podem, de forma eficiente, adquirir maior tolerância à depleçao de glicose, levando a sua sobrevivência (resistência) e agressividade. A ativaçao das vias de sinalizaçao e das vias metabólicas compensatórias é apontada como uma explicaçao para a resistência aumentada à inaniçao de glicose, característica apresentada pelas células tumorais.25 Nesse sentido, Palorini e colaboradores25 verificaram que a sinalizaçao da quinase A (PKA), enzima envolvida no controle do ciclo celular, proliferaçao, diferenciaçao, migraçao celular e metabolismo, é fundamental para o desenvolvimento da resistência de células cancerígenas à inaniçao de glicose. Demonstraram ainda que a inibiçao da PKA resultou no aumento da taxa de morte celular pela ativaçao da autofagia. Com isso, concluíram que a autofagia e os mecanismos ativados pela PKA sao importantes para o crescimento celular em um ambiente em que haja privaçao de glicose.

Durante o crescimento, a glicose é utilizada para gerar energia (ATP), bem como para produzir biomassa (lipídeos, aminoácidos e nucleotídeos). Para produzir duas células filhas viáveis na mitose, uma célula em proliferaçao deve replicar todo seu conteúdo celular, impondo uma exigência de biomassa e ATP.11 A velocidade de crescimento do tumor resultará em um aumento exacerbado dessa exigência e da velocidade de produçao dessas moléculas, fatores que irao guiar quais as vias metabólicas devem ser ativadas. A partir daí, pode-se entender o porquê, apesar de gerar mais ATP, o metabolismo aeróbico contraria as necessidades para uma proliferaçao rápida das células tumorais. Isso explica em parte, os achados por Warburg, em que mesmo na presença de oxigênio, uma célula tumoral degrada a glicose até piruvato (glicólise aeróbica) e simultaneamente o converte em ácido lático (metabolismo anaeróbico).26 Ainda nesse sentido, Heiden, Cantley e Thompson26 relatam que, considerando o tempo necessário para a formaçao de ATP e biomassa a partir de uma molécula de glicose, é mais eficaz utilizar o metabolismo anaeróbico do que o aeróbico.

Fortalecendo essa hipótese, Morais-Santos e colaboradores27 identificaram a remodelaçao do metabolismo das células cancerígenas através da acidificaçao extracelular, que é resultante da extrusao do lactato produzido no metabolismo anaeróbico intracelular. Verificaram que o silenciamento de estruturas responsáveis pela extrusao de lactato das células (MCT1 e MCT4), em diferentes linhagens de câncer de mama, resultava em uma diminuiçao na agressividade tumoral (invasao, proliferaçao e migraçao). Ainda com essas estruturas, Miranda-Gonçalves e colaboradores28 conseguiram verificar o aumento da expressao de MCT1 em condiçoes de hipóxia, e afirmaram que este transportador é importante para a manutençao de um perfil celular mais agressivo.

Buscando uma melhor compreensao sobre a relaçao da produçao de lactato e agressividade, Rizwan e colaboradores29 investigaram, em modelos de câncer de mama altamente agressivos, a relaçao entre a concentraçao de lactato e a enzima lactato desidrogenase (LDH), responsável pela produçao do mesmo. Verificaram que os níveis de lactato estao mais baixos em tumores de mama menos agressivos (KD9) do que quando comparados com aqueles considerados mais agressivos (NC ou 4T1). E ainda identificaram uma reduçao no tamanho do tumor e um atraso na formaçao das metástases, além de alteraçoes no metabolismo devido ao silenciamento da LDH.

Por outro lado, diferentemente do que vinha sendo postulado pela teoria de Warburg, estudos recentes têm demonstrado que existe uma classe de tumores que utilizam o metabolismo aeróbico, ou seja, a fosforilaçao oxidativa mitocondrial para a produçao de ATP.30 Com isso, a produçao de energia através do metabolismo mitocondrial tumoral também passou a ser alvo de diversas investigaçoes.

O aumento da agressividade tumoral e a diminuiçao da eficiência de alguns tratamentos têm sido relacionados a baixos níveis de oxigênio. Esse ambiente de hipóxia em células tumorais é resultado de uma vascularizaçao incompatível com a velocidade de proliferaçao estabelecida pelo processo de formaçao do tumor.31

Smolková e colaboradores32 avaliaram as adaptaçoes do metabolismo mitocondrial em diferentes microambientes tumorais (com baixas taxas de glicose e em condiçoes de hipóxia) e identificaram um aumento no sistema mitocondrial após 6 dias de cultivo celular em um ambiente hipoglicêmico. Já em condiçoes de hipóxia, associada ou nao a reduçao da glicose, as células tumorais apresentaram uma reduçao na capacidade de fosforilaçao oxidativa, demonstrando que o microambiente tumoral muitas vezes é quem dita o remodelamento do metabolismo celular. Somado a isso, pesquisadores identificaram que a proteína supressora de tumor LKB1, responsável pela ativaçao da enzima quinase ativada por adenosina monofosfato, é ativada quando os níveis de energia celular estao baixos.26

Outro ponto que tem sido associado ao metabolismo e demanda energética é a transiçao epitélio-mesenquimal que ocorre no processo da tumorigênese. Kondaveeti, Reed e White24 demonstraram que essa transiçao induz múltiplas mudanças metabólicas, incluindo a glicólise aeróbia aumentada e uma expressao aumentada de enzimas, assim como transportadores específicos de glicose (por exemplo, o transportador de glicose GLUT3).

Pensando na possibilidade de novos alvos terapêuticos, diferentes inibidores da via glicolítica têm sido investigados, objetivando reduzir ou inibir a progressao do tumor.33 A metformina, por exemplo, é um fármaco que é bastante utilizado no tratamento de diabetes do tipo II e que atua reduzindo os níveis de glicose no sangue, além de sensibilizar os receptores de insulina34. A insulina possuí papel fundamental na regulaçao do metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas, mas também atua como um importante fator de crescimento, estimulando a mitose e a migraçao celular, e inibindo a apoptose. Os efeitos metabólicos da insulina sao mediados pela via de PI3K/Akt, enquanto seus efeitos mitogênicos envolvem a ativaçao das vias Ras e MAPK17,35.

Diferentes estudos apontam que o uso da metformina levou a uma reduçao no consumo de glicose e, consequentemente, houve uma diminuiçao na taxa de crescimento tumoral; porém, a concentraçao utilizada desse fármaco pode causar citotoxicidade celular.34,36 Esse resultado foi relacionado à reprogramaçao das células tumorais, onde é observada a troca da glicólise aeróbica pela respiraçao oxidativa, potencializando o efeito citotóxico da metformina através da liberaçao de espécies reativas de oxigênio.

Segundo Choi e Lim36, o efeito citotóxico causado pela administraçao desse fármaco pode ser minimizado com o uso de dicloroacetato (DCA), um composto que atua na enzima piruvato desidrogenase e estimula o metabolismo oxidativo.

Outro medicamento que tem sido estudado é o resveratrol, fármaco capaz de interagir com diferentes atividades biológicas (como crescimento, sobrevivência, apoptose e até mesmo processos pró-inflamatórios) e que tem sido associado com efeitos anti-carcinogênicos. Foi identificada uma reduçao na viabilidade das células tumorais de mama (MCF-7) devido à reduçao no consumo de glicose e na produçao de ATP. Este efeito foi, segundo os autores, provavelmente, resultante da inibiçao pelo resveratrol da principal enzima da via glicolítica, a fosfofrutocinase (PKC).33

 

METABOLISMO LIPIDICO

Outro aspecto recente, e que vem sendo bem estudado dentro da reprogramaçao metabólica, sao as alteraçoes metabólicas lipídicas que as células tumorais apresentam. Em contraste com as células normais que satisfazem suas demandas lipídicas a partir da circulaçao ou do meio extracelular, células cancerosas obtém através da síntese interna de lipídeos (síntese de novo) (figura 3). Os ácidos graxos (lipídeos) tem papel central na sustentando a renovaçao celular e mitogênese, pois, dependendo do tipo celular tumoral, a síntese de novo chega até 95%, mesmo com disponibilidade de lípidos extracelular. Esta conversao lipogênica, ou seja, aumento da síntese de ocorre com a transformaçao das celulas normais em tumorais e se expande ainda mais à medida que as células tumorais se tornam mais malignas. Sugere-se que a ativaçao da síntese de FA é necessária para a tumorigênese e para a sobrevivência das células tumorais, e que as enzimas envolvidas nesta síntese seriam alvos terapêuticos racionais para o tratamento do câncer.20

 


Figura 3. Metabolismo Lipídico. - A síntese de ácido graxo, síntese de novo, ocorre no citosol da célula e tem como substrato o acetil-CoA cujos carbonos podem vir dos carboidratos (glicose, frutose ou galactose), sendo a ácido graxo sintase (FASN) a principal enzima desta via. A FASN tem como produto principal o acido graxo saturado de 16 carbonos (ácido palmítico). O aumento da cadeia e as insaturaçoes ocorrerao no retículo endoplasmático (RE) pela açao das desaturases.

 

Experimentos com carbono marcado mostraram que células tumorais incorporam carbonos vindos da glicose e do acetato em ácidos graxos, evidenciando que as células podem satisfazer a necessidade de lipídeos com a síntese de novo, enquanto que as normais suprem a maior parte da demanda dos lipídeos a partir da dieta. Mais evidências vieram com a observaçao de que a expressao da principal enzima da síntese lipídica, a ácido graxo sintase (FASN), encontra-se aumentada em células tumorais de mama, independente da concentraçao circulante de lipídeos. Alguns autores argumentam que isso garante ao tumor uma menor dependência dos nutrientes externos a célula e uma sobrevivência em ambientes menos vascularizados.22

Foi observado que a ativaçao da síntese de ácidos graxos em células tumorais também pode ser resultante da induçao transcricional, pois muitas enzimas envolvidas na síntese de ácidos graxos (como a proteína ligante de elementos regulatórios por esteroide - SREBPs e a fosfatidilcolina - PC) estao sob o controle transcricional. A SREBP é encontrada na isoforma 1 e 2, e é controlada por moléculas que atuam também no controle da via pentose fosfato, sugerindo uma sincronia entre cascatas em que um único sinal controla diferentes vias metabólicas.22 Dentro desse controle transcricional estao também os fatores de transcriçao da família FoxA, que atuam como reguladores do desenvolvimento e da funçao tecidual e que têm sido relacionados à mobilizaçao de lipídios extracelulares. A açao desses fatores depende da atividade da lipase endotelial (LIPG), que é responsável pela hidrólise dos fosfolipídios extracelulares da HDL para posterior incorporaçao pela célula, a fim de prover precursores lipídicos para o metabolismo celular. A diminuiçao da proliferaçao de células de mama, pela depleçao dessa enzima, levou os autores a afirmarem que o crescimento de células cancerígenas de mama é dependente de fonte exógena de lipídeos.37

Por outro lado, Zhu et al.38 identificou a superexpressao de um fator de transcriçao capaz de regular a expressao de enzimas intimamente relacionados com a biossíntese de ácidos graxos (lipogênense) e colesterol, tais como ácido graxo sintase (FASN), acetil-CoA carboxilase 1 (ACC1), 3-hidroxi-2-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). Já Wu e colaboradores39, utilizando linhagens tumorais diferentes, realizaram o knockdown da enzima remodeladora de cromatina (BRG1), que está relacionada à replicaçao, proliferaçao, reparo e controle do crescimento celular. O estudo verificou uma reduçao da síntese de ácidos graxos pela reduçao na síntese das enzimas FASN e ACC. Supreendentemente, os níveis de mRNA de FASN e ACC nao foram reduzidos pelo knockdown de BRG1 na linhagem normal (MCF-10A). A partir daí, especula-se a existência de diferentes mecanismos de atuaçao dessa enzima em linhagens nao metastáticas e metastáticas, o que fortalece a teoria de que o uso de ácidos graxos é necessário para a proliferaçao de células de câncer de mama.

O aumento da lipogênese traz a necessidade de enzimas modificadoras de lipídeos, as desaturases, para evitar toxicidade celular. Essas enzimas têm sido relacionadas à síndrome metabólica, proliferaçao e sobrevivência do câncer. Pesquisas demonstraram que o aumento da expressao dessas enzimas em células tumorais de mama, é correlacionado negativamente com a sobrevida. A diminuiçao da sua expressao resultou na inibiçao da proliferaçao, da formaçao do tumor e da apoptose, além de um estacionamento do ciclo celular. Mais importante, o uso de inibidores de desaturases se mostrou mais eficaz na inibiçao do câncer de mama do que o uso de inibidores das enzimas de síntese. Uma possível explicaçao para esses achados envolve a AMPK, que é responsável pela fosforilaçao de enzimas que participam da síntese.22

Ainda investigando as desaturases, Peck e colaboradores22 identificaram que a concentraçao de lipídeos saturados e monoinsaturados é muito superior na célula tumoral do que na célula normal, e que isso refletirá nas propriedades da membrana como, por exemplo, a resistência dos tumores aos fármacos.

Segundo Antalis e colaboradores40, o uso de ácidos graxos e colesterol circulante para biossíntese de lipídios pode ser usado para estimular a migraçao. A migraçao, assim como a proliferaçao, é um processo que demanda muita energia. Esses autores verificaram a presença de maiores quantidades de gotículas de lipídios no citoplasma das linhagens de tumor de mama mais agressivas (MDA-MB-231, MDA-MB-436). Em consonância a esses achados, Slebe e colaboradores37 demonstraram que a migraçao de células de câncer depende do uso de lipídios exógenos.

Esses últimos resultados demonstram que, componentes do microambiente tumoral, células e substâncias, possuem papel importante no suporte e transformaçao das células de câncer de mama. Para verificar a importância do suprimento de ácidos graxos para células de câncer, Lopes-Coelho e colaboradores20 avaliaram o papel de fibroblastos associados ao câncer (CAFs) e demonstraram que houve uma maior atividade da enzima FASN na linhagem celular metastática (MDA-MB-231) após exposiçao ao meio de cultura condicionado por CAFs. O aumento dos níveis de proteína transportadora de lipídios (FATP) nas células de câncer, após exposiçao ao meio de cultura condicionado, também foi verificado, sugerindo um maior transporte de lipídios entre fibroblastos e células cancerígenas. Um dos dados mais relevantes do estudo foi à observaçao de uma maior taxa de proliferaçao celular quando as células foram expostas ao ácido palmítico/oleico e ao meio de cultura condicionado por CAFs, confirmando a importância dos lipídios na proliferaçao celular.

Além da influência de CAFs sobre o crescimento de células cancerígenas, estudos realizados nos últimos anos têm apontado que o hormônio leptina, secretado por adipócitos, influencia em quase todos os estágios da gênese tumoral. Níveis elevados de leptina ocasionaram a ativaçao de múltiplas vias envolvendo a proliferaçao, invasao e migraçao de células de câncer. Blanquer-Rosselló e colaboradores41 observaram que a adiçao de leptina ao meio de cultura da linhagem MCF-7 resultou em aumento da taxa de consumo de oxigênio, mostrando uma dependência do metabolismo oxidativo mitocondrial para manter os níveis de ATP celular. Além disso, verificou-se que o tratamento com leptina aumentou os níveis de algumas enzimas que estao envolvidas no catabolismo de lipídios (ácido graxo translocase, carnitina palmitoiltransferase I - CPT1 e receptor alfa de peroxissomo - PPAR-Alfa). Strong e colaboradores42 verificaram que utilizarao utilizar células MCF-7 em leptina secretada por células estromais adiposas provenientes de mulheres obesas (obASC), um aumento da proliferaçao dessas células e uma maior expressao do componente relacionado a metástase tumoral (EMT). Experimentos realizados in vivo com o knockdown de leptina mostraram uma reduçao significativa do volume tumoral e o número de lesoes metastáticas.

Li e colaboradores43 verificaram uma menor expressao de uma proteína do metabolismo aeróbico, o complexo I NADH-Desidrogenase (NDUFB9) que atua como supressor de proliferaçao em células mais metastáticas, do que quando comparado às linhagens menos metastáticas. Além disso, verificou-se que o knockdown dessa proteína, NDUFB9, em células MDA-MB-231 resultou em maior proliferaçao, migraçao e invasao. Alteraçoes metabólicas também foram observadas a partir da deficiência da subunidade NDUFB9, tais como aumento da produçao de espécies de oxigênio reativo mitocondrial (mtROS) e diminuiçao dos níveis de DNA mitocondrial (mtDNA). Sabe-se que o aumento de mtROS está relacionado ao desenvolvimento do câncer e da estimulaçao ao componente de transiçao epitelial-mesenquimal (EMT), que é essencial na metástase tumoral.

 

DISCUSSAO

O metabolismo serve para a célula e para o corpo como suporte na realizaçao de todas suas funçoes, sendo dividido em vias anabólicas e catabólicas que serao acionadas por moléculas ou hormônios de forma a atender diferentes demandas. Além disso, diferentes vias podem ser utilizadas para gerar a mesma molécula, permitindo com isso, adaptaçoes a diferentes situaçoes e demandas do corpo e da célula.

Portanto, era de se esperar que uma célula transformada (tumoral), apresentasse toda uma remodelaçao da maquinaria metabólica (enzimas) visando atender a demanda energética e de nutrientes. As pesquisas vêm confirmando a veracidade desse pressuposto e apontando para uma remodulaçao metabólica. A identificaçao do aumento da síntese dos transportadores de glicose (GLUT), das principais enzimas da via glicolítica (PKC e HK), assim como, do transportador de lactato (MCT), sao exemplos dessa reprogramaçao. Ainda no metabolismo glicídico, mesmo na presença de oxigênio, temos o aumento da produçao de ácido lático para atender, na velocidade exigida, a demanda tumoral de energia e blocos de construçao.

Da mesma forma, para suprir a demanda dos principais constituintes das membranas, no metabolismo lipídico, observa-se um aumento da expressao das principais enzimas que participam da síntese de novo (Figura 4). Apesar de recente, o avanço nessa área tem sido rápido e expressivo. Entretanto, a capacidade de adaptaçao das células tumorais pode ser um grande dificultador, inclusive podendo interferir na resposta de fármacos. A alteraçao verificada no metabolismo lipídico, onde as células tumorais passaram a captar FA após a inibiçao da síntese de novo, é um bom exemplo.

 


Figura 4. Metabolismo tumoral. - O metabolismo glicídico e lipídico sofrerá alteraçoes nos substratos, produtos e enzimas (destaque vermelho) destas vias.

 

Outro exemplo é o uso da metformina, que diminui a glicose sanguínea e aumentar a sensibilidade dos receptores de insulina. O uso deste medicamento partiu do conhecimento de que os tumores utilizam a glicose de forma aumentada, mas esqueceram de que ao aumentar a resposta à insulina pelas células, também haverá a ativaçao de todas as vias de síntese. Dessa forma, irá ativar a via de síntese de ácidos graxos e favorecer a tumorigênese. Demonstrando, de forma clara, que essa área é muito complexa e requer um número maior de estudos com intervençoes em alvos mais específicos. A inibiçao da síntese de novo foi mais eficiente com a inibiçao das desaturases do que das enzimas da síntese. Isso porque, segundo os autores, o inibidor das desaturases também inibe enzimas que também atua na via glicolítica.

Portanto, a busca por fármacos que tenham como alvo, pontos que interligam diferentes vias assim como, a associaçao de inibidores das diferentes vias, deve ser investigado.

 

CONSIDERAÇOES FINAIS

Os resultados dos estudos realizados nessa área, apesar de contribuir significativamente para o avanço do conhecimento, demonstram claramente a necessidade de um melhor entendimento sobre os mecanismos por trás deste fenótipo que utilizam como alvo as mais diferentes estruturas que compoe este metabolismo, bem como o desenvolvimento de novas formas de diagnóstico e tratamento.

Estudos com alvo no status de energia, dando importância para o processo carcinogênico, pode ser um ponto de verificaçao importante para prevenir a transformaçao maligna em alguns tipos de tumores. Células tumorais, em adiçao à alteraçao do metabolismo glicídico, frequentemente mostram alteraçoes no metabolismo lipídico. Apesar do perfil lipogênico da célula estar bem delimitado, a ativaçao da síntese de novo ainda nao está bem esclarecida.

Outro ponto importante é a participaçao do ácido araquidônico, que também se encontra aumentado nas células tumorais, apesar do seu mecanismo ainda nao ter sido esclarecido. Da mesma forma, a correlaçao encontrada entre o aumento na síntese de novo com alteraçoes metabólicas em células T ainda nao é bem compreendida, apesar de apontar para um envolvimento do sistema imune.

Ainda existem poucas informaçoes sobre a utilizaçao de fármacos que possuem como alvo as alteraçoes presentes no metabolismo celular, o que indica a necessidade da realizaçao de mais pesquisas nesta área. Nesse sentido, pesquisas que ataquem pontos em comum de diferentes vias (como por exemplo, o piruvato, o acetil CoA, a glicose 6P e o citrato) se fazem necessárias.

 

AGRADECIMENTOS:

Gostaríamos de agradecer ao Professor Enio Cardillo Vieira e à Fundaçao de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG).

 

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

1. Instituto Nacional de Câncer - INCA. O que é o câncer? Disponível em: URL: http://www1.inca.gov.br/conteudo_view.asp?id=322. Acesso em 25 Mar 2017.

2. Kim S. New and emerging factors in tumorigenesis: an overview. Cancer Manag Res 2015; 7.

3. World Health Organization. Cancer. Disponível em: URL: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/en/. Acesso em 25 Mar 2017.

4. National Cancer Institute-NCI, 2015. Risk Factors for Cancer. Disponível em: URL: https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk. Acesso em 25 Mar 2017.

5. GLOBOCAN, 2012. Estimated cancer incidence, mortality and prevalence Worldwide in 2012. Disponível em: URL: http://globocan.iarc.fr/Pages/fact_sheets_cancer.aspx. Acesso em 25 Mar 2017.

6. 4Instituto Nacional do Câncer - INCA. Estimativa 2016: Incidência de Câncer no Brasil. Disponível em: URL: http://www.inca.gov.br/estimativa/2016/sintese-de-resultados-comentarios.asp. Acesso em 25 Mar 2017.

7. Kimbung S, Loman N, Hedenfalk I. Clinical and molecular complexity of breast cancer metastases. Semin Cancer Biol 2015.

8. Tochhawng L, Deng S, Pervaiz S, Yap CT. Redox regulation of cancer cell migration and invasion. Mitochondrion 2013; 13(3):246-53. doi: 10.1016/j.mito.2012.08.002

9. Lu J, Tan M, Cai Q. The Warburg effect in tumor progression: mitochondrial oxidative metabolism as an anti-metastasis mechanism. Cancer Lett 2015; 356(2A):156-64. doi: 10.1016/j.canlet.2014.04.001.

10. Mori N, Wildes F, Takagi T, Glunde K, Bhujwalla ZM. The Tumor Microenvironment Modulates Choline and Lipid Metabolism. Front Oncol 2016; 6:262. doi: 10.3389/fonc.2016.00262.

11. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Bioquímica. 7a ediçao. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.

12. Hsu PP, Sabatini DM. Cancer cell metabolism: Warburg and beyond. Cell 2008; 134(5):703-7. doi: 10.1016/j.cell.2008.08.021.

13. Deberardinis RJ, Lum JJ, Hatzivassiliou G, Thompson CB. The biology of cancer: metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation. Cell Metab 2008; 7(1):11-20.

14. Warburg O, Posener K, Negelein E. Ueber den stoffwechsel der tumoren. BiochemischeZeitschrift. 1924;152(1):319-344.

15. Warburg O, Wind F, Negelein E. The metabolism of tumors in the body. The Journal of general physiology. 1927;8(6):519-530.

16. Liberti MV, Locasale JW. The Warburg Effect: How does it Benefit Cancer Cells? Trends BiochemSci 2016; 41(3): 211-218.

17. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulation of cancer cell metabolism. Nature Reviews 2011; 11: 85-95.

18. Plas DR. Thompson CB. Aktdependent transformation: there is more to growth than just surviving. Oncogene 2005; 24: 7435-7442.

19. Beloribi-Djefaflia S, Vasseur S, Guillaumond F. Lipid metabolic reprogramming in cancer cells. Oncogenesis 2016; 5(189). doi: 10.1038/oncsis.2015.49.

20. Lopes-Coelho F, André S, Félix A, Serpa J. Breast cancer metabolic cross-talk: Fibroblasts are hubs and breast cancer cells are gatherers of lipids. Mol Cell Endocrinol 2017; pii: S0303-7207(17)30044-8. doi: 10.1016/j.mce.2017.01.031.

21. Morandi A, Chiarugi P. Metabolic implication of tumor: stroma crosstalk in breast cancer. J Mol Med 2014; 92:117-126. doi: 10.1007/s00109-014-1124-7.

22. Peck B, Schulze A. Lipid Desaturation-the next step in targeting lipogenesis in cancer? FEBS 2016; 283: 2767-78.

23. Li W, Cohen A, Sun Y, Squires J, Braas D, Graeber TG, et al. The Role of CD44 in Glucose Metabolism in Prostatic Small Cell Neuroendocrine Carcinoma. Mol Cancer Res 2016; 14(4):344-53. doi: 10.1158/1541-7786.

24. Kondaveeti Y, Reed IKG, White BA. Epithelial-mesenchymal transition induces similar metabolic alterations in two independent breast cancer cell lines. CancerLetters 2015; 364:44-58.

25. Palorini R, Votta G, Pirola Y, De Vitto H, De Palma S, Airoldi C, et al. Protein Kinase A Activation Promotes Cancer Cell Resistance to Glucose Starvation and Anoikis. PLoS Genet 2016; 12(3): e1005931. doi:10.1371/journal.pgen.1005931.

26. Heiden MGV, Cantley LC, Thompson CB. Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation. Science 2009; 324(5930):1029-33. doi: 10.1126/science.1160809.

27. Morais-Santos F, Granja S, Miranda-Gonçalves V, Moreira AHJ, Queirós S, Vilaça JL, et al. Targeting lactate transport suppresses in vivo breast tumour growth. Oncotarget 2015; 6(22):19177-89.

28. Miranda-Gonçalves V, Granja S, Martinho O, Honavar M, Pojo M, Costa BM, et al. Hypoxia-mediated upregulation of MCT1 expression supports the glycolytic phenotype of glioblastomas. Oncotarget 2016, 7(29):46335-53.

29. Rizwan A, Serganova I, Khanin R, Karabeber H, Ni X, Thakur S, et al. Relationships between LDH-A, Lactate and Metastases in 4T1 Breast Tumors. Clin Cancer Res 2013; 19(18):5158-69. doi:10.1158/1078-0432.CCR-12-3300.

30. Moreno-Sánchez R, Rodríguez-Enríquez S, Marín-Hernández A, Saavedra E. Energy metabolism in tumor cells. FEBS J 2007; 274(6):1393-418.

31. Vaupel P, Harrison L. Tumor hypoxia: causative factors, compensatory mechanisms, and cellular response. Oncologist 2004; 9 Suppl 5:4-9.

32. Smolková K, Bellance N, Scandurra F, Génot E, Gnaiger E, Plecitá-Hlavatá L, et al. Mitochondrial bioenergetic adaptations of breast cancer cells to aglycemia and hypoxia. J BioenergBiomembr 2010; 42:55-67. doi: 10.1007/s10863-009-9267-x.

33. Gomez LS, Zancan P, Marcondes MC, Ramos-Santos L, Meyer-Fernandes JR, Sola-Penna M, et al. Resveratrol decreases breast cancer cell viability and glucose metabolism by inhibiting 6-phosphofructo-1-kinase. Biochimie 2013; 95(6):1336-43. doi: 10.1016/j.biochi.2013.02.013.

34. Marini C, Ravera S, Buschiazzo A, Bianchi G, Orengo AM, Bruno S, et al. Discovery of a novel glucose metabolism in cancer: The role of endoplasmic reticulum beyond glycolysis and pentose phosphate shunt. Sci Rep 2016; 6:25092. doi: 10.1038/srep25092.

35. Rose DP, Vona-Davis L. The cellular and molecular mechanisms by which insulin influences breast cancer risk and progression. Endocrine-Related Cancer 2012; 19: R225-R241. doi: 10.1530/ERC-12-0203.

36. Choi YW, Lim IK. Sensitization of metformin-cytotoxicity by dichloroacetate via reprogramming glucose metabolism in cancer cells. Cancer Lett 2014; 346(2):300-8. doi: 10.1016/j.canlet.2014.01.015.

37. Slebe F, Rojo F, Vinaixa M, García-Rocha M, Testoni G, Guiu M, et al. FoxA and LIPG endothelial lipase control the uptake of extracellular lipids for breast cancer growth. Nature Communications 2016; 7:11199. doi: 10.1038/ncomms11199.

38. Zhu Z, Zhao X, Zhao L, Yang H, Liu L, Li J, et al. p54nrb/ NONO regulates lipid metabolism and breast cancer growth through SREBP-1A. Oncogene 2015; 1-12.

39. Wu Q, Madany P, Dobson JR, Schnabl JM, Sharma S, Smith TC, et al. The BRG1 chromatin remodeling enzyme links cancer cell metabolism and proliferation. Oncotarget 2016; 7(25): 38270-81.

40. Antalis CJ, Uchida A, Buhman KK, Siddiqui RA. Migration of MDA-MB-231 breast cancer cells depends on the availability of exogenous lipids and cholesterol esteri?cation. ClinExpMetastasis 2011; 28:733-741. doi: 10.1007/s10585-011-9405-9.

41. Blanquer-Rosselló Mdel M, Oliver J, Sastre-Serra J, Valle A, Roca P. Leptin regulates energy metabolism in MCF-7 breast cancer cells. Int J Biochem Cell Biol 2016; 72:18- 26. doi: 10.1016/j.biocel.2016.01.002.

42. Strong AL, Ohlstein JF, Biagas BA, Rhodes LV, Pei DT, Tucker HA, et al. Leptin produced by obese adipose stromal/ stem cells enhances proliferation and metastasis of estrogen receptor positive breast cancers. BreastCancer Res 2015; 17:112. doi: 10.1186/s13058-015-0622-z.

43. Li L-D, Sun H-F, Liu X-X, Gao S-P, Jiang H-L, Hu X, et al. Down-regulation of NDUFB9 promotes breast cancer cell proliferation, metastasis by mediating mitochondrial metabolism. PLoS ONE 2015; 10(12): e0144441. doi:10.1371/journal.pone.0144441.