De ontwikkeling van angiogeneseremmers: van bench to bedside

De ontwikkeling van
angiogeneseremmers:
van bench to bedside
M.E. Belderbos, Utrecht
H.M.W. Verheul, medisch oncoloog, Johns Hopkins
University, Baltimore, USA
Angiogenese, de vorming van nieuwe bloedvaten
uit het pre-existente vaatnetwerk, speelt een
essentiële rol bij de tumorgroei en -metasta­
sering. Vascular endothelial growth factor (VEGF)
is een belangrijke angiogene groeifactor die tot
expressie komt in de meeste tumoren. Remming
van de angiogenese met een anti­lichaam tegen
VEGF, bevacizumab, in combinatie met standaardchemotherapie leidt tot levens­verlenging van
patiënten met colorectale tumoren.
2
R
ecent is in gerandomiseerd onderzoek ook aangetoond dat de toevoeging van bevacizumab aan
standaardchemotherapie de overleving van patiënten met longkanker, borsttumoren en ovariumtumoren
verbetert. Receptor-tyrosinekinaseremmers met een breed
werkingsprofiel, waaronder remming van de VEGF-cascade,
verlengen de overleving van patiënten met nierceltumoren.
Het klinisch onderzoek met angiogeneseremmers breidt
zich nu uit naar (neo)adjuvante toepassingen van angio­
geneseremmers en combinatie met radiotherapie.
Vorming van nieuwe bloedvaten uit het reeds bestaande
vasculaire netwerk wordt angiogenese genoemd. De cellen
die de bloedvaten vormen, heten endotheelcellen en worden omgeven door vaatstabiliserende cellen, de pericyten
en gladde spiercellen. Angiogenese speelt een belangrijke
rol tijdens de embryogenese, de menstruele cyclus en de
wondgenezing. Angiogenese, ook wel vaatnieuwvorming
genoemd, is ook een kenmerk van kanker en van verschillende ischemische en infectieuze aandoeningen.1 De angiogenese wordt tijdens normale fysiologische processen zoals
groei en wondgenezing gereguleerd door positieve en negatieve feedbackmechanismen. Deze regulatie zorgt enerzijds
voor stabilisering van de nieuw gevormde vaten en anderzijds dat de nieuwvorming stopt zodra het nieuwgevormde
vaatbed voldoet aan de vraag van het omliggende weefsel.
In pathologische omstandigheden, zoals bij maligniteiten, is
deze regulering verstoord en wordt de angiogenese continu
gestimuleerd. De angiogenese is een complex en dynamisch
proces dat wordt gereguleerd door stimuli en remmers.
Eén van de belangrijkste angiogene factoren is het eiwit
VEGF, dat in verschillende vormen voorkomt. VEGF activeert
VEGF-receptoren (VEGFR), tyrosinekinasereceptoren, die tot
expressie komen op de membraan van voornamelijk endotheelcellen, maar ook van sommige andere cellen, zoals
beenmergcellen. In dierexperimenten bleek dat muizen
met een deletie van VEGF of van de VEGFR niet levensvat-
Angiogenese Journaal 1-2006
tumor(cellen)
ECM-afbrekende enzymen
baar waren. Activatie van de VEGF/VEGFR-as leidt via een
uitge­breide signaleringscascade tot proliferatie, migratie en
maturatie van endotheelcellen. Bovendien verhoogt VEGF de
permeabiliteit van de vaatwand – waardoor allerlei plasmaeiwitten zoals fibrinogeen buiten het vaatbed kunnen lekken
– en rekruteert het endotheelprogenitorcellen (voorloper­
endotheelcellen) uit het beenmerg (figuur 1). Afbraak en
(weder)opbouw van de extracellulaire matrix (ECM) vindt
plaats om de vaatnieuwvorming mogelijk te maken. Onder
andere tumorcellen, endotheelcellen en fibroblasten produceren de enzymen die nodig zijn voor de afbraak en/of de
nieuwe ECM-eiwitten voor de opbouw van de ECM. Naast
VEGF zijn er verschillende andere angiogene groeifactoren
ontdekt, waaronder de basische fibroblastengroeifactor
(bFGF) en de platelet-derived growth factor (PDGF).
Tumoren zijn angiogeneseafhankelijk
Al in 1863 toonden Virchow en Thiersch aan dat tumorcellen hun eigen vaatvoorziening produceren. Het gevormde
netwerk is chaotisch: de vaten zijn kronkelig, gedilateerd en
verschillen in opbouw. Daardoor ontstaat een ongeorganiseerde bloedstroom, met afwisselend sterk doorbloede en
hypoxische gebieden. Folkman en medewerkers toonden als
eerste aan dat tumorgroei angiogeneseafhankelijk is. Deze
onderzoekers implanteerden tumorweefsel in de avasculaire cornea’s van konijnen en stelden vast dat de tumoren
niet groeiden totdat nieuwe bloedvaten vanuit de limbus het
implantaat bereikten.
Tumorcellen stimuleren de aanmaak van nieuwe bloedvaten
omdat ze voedingstoffen en zuurstof nodig hebben om snel
te kunnen delen. VEGF is een angiogene factor die door de
meeste tumorcellen wordt geproduceerd, enerzijds gestimuleerd door omgevingsfactoren (hypoxie of een lage pH),
anderzijds door genmutaties in de tumorcellen (p53 of K-ras).
Naast angiogene factoren zijn er ook verschillende antiangiogenesefactoren gevonden die door het lichaam zelf worden
aangemaakt, waaronder trombospondine en platelet factor-4.
Hanahan en Folkman postuleerden dat een verandering ten
faveure van de angiogene factoren ten opzichte van de antiangiogene factoren bepaalt of een tumor groeit en metastaseert: de zogenaamde angiogene switch.2 Bij een evenwicht
tussen angiogene stimuli en angiogeneseremmers wordt
het angiogeneseproces niet gestimuleerd, waardoor een
(alleen microscopisch zichtbare) tumor niet kan groeien. De angiogene switch leidt tot tumorgroei en metastasering.
De oorzaak van deze switch is onbekend. Uit preklinisch
onderzoek bleek dat tumoren langdurig latent aanwezig
kunnen zijn, totdat de angiogene switch plaatsvindt.3 Tevens
bleek in verschillende diermodellen dat remming van de
angiogenese tumorgroei en metastasering limiteert en de
overleving van muizen verlengt.
endotheelcellen
migratie
proliferatie
vaatformatie
angiogene groeifactoren (VEGF, PDGF)
ECM-remodellering (fibrine/collageen)
lekkage van bloedcellen en plasma-eiwitten
a.g.v. verhoogde permeabiliteit door VEGF:
monocyten (macrofagen),
bloedplaatjes, CEC’s,
fibrinogeen
Figuur 1 Tumorgeïnduceerde angiogenese waarin een
belangrijke rol is weggelegd voor endotheelcellen, de extracellulaire matrix en cellen uit het bloed en plasma-eiwitten.
ECM: extracellulaire matrix; VEGF: vascular endothelial
growth factor; PDGF: platelet-derived growth factor.
Op basis van bovenstaande preklinische resultaten begonnen vele onderzoekers en farmaceuten in het begin van de
jaren negentig klinisch toepasbare angiogeneseremmers te
ontwikkelen.
Angiogeneseremmers
De therapeutische angiogeneseremmers bestaan uit groeifactorcascaderemmers, middelen die aangrijpen op de
endotheelceladhesie en middelen die preferentieel toxisch
zijn voor delend endotheel. Tabel 1 bevat een overzicht van
de resultaten van gerandomiseerde fase-II- en fase-IIIonderzoeken met angiogeneseremmers.
Groeifactorcascaderemmers
Monoklonale antilichamen. VEGF is één van de krachtigste
stimulatoren van vaatnieuwvorming en speelt een essentiële rol in de tumorangiogenese. Selectieve remming van
VEGF of van zijn receptoren is een effectieve behandeling
gebleken in preklinische tumormodellen, onder andere
bij mamma-, colon- en niertumoren. De meeste klinische
onderzoeken zijn verricht met bevacizumab (Avastin®), een
gehumaniseerd, recombinant monoklonaal antilichaam dat
met hoge affiniteit bindt aan VEGF.
In 2001 werd in een eerste fase-I-onderzoek met bevacizumab maximaal 10 mg/kg i.v. elke twee weken gegeven,
zonder dat de maximaal tolereerbare dosis was bereikt.
In fase-II-onderzoeken werd vervolgens aangetoond dat
behandeling van patiënten met colorectale tumoren met
bevacizumab in combinatie met chemotherapie resulteert in
een langere ziektevrije overleving. Een recent dubbelblind,
gerandomiseerd placebogecontroleerd fase-III-onderzoek
onder 923 patiënten bewees dat chemotherapie (irinotecan/5-fluoro-uracil/leukovorine) in combinatie met bevacizumab de overleving verlengt van patiënten met een niet
eerder behandelde, gemetastaseerde colorectale maligniteit
De ontwikkeling van angiogeneseremmers: van bench to bedside
3
(zie tabel 1).4 Dit onderzoek heeft ertoe geleid dat bevacizu­
mab als eerste VEGF-remmer is geregistreerd voor de
eerstelijnsbehandeling van gemetastaseerde colorectale
tumoren in combinatie met chemotherapie.
In deze onderzoeken bestonden de bijwerkingen van bevacizumab in combinatie met chemotherapie onder andere uit
diepe veneuze trombose, proteïnurie, een lichte toename
van de incidentie van graad-3-hypertensie, terwijl de toename van graad-4-diarree en van leukopenie waarschijnlijk gerelateerd was aan de chemotherapie. De ernstigste
bijwerking was een verhoogd risico op gastro-intestinale
bloedingen: 1,5% in de bevacizumabgroep versus 0% in de
controlegroep.
Een gerandomiseerd fase-II-onderzoek bij patiënten met
een niercelcarcinoom liet zien dat monotherapie met
bevacizumab de tijd tot ziekteprogressie verlengt. Op dit
moment loopt een fase-III-onderzoek naar de waarde van
toevoeging van bevacizumab aan interferon-alfa bij patiënten met een onbehandelbaar niercelcarcinoom. Onlangs
werd bekend dat bevacizumab in combinatie met chemotherapie bij patiënten met longkanker een verlenging van
de overleving geeft met 2,3 maanden, terwijl bij patiënten
Tabel 1 Angiogeneseremmers in fase-II- en fase-III-onderzoeken
angiogeneseremmerdiagnose/indicatie
combinatietherapieuitkomst
groeifactorcascaderemmers
bevacizumab colorectale tumoren
5-FU, leukovorine
verbetering mediane overleving (14,6 versus 17,9 maanden) en
(VEGF-antilichaam)
ziektevrije overleving (5,6 versus 8,8 maanden)
IFL*
verbetering responsratio, ziektevrije overleving en totale
overleving (20,3 versus 15,6 maanden)
FOLFOX4†
verlenging totale overleving (12,5 versus 10,7 maanden)
longcarcinoom
paclitaxel, carboplatine
verbetering responsratio, ziektevrije overleving en totale
overleving (12,5 versus 10,2 maanden)
mammacarcinoom
paclitaxel
toename ziektevrije overleving (11 versus 6,1 maanden)
niercelcarcinoom
–
verlenging tijd tot ziekteprogressie (4,8 versus 2,5 maanden)
sorafenib
niercelcarcinoom
–
verlenging ziektevrije overleving (24 versus 12 weken)
SU-011248
gastro-intestinale –
stromatumoren
verlenging progressievrije overleving (6,3 versus 1,5 maanden)
niercelcarcinoom
–
partiële respons (40%), stabiele ziekte 23%, mediane
overleving 8,7 maanden
PTK-787
colorectale tumoren
FOLFOX4
geen significante verlenging progressievrije overleving
(7,7 versus 7,5 maanden)
ZD-6474 niet-kleincellig docetaxel
longcelcarcinoom
verlenging progressievrije overleving (19,8 versus 15,1
maanden, hoge versus lage dosering), partiële respons,
stabiele ziekte
carboplatine, partiële respons (7/18), stabiele ziekte (2/18)
paclitaxel
specifieke endotheelcelremmers
ABT-510
wekedelensarcoom
–
toename ziektevrije ratio (34,4%), geen partiële respons
*
†
4
niercelcarcinoom
–
geen effect
IFL: irinotecan/fluoro-uracil/leukovorine.
FOLFOX4: oxaliplatine/fluoro-uracil/leukovorine (tweedelijnstherapie).
Angiogenese Journaal 1-2006
met borstkanker de overleving werd verlengd met 4,9
maanden.5
Diverse andere VEGF-blokkerende middelen, waaronder het
anti-VEGF-antilichaam HuMV833 mAb en VEGF-Trap, worden bestudeerd in fase-I- en fase-II-onderzoek.
Multityrosinekinaseremmers. Een ander therapeutisch aangrijpingspunt in deze cascade is de VEGF-receptor (VEGFR).
Laagmoleculaire tyrosinekinaseremmers kunnen de
VEGFR en andere groeifactorreceptoren remmen. Nadat
enkele voorgangers ernstige bijwerkingen veroorzaakten
en nauwelijks activiteit lieten zien, toonde sunitinib (SU011248) – een tyrosinekinaseremmer die de groeifactor­
receptoren van onder andere VEGF, PDGF en c-kit remt
– in preklinisch onderzoek een sterk antitumoreffect bij
hematologische maligniteiten en solide tumoren.
In een fase-I/II-onderzoek werden 98 patiënten met
gemeta­staseerde, therapieresistente gastro-intestinale
tumoren ge­durende vier weken behandeld met dagelijks 50 mg sunitinib, gevolgd door een rustperiode van
twee weken. Van de 48 patiënten van wie tot dan toe follow-upgegevens bekend waren, bereikten 26 patiënten
een respons. Ook bij de behandeling van nierceltumoren
is sunitinib als tweedelijnstherapie succesvol: 40% van
de in onderzoeksverband behandelde patiënten had een
complete of partiële respons, terwijl 27% van de patiënten tijdens deze behandeling langer dan drie maanden
een stabiele ziekte hadden (zie tabel 1). Dit leidde in deze
patiëntengroep tot een mediane overleving van 16,4 maanden.6 Gezien het brede werkingsmechanisme en omdat
tumorcellen ook VEGF- en PDGF-receptoren tot expressie
brengen, is het onduidelijk of deze resultaten angiogenese­
specifiek zijn of dat sunitinib de tumorcelgroei ook direct
remt.
Sorafenib is een tyrosinekinaseremmer die te vergelijken
is met sunitinib. Het middel remt ook de VEGF-, PDGF- en
c-kit-receptoren en wordt oraal gedoseerd. In een fase-IIIonderzoek bij patiënten met nierceltumoren leidde behandeling met sorafenib tot een verdubbeling van de progressievrije overleving (van 12 naar 24 weken).7
Vatalanib (PTK787/ZK222584) remt eveneens de VEGFreceptoren en de PDGF-receptor. In een fase-III-onderzoek
waarbij dit middel werd gecombineerd met chemotherapie
werd geen overlevingsvoordeel gezien bij patiënten met
gemetastaseerde colorectale tumoren.
ZD6474 is een oraal toe te dienen remmer van zowel de
VEGFR als de epitheliale groeifactorreceptor (EGFR). In
gerandomiseerde fase-II-onderzoeken bij patiënten met
een niet-kleincellig longcarcinoom werd aangetoond dat
toevoeging van ZD6474 aan docetaxel resulteerde in een
toename van de tijd tot ziekteprogressie.5
Specifieke remmers van endotheelcelgroei en adhesie.
Specifieke remmers van endotheelcelgroei worden gekenmerkt door een direct toxische werking op delend endotheel, maar het is niet goed bekend waardoor dit effect
wordt veroorzaakt. Tot dusverre zijn deze middelen klinisch
nog niet effectief gebleken. Angiostatine en endostatine
hadden een sterk antitumoreffect bij muizen, maar toonden
beide geen activiteit in vroegklinisch onderzoek. ABT510,
een afgeleide van de angiogeneseremmer trombospondine,
toonde in een klinisch fase-I-onderzoek weinig bijwerkingen en wel vroege tekenen van activiteit. ABT510 wordt nu
bestudeerd in fase-II-onderzoek.8 Een alternatieve manier
van angiogeneseremming is gericht tegen de interactie
tussen endotheelcel en matrix. Vitaxine en cilengitide
(EMD121974) zijn voorbeelden van middelen die de adherentie van endotheelcellen aan de basale membraan voorkomen. Deze middelen worden momenteel bestudeerd in
vroeg klinisch onderzoek.8
Klinische observaties van angiogeneseremming
In de klinische onderzoeken naar de effectiviteit van angiogeneseremmers is men op problemen gestuit.
Om te beginnen is het vaststellen van de juiste dosering
moeilijk. Bij chemotherapie is altijd naar de maximaal
verdraagbare dosering gestreefd. Voor de angiogeneseremmers leek dat niet mogelijk omdat geen ernstige toxiciteit
werd verwacht. Er is uitgebreid onderzoek gedaan naar
surrogaatmarkers voor het vaststellen van de biologische
activiteit: het nemen van herhaalde tumorbiopsieën tijdens
behandeling, het meten van circulerende endotheelcellen en
het meten van de tumorperfusie tijdens therapie met behulp
van dynamic enhanced contrast-MRI en PET-scanning.5
De VEGF-concentratie of andere angiogene groeifactoren
of receptoren in het bloed hebben duidelijk gemaakt dat de
concentratie circulerend VEGF toeneemt tijdens behandeling met laagmoleculaire tyrosinekinaseremmers, terwijl de
concentratie circulerende receptoren afneemt. VEGF wordt
door behandeling met bevacizumab volledig geblokkeerd.
Opname van bevacizumab in de trombocyt blokkeert VEGF
ter plaatse (Verheul et al., AACR 2006).
Tot nu toe is echter in geen van deze onderzoeken een sterke correlatie aangetoond met respons op behandeling. De
expressie van VEGF of andere angiogene en antiangiogene
factoren in tumorweefsel blijkt zelfs niet predictief voor de
respons op behandeling.9 Bovengenoemde metingen hebben derhalve nog geen klinisch belang.
Daarnaast lijkt er toch therapieresistentie te kunnen ontstaan bij een antiangiogene behandeling. Eén van de theoretische voordelen van angiogeneseremmers was juist dat
deze behandeling aangrijpt op genetisch stabiele endotheelcellen, waardoor zich geen resistentie zou voordoen. Een
De ontwikkeling van angiogeneseremmers: van bench to bedside
5
6
mogelijke verklaring hiervoor is dat tumorcellen gebruik
(gaan) maken van andere groeifactorcascades die ongevoelig zijn voor deze angiogeneseremmers.
Ten slotte veroorzaken angiogeneseremmers – tegen de
verwachtingen in – wel degelijk bijwerkingen, hoewel
meestal niet ernstig van aard. Het bijwerkingenprofiel van
de laagmoleculaire orale tyrosinekinaseremmers bestaat
voornamelijk uit moeheid, naast huiduitslag, diarree en
hypertensie. De ernstigste bijwerkingen die bij de angiogeneseremmers (met name bij bevacizumab) werden gezien,
zijn maligne hypertensie, trombose en darmperforaties,
maar ze komen slechts sporadisch voor.
met bevacizumab leidt bijvoorbeeld tot een lichte toename
van postoperatieve wondgenezingsproblemen.
Nieuwe behandelstrategieën met
angiogeneseremmers
Nu angiogeneseremmers een overlevingsvoordeel kunnen
bewerkstelligen, is het een uitdaging om antiangiogene
therapie te optimaliseren en te implementeren in gecombineerde behandelingen met chirurgie en radiotherapie.
Combinaties van medicamenten, van zowel biologische als
chemotherapeutische aard, verbeteren de antitumoractiviteit.10 Zo is de combinatie van een EGFR-blokkerend middel
(erlotinib) met een middel dat in de VEGF-cascade ingrijpt
(bevacizumab) zeer effectief bij het niet-kleincellig longcarcinoom.5 Onderzoek naar effectiviteit en toxiciteit van
nieuwe combinaties wordt momenteel uitgevoerd.
In preklinische experimenten bleek dat combinatie van
radiotherapie en angiogeneseremming additief dan wel
synergetisch kan werken. Mogelijk speelt een verbeterde
zuurstofverdeling hierbij een rol. De toevoeging van angiogeneseremmers aan radiotherapie kan bij proefdieren ook
leiden tot een tumorrespons in radiatieongevoelige tumoren. De vraag is of deze combinatie ook bij patiënten tot een
verbetering zal leiden.
In preklinische observaties en casusbeschrijvingen wordt
gerapporteerd dat chirurgie tumorgroei kan bevorderen
door het vrijkomen van angiogene factoren en het wegnemen van een door de primaire tumor geproduceerde
angiogeneseremmer. In een recente casusbespreking werd
gemeld dat resectie van een primaire colontumor een
verhoogde metabole activiteit van de eveneens aanwezige
levermetastase veroorzaakte en een daling van de concentraties in bloed en urine van respectievelijk angiogenese­
remmers, angiostatine en endostatine. In andere onderzoeken werd na resectie van de primaire tumor een duidelijke
stijging van de angiogene factor VEGF gemeten.
De aanwijzingen dat chirurgie de angiogene balans kan verstoren, maakt onderzoek naar antiangiogene behandeling in
de perioperatieve setting, neoadjuvant of adjuvant, van groot
belang. Men is echter ook huiverig voor deze combinatie vanwege mogelijke problemen bij de wondgenezing. Behandeling
Literatuur
1.Carmeliet P. Angiogenesis in life, disease and medicine.
Nature. 2005;438:932-6.
2.Hanahan D, Folkman J. Patterns and emerging mechanisms of the angiogenic switch during tumorgenesis.
Cell. 1996;86:353-64.
3.Udagawa T, Fernandez A, Achilles EG, Folkman J,
D’Amato RJ. Persistence of microscopic human cancers
in mice: alterations in the angiogenic balance accompanies loss of tumor dormancy. Faseb J. 2002;16:1361-70.
4.Hurwitz H, Fehrenbacher L, Novotny W, et al.
Bevacizumab plus irinotecan, fluorouracil, and leucovorin for metastatic colorectal cancer. N Engl J Med.
2004;350:2335-42.
5.Jain RK, Duda DG, Clark JW, Loeffler JS. Lessons from
phase III clinical trials on anti-VEGF therapy for cancer.
Nat Clin Pract Oncol. 2006;3:24-40.
6.Motzer RJ, Michaelson MD, Redman BG, et al. Activity of SU11248, a multitargeted inhibitor of vascular endothelial growth factor receptor and platelet-derived
growth factor receptor, in patients with metastatic renal
cell carcinoma. J Clin Oncol. 2006;24:16-24.
7.Vogelzang NJ. Treatment options in metastatic renal
carcinoma: an embarrassment of riches. J Clin Oncol.
2006;24:1-3.
8.Verheul HM, Pinedo HM. Inhibition of angiogenesis in
cancer patients. Expert Opin Emerg Drugs. 2005;10:403-12.
9.Bergsland EK. When does the presence of the target
predict response to the targeted agent? J Clin Oncol.
2006;24:213-6.
10.Gasparini G, Longo R, Fanelli M, Teicher BA.
Combination of antiangiogenic therapy with other
­anticancer therapies: results, challenges, and open
questions. J Clin Oncol. 2005;23:1295-311.
Conclusie
De ontdekking dat antiangiogene middelen levensverlengend werken is een mijlpaal in de ontwikkeling van de
antikankerbehandeling. Nader onderzoek naar werkingsmechanisme en resistentie bij patiënten moet resulteren in
een optimale antiangiogene behandeling. Daarnaast dienen
combinaties van deze nieuwe middelen met andere biologicals, chemotherapie, chirurgie en radiotherapie te worden
bestudeerd.
Angiogenese Journaal 1-2006