MASTER OF MEDICINE IN DE GENEESKUNDE
Deze pagina is niet beschikbaar omdat ze persoonsgegevens bevat.
Universiteitsbibliotheek Gent, 2021.
This page is not available because it contains personal information.
Ghent University, Library, 2021.
Inhoudsopgave
Inhoudsopgave ...
Voorwoord ...
1. Abstract ... 1
2. Inleiding ... 2
2.1 Algemene pathogenese en indeling ... 2
2.2 Epidemiologie ... 3
2.3 Etiologie ... 3
2.3.1 Genetisch factoren ... 4
2.3.2 Fysische factoren ... 4
2.3.2.1 Ioniserende straling ... 4
2.3.2.2 Niet-ioniserende straling ... 5
2.3.3 Chemische factoren ... 5
2.3.4 Virale factoren ... 5
2.3.5 Leefstijl factoren ... 6
2.4 Classificatie ... 6
2.4.1 Cytomorfologische classificatie ... 6
2.4.2 Immunofenotypische en cytogenetische classificatie ... 6
2.5 Symptomen en kliniek ... 7
2.6 Genetische defecten ... 8
2.6.1 Numerieke afwijkingen ... 8
2.6.1.1 Hyperdiploïdie ... 8
2.6.1.2 Hypodiploïdie ... 8
2.6.1.3 Near haploïdie ... 8
2.6.2 Structurele afwijkingen ... 9
2.6.2.1 B-ALL ... 9
2.6.2.1.1 ETV6-RUNX1 ... 9
2.6.2.1.2 E2A-PBX1 ... 9
2.6.2.1.3 BCR-ABL (Philadelphia chromosoom) ... 10
2.6.2.1.4 MLL herschikkingen... 10
2.6.2.2 T-ALL ... 11
2.6.2.2.1 TAL1 ... 11
2.6.2.2.2 HOX11 ... 11
2.7 Diagnose ... 12
2.7.1 Biologie ... 12
2.7.2 Cytomorfologie (microscopie) ... 12
2.7.3 Immunofenotypering ... 12
2.7.3.1 Flowcytometrie ... 12
2.7.4 Cytogenetica ... 13
2.7.4.1 Conventionele cytogenetische analyse ... 13
2.7.4.2 Fluorescence in-situ hybridisatie (FISH) ... 13
2.7.5 Moleculaire evaluatie ... 13
2.7.5.1 Polymerase chain reaction (PCR) ... 13
2.7.5.2 Array Comparative Genomic Hybridization (aCGH) analyse ... 13
2.7.6 Radiografie ... 14
2.8 Therapie ... 14
2.8.1 Remissie-inductie fase ... 14
2.8.1.1 Glucocorticoïden ... 14
2.8.1.2 Asparaginase ... 15
2.8.1.3 Imatinib en dasatinib ... 15
2.8.2 Intensificatie fase (consolidatie fase) ... 15
2.8.3 Onderhoudsfase ... 15
2.8.4 Behandeling van het centraal zenuwstelsel ... 15
2.8.5 Allogene hematopoëtische stamceltransplantatie (Allo-HSCT) ... 16
2.9 Risicostratificatie ... 16
2.9.1 Aantal witte bloedcellen (WBC) ... 16
2.9.2 Leeftijd ... 17
2.9.3 Cytogenetische afwijking ... 17
2.9.4 Minimal residual disease (MRD) ... 17
2.9.5 CZS infiltratie... 17
2.9.6 Farmacogenetica ... 17
3. Methodologie en doelstelling ... 18
3.1 Pubmed ... 19
3.2 Web of Science ... 19
4. Resultaten ... 20
4.1 Herval: prevalentie, prognose, outcome en therapeutische mogelijkheden ... 20
4.2 Herval en klonaliteit ... 21
4.3 Vaak voorkomende mutaties in signaaltransductiewegen en de implicaties voor innovatieve behandelingsopties bij herval van ALL ... 22
4.3.1 Epigenetica ... 22
4.3.1.1 CREBBP ... 23
4.3.1.2 SETD2 ... 24
4.3.2 JAK-STAT pathway ... 25
4.3.3 Nucleoside metabolisme ... 27
4.3.3.1 PRPS1 ... 27
4.3.3.2 NT5C2... 29
4.3.4 Glucocorticoïden pathway ... 31
4.3.4.1 TBL1XR1 deleties... 31
4.3.5 Immunotherapie ... 32
4.3.5.1 CAR T-cellen ... 32
4.3.5.1.1 Cytokine release syndroom (CRS) ... 37
4.3.5.1.2 Tumor lysis syndroom (TLS) ... 38
4.3.5.1.3 Macrofaag activatie syndroom, neurotoxiciteit en aplasie ... 38
4.3.5.2 Blinatomumab ... 39
5. Discussie ... 43
6. Referenties ... 45 Bijlagen ... I Bijlage 1: Kaplan-meier plots met ziektevrije en totale overleving van 2852 behandelde kinderen met primaire ALL tussen 1962 en 2007. ... I Bijlage 2: Respons van CREBBP mutante cellen op dexamethasone en vorinostat ... II Bijlage 3: Chemo-resistentie tegen 6-MP en 6-TG bij NT5C2 mutante cellen. ... III Bijlage 4: Afkortingen ... IV
Voorwoord
Het schrijven van deze scriptie is een eerste stap geweest om mezelf te kunnen verdiepen in een subdomein van de geneeskunde. Nu ik terugblik op mijn scriptie, ben ik nog steeds enorm tevreden met de keuze van dit onderwerp. Graag had ik op voorhand enkele mensen willen bedanken die voor mij een cruciale rol spelen in mijn studie en bij het schrijven van mijn masterscriptie.
In de eerste plaats gaat mijn dank uit naar mijn promotor, prof. Dr. Tim Lammens, die mij in ieder opzicht steeds verder bracht in het leer- en schrijfproces. Hij stond te allen tijde klaar voor het nalezen van mijn tussentijdse versies, voor motiverende en opbouwende commentaar, voor verdere suggesties, voor aandachtspunten en verbeteringen, voor het beantwoorden van al mijn vragen en het verduidelijken van moeilijkere thema’s die hier aan bod zullen komen.
Verder wil ik mijn ouders bedanken, voor de onvoorwaardelijke steun en motivatie die zij mij altijd blijven geven in mijn studies. Zij zijn mijn eerste aanspreekpunt in moeilijkere tijden en zijn de meest trotse ouders wanneer mijn broer en ik slagen in onze persoonlijke doelen.
Daarnaast wil ik ook graag mijn vriend danken voor zijn interesse en eeuwige geduld in mijn studies.
Justine Vanderstraeten Oktober 2016
1
1. Abstract
Achtergrond: Acute lymfatische leukemie, gekenmerkt door een ongecontroleerde proliferatie van onrijpe lymfoïde stamcellen, is de meest frequente kinderkanker en gaat vaak gepaard met herval (15-20%). Ondanks de vooruitgang van de prognose van primaire ALL bij kinderen (met een overleving van 80-85%), wordt herval geassocieerd met een zeer ongunstige prognose o.a.
omwille van therapieresistentie. Herval van ALL is overigens één van de belangrijkste oorzaken van kankersterfte bij kinderen.
Doelstelling: In deze literatuurstudie trachten we een verband te leggen tussen moleculaire afwijkingen die in verschillende pathways gevonden worden bij hervallen ALL patiënten en de mogelijkheid om deze afwijkingen specifiek te targeten met nieuwe therapeutische strategieën om zo de therapieresistentie terug te schroeven. Er wordt tevens weergegeven hoe de gemuteerde relapse kloon kan evolueren van bij de diagnose opdat men eventueel in een vroegtijdig stadium kan ingrijpen met doelgerichte therapieën en zo herval kan vermijden.
Resultaten: In klinische studies van patiënten met herval werden diverse mutaties aangetroffen in verschillende signaaltransductiewegen. Therapieën werden reeds of worden nog steeds ontwikkeld om doelgericht te kunnen interfereren met mutante klonen: HDAC (histon deacetylase) inhibitoren werken in op epigenetische mutaties alsook op de glucocorticoïden resistentie, JAK-specifieke inhibitoren op JAK/STAT mutaties, small molecule inhibitoren en nucleotidase inhibitoren werken tot slot in op een verstoord nucleoside metabolisme.
Anderzijds kan er bij zeer chemorefractaire patiënten gebruik worden gemaakt van immunotherapieën, zoals blinatumomab en CAR T-cellen, die het immuunsysteem van de patiënt manipuleren om de leukemie te bestrijden.
Conclusie: Door uitgebreide genomische karakterisatie en door ontwikkeling van nieuwe doelgerichte en immunologische therapeutische mogelijkheden zijn er betere vooruitzichten in de behandeling en prognose van kinderen met herval van ALL. Deze recente behandelingen moeten echter nog verder klinisch getest en geoptimaliseerd worden om hun plaats in de standaard behandelingsschema’s nauwkeurig te definiëren.
2
2. Inleiding
2.1 Algemene pathogenese en indeling
Leukemie is een maligne aandoening van het beenmerg en bloed en wordt gekenmerkt door defecten in de progenitor of voorloper cellen (1). De progenitor cellen beschikken normaal over de capaciteit van uitrijping (ook wel differentiatie genoemd) tot de verschillende soorten bloedcellen en gecontroleerde celdeling (ook wel proliferatie genoemd) (2). Bij leukemie ontstaat er een overwoekering van al dan niet gedifferentieerde bloedcellen door een ongecontroleerde proliferatie en door het wegvallen van de normale regulatiemechanismen die tijdig zorgen voor apoptose of geprogrammeerde celdood (Figuur 1) (2, 3). Bij meer dan 25%
infiltratie van deze leukemische cellen of lymfoblasten in het beenmerg, spreekt men van leukemie (4).
Figuur 1. Verhouding bloedcellen bij gezonde patiënt versus patiënt met leukemie: er is een toename van het aantal, al dan niet gedifferentieerde, witte bloedcellen bij leukemie (3).
Leukemie kan worden ingedeeld in een acute en chronische vorm. Bij acute leukemie ontstaat er in het beenmerg een ongecontroleerde groei van onrijpe bloedcellen (5). Dit in tegenstelling tot chronische leukemie waarbij de cellen wel nog normaal uitrijpen, maar waarbij net zoals bij acute leukemie de regulatie tot gecontroleerde proliferatie wegvalt. Op basis van de aangetaste cellijn kunnen chronische en acute leukemie verder onderverdeeld worden in lymfoïde en myeloïde leukemie met respectievelijk aantasting van de witte en de rode cellijn. Acute lymfatische leukemie kan verder worden opgesplitst in B-cel ALL en T-cel ALL (6). De indeling ziet eruit als volgt:
3
Lymfatisch Myeloiëd
Acuut Acute lymfatische leukemie (ALL)
Acute myeloïde leukemie (AML)
Chronisch Chronische lymfatische leukemie (CLL)
Chronische myeloïde leukemie (CML)
Tabel 1. De verschillende vormen van leukemie.
Deze masterproef legt zich hoofdzakelijk toe op de pediatrische acute lymfatische leukemie.
2.2 Epidemiologie
Acute lymfatische leukemie (ALL) is de meest voorkomende kanker bij kinderen. De piekincidentie ligt tussen de leeftijd van 2 en 5 jaar, nochtans treft ALL zowel kinderen als volwassenen (1, 5). De ziekte treft iets meer jongens (±55%) dan meisjes (±45%) (5, 7). De totale incidentie is 1 tot 1,5 op 100 000 inwoners (8). Ondanks het feit dat ALL de meest voorkomende kinderkanker is, is deze ziekte zeldzaam (4). De overlevingscijfers van ALL bij kinderen liggen op ongeveer 80% tot 85% (Bijlage 1) (9-11). Dit percentage kan opklimmen tot 90% in klinische studies (clinical trials) waar men gebruik maakt van risicostratificatie en therapie aangepast aan de farmacogenetica en farmacodynamica van de patiënt (12-15).
De incidentie varieert naargelang de etniciteit. Het voorkomen van ALL is meer frequent bij het blanke ras (ook wel kaukasische ras genoemd) dan bij Afro-Amerikanen (5). Ook bij de hispanische (Latijns-Amerikaanse) populatie zou ALL, en dan voornamelijk B-cel ALL, frequenter voorkomen. T-cel leukemie echter zou meer voorkomen bij de zwarte populatie (4).
Deze populatie wordt bovendien vaker getroffen door ernstigere vormen van leukemieën, gekarakteriseerd door een hoger initieel aantal witte bloedcellen (WBC) en/of door infiltratie in het centraal zenuwstelsel (CZS) (7, 8).
Bij de indeling in B en T-cel acute lymfatische leukemie, maakt B-cel ALL 80-85% deel uit van ALL ten opzichte van T-cel ALL (15-20%) (5, 7).
2.3 Etiologie
De exacte pathogenetische mechanismen voor het ontstaan van ALL zijn nog niet volledig bekend. Het is echter wel duidelijk dat één enkele ‘hit’ of genetische afwijking niet kan leiden tot de ontwikkeling van leukemie. Men spreekt van een ‘minimal two-hits’ model (16).
4
Bij dit model zijn naast een genetische afwijking in utero bijkomende genetische defecten door blootstelling aan exogene factoren (chemisch, fysisch, viraal, leefstijl) noodzakelijk voor de maligne ontwikkeling van ALL (Figuur 2) (5, 12). Zo werd aangetoond dat bij eeneiige tweelingen met leukemie waarbij de leukemische stamcellen via het bloed van de ene tweeling naar de andere gebracht worden, de concordantie slechts 5 à 10 % bedraagt. Dit betekent dat er postnataal een bijkomende blootstelling moet zijn om tot een tweede genetische afwijking of second hit te komen (5, 16-18).
Zowel genetische, fysische en chemische factoren werden in verband gebracht met het onstaan van ALL, echter alles tesamen verklaren zij slechts een klein deel van de incidentie van ALL (5, 7, 19, 20).
Figuur 2. Etiologie van acute lymfatische leukemie. Two-hits model met aangeboren genetische defecten en bijkomende defecten door blootstelling aan exogene factoren. Hierbij is ook een zekere toevalsfactor (chance) betrokken (12).
2.3.1 Genetisch factoren
In enkele gevallen (<5%) hebben patiënten met aangeboren syndromen (syndroom van Down, ataxie-telengiëctasie, Nijmegen-breakage syndroom, Bloom’s syndroom) een predisponerende factor voor de ontwikkeling van ALL. Patiënten met Down syndroom hebben 10 tot 30 keer meer kans op het ontwikkelen van leukemie, en dan voornamelijk ALL (4, 5, 12, 20-22).
Ook polymorfismen (i.e. aangeboren variatie van allelen) van bepaalde genen kunnen een predisponerende factor zijn voor ALL (12). Allelische varianten van IKZF1, ARID5B, CEBPE en CDKNA2 zijn geassocieerd met pediatrische ALL (23-26).
2.3.2 Fysische factoren
2.3.2.1 Ioniserende straling
Blootstelling aan ioniserende straling is een sterk causale factor voor de ontwikkeling van leukemie. Dit werd bewezen na de atoombom in Hiroshima in 1945 met een significante
5
toename van het aantal gevallen met ALL (27). Hierbij ging het om hoge dosissen tot 200 mSv.
Ook lager gedoseerde ioniserende bestraling tijdens de zwangerschap geeft een significant verhoogd risico op ontwikkeling van leukemie bij het kind in utero (12, 19, 28, 29). Dit risico werd echter sterk verminderd door een reductie van röntgenfoto’s (RX) bij zwangere vrouwen.
De effecten van ioniserende straling kunnen tevens variëren naargelang de individuele variabiliteit en gevoeligheid voor bestraling (19).
2.3.2.2 Niet-ioniserende straling
De oorzakelijke invloed van elektromagnetische straling is nog steeds controversieel. Er is wel aangetoond dat blootstelling aan hoge dosissen (>0,4 mcT) geassocieerd is met een verhoogd risico, maar de betrouwbaarheid van deze bevinding is laag (12, 19, 30). Bij lagere dosissen werd geen evidentie gevonden voor een toenemend risico op leukemie (19). De biologische mechanismen van elektromagnetische straling zijn nog onvoldoende aangetoond. Indien elektromagnetische straling effectief een mogelijk oorzakelijk verband zou hebben, zou het slechts in een klein aandeel van de patiënten met ALL mede aan de basis liggen van de pathogenese (19).
2.3.3 Chemische factoren
Toxines, benzeen, cytostatica, alkalische agentia, pesticiden, uitlaatgassen en topoisomerase II inhibitoren kunnen ALL veroorzaken, maar veroorzaken meer frequent AML. Deze blootstelling kan in utero of postnataal optreden (19, 31-35).
2.3.4 Virale factoren
Infecties zijn sterk geassocieerd met het ontstaan van ALL (12). Tijdens de industrialisering werd een toename van ALL bij kinderen vastgesteld in de steden. Twee Britse onderzoekers stelden elk hun eigen hypothese op over het mogelijke causale verband tussen infecties en ALL.
Kinlen’s ‘population-mixing’ hypothese stelde dat door vermenging van een gevoeligere populatie met een andere geïnfecteerde populatie nieuwe infecties ontstonden (36, 37). Bij blootstelling aan deze nieuwe infecties, ontwikkelde de gevoeligere populatie ALL. Greaves
‘delayed infection’ hypothese is gebaseerd op het ‘two-hit’ model (38). Hij veronderstelde dat sommige kinderen reeds prenataal leukemische mutaties ontwikkelen, dit is de first hit.
Wanneer deze kinderen vanaf de geboorte te weinig blootgesteld worden aan infecties door betere hygiënische omstandigheden, ontwikkelt hun immuunsysteem een abnormale respons bij een laattijdige blootstelling aan infecties. Dit is de second hit. Een normaal immuunsysteem moet echter vanaf de geboorte in aanraking komen met infecties om te kunnen uitrijpen tot een
6
matuur immuunsysteem (20). Influenza virussen zouden mogelijke oorzakelijke virussen kunnen zijn. Indien de biologische mechanismen van infecties als mogelijke oorzaak voor ALL nog verder worden onderzocht, zou men hierop in de toekomst eventueel profylactisch kunnen ingrijpen (12).
2.3.5 Leefstijl factoren
Factoren die eventueel leiden tot een verhoogd risico op leukemie zijn: alcoholgebruik, roken, maternale dieet en vitamine inname. Er is nog onvoldoende evidentie over het risico van roken en alcoholconsumptie tijdens de zwangerschap. Genetische vatbaarheid en predispositie kunnen de effecten hiervan bovendien beïnvloeden. Bij verhoogde consumptie van topo- isomerase inhibitoren II in de maternele voeding is het risico op leukemie mogelijks verhoogd, voornamelijk bij AML (19, 28).
2.4 Classificatie
2.4.1 Cytomorfologische classificatie
Oorspronkelijk werd leukemie ingedeeld op basis van cytologie en morfologie van de maligne cellen volgens het French-American-British system (FAB) (39). Er wordt tegenwoordig afgestapt van dit systeem omdat het geen enkele prognostische info verschaft (8). Op basis van morfologie vinden we 3 soorten lymfoblasten: L1, L2 en L3.
- L1: kleine lymfoblasten, homogeen chromatine, ronde/ovale nucleus, licht basofiel cytoplasma, weinig cytoplasma, komen frequent voor in pediatrische leukemie (5, 8) - L2: grotere cellen dan L1, minder homogene nucleus, ovale of onregelmatige nucleus,
prominentere en soms multipele nuclei, meer cytoplasma (5, 8)
- L3: vrij grote lymfoblasten, homogene cellen, sterk basofiel cytoplasma, vacuoles, grote ronde/ovale nuclei, onregelmatige nucleoli, dit type lymfoblasten is meestal gelinkt met Burkitt leukemie (5, 8)
2.4.2 Immunofenotypische en cytogenetische classificatie
De immunologische indeling gebeurt volgens de moderne World Health Organization (WHO) classificatie (2008) (Tabel 2) (40). Bij immunofenotypering kunnen door middel van flowcytometrie (Zie 2.7.3.1 Flowcytometrie) specifieke merkers gevonden worden voor B-cel ALL en T-cel ALL. In de B-cellijn vindt men de merkers CD19, CD22, CD20 en CD79a. In de T-cellijn vindt men CD1a, CD3, CD4, CD5, CD7 en CD8 (41). Beiden zijn ook positief voor
7
terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT), een merker die enkel tot expressie komt bij onrijpe T en B cellen. B-ALL wordt verder onderverdeeld volgens specifieke genetische abnormaliteiten. Deze cytogenetische indeling laat risicobepaling toe (Tabel 2). Omwille van haar prognostische waarde heeft deze indeling de FAB classificatie vervangen (Zie 2.4.1 Cytomorfologische classificatie) (4, 5).
WHO classificatie (2008)
B lymfoblastische leukemie/lymfoom
B lymfoblastische leukemie/lymfoom, NOS
B lymfoblastische leukemie/lymfoom met recurrente genetische abnormaliteiten B lymfoblastische leukemie/lymfoom met t(9;22)(q34;q11.2); BCR-ABL1 B lymfoblastische leukemie/lymfoom met t(v;11q23); MLL herschikking
B lymfoblastische leukemie/lymfoom met t(12;21)(p13;q22) TEL-AML1 (ETV6-RUNX1) B lymfoblastische leukemie/lymfoom met hyperdiploidie
B lymfoblastische leukemie/lymfoom met hypodiploidie
B lymfoblastische leukemia/lymfoom met t(5;14)(q31;q32) IL3-IGH B lyfmoblastische leukemia/lymfoom met t(1;19)(q23;p13.3);TCF3-PBX1 T lymfoblastische leukemie/lymfoom
Tabel 2. WHO classificatie van ALL (revisie in 2008). Immunofenotypische en cytogenetische indeling (40).
2.5 Symptomen en kliniek
De symptomen van ALL zijn vaak niet specifiek en kunnen ofwel zeer acuut ofwel geleidelijk over een paar maanden optreden. De eerste symptomen die vaak vooraf gaan zijn koorts, nachtzweten, gewichtsverlies en algemene malaise. Ook lethargie (slaapzucht) kan hiermee gepaard gaan (4, 5, 8).
Bij infiltratie van de ziekte in andere weefsels treden bijkomende symptomen op. De helft van de patiënten vertonen vergrote klieren wat wijst op een veralgemeende (maligne) lymfadenopathie. Ook splenomegalie en hepatomegalie kunnen aanwezig zijn. Bij infiltratie in het bot en gewricht, kunnen klachten van botpijn en gewrichtspijn optreden. Bij kinderen kan dit opgemerkt worden aan de hand van een asymmetrisch gangpatroon. Ook wanneer jonge kinderen niet leren stappen, moet men bedacht zijn op aanwezige botpijnen. In sommige gevallen kan de aantasting zo ver gaan dat het bot afgebroken wordt (i.e. osteopenie). Infiltratie
8
in het centraal zenuwstelsel (CZS) geeft een verhoging van de intracraniële druk wat aanleiding geeft tot hoofdpijn en braken (4, 5, 8).
Bij ALL belemmeren de onrijpe leukemische cellen de normale aanmaak van bloedcellen. Dit leidt tot een tekort aan rijpe bloedcellen met anemie, leukopenie en trombocytopenie als gevolg.
Anemie wordt gekenmerkt door moeheid, lethargie, kortademigheid en bleekheid.
Trombocytopenie veroorzaakt (gingivale) bloedingen, hemorragieën, petechieën, echymosen en purpura. Leukopenie verklaart de hogere gevoeligheid voor (ernstige) infecties en de aanwezigheid van koorts (4, 5).
2.6 Genetische defecten
2.6.1 Numerieke afwijkingen
2.6.1.1 Hyperdiploïdie
Een toename van het aantal chromosomen of hyperdiploïdie (>50 chromosomen) is één van de meest frequente genetische defecten bij pediatrische ALL (25-30%) en kent een zeer goede prognose (Figuur 3) (12). De betrokken chromosomen zijn meestal beperkt tot chromosomen 4, 6, 10, 14, 17, 18, 21, en X (1, 42). In 95% van de gevallen is er een toename van het aantal chromosomen 4, 6, 10 of 17 en deze zijn sterk geassocieerd met een gunstige prognose (42-45).
De huidige vijfjaarsziektevrije overleving ligt op 80-90% (42).
2.6.1.2 Hypodiploïdie
Wanneer chromosomen verloren gaan, spreekt men van hypodiploïdie (<44 chromosomen).
Hypodiploïdie komt voor bij 5-8% van de kinderen met ALL en gaat gepaard met een slechte prognose (46). Naargelang het overblijvende aantal chromosomen kunnen patiënten ingedeeld worden in lage hypodiploïdie (32-39 chromosomen), hypodiploïdie (40-43 chromosomen) en near diploïdie (44-45 chromosomen) (47). De prognose wordt minder gunstig bij een dalend aantal chromosomen (42).
2.6.1.3 Near haploïdie
Bij near haploïdie ligt het chromosomenaantal tussen 24 en 31 chromosomen en is het gelinkt aan een slechte prognose. In 2/3 van de gevallen van near haploïdie worden mutaties/deleties gevonden in IKZF3 en mutaties in de receptor tyrosine kinase (RTK)-RAS signaalweg (42, 48).
9
Figuur 3. Prevalentie van cytogenetische en moleculaire genetische defecten bij pediatrische acute lymfatische leukemie (12).
2.6.2 Structurele afwijkingen
2.6.2.1 B-ALL
2.6.2.1.1 ETV6-RUNX1
Translocatie t(12;21)(p13;q22) resulteert in een fusieproteïne ETV6-RUNX1 of TEL-AML1 (42, 49, 50). Dit fusie-eiwit inhibeert de normale transcriptieactiviteit van AML1 hetgeen leidt tot een gewijzigde zelfvernieuwende capaciteit en een verstoorde maturatie van de hematopoëtische stamcel (51, 52). Deze translocatie kan niet worden gedetecteerd met de klassieke cytogenetische karyotypering, maar wel met FISH en/of RT-PCR (1, 42) (Zie 2.7.4.2 Fluorescence in-situ hybridisatie (FISH) en 2.7.5.1 Polymerase chain reaction (PCR)). Het is de meest voorkomende translocatie bij kinderen met B-ALL (±25%) en heeft een zeer goede prognose met een ziektevrije overleving van 90% (1, 42).
2.6.2.1.2 E2A-PBX1
Translocatie t(1;19)(q23;p13) is sterk geassocieerd met B-ALL en kan voorkomen in een gebalanceerde en ongebalanceerde vorm der(19)t(1;19)(q23;p13) (1, 42, 43). De gebalanceerde variant werd vroeger geassocieerd met een slechte prognose, maar dankzij de huidige behandelingsmogelijkheden stijgen de overlevingskansen, hetgeen leidt tot een betere prognose
10
met een vijfjaarsziektevrije overleving van 84%. De translocatie leidt tot de fusie van DNA bindend domein PBX1 en de transactivatie domeinen van E2A. Dit fusie-eiwit verhindert de hematopoëtische differentiatie door het verstoren van de expressie van homeobox (HOX) genen en de transcriptie activiteit van E2A (42, 51). De prevalentie van deze translocatie bij pediatrische ALL is 6% (42, 53-56).
2.6.2.1.3 BCR-ABL (Philadelphia chromosoom)
Translocatie t(9;22)(q34;q11.2) van het ABL gen (Abl-oncogen 1) naar het BCR gen (breakpoint cluster gen) resulteert in de vorming van het Philadelphia chromosoom (57). Dit leidt tot de vorming van een nieuw fusie-eiwit BCR-ABL1 dat fungeert als een tyrosine kinase oncogen (5, 42, 43). Het verstoort de differentiatie, de geprogrammeerde celdood en wijzigt de zelfvernieuwende capaciteit van de hematopoëtische stamcel (51, 58). Omdat het BCR gen twee breekpunt gebieden bezit, zijn er 2 varianten van het fusie-eiwit: major BCR en minor BCR.
Deze major variant komt voornamelijk voor bij CML (99%) en slechts in een kleine minderheid bij ALL. De minor variant komt frequenter voor bij ALL (42, 43). De prognose van kinderen met BCR-ABL1-positieve ALL is zeer slecht (57). Nochtans verloopt het herstel gunstiger dankzij het recent gebruik van imatinib mesylaat (een tyrosine kinase inhibitor) (5, 42). Het Philadelphia chromosoom komt meer voor bij volwassenen (25-30%) en is aanwezig in 3-5%
van de pediatrische gevallen van ALL (5, 42). Bij 2/3 van deze patiënten worden er meerdere secundaire chromosomale defecten gedetecteerd (42).
2.6.2.1.4 MLL herschikkingen
Translocaties van het MLL (KMT2A) gen, gelegen op chromosoom 11, komen voor bij 2/3 van de zuigelingen met ALL en bij 1-2% van de oudere kinderen met ALL (59, 60). Het MLL gen codeert normaliter voor een eiwit met methyltransferase activiteit dat zorgt voor de regulatie van de hematopoëse (42). Bij genherschikkingen valt de methylatie van HOX genen weg met als gevolg een afwijkende proliferatie en overlevingscapaciteit van de hematopoëtische stamcellen (42, 51, 61). De meest voorkomende translocatie is t(4;11)(q21;q23) en vormt het fusie-eiwit MLL-AF4 (KMT2A-AFF1). Er zijn echter heel wat andere MLL-translocaties gekend, zoals t(11;19)(q23; p13.3) die het fusie-eiwit MLL-ENL vormt (42). De prognose is slecht (62).
11 2.6.2.2 T-ALL
2.6.2.2.1 TAL1
Bij genherschikkingen in T-cel ALL zijn de T cel receptor genen (TCR) betrokken. Translocatie t(1;14)(p32~34;q11) leidt tot overexpressie van TAL1 met een afwijkende hematopoëse tot gevolg. Deze herschikking komt voor in 3-6% van de kinderen met ALL. Andere genen betrokken bij deze translocaties zijn TAL2, MYC, LYL1, HOX11 (12).
2.6.2.2.2 HOX11
De translocatie t(10;14)(q24;q11) en zijn variant t(7;10)(q35;q24) herschikken HOX11 met respectievelijk TCRD en TCRB. Dit geeft aanleiding tot overexpressie van HOX11 wat leidt tot een afwijkende proliferatie en overlevingscapaciteit van de hematopoëtische stamcellen. Deze genherschikkingen komen voor in 4-7% van de kinderen met ALL en worden in verband gebracht met een gunstigere prognose (1).
Cytogenetische afwijking
Betrokken gen
Klinische relevantie (prognose)
Prevalentie bij kinderen
hyperdiploïdie zeer gunstige prognose 25-30%
hypodiploïdie
ongunstige prognose, progressief met dalend
chromosomenaantal
5-8%
near haploïdie ongunstige prognose
t(12;21)(p13;q22) TEL-AML1 zeer gunstige prognose 25%
t(1;19)(q23;p13) E2A-PBX1 matig tot gunstige prognose 6%
t(9;22)(q34;q11.2) BCR-ABL1 gunstigere prognose dankzij
tyrosine kinase inhibitoren 3-5%
Translocatie 11q23 MLL ongunstige prognose, vooral bij zuigelingen
bij 2/3 zuigelingen, 1-2% bij oudere kinderen
t(4;11)(q21;q23) MLL-AF4 t(11;19)(q23; p13.3) MLL-ENL
t(1;14)(p32~34;q11) TAL1 3-6%
t(10;14)(q24;q11) HOX11 gunstige prognose 4-7%
Tabel 3. Genetische defecten met hun prognose en prevalentie.
12
2.7 Diagnose
Voor de diagnosestelling is een combinatie van cytomorfologie, histologie, immunofentoypering en cytogenetica essentieel (5, 12, 63). Moleculaire technieken als RT- PCR en micro-array analyse zijn belangrijk voor verdere diagnostische en prognostische info.
Voor de detectie van infiltratie van lymfoblasten in het centraal zenuwstelsel wordt na een lumbaal punctie het cerebrospinaal vocht (CSV) geëvalueerd (4, 8).
2.7.1 Biologie
In de acute setting is een bloedstaal een eerste stap tot de diagnose van leukemie. Hierbij wordt het CBC (complete blood count) gemeten waarbij de witte bloedcellen meestal verhoogd zijn (soms normaal of laag), de bloedplaatjes en rode bloedcellen verlaagd (respectievelijk trombocytopenie en anemie). Hypocalciëmie, hyperkaliëmie, hyperfosfatemie, hyperuricemie, hoog LDH en hoog creatinine wijzen op tumor lyse syndroom, dat soms kan voorkomen na behandeling. Onderzoek van een beenmerg aspiraat is noodzakelijk voor de definitieve diagnose (8).
2.7.2 Cytomorfologie (microscopie)
De morfologische beschrijving van lymfoblasten in het bloed en beenmerg zijn essentieel voor een correcte diagnose en indeling van ALL (Zie 2.4.1 Cytomorfologische classificatie) (5).
2.7.3 Immunofenotypering
Immunofenotypering is noodzakelijk voor de diagnosestelling en voor classificatie van ALL in een T-cellijn en B-cellijn door detectie van specifieke merkers (5). Deze merkers komen tot expressie op het celoppervlak of in het cytoplasma van de lymfoblasten. Immunofenotypering gebeurt aan de hand van flowcytometrie (5, 7).
2.7.3.1 Flowcytometrie
Hierbij worden leukemische cellen gemerkt met antilichamen om te bepalen welke merkers tot expressie komen op het celoppervlak. De cellen gaan doorheen een flowcytometer. Bij de aanwezigheid van de gezochte merkers zullen de cellen in kwestie fluoresceren en kunnen de T en B lymfoblasten van mekaar gescheiden worden. Het resultaat is bepalend voor het indelen van de ziekte in subtypes (4, 20).
Daarnaast wordt flowcytometrie ook gebruikt voor detectie van residuele leukemische cellen of ‘minimal residual disease’ (MRD) na therapie (zie 2.9.4 Minimal Residual Disease).
13
Deze laatste is de belangrijkste prognostische indicator voor het risico op herval (64).
Flowcytometrie detecteert (net zoals PCR) reeds MRD in hoeveelheden die bij morfologische analyse (op perifeer bloed of beenmerg) niet kunnen worden waargenomen (2, 4, 12, 65, 66).
2.7.4 Cytogenetica
Het in beeld brengen van chromosomale defecten zorgt niet alleen voor een volledige diagnose, het leidt tevens tot verdere subclassificatie en heeft een belangrijke prognostische waarde (4, 5, 45).
2.7.4.1 Conventionele cytogenetische analyse
Bij conventionele cytogenetica stelt men een karyotype op met behulp van een bloed- en/of beenmergstaal. Nadeel van deze techniek is dat het enkel kan toegepast worden op delende cellen (in metafase) en dat ze technisch moeilijker uitvoerbaar is. Een alternatieve methode is de fluorescence in-situ hybridisatie (FISH) (5).
2.7.4.2 Fluorescence in-situ hybridisatie (FISH)
Bij FISH zorgt men voor hybridisatie van gemarkeerde (fluorescente) probes met het DNA in de nuclei van leukemische cellen. De nuclei bevinden zich in de metafase of interfase en leveren zo het voordeel dat deze techniek kan uitgevoerd worden op niet-levende cellen, in tegenstelling tot de conventionele cytogenetica. Bovendien is de FISH techniek sneller en gevoeliger (5, 67, 68).
2.7.5 Moleculaire evaluatie
2.7.5.1 Polymerase chain reaction (PCR)
PCR is een gevoeligere en snellere techniek voor detectie van genherschikkingen. Reverse transcriptase PCR (RT-PCR) detecteert translocaties die resulteren in fusie-eiwitten.
Quantitative RT-PCR (qPCR) detecteert en kwantificeert MRD, net zoals flowcytometrie (5, 65).
2.7.5.2 Array Comparative Genomic Hybridization (aCGH) analyse
Dankzij de techniek van DNA microarray kunnen deleties of inserties in het DNA van leukemische cellen snel opgespoord worden en kan het chromosoomaantal worden bepaald (12). Dit leidt tot een nauwkeurigere identificatie en definiëring van de verschillende subklassen van ALL (45). Deze verdere subtypering levert een bijkomende prognostische significantie en verschaft een beter inzicht in de effecten van de therapie (2, 12, 20, 63, 67).
14 2.7.6 Radiografie
Met een RX thorax kan een mediastinale massa gedetecteerd worden, hetgeen frequenter voorkomt bij T-ALL dan B-ALL (4). Bij kinderen kunnen tevens een vergrote thymus en lymfadenopathie via radiografie opgespoord worden (8).
2.8 Therapie
De therapie van ALL bestaat uit 3 opeenvolgende fasen: remissie-inductie fase, intensificatie (of consolidatie) fase en een onderhoudsbehandeling. De totale behandeling duurt 2 tot 3 jaar.
Naargelang de risicogroepen kunnen de intensiteit, toxiciteit en duur van de chemotherapie aangepast worden. Bij infiltratie van de leukemie in het CZS is er bijkomende intrathecale of systematische chemotherapie nodig. Enkel bij zeer hoog risico patiënten of bij het falen van de chemotherapie, is allogene stamceltransplantatie een alternatieve optie.
2.8.1 Remissie-inductie fase
In deze eerste fase beoogt men een totale uitroeiing (eradicatie) van meer dan 99% van de initiële leukemische cellen en wordt de normale hematopoëse hersteld. 90 tot 95% van de patiënten bereikt deze fase van complete remissie (8, 51, 65). Remissie is niet hetzelfde als genezing aangezien een klein aandeel lymfoblasten dit deel van de therapie overleven. Zonder bijkomende chemotherapie zullen vele patiënten in remissie toch hervallen (7). De remissie- inductie fase omvat 4 componenten: glucocorticoïden (prednisolone of dexamethasone), vincristine, asparaginase en al dan niet anthracycline. Standaard risico patiënten krijgen de combinatie van de eerste drie stoffen. Bij hoog risico en zeer hoog risico patiënten is de toediening van anthracycline noodzakelijk (7, 12, 20, 51). Deze fase gaat steeds gepaard met hospitalisatie en duurt 4 à 6 weken (12, 20, 65).
2.8.1.1 Glucocorticoïden
Door een betere infiltratie in het CZS en een langere halfwaardetijd heeft dexamethasone een beter effect op de controle van leukemie met aantasting in het CZS. Bovendien is de overleving bij kinderen met T-ALL en jonge kinderen met B-ALL beter als men bij prednisolone dexamethasone toevoegt en dit in een verhouding van 7/1. Wanneer prednisolone echter in hogere dosis (>7/1) wordt toegediend, is er geen verschil meer in werkzaamheid van de beide stoffen. De keerzijde van het gebruik van dexamethasone zijn de systemische bijwerkingen (infectie, osteonecrose, fracturen, psychose, myopathie) die frequenter voorkomen dan bij prednisolone (12, 20, 51, 65).
15 2.8.1.2 Asparaginase
Voor asparaginase zijn er verschillende types beschikbaar: Erwinia Chrysanthemi asparaginase, Escheria coli asparaginase en PEG-asparaginase (monoethoxypolyethylene glycol succinimidyl conjugate of E coli L-asparaginase). Het Erwinia asparaginase wordt echter in praktijk, in het geval van een nieuwe diagnose ALL, enkel gebruikt wanneer er nevenreactie (allergie) optreedt tegen het E. Coli asparaginase of wanneer de therapeutische werking van het E. Coli asparaginase teniet wordt gedaan door neutraliserende antilichamen zonder dat zich een zichtbare allergische reactie instelt (69). Er kunnen ook complicaties onstaan in de remissiefase omwille van een farmacokinetische interactie tussen asparaginase en glucocorticoïden.
2.8.1.3 Imatinib en dasatinib
Imatinib is een tyrosine kinase inhibitor en wordt specifiek gebruikt bij patiënten met BCR- ABL1 positieve leukemie (70, 71). Deze toevoeging leidt tot remissie in meer dan 90% van de gevallen. Dasatinib, ook een tyrosine kinase inhibitor, werkt zowel in op ABL kinase als Src kinase en kent een grotere activiteit tegen (imatinib-resistente) BCR-ABL1 positieve leukemie.
Bovendien dringt dasatinib beter door in het CZS (20, 51, 71).
2.8.2 Intensificatie fase (consolidatie fase)
Na herstel van de hematopoëse tracht men de residuele leukemische cellen die overleven na remissie, te vernietigen. Zo wordt het risico op herval gereduceerd. De cytostatica die men hierbij gebruikt, zijn methotrexaat in hoge dosis en mercaptopurine. Daarbij kunnen vincristine en glucocorticoiden in pulsen worden toegediend en asparaginase in hoge dosis en zonder onderbrekingen. De fase duurt 6 à 9 maanden (20, 51, 65).
2.8.3 Onderhoudsfase
De onderhoudsbehandeling is van belang om herval te voorkomen eenmaal complete remissie is bereikt. Deze fase van chemotherapie is veel minder intensief dan de voorgaande fasen.
Patiënten krijgen dagelijks mercatopurine en wekelijks methotrexaat en dit voor een periode van minstens 2 tot 2,5 jaar. Deze cytostatica kunnen eventueel aangevuld worden met pulsen van vincristine en dexamethasone (20, 51, 65, 72)
2.8.4 Behandeling van het centraal zenuwstelsel
Patiënten met hoog risico op herval van leukemie in het centraal zenuwstelsel, worden vanaf de remissie-inductiefase behandeld met intrathecale chemotherapie of systematische chemotherapie. Patiënten met hoog risico zijn diegene met het T-cel immunofenotype, met een
16
hoog aantal leukemische cellen en/of met aanwezigheid van leukemische cellen in het cerebrospinaal vocht (CSV). Omwille van de acute en chronische complicaties (endocrinopathieën, neurocognitieve effecten, secundaire tumoren) wordt craniale radiotherapie enkel nog heel zelden gebruikt bij patiënten met zeer hoog risico op herval, zoals bij leukemie van het CZS of T-ALL (7, 20, 51, 65, 73).
2.8.5 Allogene hematopoëtische stamceltransplantatie (Allo-HSCT)
Allogene hematopoëtische stamceltranslplantatie is de meest intensieve therapie voor ALL en wordt enkel toegepast bij zeer hoog risico patiënten zoals patiënten met het Philadelphia chromosoom of bij het falen van de conservatieve therapie. Ideale donoren zijn geschikte verwante donoren. Studies hebben echter aangetoond dat allogene transplantatie met een geschikte niet-verwante donor dezelfde resultaten oplevert (12, 20, 51, 65).
2.9 Risicostratificatie
Door middel van risicostratificatie kunnen patiënten ingedeeld worden in risicogroepen. Deze indeling zorgt voor een aangepast therapeutisch schema waarbij de lagere risicogroepen een minder agressieve dosis van chemotherapie nodig hebben, terwijl agressieve dosissen bij hogere risicogroepen noodzakelijk zijn (45, 65, 74, 75). De volgende risicofactoren zijn reeds gekend. (Figuur 4) (65).
Figuur 4. Hoog-Risicofactoren bij ALL (65).
2.9.1 Aantal witte bloedcellen (WBC)
Het aantal witte bloedcellen op het moment van de diagnose heeft een belangrijke prognostische waarde. Hoe hoger dit aantal, hoe hoger het risico. Tot 50 000 WBC/µL spreekt men van een standaard risico, boven die grens spreekt men van een hoog risico (4, 65).
17 2.9.2 Leeftijd
Patiënten tussen 1 en 10 jaar hebben een standaard risico. Dit heeft onder andere te maken met het feit dat de cytogenetische afwijkingen die op deze leeftijd voorkomen gunstigere prognosen hebben. Zuigelingen (<1 jaar) hebben een zeer agressieve vorm van ALL (Zie ook 2.6.2.1.4 MLL herschikkingen) (59, 60). Samen met de WBC wordt leeftijd gebundeld tot de National Cancer Institute (NCI) criteria. Bij toepassing van de NCI criteria krijgen we een standaard risico bij leeftijd tussen 1 en 10 jaar en aantal WBC onder 50 000/µL (4, 65).
2.9.3 Cytogenetische afwijking
De cytogenetische afwijkingen met de meest gunstige prognosen zijn hyperdiploïdie en ETV6- RUNX1 translocatie (1, 42, 44). Hypodiploïdie daarentegen is sterk geassocieerd met een slechte prognose. Ook de genherschikkingen BCR-ABL1 (Philadelphia chromosoom) en MLL zijn geassocieerd met een hoger risicoprofiel (57, 62, 65).
2.9.4 Minimal residual disease (MRD)
Op het einde van de inductiefase (dag 29) van de therapie wordt met flowcytometrie of PCR het aantal residuele leukemische cellen gemeten. De vijfjaarsziektevrije overleving bij het bereiken van een MRD van minder dan 0,01% ligt op 90%. Bij een groter MRD percentage wordt de prognose slechter. Het antwoord op therapie is dus een belangrijke factor geworden in het voorspellen van het verdere verloop van de ziekte. Bij het falen van de inductiefase hebben patiënten een zeer slechte prognose (65). MRD is de belangrijkste prognostische factor (76-78).
2.9.5 CZS infiltratie
De betrokkenheid van het centraal zenuwstelsel bij leukemie wijst op een hoger risico. Men spreekt van infiltratie in het centraal zenuwstelsel bij een leukocytenaantal in het CSV van 5/µL of bij klinische detectie van uitval van de craniale zenuwen (65).
2.9.6 Farmacogenetica
Polymorfismen van transporteiwitten, receptoren en enzymen kunnen de effecten van cytostatica verhinderen en de therapie doen falen. Dit leidt tot een groter risico op herval (20).
18
3. Methodologie en doelstelling
Vooraleer er gezocht werd naar literatuur voor het schrijven van de inleiding en resultaten, werd eerst getracht om een algemeen inzicht te creëren in de thematiek van deze literatuurstudie.
Hiervoor werd in Pubmed gebruik gemaakt van alomvattende zoektermen als ‘acute lymphoblastic leukemia’ en ‘relapse’.
Vervolgens werden artikels verzameld voor de inleiding die de verschillende aspecten van acute lymfatische leukemie omvatten. Hiervoor werden in databanken Pubmed en Web of Science verscheidene combinaties van de volgende zoektermen aangewend: ‘acute lymphoblastic leukemia’, ‘lymfoid leukemia’, ‘pediatric’, ‘diagnosis’, ‘therapy’, ‘classification’, ‘genetics’,
‘epidemiology’. De filters werden ingesteld op ‘Engels’ en ‘review’. Verder werd (indien mogelijk) ook rekening gehouden met de impact factor van tijdschriften en met artikels van bepaalde auteurs die een aanzienlijke rol spelen in de thematiek van deze masterscriptie.
Wanneer verdere detaillering nodig was, werd deze gedaan op basis van de referenties vermeld in de review-artikels voor het desbetreffende onderdeel.
De datacollectie van artikels voor de resultatensectie gebeurde tevens in databanken PubMed (Tabel 4) en Web of Science (Tabel 5). Combinaties van de volgende zoektermen werden toegepast: ‘precursor cell lymphoblastic leukemia-lymphoma’, ‘acute lymphoblastic leukemia’, ‘recurrent’, ‘relapsed’, ‘recurrence’, ‘pediatrics’, ‘childhood’, ‘molecular’. In tegenstelling tot de inleiding was het voor het resultatengedeelte van belang dat de artikels zich zouden beperken tot de laatste 5 à 6 jaar aangezien er zich recent heel wat nieuwe bevindingen en ontwikkelingen voordoen omtrent het onderwerp van deze literatuurstudie. Ook hier werden artikels in het Engels geselecteerd. Verdere selectie gebeurde op basis van titel en nadien op basis van het lezen van de abstract. In samenspraak met de promotor werd gekozen om deze studie te starten vanuit de focus op het onderzoek naar moleculaire afwijkingen vertrekkend vanuit de relapse setting zelf en niet op het vinden van diagnostische merkers waarbij men start vanuit de diagnose. Op die manier werden de abstracten gescreend. Bijkomende dataselectie gebeurde tijdens het lezen van de vooraf geselecteerde artikels wanneer gerefereerd werd naar andere artikels omtrent hetzelfde onderwerp. Er werd zoveel mogelijk gebruik gemaakt van gegevens uit klinische studies in de pediatrische setting zelf, daar waar deze data echter ontbraken, werden gegevens uit volwassenen studies of dierenexperimenten gebruikt.
De referentielijst werd vastgelegd met behulp van het referentieprogramma EndNote X7.
19
3.1 Pubmed
Zoektermen Filters Resultaten Bijkomende filters Resultaten
“Precursor cell Lymphoblastic Leukemie-Lymphoma” [Mesh]
AND “Recurrence” [Mesh]
English
Published in last 5 years 351 Clinical trial Phase I Clinical trial Phase II 33
Acute lymphoblastic leukemia recurrent
English
Published in last 5 years 194 Child: birth-18 years 83
Relapsed childhood acute lymphoblastic leukemia
English
Published in last 5 years 373 Clinical trial Phase I Clinical trial Phase II
46
Relapsed childhood acute lymphoblastic leukemia molecular
English
Published in last 5 years 72
Tabel 4. Zoektermen voor resultatensectie in Pubmed.
3.2 Web of Science
Zoektermen Filters Resultaten Bijkomende filters Resultaten
Relapsed acute lymphoblastic leukemia AND childhood
English
Publication years:
2010-2016
664 Op basis van titels en/of abstract
Tabel 5. Zoektermen voor resultatensectie in Web of Science.
20
4. Resultaten
4.1 Herval: prevalentie, prognose, outcome en therapeutische mogelijkheden
De novo ALL is de meest voorkomende vorm van kanker bij kinderen en maakt voor 25% deel uit van alle kinderkankers (79). Ondanks een goede vijfjaarsoverleving hervalt ongeveer 15 tot 20% van de kinderen met ALL en deze groep (die we ook `relapse ALL` zullen noemen) heeft een slechte prognose onder andere omwille van hoge chemotherapeutische resistentie. Relapse ALL is één van de belangrijkste redenen van kankersterfte bij kinderen (79-82).
De prognose van relapse patiënten wordt bepaald door een aantal factoren (Tabel 6): duur van de 1e remissie, immunofenotype, anatomische locatie van herval (80% van de patiënten kent een herval van de ziekte in het beenmerg) en de moleculaire respons op therapie (MRD) (83, 84). Op basis van deze prognostische factoren worden patiënten onderverdeeld in risicogroepen. De risicogroepen zijn standaard risico en hoog risico (85).
Riscostratificatie van relapse ALL Prognostische factoren Ongunstige prognose
1. Duur CR1 >30 maanden
2. Immunofenotype T-ALL
3. Locatie herval Beenmerg
4. MRD ≥ 0,01%
Tabel 6: Risicostratificatie van relapse ALL (84).
Met behulp van de risicostratificatie kan per groep een behandeling op maat worden ingesteld (risk oriented therapy). Chemo intensificatie (inclusief locale bestraling of stamceltransplantatie) wordt toegepast bij patiënten uit de standaard risicogroep die voordien geen stamceltransplantatie ondergingen. Patiënten uit de hoog risicogroep ondergaan chemo reïnductie. Indien zij in 2e remissie gaan, wordt dit geassocieerd met een gunstige prognose. In deze risicogroep is er tevens nood aan een geïndividualiseerde behandeling op basis van de moleculaire afwijkingen die een doelgerichte moleculaire behandeling al of niet toelaten (85, 86).
21
De meeste patiënten hervallen tijdens of binnen de twee jaar na de behandeling van de primaire ALL. Laattijdig herval wijst eerder op een de novo ontwikkeling van een secundaire leukemie dan op herval (84).
In tegenstelling tot de vooruitgang van de prognose bij primaire ALL is de prognose van relapsed ALL amper verbeterd (85). Voor een aangepaste therapeutische aanpak van hervallen patiënten zijn nieuwe behandelingen in ontwikkeling of reeds in gebruik. Enkele belangrijke behandelingsmogelijkheden bij herval zijn nucleoside analogen, monoclonale antilichamen, doelgerichte moleculaire therapieën, anti-metabolieten en nieuwe chemotherapeutische formules. Ondanks deze recente ontwikkelingen dient de behandeling van relapse ALL nog verder geoptimaliseerd te worden (84).
4.2 Herval en klonaliteit
Relapse ALL resulteert veelal uit klonale selectie en evolutie van een mineure subkloon bij de diagnose tot een predominante kloon bij herval (87, 88). De relapse kloon is meer therapieresistent door de ontwikkeling van chemoresistente subklonen en/of het verwerven van bijkomende genetische afwijkingen tijdens de behandeling met chemo (82, 89). Die bijkomende mutaties werken chemoresistentie in de hand (87). Doordat deze relapse kloon vaak reeds aanwezig is bij de diagnose, wordt dit een belangrijk aangrijpingspunt voor mutatie- doelgerichte therapie (88). Indien de relapse kloon niet aanwezig bleek bij de diagnose als een mineure of majeure (sub)kloon, spreekt men van een secundaire leukemie (85).
Vier types van klonale oorsprong worden beschreven (Figuur 5) (88). In een studie van Mullighan wordt beschreven dat de relapse kloon in meer dan de helft van de patiënten (52%) ontstaat vanuit een ancestrale (i.e. voorouderlijke) kloon met enerzijds het verlies en anderzijds het verwerven van een aantal genetische kenmerken of copy number aberrations (CNA) ten opzichte van de diagnostische kloon. Zowel de diagnostische als de relapse kloon komen voort uit een gemeenschappelijke ancestrale kloon en delen enkele gemeenschappelijke CNA’s. Bij 34% evolueert de relapse kloon vanuit de diagnostische kloon met een behoud van de CNA’s van bij de diagnose en een aantal nieuw verworven CNA’s bij herval. In 8% van de gevallen is de relapse kloon dezelfde als de diagnostische kloon en delen zij dezelfde CNA’s. Tot slot spreekt men in 6% van de patiënten van een secundaire leukemie waarbij de diagnostische en de relapse kloon volledig van mekaar verschillen (88, 90).
22
Figuur 5: Klonale evolutie van de ancestrale kloon tot de relapse kloon: 4 types. Type 1 (6%): de diagnostische en relapse kloon zijn volledig verschillend. Type 2 (8%): de diagnostische en relapse kloon zijn identiek. Type 3 (34%): diagnostische kloon evolueert tot relapse kloon met het verwerven van enkele nieuwe CNA’s. Type 4 (52%): De relapse kloon evolueert vanuit de ancestrale (i.e. voorouderlijke) kloon met enerzijds het verlies van oude CNA’s en anderzijds het verwerven van nieuwe CNA’s (88).
4.3 Vaak voorkomende mutaties in signaaltransductiewegen en de implicaties voor innovatieve behandelingsopties bij herval van ALL
Bij herval van ALL kunnen mutaties tot stand komen in verschillende signaaltransductiewegen of pathways. Signaaltransductiewegen die een belangrijk aangrijpingspunt zijn voor innovatieve behandelingsopties voor herval van ALL zijn: epigenetische regulatie; JAK-STAT signalisatie; nucleoside metabolisme en de glucocorticoïden pathway (91). Tot slot kan er ook worden ingewerkt op het immuunsysteem van de patiënt door middel van immunotherapieën.
4.3.1 Epigenetica
Epigenetische veranderingen kunnen net als genetische veranderingen aanleiding geven tot herval van ALL en zijn een belangrijke potentieel doelwit voor therapeutische ontwikkelingen (85). Epigenetische regulatoire mechanismen mediëren immers de leukemogenese en chemo- resistentie zonder de DNA sequentie te wijzigen. DNA methylatie zorgt normaal gezien dat de nucleosomen dicht bij mekaar gebracht worden waardoor transcriptie verhinderd wordt. Histon acetylatie resulteert in een grotere afstand tussen de nucleosomen waardoor transcriptiefactoren wel kunnen binden op DNA en zorgen voor transcriptie en expressie van genen (Figuur 6) (92, 93).
23
Wijzigingen in de methylatie van DNA promotors en modificatie van histonen verstoren bijgevolg de transcriptie regulatie en wijzigen genexpressie. Deze mutaties kunnen benaderd worden door demethylerende agentia en histon deacetylase (HDAC) inhibitoren (94). In matched diagnose-remissie-herval stalen van patïenten met ALL werd een significante toename van mutaties gevonden bij herval in epigenetische regulatoren SETD2, CREBBP, MSH6, KDM6A en MLL2 (95). Deze toename van mutaties bij herval wijst op de klonale overleving en evolutie en is op die manier geassocieerd met hun mediërende rol bij chemoresistentie (96).
Figuur 6. DNA methylatie (links) verpakt de nucleosomen dicht bij mekaar waardoor transcritptiefactoren niet kunnen binden op DNA. Er ontstaat geen expressie van het gen (inactief gen). Histon acetylatie (rechts) zorgt voor meer afstand tussen de nucleosomen waardoor transcriptiefactoren nu wel kunnen binden. Genen komen tot expressie (actief gen) (92).
4.3.1.1 CREBBP
CREBBP is een epigenetische regulator van de glucocorticoïd respons. Deactiverende mutaties van CREBBP komen frequenter voor bij hoge hyperdiploidie (>50 chromosomen) (40%) dan bij andere subtypes van recurrente ALL (80).
CREBBP is een transcriptionele co-activator die interageert met verschillende transcriptiefactoren, en reguleert transcriptie door acetylatie van doelwitten zoals glucocorticoïd responsieve genen. CREBBP mutaties resulteren in aminozuur substitutie in het histon acetyltransferase domein (HAT domein). Dit leidt tot destructie van de structuur van het domein of verhindert de interactie met zijn substraten en zorgt bijgevolg voor een verminderde (maar niet geblokkeerde) acetylatie van histon H3 lysine 18 (H3K18) (97). Deze HAT mutaties leiden tot een verminderde expressie van glucocorticoïd-receptor responsieve genen en resulteren in glucocorticoïden resistentie (97).
CREBBP mutaties bij diagnose blijven bewaard bij herval of verdubbelen. Mullighan et al.
vonden mutaties in CREBBP bij 13 kinderen (18,3%) in een cohorte van 71 patiënten met herval van ALL (97). Belangrijk op te merken is dat deze afwijkingen zelden gezien worden bij patiënten zonder herval. Het feit dat verschillende mutaties bij relapse vaak teruggevonden
24
worden als kleine subklonen bij diagnose suggereert dat deze mutaties bijdragen tot de chemoresistentie. Met die kennis zouden HDAC inhibitoren mogelijks apoptose kunnen induceren in de glucocorticoïd-resistente leukemische cellen (Bijlage 2) (97, 98).
4.3.1.2 SETD2
SETD2 is eveneens een mediator van chemo-resistentie. SETD2 codeert voor een histon methyltransferase dat verantwoordelijk is voor de trimethylatie van H3K36 en is essentieel voor mismatch repair (99, 100). MSH6 is een component van DNA mismatch repair en bindt op chromatine ter hoogte van het H3K36 histon merkteken dat door de epigenetische regulator SETD2 gemethyleerd is (96).
In een cohorte van 185 kinderen met de novo ALL werden 24 SETD2 mutaties gevonden bij 19 patiënten. Deze mutaties waren het meest frequent bij het MLL translocatie subtype (22%) en het ETV6-RUNX1 subtype (13%) (Zie 2.6.2.1.4 MLL genherschikkingen en 2.6.2.1.1 ETV6- RUNX1). In een groep van 30 matched relapse stalen detecteerde men SETD2 mutaties bij 17 patiënten (57%) (96).
Figuur 7. De rol van SETD2 bij mismatch repair en de weerslag van SETD2 mutaties op chemoresistentie (101).
De mutaties in SETD2 betreffen loss of function of inactiverende mutaties en twee mechanismen zouden een mogelijke verklaring kunnen zijn voor hun klonale overleving en evolutie. Als gevolg van SETD2 inactivatie ontstaat er een grotere diversiteit aan mutaties zodat
25
de leukemie zich mogelijks kan aanpassen en overleven tijdens de behandeling met chemotherapie. Een tweede mechanisme beschrijft dat een verminderde SETD2 functie aanleiding geeft tot chemoresistentie aangezien normale mismatch repair belangrijk is voor apoptose van de cellen die DNA schade oplopen tijdens chemotherapie (Figuur 7) (96, 101).
Indien dit niet gebeurt door een defecte mismatch repair door SETD2 mutaties worden deze cellen tolerant voor chemotherapie en geven zij aanleiding tot herval (96).
Verder onderzoek is noodzakelijk voor een optimale definiëring van de prognostische waarde van epigenetische mutaties en in hoeverre hun effecten op chemoresistentie kunnen voorkomen en/of behandeld worden (96).
4.3.2 JAK-STAT pathway
In een case report van een 15-jarige patiënt met vroegtijdig herval van T-ALL werd een nieuwe mutatie (die recent ontdekt werd) in de JAK-STAT pathway geassocieerd met herval. In het verleden werden reeds mutaties in JAK1 geassocieerd met herval van ALL, echter in deze recente publicatie betrof het de mutatie JAK3 V674A die verworven werd door uniparentale disomie: dit impliceert dat het kind twee chromosomen van één van beide ouders verkreeg.
Deze afwijking werd teruggevonden in leukemische cellen bij diagnose maar dubbel zoveel keer bij herval en biedt bijgevolg opties voor nieuwe doelgerichte therapeutische strategieën.
JAK3 is een tyrosine kinase en speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling en functie van T- cellen (102). Volgens Bergmann et al. zou V674A mutatie de tyrosine kinase activiteit van JAK3 versterken (103). Een mogelijke gerichte moleculaire behandeling in dit geval is een JAK3 inhibitor (102, 103).
In een studie van Gianfelici et al. werd RNA sequencing toegepast bij 19 volwassen diagnostische T-ALL samples van chemorefractaire patiënten of patiënten met vroegtijdig herval. Men tracht op deze wijze de oncogene signaaltransductiewegen te onthullen die prognostisch kunnen zijn voor therapiefalen zodat men deze patiënten doelgericht kan behandelen met moleculaire therapieën (104). Mutaties in de JAK/STAT signaalweg werden gedetecteerd bij 9 van de 19 patiënten (47%). Het meest frequent gemuteerde gen was JAK3, gevolgd door JAK1, IL7R, STAT5A, STAT6A en TYK2. Overigens beschikten de patiënten met JAK1 en JAK3 mutaties over een andere mutatie in dezelfde pathway.De algemene, ziektevrije en event-vrije overlevingskansen waren 0% op 20 maanden bij patiënten met JAK/STAT mutaties met mediane algemene overleving van 15,7 maanden (Figuur 8) (104).
26
Figuur 8. Invloed van JAK/STAT mutaties bij T-ALL patiënten op de overleving. Kaplan-Meier curve toont een significant kortere overall survival (OS), disease-free survival (DFS) en event-free survival (EFS) bij JAK/STAT- positieve dan bij JAK/STAT-negatieve patiënten (104).
27
In voorgaande studies werden mutaties in JAK1, JAK3 of IL7 gevonden in 25% van de gevallen bij zowel B-ALL als T-ALL (105-111). Het werd eerder aangetoond dat JAK3 en IL7R mutaties zorgen voor cel- en tumortransformatie en dat het gebruik van selectieve JAK inhibitoren de cel overleving en de tumor burden kan reduceren bij muismodellen (109, 112, 113). In deze studie werden doelgericht inhibitoren, zijnde anti-JAK1-2 inhibitor ruxolitinib, geëvalueerd in in vitro experimenten met primaire cellen van T-ALL patiënten met specifieke mutaties. Hierbij werd de celproliferatie remmende werking van ruxolitinib geregistreerd bij 3 patiënten met JAK1 mutaties. Dit effect was minder prominent aanwezig bij patiënten met naast JAK1 mutatie een tweede mutatie in dezelfde pathway (104). Cellen met een geïsoleerde JAK1 mutatie zijn immers gevoeliger voor de inhibitor (114). Deze studie toont het belang aan van genetische karakterisatie bij de diagnose van T-ALL vermits een groot aantal mutaties in de JAK/STAT pathway over een belangrijke prognostische waarde beschikken en een intensieve therapie of (combinatie van) mutatie-doelgerichte inhibitoren vereist (104).
4.3.3 Nucleoside metabolisme
Bij de behandeling van ALL worden nucleoside analogen toegediend (Zie 2.8.2 Intensificatie fase en 2.8.3 Onderhoudsfase). Een nucleoside is een bouwsteen van DNA en RNA en bestaat uit de combinatie van een suiker en een base. Ze worden verder onderverdeeld in purines en pyrimidines (115). Wijzigingen in het metabolisme van nucleoside analogen werken chemoresistentie in de hand en spelen zo een belangrijke rol bij herval van ALL. Recent werden een aantal genen achterhaald die aandeel hebben in de ontwikkeling van resistentie tegen purine analogen (79).
4.3.3.1 PRPS1
Mercaptopurine en thioguanine – beiden thiopurines – zijn prodrugs die via de purine pathway worden omgezet in actieve cytotoxische metabolieten (Figuur 9) (116). Deze thiopurines maken deel uit van de combinatieschema’s van chemotherapie in de behandeling van ALL (Zie 2.8.2 Intensificatie fase en 2.8.3 Onderhoudsfase). Thioguanines worden ingebouwd in DNA waarna er replicatie optreedt gevolgd door mismatch repair omwille van foutief gepaarde basen. Dit induceert DNA schade en resulteert finaal in apoptose (117).
28
Figuur 9. Werking van thiopurines in de behandeling van leukemie. Azathioprine (AZA) is de voorloper van mercaptopurine (MP). Thioguanine (TG) en MP worden omgezet door het hypoxanthine phosphoribosyl transferase (HPRT) tot thioguanine metabolieten (TGN’s). MP kan worden omgezet door het thiopurine methyltransferase (Tpmt) tot methylthioinosine monofosfaat (meTIMP) wat zorgt voor de inhibitie van purine synthese. Thiopurines kunnen omgezet worden tot inactieve metabolieten (i.e. methyl-mercaptopurine (meMP);
methylthioguanine (meTG); en methyl-thioguanine nucleotiden (meTGN’s) door Tpmt. TGN metabolieten worden uiteindelijk ingebouwd in DNA (en RNA) hetgeen aanleiding geeft tot celdood (116).
Het PRPS1 gen (i.e. phosphoribosyl pyrophosphate synthetase) codeert voor een enzym dat bijdraagt in de de novo biosynthese van purines (91). In normale cellen wordt de activiteit van PRPS laag gehouden door de feedback inhibitie van PRPS1 en door lage expressie van PRPS2, dewelke ongevoelig is voor feedback. Tijdens de behandeling met chemo kunnen gain of function mutaties ontstaan in het PRPS1 gen die niet alleen zorgen voor een toename van de de novo synthese van purines maar tevens een verminderde negatieve feedback induceren. De verhoogde hoeveelheid van het intracellulair hypoxanthine inhibeert de omzetting van thiopurine prodrugs naar hun actieve metabolieten. Normaliter zou de stijgende hoeveelheid purines moeten instaan voor negatieve feedback, maar dit wordt verhinderd door de PRPS mutanten. Zo onstaat resistentie voor nucleoside analogen die gebruikt worden als anti- tumorale geneesmiddelen (Figuur 10) (91).
29
Figuur 10. De rol van PRPS1 mutaties in de pathogenese van herval. Bij de behandeling van ALL met combinatieschema’s van chemo (waaronder thiopurines) kunnen PRPS1 mutaties verworven worden. Dit resulteert in een verstoorde negatieve feedback van PRPS en een toegenomen synthese van purines zoals hypoxanthine. Deze toename inhibeert de omzetting van thiopurine prodrugs naar cytotoxische metabolieten en induceert op die wijze chemo resistentie (91).
In een studiepopulatie van Benshang Li et al. met 358 kinderen met relapse B-ALL werden deze gain of function mutaties gevonden in 24 patiënten (6,7%). De mutaties zouden verworven worden in de latente fase van de ziekte tijdens de remissie. Deze patiënten hervielen allen in een vroeg stadium, dit wil zeggen binnen 36 maanden na de initiële diagnose en gaat gepaard met een minder gunstige prognose (117).
Een mogelijkeid tot doelgerichte therapie zijn de small molecule inhibitoren. Zij richten zich op de inhibitie van de de novo purine synthese. GART (glycinamide ribonucleotide transformylase) inhibitoren zoals lometrexol kunnen tumorcellen opnieuw gevoelig maken voor thiopurines en heffen de resistentie op. Dit betekent dat de GART pathway een belangrijk aangrijpingspunt kan zijn voor de inhibitie van de chemoresistentie bij patiënten met herval door PRPS1 mutaties. Deze potentiële behandelingsstrategie is volop in ontwikkeling (117).
4.3.3.2 NT5C2
NT5C2 gen codeert voor een 5’ nucleotidase en hydrolyseert nucleotiden (5’ inosine monofosfaat en 5’ guanosine monofosfaat) tot nucleosiden (inosine en guanosine). NT5C2 mutanten zijn door hun toegenomen enzymatische activiteit resistent tegen nucleoside analogen (purine analogen) die gebruikt worden bij chemotherapie (Figuur 11) (118). In bijlage 3 wordt de chemoresistentie duidelijk na vergelijking van overleving van NT5C2 mutante cellen met
30
wilde type (i.e. niet-gemuteerde) NT5C2 cellen na toevoeging van 6-mercaptopurine (6-MP) en 6-thioguanine (6-TG) (119). Er is een direct verband tussen de vroege expansie van resistente subklonen en de onderhoudsfase waarin de nucleoside analogen gebruikt worden als hoofdcomponent. Vroegtijdig herval impliceert een ongunstige prognose. Daarom wordt deze groep een belangrijk doelwit voor doelgerichte therapieën (79, 119).
Figuur 11. Sommige subklonen beschikken bij de diagnose over NT5C2 mutaties. Door toegenomen nucleotidase activiteit zijn de leukemische cellen beschermd tegen de toxische effecten van nucleoside analogen (zoals 6- mercaptopurine) die gebruikt worden bij chemotherapie, wat aanleiding geeft tot herval (118).
In de studie van Meyer et al. werden bij 7 van de 71 patiënten (10%) relapse specifieke mutaties gevonden in NT5C2. Bij twee onder hen werden de mutaties terug gevonden bij de diagnose wat waarschijnlijk wijst op het feit dat de subkloon zich kon uitbreiden door middel van chemoresistentie. Bij de overige vijf patiënten kon geen mutatie worden gedetecteerd bij de diagnose (79). Hieruit blijkt dat NT5C2 mutaties worden verworven bij herval en in de pediatrische setting bleek NT5C2 meer frequent bij T-ALL dan bij B-ALL (119, 120).
Door inzicht in deze nieuwe biologische pathway die chemoresisentie medieert, worden nieuwe therapeutische strategieën aangewend en ontwikkeld. Voorbeelden hiervan zijn inhibitoren van 5’ nucleotidasen. De ontwikkeling van deze nieuwe doelgericht therapie is van belang in de preventie van de uitbreiding van resistente subklonen tijdens de onderhoudsfase en/of in de behandeling van herval van ALL. Bovendien kan men dankzij de onthulling van dit mechanisme recurrente mutaties in deze pathway opsporen bij patiënten die hervallen na toediening van cytotoxische chemotherapie (79).
