Reactive stroma and prostate : senescence and angiogenesis inhibition x glandular lesions in the TRAMP model

Orientador: Valéria Helena Alves Cagnon QuiteteTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A senescência está associada a modificações hormonais na próstata, resultando em microambiente favorável ao desenvolvimento de lesões neoplásicas. A angiogênese é fundamental para o crescimento tumoral e, na próstata, está sujeita à regulação por andrógenos, sendo sua estimulação um importante evento no estroma reativo associado ao câncer. Assim, a inibição da angiogênese representa terapia promissora no tratamento de neoplasias da próstata. O objetivo deste estudo foi caracterizar aspectos do estroma prostático na senescência e frente a terapias antiangiogênicas e de ablação hormonal, comparando-os com a reação estromal associada a lesões glandulares no modelo TRAMP. Camundongos FVB machos senis (52 semanas) foram submetidos a tratamentos antiangiogênicos com SU5416 (6 mg/kg; i.p.) e/ou TNP-470 (15 mg/kg; s.c.). O bloqueio hormonal foi obtido com finasterida (20 mg/kg; s.c.), isoladamente ou associada a ambos os inibidores. Após 21 dias de tratamento, amostras da próstata dorsolateral foram coletadas para análises morfológicas, imunohistoquímicas e de Western Blotting. A senescência levou à ocorrência de inflamação e de lesões proliferativas na próstata, bem como à maior frequência de células positivas para CD34/VIM e CD34/?SMA e ao aumento de MMP-9, IGFR-1, VEGF, HIF-1?, FGF-2, CD31, VIM e ?SMA, caracterizando semelhança com o microambiente prostático de camundongos TRAMP. Por outro lado, a endostatina e o TGF-? apresentaram-se elevados somente na senescência, mas não ao longo da progressão tumoral no modelo TRAMP. O tratamento com inibidores angiogênicos levou à recuperação e/ou interrupção das alterações glandulares associadas à senescência, mas efeitos diferenciais foram registrados para as drogas. Enquanto o SU5416 atuou principalmente sobre a remodelação tecidual prostática, reduzindo os níveis de MMP-9, VIM e ?SMA bem como a frequência de células positivas para CD34/VIM e CD34/?SMA, o TNP-470 influenciou sobretudo o IGFR-1, o VEGF e o HIF-1?, promovendo inibição de maior amplitude sobre esses fatores. A associação destes inibidores levou à combinação de tais efeitos diferenciais. A finasterida, isoladamente ou associada aos agentes antiangiogênicos, resultou em diminuição dos níveis de MMP-9, IGFR-1, VEGF, HIF-1? e FGF-2 em relação aos controles, embora tenha demonstrado tendência em regular positivamente a expressão de fatores pró-angiogênicos. Todavia, ao contrário da inibição da angiogênese, a ablação hormonal não resultou em diminuição do TGF-?. Assim, concluiu-se que a senescência gerou um microambiente de estroma reativo similar ao do modelo TRAMP, com estímulo aos à proliferação celular, remodelação tecidual, angiogênese e transição endotélio-mesenquimal, certamente propiciando condições favoráveis para o desenvolvimento de lesões prostáticas pré-malignas e malignas. Entretanto, a ausência de adenocarcinoma pouco diferenciado e a menor distribuição das lesões neoplásicas em relação a camundongos TRAMP sugeriram um possível papel protetor da endostatina sobre a próstata na senescência. A terapia antiangiogênica foi eficaz em promover efeitos antitumorais e a inibição da neovascularização, sobretudo frente à combinação dos inibidores, sugerindo que a ação diferencial desses agentes nos processos tumorigênicos resulta em espectro de ação mais amplo para o tratamento. Por fim, ressalta-se que os efeitos benéficos do tratamento com finasterida merecem especial atenção, considerando o potencial desta droga em promover o estroma reativo facilitador do desenvolvimento de desordens glandularesAbstract: Senescence is associated with hormonal changes in the prostate, leading to a permissive microenvironment for the development of neoplastic lesions. Prostatic angiogenesis is an androgen-regulated process which is fundamental for tumor growth and represents an important event in cancer-associated reactive stroma. Thus, angiogenesis inhibition emerges as a promising therapy in the treatment of prostate neoplasms. The aim herewith was to characterize prostatic stroma during senescence and following antiangiogenic and hormonal ablation therapies, comparing the findings with the reactive stroma phenotype associated to TRAMP model glandular lesions. Elderly male FVB mice (52 week-old) were submitted to antiangiogenic treatments with SU5416 (6 mg/kg; i.p.) and/or TNP-470 (15 mg/kg; s.c.). Hormonal blockage was achieved with finasteride administration (20mg/kg; s.c.), either alone or combined to both inhibitors. After 21 days of treatment, dorsolateral prostate samples were collected for morphological, immunohistochemical and Western Blotting analysis. Senescence led to the occurrence of inflammatory foci and proliferative lesions in the prostate, apart from increased frequency of CD34/VIM and CD34/?SMA positive cells and raised levels of MMP-9, IGFR-1, VEGF, HIF-1?, FGF-2, CD31, VIM and ?SMA, resembling TRAMP mice prostatic microenvironment. On the other hand, endostatin and TGF-? showed higher expression in senescence but not during tumor progression in the TRAMP model. Antiangiogenic treatment resulted in recovery and/or interruption of the senescence-associated glandular changes, showing differential effects for each drug. SU5416 acted mainly on prostatic tissue remodeling, reducing MMP-9, VIM and ?SMA levels as well as the frequency of CD34/VIM and CD34/?SMA positive cells, whereas TNP-470 influenced specially IGFR-1, VEGF and HIF-1?, promoting greater inhibition over these factors. The association between the inhibitors led to synergistic differential effects. Despite presenting a trend to regulate positively pro-angiogenic factor expression, finasteride resulted in decreased MMP-9, IGFR-1, VEGF, HIF-1? and FGF-2 levels relatively to controls, either in isolation or combined to antiangiogenic agents. However, unlike angiogenesis inhibition, hormonal ablation did not lead to decreased TGF-? expression. Thus, it was concluded that senescence created a reactive stroma microenvironment which resembles that verified in the TRAMP model and is characterized by stimulated cell proliferation, tissue remodeling, angiogenesis and endothelial-to-mesenchymal transition. This scenario certainly provided favorable conditions for the development of pre-malignant and malignant prostatic lesions. However, the absence of poor-differentiated adenocarcinoma and the lesser distribution of neoplastic lesions in relation to TRAMP mice suggested a possible protective role of endostatin on the prostate during aging. Antiangiogenic therapy was efficient in promoting antitumor effects and neovascularization inhibition, especially following the combination of inhibitors, suggesting that the differential action of these agents on tumorigenic processes results in a broader spectrum of effects for the treatment. Finally, it is noteworthy that beneficial effects from finasteride treatment must be looked carefully, considering the capacity of this drug to promote a reactive stroma microenvironment favorable to the development of glandular disordersDoutoradoAnatomiaDoutor em Biologia Celular e Estrutura

Structural and molecular features of ventral prostate from senile rats (Sprague-Dawley) submitted or not steroid hormone replacement

Orientador: Valéria Helena Alves Cagnon QuiteteDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A reposição androgênica representa uma alternativa para minimizar os efeitos prejudiciais do desequilíbrio hormonal em homens senis, embora seus efeitos sobre o desenvolvimento de doenças prostáticas ainda seja assunto controvertido. Assim, o objetivo deste estudo foi caracterizar aspectos estruturais e moleculares do lobo ventral da próstata de ratos senis frente à reposição de hormônios esteróides, relacionando as alterações decorrentes da terapia hormonal a possíveis condições de lesões prostáticas. Ratos machos (Sprague- Dawley) foram divididos em um grupo Jovem (JOV) (4 meses), que recebeu óleo de amendoim (5 mL/Kg, s.c.), e grupos senis (10 meses), submetidos aos tratamentos: grupo Senil (SEN): óleo de amendoim (5 mL/Kg, s.c.); grupo Testosterona (TEST): cipionato de testosterona (5 mg/Kg, s.c.); grupo Estrógeno (EST): 17?-estradiol (25 ?g/Kg, s.c.); grupo Castrado (CAS): castração cirúrgica; grupo Castrado-Testosterona (CT): castração e após 30 dias tratamento similar ao grupo TEST; grupo Castrado-Estrógeno (CE): castração e após 30 dias tratamento similar ao grupo EST. Após 30 dias de tratamento, foram coletadas amostras de sangue, para dosagens hormonais séricas, e do lobo ventral, para análises em microscopias de luz e eletrônica de transmissão, morfométricas, imunohistoquímicas e Western Blotting. As moléculas investigadas foram: distroglicanas ? e ? (?-DG e ?-DG), receptor do fator de crescimento homólogo à insulina tipo I (IGFR-1), metaloproteinase-9 de matriz (MMP-9), fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) e endostatina. Redução dos níveis séricos de testosterona foi verificada na senescência, com aumento destes após a reposição hormonal no grupo TEST. O estroma do grupo SEN apresentou hipertrofia e células inflamatórias. Após a reposição hormonal na senescência ou frente à castração, verificou-se atrofia no epitélio, células epiteliais com halo citoplasmático claro ao redor do núcleo, microácinos e manutenção do estroma hipertrófico com células inflamatórias. Diminuição dos níveis das DGs foi verificada na senescência, sendo que após a terapia hormonal ocorreu aumento dos níveis protéicos dessas moléculas, especialmente nos grupos que receberam estradiol. Aumento do IGFR-1 e da MMP-9, bem como distribuição diferencial dessas moléculas no compartimento epitelial, foram observados nos grupos submetidos à reposição hormonal e no grupo CAS. O grupo SEN caracterizou acréscimo dos níveis de VEGF, sendo o inverso observado para a endostatina. A terapia hormonal e a castração levaram à elevação dos níveis de VEGF, sobretudo nos grupos EST, CAS e CE. Em oposição, a endostatina demonstrou-se aumentada especialmente nos grupos submetidos à reposição de testosterona. Os presentes resultados sugeriram que o desequilíbrio entre andrógenos e estrógenos verificado na senescência foi acentuado após a terapia hormonal e a castração, potencializando as alterações estruturais associadas a esse período e rompendo o equilíbrio das sinalizações parácrinas prostáticas, com aumento simultâneo de IGFR-1 e MMP-9 e geração de fatores pró e anti-angiogênicos em resposta ao tratamento com estrógenos e andrógenos, respectivamente. Assim, concluiu-se que a terapia hormonal, apesar de seus efeitos positivos sobre as DGs, gerou microambiente prostático reativo, caracterizado por aumento de um fator mitogênico e da remodelação tecidual bem como por desequilíbrio da angiogênese, o que possivelmente comprometeu a função do órgão e o predispôs a desordens glandularesAbstract: Androgen replacement is an alternative to minimize the harmful effects of hormonal imbalance in elderly men, even though its influence on the development of prostatic diseases is unclear. Thus, the aim herewith was to characterize structural and molecular features of the ventral prostate of senile rats submitted to steroid hormone replacement, relating the alterations resulting from hormonal therapy to possible prostatic lesions. Male rats (Sprague-Dawley) were divided into Young group (YNG) (4 months old rats), which received peanut oil (5 mL/Kg, s.c.), and senile groups (10 months old rats), submitted to the treatments: Senile group (SEN): peanut oil (5 mL/Kg, s.c.); Testosterone group (TEST): testosterone cipionate (5 mg/Kg, s.c.); Estrogen group (EST): 17?-estradiol (25 ?g/Kg, s.c.); Castrated group (CAS): surgical castration; Castrated-Testosterone group (CT): castration and after 30 days treatment similar to TEST group; Castrated-Estrogen group (CE): castration and after 30 days treatment similar to EST group. After 30 days treatment, blood samples were collected for hormonal analysis and ventral prostate samples were processed for light and transmission electronic microscopies, morphometric, immunohistochemical and Western Blotting analysis. The investigated molecules were alfa and beta dystroglycans (?DG and ?DG), insulin-like growth factor receptor-1 (IGFR-1), matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), vascular endothelial growth factor (VEGF) and endostatin. Decreased serum testosterone levels were verified in senescence, with an increase after hormonal replacement in the TEST group. Hypertrophied stroma with inflammatory cells was seen in the SEN group. After hormonal therapy in the senescence or following castration, atrophic and pale cytoplasmatic epithelial cells, microacini and hypertrophied stroma were observed. Decreased DG levels were verified in senescence, but there was an increase of these levels following hormonal therapy, especially in the groups treated with estradiol. Increased IGFR- 1 and MMP-9 protein levels and differential distribution of these molecules were observed in epithelial compartment in those groups which received hormone replacement and in the CAS group. SEN group showed increased VEGF levels in contrast to decreased endostatin levels. Hormonal therapy and castration led to raised VEGF levels, mainly in EST, CAS and CE groups. On the other hand, endostatin was increased especially in those groups submitted to testosterone replacement. The present results suggested that the imbalance between androgens and estrogens in senescence was enhanced after hormone replacement and castration, intensifying structural changes associated with this period. Also, there was a disruption of prostatic paracrine signaling balance, with simultaneous increase of IGFR-1 and MMP-9 and generation of pro and anti-angiogenic factors in response to treatment with estrogens and androgens, respectively. Thus, it could be concluded that despite its positive effects on DGs levels, hormonal therapy created a reactive prostatic microenvironment, characterized by increase of a mitogenic factor and tissue remodelling as well as prostatic angiogenesis imbalance, which could compromise glandular functions and lead to the emergence of prostatic lesionsMestradoAnatomiaMestre em Biologia Celular e Estrutura