I TUMORI NEUROENDOCRINI

Prospettiva storica (1) Heidenhain (1870): prima descrizione di cellule cromaffini nell’intestino Masson (1914): cellule argentaffino-positive Hamperl (1932): cellule argirofile con possibile ruolo endocrino Feyrter (1938) e Froelich (1949): Helle Zellen Feyrter (1938): Uber diffuse endokrine epitheliale Organe Pearse (1969; 1974; 1977): cellule APUD

Prospettiva storica (2) Bussolati (1967) e Pearse (1974): accumulo di ormoni peptidici nei granuli secretori Pearse (1969): postulata origine delle cellule APUD dalla cresta neurale Le Douarin (1973): studi sull’origine embriologica delle cellule APUD Pearce (1979): cellule neuroendocrine Le Douarin (1991) e De Lellis (1998): cellule staminali

Meccanismi di comunicazione chimica intercellulare

Il sistema delle cellule neuroendocrine Composto da cellule con DOPPIO FENOTIPO: CELLULE NEURALI CELLULE ENDOCRINE - Markers generali neuroendocrini (cromogranine, NSE, sinaptofisina) Prodotti ormonali specifici per tipo cellulare Densi granuli alla microscopia elettronica PICCOLI ORGANI (ipofisi anteriore) CLUSTERS DI CELLULE NEL CONTESTO DI ALTRI TESSUTI (isole pancreatiche) NETWORK DI CELLULE DISPERSE (timo, tiroide, polmone, intestino)

Markers delle cellule neuroendocrine Filamenti intermedi: tipo epiteliale: Ck CAM 5.2 (Ck 8-18); MNF116 (Ck5-6-8-17-19); Ck20 tipo neurale: neurofilamenti Enzimi: NSE (α/α; β/β; γ/γ). MoAb: alta specificità, bassa sensibilità PGP9.5 PC1/PC3; PC2 Carbossipeptidasi H ed E PAM Ormoni: IIC - FISH *origine di un tumore endocrino metastatico (-) *potenziale maligno di un tumore endocrino (+) Cromogranine, Secretogranine: CgA, CgB, CgC Sinaptofisina: Syn/Cg Synaptic Vesicle Protein 2: SV2/SYN/Cg Neural Cell Adhesion Molecules: NCAMs in dd CD57

Il sistema delle cellule neuroendocrine Enterochromaffin-like Cell type Localisation Products Factors that regulate secretion D Gastrointestinal tract Somatostatin Hormones, neural factors, and acid Enterochromaffin Serotonin, substance P, guanilin, and melatonin Luminal factors, hormones, and neural factors Enterochromaffin-like Stomach Histamine Hormones, gastrin, and neural factors G Stomach and duodenum Gastrin Amino acids, neural factors, and acid Gr Ghrelin Luminal factors and hormones I Duodenum Cholecystokinin, gastrin, etc Lipids and neural factors K Duodenum and jejunum Gastric inhibitory polypeptide Nutrients and hormones L Small intestine Glucagone-like peptide YY, and neuropeptide Y Glucose and hormones Motilin Neural factors and luminal factors N Neurotensin Lipids S Secretin Acid VIP Vasoactive Intestinal Peptide Neural X Anylin Not defined

Il sistema delle cellule neuroendocrine Densi granuli alla microscopia elettronica

Il sistema delle cellule neuroendocrine e relativi tumori Con formazione di ghiandole Adenoipofisi Adenoma Paratiroidi Adenoma/Carcinoma Paragangli Paraganglioma Midollare del surrene Feocromocitoma Disseminato Tratto gastrointestinale NET/Carcinoma Pancreas endocrino NET/Carcinoma Tratto biliare NET/Carcinoma Tratto respiratorio Carcinoide/Carcinoma NE Timo Carcinoide Cellule C tiroidee Carcinoma midollare della tiroide Tratto urogenitale Carcinoide Cute Carcinoma a cellule di Merkel G Kloppel. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism 21, 1, 15-31; 2007

Tumori neuroendocrini (NET) Neoplasie con fenotipo neuroendocrino, che derivano dalla cellule del sistema neuroendocrino (SNE) e dal comportamento clinico estremamente eterogeneo (forme “indolenti”; forme molto aggressive) SNE gastrointestinale (GI): > 30 ormoni da almeno 14 tipi di cellule Marcata preservazione nell’evoluzione Eterogeneità della terminologia - Evoluzione della classificazione grazie a nuove e successive conoscenze biologiche

Tumori neuroendocrini (NET) Although neuroendocrine tumours (NETs) have been regarded as fairly rare diseases, the US Surveillance Epidemiology and End Results (SEER) database suggests that their prevalence has increased substantially over the past three decades as awareness and diagnostic techniques have improved However, analyses of UK and US databases also suggest no improvement in outcome over a similar period On the basis of this database information, the US National Cancer Institute and US congressional committee for the National Institutes of Health appropriations have elevated NET disease and carcinoid tumours to number two in the priority for funding, after autism Irvin M Modlin et al. Lancet Oncol 2008; 9: 61–72

Tumori neuroendocrini (NET) Increased incidence of carcinoid tumours, US population 1973-2005 Overall increase recorded for all primary sites during this period. Data from SEER database. US National Cancer Institute US National Institutes of Health research founding for cancer 1994-2002 Carcinoid tumours (including NET) are the lowest founded cancer type for this period. Dat from Computer Retrieval of Information Scientific Projects database. US National Institutes of Health

Tumori neuroendocrini (NET) 1907) Oberndorfer S: tumori carcinoidi 1963) Williams ED, Sandler M: origine embriologica (foregut, midgut, hindgut) 1973) Fujita T, Kobayashi S: GEP; non-GEP 1995) Capella C: nuovi criteri (sede d’origine, dimensioni, differenziazione istologica, estensione ai tessuti circostanti, angioinvasione); basso grado di malignità = buona prognosi; alto grado di malignità = cattiva prognosi 2000) WHO: Capella + indice di proliferazione cellulare + indice mitotico 2004) WHO 2010) WHO

Tumori neuroendocrini (NET) Foregut - Timo ACTH, CRF, CgA - Polmone ACTH, CRF, ADH, GHRH, Gastrina, PP, HCG-αβ, 5-HT, CgA - Stomaco Gastrina, Istamina, 5-HT, CgA - Duodeno Gastrina, Somatostatina, CgA Midgut - Ileo 5-HT, CgA, NKA, Sostanza-P, Bradichinina - Colon prox. Prostaglandine - Appendice Nessuna produzione di sostanze ormonali Hindgut - Colon disc. CgA, PYY - Retto HCG-αβ

Tumori neuroendocrini (NET) “The Classification of Gastrointestinal carcinoid Tumors” Williams E.D., Sandler M. The Lancet 1963, I: 238-239 FOREGUT MIDGUT HINDGUT SEDE Stomaco, duodeno e pancreas Tenue, appendice e colon destro Colon traverso, sinistro e retto ARGENTAFFINITÀ - - (+) + - - ARGIROFILIA SECREZIONE Gastrina Somatostatina Altri Serotonina PP Enteroglucagone Glucagone ESPRESSIONE FUNZIONALE S. da Carcinoide e Altre sindromi S. da Carcinoide atipica in genere “silente”

Tumori neuroendocrini (NET) Tumori “funzionanti” (biologicamente attivi): sindrome da carcinoide (iperincrezione ormonale) Tumori “non funzionanti” (biologicamente inattivi): clinicamente silenti o segni “di massa”

Sindromi da carcinoide Tumori neuroendocrini (NET) Sindromi da carcinoide Serotonina e Prostaglandine - diarrea, valvulopatie, fibrosi dell’endocardio Tachichinine e Bradichinine - vampate di calore (flushing) di breve durata, broncocostrizione Istamina - flushing di lunga durata

scarsamente differenziati WHO - 2000 Classificazione dei NET Tumori Endocrini ben differenziati Carcinomi Endocrini Carcinomi Endocrini scarsamente differenziati Tumori misti Eso-Endocrini o Tumori non classificati Lesioni simil-tumorali A comportamento BENIGNO A basso grado di malignità Ad alto grado di malignità A comportamento NON DEFINITO

Classificazione dei NET WHO - 2000 Classificazione dei NET NOMENCLATURA – Abbandono del termine “Carcinoide” in favore di “Tumore” o “Carcinoma” COMBINAZIONE di - dati Anatomo-Clinici – Sede, Volume, Angioinvasione, metastasi documentata – dati Funzionali – Tipo di secrezione ormonale e +/- Sindrome clinica associata (identifica tumori funzionanti e tumori non funzionanti, ammettendo per le prime il ricorso al vecchio termine, ad esempio “gastrinoma”) SUDDIVISIONE PER SEDE SCHEMA BASE UNIFORME PER TUTTE LE SEDI – Tumore N.E. Ben differenziato; Carcinoma N.E. Ben differenziato; Carcinoma N.E. scarsamente differenziato

CLASSIFICATION OF ENDOCRINE TUMORS SITE OF ORIGIN (lung, stomach, duodenum, pancreas, jejunum, ileum, colon and rectum) HISTOLOGICAL DIFFERENTIATION SIZE EXTENSION IN THE SURROUNDING TISSUES ANGIOINVASION FUNCTION WELL-DIFFERENTIATED ENDOCRINE TUMORS (typical carcinoids) benign/uncertain behaviour WELL DIFFERENTIATED ENDOCRINE CARCINOMAS (atypical carcinoids) POORLY DIFFERENTIATED ENDOCRINE CARCINOMAS (microcytomas)

Tumori neuroendocrini (NET) 70% GastroEnteroPancreatici (GEP) 1/3 funzionanti 2/3 non funzionanti 30% non-GEP GEP NET: 2% delle neoplasie gastroenteriche diagnosticate ogni anno GEP NET del pancreas endocrino: su 10 GEP/mln ab./anno, 3 insorgerebbero nel pancreas; 50% funzionanti La sopravvivenza a 5 anni dei NET varia dall’11 al 40%

NET

Tumori neuroendocrini (GEP-NET) Carcinoide a cellule EC 55% Insulinoma 15% Gastrinoma 12% Carcinoide a cellule ECL 3,2% VIPoma 1,4% Glucagonoma 1,2% Somatostatinoma 0,5%

Tumori neuroendocrini (NET) Aspetti clinici e patologici caratteristici e condivisi Varie classificazioni con alcune differenze in terminologia e criteri di gradazione e stadiazione - differente classificazione di lesioni morfologicamente simili ma di sede diversa - diverso comportamento biologico in base a certi termini usati in diversi sistemi classificativi Molti aspetti in comune alle varie classificazioni

Tumori neuroendocrini (NET) Neoplasie endocrine o neuroendocrine? Tumore o neoplasia? Carcinoide? Bosman F et al. WHO Classification of Tumours of the Digestive System. Lyon, France: IARC Press; 2010 Chetty R. Can J Gastroenterol. 2008;22:357-358 Soga J. J Exp Clin Cancer Res. 2009; 28: 15 Klimstra DS et al. Am J Surg Pathol. 2010;34:300-313

Tumori neuroendocrini (NET) Differenziazione e Grado

Tumori neuroendocrini (NET) Differenziazione Grado Ben differenziati Basso grado (ENETS G1) Grado intermedio (ENETS G2) Scarsamente differenziati Alto grado (ENETS G3)

Tumori neuroendocrini (NET) Differenziazione Comportamento biologico Terapia

Tumori neuroendocrini (NET) Systems of Nomenclature for Neuroendocrine Tumors D.S. Klimstra et Al. Pancreas 2010; 39: 707-712

Tumori neuroendocrini (NET) Grado e significato prognostico tasso di proliferazione cellulare - n° di mitosi per unità d’area tumorale (50 HPF o 2 mm²) - % di cellule neoplastiche Ki67+ necrosi

Tumori neuroendocrini (NET) Grading System for Neuroendocrine Tumors D.S. Klimstra et Al. Pancreas 2010; 39: 707-712

Tumori neuroendocrini (NET) Funzionanti/non-funzionanti e Classificazione Neoplasia Carcinoide: termine usato per neoplasie con o senza sindrome carcinoide Implicazioni prognostiche per alcune neoplasie funzionanti (insulinomi generalmente indolenti) MA - il comportamento biologico della maggior parte dei NETs è ancora definito dal grado e dallo stadio tumorale - lo stato funzionale del tumore è definito dai reperti clinici, non dall’aspetto patologico o dal profilo immunoistochimico

I Tumori NeuroEndocrini (NET) Stadio Edge Se et al. AJCC Cancer Staging Manual. 7° ed. New York, NY: Springer ; 2010 Pape UF et al. Cancer. 2008;113:256-265 Alcune differenze (neoplasie primitive del pancreas e dell’appendice) Ampia sovrapposizione dimensioni delle neoplasie estensione nell’invasione neoplastica Bosman F et al. WHO Classification of Tumours of the Digestive System. Lyon, France: IARC Press; 2010

I Tumori NeuroEndocrini (NET) Bosman F et al. WHO Classification of Tumours of the Digestive System Lyon, France: IARC Press; 2010 Grading e staging separati

Caratteristiche differenziali dei NET BEN DIFFERENZIATI Struttura Organoide Citologia Tipica Attività proliferativa scarsa (Ki67 < 2%) Necrosi assente (o focale) P53 non espressa CROMOGRANINA + + (+/-) SINAPTOFISINA + + N.S.E. + + TUMORI ENDOCRINI BEN DIFFERENZIATI T. a comportamento Benigno T. a comportamento Indefinito Ca. Endocrino ben diff. (Basso grado) SCARSAMENTE DIFFERENZIATI Struttura solida Citologia atipica Attività proliferativa marcata (Ki67 > 2%) Necrosi estesa P53 spesso espressa CROMOGRANINA - - SINAPTOFISINA + + N.S.E. + + CARCINOMA ENDOCRINO SCARSAMENTE DIFFERENZIATO Ca. Endocrino (Alto grado)

Classificazione dei NET criteri prognostici Carcinoma endocrino con alto grado di malignità la prognosi può essere facilmente predetta sulla base dei soli criteri istologici: crescita solida, necrosi, alto indice mitotico, marcate atipie, rapida crescita tumorale, diffuse metastasi, sopravvivenza media 6 mesi

Classificazione dei NET criteri prognostici 2) Tumori endocrini ben differenziati la prognosi non può essere facilmente predetta sulla base dei soli criteri istologici: a) benigni, b) aggressivi. Invasione di tessuti normali, metastasi, mortalità al 40% in 5 aa

NET del digiuno distale/ileo/ceco 1. TUMORI ENDOCRINI BEN DIFFERENZIATI (Non-funzionanti – Non infiltranti la tonaca muscolare) 1A. a comportamento BENIGNO: ≤1 cm; NON angioinvasione Clinica: Tumori NON-Funzionanti (“non-syndromic”). Serotonina, Enteroglucagone/PP producing-tumors 1B. INDEFINITI (per comportamento BENIGNO o Maligni basso grado): > 1cm sino a 2 cm; NON angioinvasione Clinica: Tumori NON-Funzionanti (“non-syndromic”). Serotonina p.t. 2. CARCINOMI ENDOCRINI BEN DIFFERENZIATI (Basso grado) Invasione della T. muscolare, e/o angioinvasione, e/o metastasi, e/o funzionanti Clinica: Tumori E.C.-cells Funzionanti (S. da Carcinoide) o NON-Funzionanti 3. CARCINOMI ENDOCRINI SCARSAMENTE DIFFERENZIATI (Alto grado) Clinica: di regola NON-Funzionanti, non producing-tumors

A basso grado di MALIGNITA’ Scarsamente differenziato Criteri per la valutazione prognostica dei GEP-NET Comportamento biologico Metastasi Invasione muscolare (a) Differenziazione istologica Dimensione cm. Angio- invasione Ki-67 % Sindrome ormonale Benigno - Ben differenziato = / < 1 (a) < 2 - (a) Indefinito per Benigno/Maligno basso grado = / < 2 -/+ A basso grado di MALIGNITA’ + + (b) > 2 Ad alto grado di MALIGNITA’ Scarsamente differenziato Qualsiasi > 30 a) Eccezione: Gastrinoma maligno duodenale in genere < 1cm. e confinato alla sottomucosa. b) Eccezione: i NET benigni dell’appendice in genere invadono la t. muscolare

NET misti endocrini-esocrini Non vi è differenza nella sopravvivenza in confronto agli adenocarcinomi puri (Smith and Haggit) Prognosi significativamente peggiore nei confronti degli adenocarcinomi puri (Hamada)

Aspetti macro-microscopici dei NET Piccolo gastrinoma sporadico solitario del duodeno Multipli piccoli gastrinomi in un paziente con MEN-1

Aspetti macro-microscopici dei NET Cut section of an ileal segment showing a tumor in the mucosa and submucosa invading the the muscle layer (arrow) Well differentiated neuroendocrine tumor invading the gut wall

Aspetti macro-microscopici dei NET Feocromocitoma. La superficie di taglio della neoplasia mostra focolai di emorragia; al M.O. cellule tumorali poliedriche con ampio citoplasma finemente granulare e nuclei marcatamente atipici; le cellule tumorali sono positive alla colorazione IIC per la Cg A

Aspetti istopatologici dei NET Gastrinoma pancreatico EE e IIC per gastrina

Neuroendocrine cell hyperplasia is usually incospicuous with hematossilin-eosin; histologic clues are retraction from the underlying stroma and fingerlike intraluminal prpjections. O.m. X200 Immunoistochemistry for synaptophysin or other neuroendocrine markers highlights hyperplastic neuroendocrine cells. O.m. X100 Typical low power appearance of carcinoid tumorlet: peribronchiolar location and associated stromal fibrosis. O.m. X200

Typical carcinoid with characteristic trabecular growth pattern and highly vascularized stroma. H&E. O.m. X100 Typical carcinoid with a striking glandular pattern, which can mimic adenocarcinoma. H&E. O.m. X100

Diagnostic criteria and grading of lung neuroendocrine tumors Typical carcinoid Atypical carcinoid Large cell neuroendocrine carcinoma Smal cell lung carcinoma Grade Low Intermediate High Morphology Well-differentiated NET Poorly-differentiated NET Mitoses per 10 HPFs < 2 2-10 > 10 (median, 70) > 10 (median, 80) Necrosis None Present (focal punctate) Present (extensive)

Low power appearance of typical SCLC growing as destructive shaets with geographic necrosis. H&e. O.m. X20 Low power appearance of SCLC with a nested growth pattern and desmoplastic stroma, a growth pattern best seen in resected specimens. H&e. O.m. X20 Typical appearance of SCLC: crowded cells with fine chromatin, incospicuous nucleoli, and inapparent cell membranes; cells are predominantly small (< 3 lymphocytes). H&E. O.m. X200 Cytology preparation highlights a range of cell sizes, some far exceeding 3 lymphocytes (arrows) in otherwise typical SCLC. Papanicolaou. O.m. X400

Classification of Non-Small Cell Lung Carcinoma (NSCLC) with neuroendocrine features by morphology and immunohistochemistry (+) NE markers by IHC (-) NE markers by IHC (+) NE morphology LCNEC NSCLC-NEM (-) NE morphology NSCLC-NED NSCLC-NOS IHC: immunohistochemistry LCNEC: Large Cell Neuroendocrine Carcinoma NE: neuroendocrine NED: neuroendocrine differentiation NEM: neuroendocrine morphology NOS: not otherwise specified NSCLC: Non-Small Cell Lung Carcinoma NE morphology refers to the presence of organoid nests, rosettes, palisading NSCLC refers to a tumor otherwise identical to LCNEC but without evidence of NE markers by IHC NSCLC-NED refers to conventional NSCLC with positive NE markers by IHC NSCLC-NOS includes conventional adenocarcinoma, squamous cell carcinoma, and large cell carcinoma

Profili genetici MEN 1 e cromosoma 11q13 Mutazione 11q13 nel 40% dei GEP NETs sporadici Ibridizzazione Genomica Comparata (CGH) e Perdita Allelica (LOH) NETs di sedi diverse: tumori geneticamente indipendenti e comportamento biologico eterogeneo NETs del foregut: perdita di 11q vs NETs del midgut e dell’hindgut: perdite del 18q NETs polmonari ben differenziati vs scarsamente differenziati: p53, RB, ciclina D1