I TUMORI MALIGNI: AGENTI MICROBICI E MACROPARASSITI E FATTORI GENETICI Prof. Francesco Donato Sezione di Igiene, Epidemiologia e Sanità Pubblica, Università degli Studi di Brescia

Il ruolo degli agenti infettivi nell’insorgenza del cancro nell’uomo

Agenti infettivi e tumori umani: rischio relativo (RR) di neoplasia in presenza di infezione (Parkin et al, 1999) AGENTI INFETTIVI RR HPV - HBV - HCV - EBV - HIV - HHV8 Alto (20-100) H. pylori, Schistosoma haematobium, Basso /Medio Salmonelle, Opisthorchis viverrini (2-20) Clonorchis sinensis In totale si stima che il 15% dei tumori nel mondo sia causato da agenti infettivi

Infection-attributable cancers in 2002 Developed countries Developing countries 7.7% of all cancers 26.3% of all cancer HPV: >4% of cancer in women HPV: >15% of cancer in women H.pylori: 3.9% HIV/HHV-8: 0.3% HPV: 2.2% EBV: 0.3% HBV & HCV: 1% From Parkin, 2006

IL CANCRO DEL FEGATO E LE INFEZIONI DA VIRUS DELL’EPATITE B E C (HBV , HCV)

Age-standardized Incidence Rates for Liver Cancer From Parkin, D. M. et al. CA Cancer J Clin 2005;55:74-108.

Prevalenza di HBsAg positività nel mondo CDC 2002

Prevalenza di infezione da HCV nel mondo WHO 2003

Sopravvivenza a 5 anni: 11% Il cancro del fegato in Italia : i dati dei Registri tumori (1998-2002) e i dati ISTAT Incidenza (stimata): 3.4% nei maschi e 2% nelle donne sul totale dei tumori 12 000 casi ogni anno in Italia rapporto M:F di 2:1 HCC: 85% dei casi (colangioca. 5%, adenoca. 4%) Mortalità 6.4% nei maschi e 4.5% nelle femmine sulla mortaltà totale per tumori 6 000 morti l’anno (dati 2002) 6^ causa di morte tumorale nei maschi Sopravvivenza a 5 anni: 11%

Trend dei tassi di mortalità standardizzati per età per cirrosi e HCC in Italia, 1969 - 2000 Trattamento del sanguinamento da varici b-blocc. per prevenzione del sanguin. Terapia dell’ascite e ipert. portale Trattamento dell’alcolismo Cirrosi mortalità x 100.000 HCC anni

Le cause dell’HCC: i fattori principali e secondari HCV HBV alcol aflatossine emocromatosi, sovraccarico marziale deficit di alfa1 AT, Wilson, cirrosi biliare primitiva, m. autoimmuni tossici ambientali (arsenico) ed esposizioni occupazionali (MVC) diabete, obesità, s. metabolica (insulino-resistenza) alimentazione, caffè fumo di tabacco contraccettivi orali La presenza di cirrosi epatica è di per sé il principale fattore di rischio per HCC, qualunque ne sia la causa

Studi di coorte sul rischio di sviluppare HCC in relazione alla sieropositività per HBsAg Slide 115 Autore (Stato, anno) HBsAg N° Soggetti Follow-up (anni) N° casi HCC Rischio Relativo (95% IC) Beasley et al (Taiwan, 1991) + - 3 454 19 253 11.3 10.3 184 10 103 (57-205) Sakuma et al (Giappone, 1988) 513 25 034 7.3 9 21 (9.6-40) Lee et al (Corea, 1998) 71 792 297 648 3.8 155 13 49.4 (28.1-87) Yang et al (Taiwan, 2002) 2 361 9 352 8.5 82 29 11.6 (7.5-18.3)

Il rischio di HCC per infezione da HCV 1) Gli studi caso controllo con il test anti-HCV di seconda generazione (Donato et al, 1998) (n=21 studi) N° casi HCC N° controlli OR (IC 95%) Anti-HCV+ Totale % 637 / 3 094 (20.6%) 175 / 4 802 (3.6%) 17.3 (13.9-21.6) 2) Lo studio di coorte sui donatori di sangue di Osaka in circa 8 anni di follow-up (Tanaka et al, 2004) N° soggetti N° casi HCC Tasso incidenza (per 105) RR (IC 95%) - 150 379 27 2.2 1 + 1 927 52 334 126 (79-202)

Odds Ratio (ORs) per HCC da consumo di alcol in relazione alla presenza di HBsAg e HCV RNA (Morgan et al, 2004)

Proporzione dei casi di HCC a Brescia con infezione da HCV o HBV o con consumo elevato di alcol (>60 g/die) HBV + HCV (2.2%) Altri fattori (5.8%) HBV (9%) HCV (19.5%) Alcol (33.8%) HBV + HCV + alcol (1.5%) HCV + alcol (15.6%) HBV + alcol (12.7%)

Fattori di rischio per la cirrosi epatica in Italia: rischio attribuibile % (da Corrao et al, 1998)

IL CANCRO DELLA CERVICE UTERINA E L’INFEZIONE DA PAPILLOMA VIRUS (HPV)

500 000 casi invasivi e 275 000 morti per cancro della cervice nel mondo nel 2002

FIGURE 11 Age-standardized Incidence and Mortality Rates for Cervix Uteri Cancer From Parkin, D. M. et al. CA Cancer J Clin 2005;55:74-108.

Il cancro della cervice uterina: l'origine La maggior parte dei tumori origina dalla giunzione squamocellulare (zona di trasformazione), tra la portio e il canale endocervicale

PAPILLOMA VIRUS (HPV) Il papillomavirus è il principale fattore di rischio per il cancro della cervice e per altri tumori anogenitali E’ un virus a DNA a doppia catena Si conoscono più di 70 tipi di HPV numerati sequenzialmente in base alla loro caratterizzazione, di cui più di 20 infettano le cellule della cervice (i tipi 6 e 11 provocano il condiloma acuminato e i polipi laringei) Viene individuato su campioni di materiale cervicale, ottenuti con metodi non invasivi, mediante PCR

HPV E CANCRO DELLA CERVICE: STORIA DELLE SCOPERTE SCIENTIFICHE 1976 Prima individuazione dell’HPV in donne con K cervice Anni ’70-‘80 Molti studi mostrano che l’infezione è comune nelle donne con il cancro ma anche in donne sane 1989 La IARC conclude che i dati disponibili non provano un’associazione causale tra infezione da HPV e K cervice 1992-95 Diversi studi mostrano una forte associazione tra alcuni genotipi di HPV e il K cervice 1995 La IARC classifica alcuni genotipi HPV come cancerogeni umani 1999 Si ritiene che l’HPV sia una causa necessaria del k cervice 1999 Prime applicazioni di test per l’HPV come test di screening 2001 Prime applicazioni sull’uomo di un vaccino contro l’HPV-16

Prevalenza dell'infezione da HPV nel cancro della cervice. Lo studio internazionale di Bosch et al (1995) 866 biopsie 66 HPV- 800 HPV+ (93%) 55 rianalizzati 34 adeguati 21 inadeguati 32 HPV + 2 HPV - La prevalenza effettiva dell’HPV nel cancro è del 99.7%: è la più alta proporzione di casi associati a un singolo fattore tra tutti i tumori umani

Classificazione IARC della cancerogenicità dei sierotipi di HPV Genotipi 16 e 18: cancerogeni per l’uomo Genotipi 31 e 33: probabilmente cancerogeni per l’uomo Genotipi 6 e 11: non cancerogeni per l’uomo

HPV come determinante del cancro della cervice Il RUOLO DEL PARTNER L’HPV è trasmissibile con i rapporti sessuali L’HPV è un determinantew del cancro del pene In uno studio condotto in Spagna si è visto un aumento del rischio di cancro della cervice se il marito: aveva l’HPV sull’uretra o glande (RR=5) aveva avuto 20 o più partner nella vita (RR=11) aveva avuto rapporti con 10 o più prostitute (RR=8) Nello stesso studio si è visto che la prevalenza dell’HPV nel marito era maggiore nei ceti sociali più bassi

Altri fattori di rischio Benchè l’infezione da HPV sia presente in oltre il 90% dei casi di tumore della cervice essa è anche comunemente presente in donne che non sviluppano la neoplasia Solo una piccola frazione delle donne con infezione da HPV sviluppano la neoplasia Fattori ormonali, il fumo di tabacco, la parità, l’uso di contraccettivi orali, la dieta e altre infezioni potrebbero essere cofattori determinanti per lo sviluppo del tumore

Gynecol Oncol. 2007 Nov;107(2 Suppl 1):S2-5. Human papillomavirus infection: epidemiology and pathophysiology. Steben M, Duarte-Franco E. More than 120 different types of the human papillomavirus (HPV) have been isolated; >40 of these types infect the epithelial lining of the anogenital tract and other mucosal areas. In the majority of individuals, HPV infections are transient and asymptomatic with most new infections resolving within 2 years. The prevalence of HPV infection in a representative sample of US women is highest in those aged 20-24 years (44.8%). HPV infection has been firmly established as the primary cause of cervical cancer. It is not clearly understood why HPV infections resolve in certain individuals and result in cervical intraepithelial neoplasias in others. Several factors are thought to play a role: individual susceptibility, immune status and nutrition, endogenous and exogenous hormones, tobacco smoking, parity, co-infection with other sexually transmitted agents such as HIV, herpes simplex virus type 2 and Chlamydia trachomatis as well as viral characteristics such as HPV type, concomitant infection with other types, viral load, HPV variant and viral integration. Pharmacoeconomic data from the US indicate that HPV infection and HIV were associated with similar total direct medical costs, and HPV infection was more costly than genital herpes and hepatitis B combined in the 15-25 age group.

IL CANCRO DELLO STOMACO, L’INFEZIONE DA HELICOBACTER PYLORI E LA DIETA

FIGURE 8 Age-standardized Incidence Rates for Stomach Cancer From Parkin, D. M. et al. CA Cancer J Clin 2005;55:74-108.

Andamento dei tassi di mortalità per tumore dello stomaco in Italia e in Lombardia dal 1980 al 1998

La scoperta dell’ H. Pylori come causa di gastrite The 2005 Nobel Prize in Physiology or Medicine 3 October 2005 The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award The Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2005 jointly to Barry J. Marshall and J. Robin Warren for their discovery of "the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer disease"

Helicobacter pylori (in nero) posti sulla faccia luminale delle cellule epiteliali dello stomaco e all’interno del muco ad esse adeso. I microrganismi non infiltrano i tessuti.

Potenziali conseguenze a lungo termine dell’infezione da H. Pylori

Storia naturale del carcinoma gastrico

Assunzione di determinati alimenti e tumori dello stomaco Componente alimentare Effetto (Rischio/Prot.) Evidenza attuale cibi affumicati R ++ cibi conservati sotto sale e in salamoia, pesce secco salato insaccati in genere vegetali e frutta fresca P +++ vegetali verdi (insalata, lattuga, cavoli, broccoli) vitamina A e carotenoidi vitamina C + fibre alimentari +/-

I GENI COME CAUSA DEL CANCRO: IL RUOLO DELLE ALTERAZIONI GENETICHE

Geni, ambiente, cancro:quanti tumori sono “ereditari”

La presenza di familiarità per una malattia implica necessariamente la presenza di un difetto genetico (ereditario) in comune? Famiglia con un difetto genetico senza esposizioni comuni (R: 0.1 0.5) Famiglia senza difetto genetico ma con esposizioni comuni (R: 0.1 0.3) B+ E+ E+ E+ E+ E+ B+ B+ Figlia con cancro alla mammella Figlia con cancro alla mammella

Fattori ereditabili come causa del cancro: studio dei gemelli del Nord Europa (Lichtenstein et al, NEJM 2000) 44 788 paia di gemelli (sia monozigoti che dizigoti) 10 803 persone hanno sviluppato almeno un tumore su 9512 paia di gemelli Tutte le sedi tumorali negli uomini: Gemellarità N° coppie concordanti con il cancro (%) N° coppie discordanti Rischio relativo Monozigoti 262 (29%) 1252 3.8 Dizigoti 356 (22%) 2459 2.6

Studio dei gemelli del Nord Europa: effetto dei fattori ereditabili ed ambientali per alcuni tipi di tumore Sede Quota attribuibile (%) Fattori ereditari Fattori ambientali condivisi Fattori ambientali non condivisi Stomaco 28 10 62 Colorettale 35 5 60 Polmone 26 12 Mammella (F) 27 6 67 Cervice 20 80 Prostata 42 58 Vescica 31 69 In totale, la quota ai tumori non spiegata da fattori ereditari o dalla familiarità è del 60-80%

Fattori ereditabili come causa del cancro: studio dei gemelli del Nord Europa Rischio assoluto (entro i 75 anni) se un gemello era affetto da cancro: Tumore Gemelli monozigoti Gemelli dizigoti Rischio relativo per monozigoti Quota attribuibile (%) Colorettale 0.11 0.05 2.2 54 % Mammella (F) 0.13 0.09 1.4 28 %

Mutazioni genetiche e cancro nella popolazione generale caucasica ALTA PENETRANZA BASSA PENETRANZA BASSA FREQUENZA ALTA FREQUENZA

Fattori di rischio genetici e cancro: il concetto di penetranza PENETRANZA: frequenza con cui si manifesta la caratteristica (fenotipo che il gene controlla) = % di casi con la malattia sui portatori della mutazione. A C G T G C T G C T A C G T G C T G C T A cancro Alterazione genetica = GENOTIPO FENOTIPO Cellula sana

Le sindromi neoplastiche da geni ad alta penetranza

Rischi relativi per alcuni tumori per mutazioni in geni a bassa penetranza Sede del tumore Gene Rischio relativo Polmone CYP1A1 Esone 7 (Caucasici) 1,30 CYP2D6 1,26 GSTM1 1,34 Vescica NAT-2 “lento” 1,37 GSTM1 1,57 Colon NAT-2 “rapido” 1,19

Ruolo delle alterazioni genetiche a bassa penetranza coinvolte nel metabolismo dei cancerogeni ENZIMI DI FASE I (es. CYP1A1) ENZIMI DI FASE II (es. NAT2) CANCEROGENO INATTIVAZIONE/ ESCREZIONE ATTIVAZIONE

Il “peso” delle mutazioni genetiche ad alta penetranza: l’esempio delle mutazioni BRCA 1 (B+) per il cancro della mammella (popolazione Caucasica) 10 000 donne 9 980 B- 20 B+ (0.2 %) R = 0.1 R = 0.5 998 casi di cancro mammella 10 casi di cancro mammella Su 1 008 casi di cancro alla mammella 8 (1 %) sono attribuibili a BRCA 1

Rischio relativo di cancro polmonare in relazione alla durata dell’abitudine fumatoria e al polimorfismo CYP1A1

Il ruolo dei geni a bassa penetranza: l’esempio del GSTM1 e del cancro polmonare Il GSTM1 “nullo” (G +) aumenta la suscettibilità a sviluppare il cancro polmonare per diversi congeneri, tra cui il fumo di tabacco (RR = 1,34) 2000 fumatori 1000 NON fumatori 1000 G+ 1000 G- R = 0.025 R = 0.335 R = 0.25 335 casi cancro polmonare 250 casi cancro polmonare 25 casi cancro polmonare 85 per effetto del fumo e G+ 225 per effetto del fumo 225 per effetto del fumo 535 su 585 casi attribuibili al fumo (91%)

(geni a bassa penetranza, con un aumento modesto del rischio) La predittività delle alterazioni genetiche di suscettibilità nei confronti dei cancerogeni ambientali (geni a bassa penetranza, con un aumento modesto del rischio) Lo sviluppo del cancro è un processo complesso che coinvolge parecchi cambiamenti nella stessa cellula staminale Poiché tutte le cellule staminali hanno la stessa struttura genetica e sono esposte agli stessi fattori ambientali, diversi cloni maligni dovrebbero svilupparsi contemporaneamente In realtà in genere si sviluppa un solo clone neoplastico in un individuo, presumibilmente solo per effetto del caso LA PREDITTIVITA’ DELLE ALTERAZIONI GENETICHE DI SUSCETTIBILITA’ E’ SOLO PROBABILISTICA (E NON DETERMINISTICA)

Screening genetico: l’offerta del mercato GENELEX 7 geni valutati (CYP1A1, GST;…) “rapporto personalizzato” con quadro genetico e consigli nutrizionali e possibilità di consultazione di un esperto US $ 445 (2004) 7 geni valutati (gli stessi di Genelex) quadro genetico e consigli nutrizionali (+ counselling) US $ 1000 (2004) SCIONA

FATTORI GENETICI E CANCRO: IL RUOLO DELLA NATURA (individuo) Avere un parente di 1° grado con tumore comporta un rischio aumentato di avere lo stesso tipo di tumore (dal 50 al 100%). I geni ad alta penetranza (retinoblastoma, neurofibromatosi, ecc.) portano alla comparsa di un tumore nel 90 -100% dei casi ma nell’insieme spiegano <1% del totale dei tumori. Le mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2 portano a un aumento del rischio di cancro mammario di 5 volte ma si riscontrano solo nell’ 1-2% dei casi in una comunità. I polimorfismi di enzimi implicati nel metabolismo dei cancerogeni (NAT-1, NAT-2, GST, CYP ecc.) comportano un modesto aumento di rischio di cancro, del 30-50% (bassa penetranza) e solo in esposti a specifici cancerogeni.

La genetica tra razionale scientifico e finanziamenti Il peso dei fattori ambientali e genetici nell’insorgenza del cancro il peso dei fattori ambientali e genetici nella distribuzione dei finanziamenti sulla ricerca sul cancro GENETICA AMBIENTE AMBIENTE GENETICA

Il peso delle alterazioni genetiche nell’insorgenza dei tumori Gli studi sui gemelli, sulle famiglie a rischio e sui migranti mostrano, nel loro complesso, che la maggior parte dei tumori più comuni sono dovuti a fattori ambientali L’individuazione di alterazioni in geni a bassa penetranza è scarsamente utile per la prevenzione del cancro sia: a livello individuale = indica solo un rischio teorico, ma è poco sensibile e poco specifico (LO SCREENING GENETICO NON E’ UTILE) a livello collettivo = anche gli individui a genotipo favorevole sono a rischio di ammalarsi se esposti a cancerogeni ambientali

Geni, ambiente, cancro: quale prevenzione? Individuare i soggetti con alterazioni in geni a bassa penetranza NON serve alla prevenzione del cancro La rimozione/riduzione di esposizione ai fattori ambientali noti RIDUCE CONSIDEREVOLMENTE L’INCIDENZA DI CANCRO come sta già avvenendo in diversi paesi occidentali