Co to są cytokeratyny?

Cytokeratyny (CK) to rodzaj włókien białkowych, z których składa się cytoszkielet komórki, a konkretnie filamenty pośrednie. Komórki budujące nasz organizm mają sieć włókienek, których zadaniem jest utrzymanie kształtu komórki, podtrzymywanie błony komórkowej, ustawienie organelli wewnątrz komórki. Ponadto biorą one udział w ważnych procesach komórkowych jak podziały komórkowe i różnicowanie się komórek, transport, ruch, adhezja komórek. Taki szkielet komórkowy składa się z 3 rodzajów włókien: mikrotubul, mikrofilamentów i filamentów pośrednich. I to właśnie te ostatnie są zbudowane z cytokeratyn – białek, których cząsteczki najczęściej są wydłużone i przypominają włókienka łączące się w dłuższe warkocze białkowe. Najwięcej cytokeratyn zawierają komórki nabłonkowe. 

Cytokeratyny jako markery nowotworowe krążące we krwi

Dotychczas opisano 23 różne cytokeratyny (nazywamy je kolejno, tak jak numeracja – cytokeratyna 1, cytokeratyna 2 itd.) produkowane przez komórki nabłonkowe, które dzielimy na 2 klasy. Klasa I to cytokeratyny kwaśne, są to białka o niskim ciężarze cząsteczkowym (CK 9-23), a klasa II to cytokeratyny obojętne i zasadowe, o wyższym ciężarze cząsteczkowym (CK 1–8). Każda komórka nabłonkowa zawiera dimery, które są złożone z włókien cytokeratynowych klasy I i II w proporcji 1:1, z tym że różne typy nabłonka zawierają różne rodzaje cytokeratyn. Przykładowo w komórkach nabłonka dróg oddechowych obecne są cytokeratyny 7, 8, 18, 19. 

Wiemy, że komórki nabłonkowe znajdują się nie tylko w skórze, ale również w innych częściach naszego ciała pełniąc różne funkcje.

W zależności od roli jaką pełni, nabłonek możemy podzielić na:

• nabłonek okrywający i wyściełający – komórki nabłonkowe skóry oraz komórki nabłonkowe wyściełające narządy wewnętrzne i jamy ciała, np. nabłonek chłonny jelita z mikrokosmkami, urzęsiony nabłonek dróg oddechowych, śródbłonek naczyń krwionośnych i limfatycznych, nabłonek przewodów poszczególnych organów (np. przewodów mlecznych, trzustkowych, wątrobowych itd.)
• nabłonek wydzielniczy (gruczołowy) – tworzy gruczoły produkujące hormony np. tarczyca, jajniki, gruczoły mlekowe, potowe, gruczoły trawienne jak trzustka, wątroba, dwunastnica
• nabłonek zmysłowy – buduje części receptorowe narządów zmysłów: siatkówkę oka, narząd Cortiego w ślimaku ucha, nabłonek węchowy, ma zdolność do odbierania bodźców
• nabłonek rozrodczy – występuje w jajnikach i w kanalikach nasienne jąder, powstają z niego komórki rozrodcze
• nabłonek transportujący – transportuje różne cząsteczki chemiczne przez warstwę nabłonkową, na przykład jelita, kanalików nerkowych, naczyń włosowatych czy pęcherzyków płucnych

Ponieważ cytokeratyny są powszechne w ludzkim organizmie, to możemy je wykryć zarówno u osób zdrowych, jak i chorujących na nowotwory. U osób zdrowych ilość cytokeratyn we krwi jest niewielka. Aby cytokeratyny tam się dostały, muszą rozpaść się komórki i w ten sposób uwolnić te białka do krwi. Dlatego też, wzrost poziomu cytokeratyn we krwi może odzwierciedlać masę guza oraz dynamikę jego proliferacji (szybkość namnażania się komórek w guzie), związaną z zahamowaniem lub przyspieszeniem wzrostu guza. Cytokeratyny wykazują specyfikę komórkową, nie mają natomiast specyfiki narządowej, tzn. że za ich pomocą można oceniać dynamikę procesu, ale nie możemy ocenić jego lokalizacji.

Podwyższony poziom cytokeratyn jest charakterystyczny dla nowotworów wywodzących się z komórek nabłonkowych.

Nowotwory te w swojej łacińskiej nazwie zawierają słowo carcinoma, np.: 

• adenocarcinoma (gruczolakorak) – nowotwór złośliwy tkanki nabłonkowej różnych gruczołów np. trzustki, jajnika, trzonu macicy
• squamous cell carcinoma (rak płaskonabłonkowy) – nowotwór złośliwy powstały z nabłonka płaskiego, który może być zlokalizowany w różnych częściach ciała np. rak płaskonabłonkowy skóry, płuc, przełyku, gardła
• neuroendocrine carcinoma (nowotwory neuroendokrynne) – szczególny rodzaj nowotworów wywodzących się z komórek neuroendokrynnych, które mogą produkować hormony oraz inne związki aktywne biologicznie, ok. 70% neuroendokrynnych guzów zlokalizowana jest w układzie pokarmowym, najczęściej w jelitach, trzustce oraz żołądku

Cytokeratyny są białkami nierozpuszczalnymi w wodzie. Dlatego też w płynach ustrojowych wykrywane są fragmenty cytokeratyn. Powstają one w wyniku degradacji proteolitycznej (np. w przypadku śmierci i rozpadu komórek) i są rozpuszczalne w osoczu.

Do najczęściej badanych pod kątem ich wykorzystania w diagnostyce onkologicznej cytokeratyn, a właściwie ich fragmentów krążących we krwi należą:

• TPA, czyli tkankowy antygen polipeptydowy – kompleks fragmentów cytokeratyn 8, 18 i 19, jego stężenie we krwi ulega podwyższeniu w wielu chorobach nowotworowych i zapalnych. Więcej informacji o TPA znajdziesz w artykule „Marker nowotworowy TPA (tkankowy antygen polipeptydowy)”. (LINK do artykułu w punkcie pobrań)
• TPS, czyli tkankowy swoisty antygen polipeptydowy – to rozpuszczalny w osoczu fragment cytokeratyny 18, podobnie jak  w przypadku TPA, podwyższony poziom TPS obserwuje się w różnych nowotworach pochodzenia nabłonkowego, a także w innych chorobach o nienowotworowym charakterze. Więcej informacji o TPS znajdziesz w artykule „Marker nowotworowy TPS (swoisty tkankowy antygen polipeptydowy)”.
• CYFRA 21-1 – to rozpuszczalny w osoczu fragment cytokeratyny 19, podwyższony poziom CYFRA 21-1 stwierdza się w nowotworach nabłonkowych, w szczególności w nie drobnokomórkowym raku płuc i płaskonabłonkowym raku szyjki macicy. Więcej informacji o markerze CYFRA 21-1 znajdziesz w artykule „Marker nowotworowy CYFRA 21-1”.

Cytokeratyny w komórkach nowotworowych – badania immunocytochemiczne

Drugim obszarem wykorzystania cytokeratyn jako markerów nowotworowych są badania immunocytochemiczne lub immunohistochemiczne wykonywane przez patologów na pobranych podczas biopsji komórkach z tkanki nowotworowej. Takie badania wykonuje się w przypadku poszukiwania pierwotnej lokalizacji nowotworu. Nowotwory o nieznanym umiejscowieniu pierwotnym stanowią w Polsce około 3% wszystkich nowotworów złośliwych. Pod względem obrazu klinicznego są bardzo zróżnicowaną grupą chorób. W ok. 50% przypadków w chwili rozpoznania choroby nowotworowej stwierdza się liczne przerzuty (w kolejności występowania najczęściej: w węzłach chłonnych, płucach, kościach, wątrobie, opłucnej i mózgu). Nie zawsze jest możliwe określenie na podstawie metod standardowej diagnostyki (wywiad i badanie przedmiotowe, badania laboratoryjne i obrazowe, badania patomorfologiczne) gdzie było umiejscowienie pierwotne guza, czyli jaki typ nowotworu i w jakiej lokalizacji był tym pierwszym, który następnie dał przerzuty. Ustalenie pierwotnej lokalizacji nowotworu ma znaczenie dla podejmowanych decyzji terapeutycznych, jest również jednym z czynników prognostycznych. 

W komórkach nowotworowych następuje zmiana ekspresji poszczególnych cytokeratyn, co możemy właśnie uwidocznić w badaniach immunocytochemicznych. Takie badania wykonuje się przy użyciu przeciwciał przeciwko poszczególnym cytokeratynom.

Istnieją algorytmy postępowania, które dokładnie określają kolejność stosowania przeciwciał oraz znaczenie poszczególnych wyników i wynikające z tego kolejne etapy barwień immunohistochemicznych. Wyniki określa się jako wynik dodatni lub ujemny dla danej cytokeratyny (dodatni – ekspresja, czyli obecność białka, ujemny – białko nie zostało wykryte). W Polsce najczęstszym schematem w różnicowaniu ogniska pierwotnego raka są dwie cytokeratyny – CK7 i CK20. Badanie immunohistochemiczne określające ekspresję CK7 i CK20 pozwala zawęzić obszar poszukiwań ogniska pierwotnego raka. Dzięki temu w następnej kolejności wykonywane są kolejne badania immunocytochemiczne z wykorzystaniem innych przeciwciał, które pomagają doprecyzować rodzaj nowotworu pierwotnego.  

Wybrane przykłady interpretacji wyników badania immunocytochemicznego przy wykorzystaniu cytokeratyn CK7 i CK20:

• wynik dodatni dla obu cytokeratyn: CK7+ i CK20+ może wskazywać na: 
  – raka urotelialnego
  – raka śluzowego jajnika
  – raka gruczołowego trzustki
  – raka dróg żółciowych
• wynik ujemny dla obu cytokeratyn: CK7- i CK20- może wskazywać na:
  – raka wątrobowokomórkowego
  -raka nerki
  – raka gruczołu krokowego
  – raka płaskonabłonkowego i drobnokomórkowego płuca
  – raki głowy i szyi

Bibliografia

1. Ganong W., Fizjologia. Podstawy fizjologii lekarskiej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2017.
2. Nicolini A, Ferrari P, Rossi G. Mucins and Cytokeratins as Serum Tumor Markers in Breast Cancer. Adv Exp Med Biol. 2015;867:197-225. doi: 10.1007/978-94-017-7215-0_13. PMID: 26530368.
3. Zalecenia postępowania diagnostyczno-terapeutycznego w nowotworach złośliwych. Polskie Towarzystwo Onkologii Klinicznej. Tom1. Nowotwory o nieznanym umiejscowieniu pierwotnym pod red. Litwiniuk M, Krzakowski M. 2014.
4. Alshareeda AT, Soria D, Garibaldi JM, Rakha E, Nolan C, Ellis IO, Green AR. Characteristics of basal cytokeratin expression in breast cancer. Breast Cancer Res Treat. 2013 May;139(1):23-37. doi: 10.1007/s10549-013-2518-x. Epub 2013 Apr 16. PMID: 23588953.
5. Holdenrieder S, Stieber P, Liska V, Treska V, Topolcan O, Dreslerova J, Matejka VM, Finek J, Holubec L. Cytokeratin Serum Biomarkers in Patients with Colorectal Cancer. Anticancer Research May 2012, 32 (5) 1971-76.
6. Moll R, Divo M, Langbein L. The human keratins: biology and pathology. Histochem Cell Biol. 2008 Jun;129(6):705-33. doi: 10.1007/s00418-008-0435-6. Epub 2008 May 7. PMID: 18461349; PMCID: PMC2386534.
7. Kosacka M, Jankowska R. The prognostic value of cytokeratin 19 expression in non-small cell lung cancer. Pneumonologia i Alergologia Polska 2007, 75(4): 317-323.
8. Szturmowicz M. Cytokeratins — tissue and biochemical markers of non-small cell lung cancer. Pneumonol. Alergol. Pol. 2007; 75: 315–316.
9. Sawant SS, Zingde SM, Vaidya MM. Cytokeratin fragments in the serum: their utility for the management of oral cancer. Oral Oncol. 2008 Aug;44(8):722-32. doi: 10.1016/j.oraloncology.2007.10.008. Epub 2008 Jan 18. PMID: 18203649.
10. Barak V, Goike H, Panaretakis KW, Einarsson R. Clinical utility of cytokeratins as tumor markers. Clin Biochem. 2004 Jul;37(7):529-40. doi: 10.1016/j.clinbiochem.2004.05.009. PMID: 15234234.