Personalized medical treatment for pituitary adenoma

Introduction and Aim: Pituitary adenomas are common neoplasms, with a reported prevalence of about one case in 1000 subjects. Patients with pituitary adenomas show significant morbidity due to pituitary hormone hypersecretion or deficiencies, mass effects and infiltration of the surrounding tissues. Although trans-sphenoidal surgery and radiotherapy are largely used to treat patients with pituitary adenomas, the overall long-term remission rate is not complete, beside side effects of surgery or brain irradiation. Therefore, medical treatments with pituitary-directed drugs are increasingly used in patients with secreting pituitary adenomas, especially when surgery fails or is not indicated, or awaiting for effects of radiotherapy. Somatostatin analogues (SSA) have been the mainstay of the medical treatment of GH-secreting adenomas, and nowadays are also used to treat ACTH-secreting pituitary adenomas, since these tumours express several types of somatostatin receptors (SSTR), with the prevalence of SSTR type 2 in the GH-secreting PA and of SSTR type 5 in the ACTH-secreting. Regrettably, 50% of patients with GH- secreting and 60% with ACTH- secreting pituitary adenomas do not respond to medical treatment with pituitary-directed drugs, or present only a partial hormonal reduction. Receptor desensitization, internalization and intra-cellular trafficking of SSTR could explain at least partially the lack of response, hence more data and knowledge about these cellular processes are urgently needed. Moreover, pituitary adenomas are not always benignant: some aggressive cases (up to 15-20% in all series) are characterized by rapid regrowth after first surgery, invasion of the surrounding structure, resistance to medical therapy, therefore the term Pituitary Neuroendocrine Tumor (PitNET) should be actually used. The aims of this PhD project are to describe the role of medical treatment in patients with PitNET, in order to study the efficacy of available compounds; applicate the combination of medical treatment in clinical practice; analyse the differential effects (if existing) of medical treatment compared to surgery (considered the best curative treatment). Materials and methods: Among our cohort of patients (120 with GH-, 134 with ACTH-, 171 with PRL-, 6 with TSH- secreting PitNET, 150 with non-secreting PitNET), we retrospectively and prospectively analysed clinical, radiological and pathological features of patient. Considering the treatment of aggressive PitNET or patients with Cushing’s Syndrome, we focused our attention to everolimus, temozolomide (TMZ) and metyrapone (MET) treatment. In some case, primary cell culture were used to study the effect of medical treatment. Results: Regarding medical treatment, we considered the use of everolimus, TMZ, cabergoline and MET. 1. In a patient with tuberous sclerosis complex (TSC) and silent gonadotroph PitNET we tested the efficacy of everolimus, observing a reduction of cell viability after an in vitro treatment of PitNET’s derived primary cells. TSC analysis retrieved no disease-associated variants with the exception of the heterozygous intronic variant c.4006-71C>T found in TSC2: the computational tools predicted a gain of a new splice site with consequent intron retention, not confirmed by an in-vitro analysis of patient’s lymphocyte derived RNA. 2. Regarding TMZ in aggressive PitNET, we conducted an Italian survey on 31 patients: 11 patients (35.5%) had reduction of the tumor during TMZ treatment, while 6 patients (19.4%) had progression of disease. Median follow-up after start of TMZ was 18 months. Seven patients presented disease progression. The 2-yr recurrence-free survival was 62% (95% C.I., 34 -99%). Seven patients died of progressive disease. The 2-yr and 4-yr survival rates were 90% (95% C.I., 77-100%) and 56% (95% C.I., 26-85%). Moreover, we treated a patient with a combined cabergoline+TMZ treatment, achieving excellent results. 3. Considering MET in patients with Cushing’s Syndrome, patients were treated with a median dose of 1000 mg for 9 months. UFC and LNSC decreased quickly after the first month of treatment (-67% and -57% from baseline), with sustained UFC normalization up to 12 and 24 months (in 13 and 6 patients, respectively). UFC and LNSC normalized later (after 3-6 months) in patients with severe hypercortisolism (>5-fold baseline UFC). Regarding last visit, 70% and 37% of patients normalized UFC and LNSC, respectively. Body weight reduction (-4kg) was observed after UFC normalization. Severe side-effects were not reported, half female patients complained hirsutism, and blood pressure was not increased. 4. In patients with acromegaly, a significant proportion of patients developed Central Adrenal Insufficiency (CA) over time: while primary or secondary medical treatment did not contribute to the risk of CAI, repeated surgery or radiotherapy affected pituitary-adrenal axis. CAI was diagnosed in 18% of patients (10/57) after surgery, and in 53% (9/17) after radiotherapy (p=0.01). Considering those aspects related to predict the effects of medical treatment with SSA in acromegaly, we studied the role of AIP-AHR and GIPR pathway. Considering AIP-AHR axis, involved in the detoxification of endocrine disruptors and chemical pollutants, we observed that acromegaly is more biochemically severe and resistant to SSA treatment in patients living in highly polluted areas, especially if they also carry specific AHR and/or AIP gene variants. Moreover, we found a stimulatory effect of IGF-1 on GIP promoter support in GIPR-expressing somatotropinomas, suggesting a novel molecular pathway able to induce GH-secreting PitNET. Conclusions: In this complex scenario, understanding the physio-pathology of PitNET is the beginning of personalized treatment. In clinical practice, a multidisciplinary team for the management of patients is fundamental, to suggest the correct treatment plan, tailored to the patient.

Introduzione e scopo: Gli adenomi ipofisari sono neoplasie frequenti, con una prevalenza di un caso ogni 1000 soggetti. I pazienti con adenoma ipofisario possono presentare segni e sintomi in correlazione alla secrezione autonoma (o deficitaria) di ormoni ipofisari, oppure possono presentarsi come “effetto massa” dovuto alla lesione occupante spazio in loggia ipofisaria. Sebbene la chirurgia e la radioterapia siano state molto utilizzate in passato, il controllo a lungo termine non è completo, sia in termini di secrezione che di lesione adenomatosa, esponendo comunque il paziente agli effetti collaterali dell’intervento o dell’irradiazione. Pertanto, la terapia medica è sempre più utilizzata, non solo nelle recidive post-chirurgiche, ma anche quando ulteriori interventi sono inefficaci, o in attesa degli effetti della radioterapia. Gli analoghi della somatostatina (SSA) sono stati per anni la principale terapia degli adenoma GH-secernenti, e al giorno d’oggi vengono utilizzati anche in quelli ACTH-secernenti, dato il loro effetto differenziale sui recettori della somatostatina (SSTR), soprattutto il tipo 2 nei GH-secernenti e il tipo 5 negli ACTH-secernenti. Purtroppo, fino al 50% dei pazienti non risponde in maniera soddisfacente alle terapie mediche, pertanto una maggior conoscenza della biologia cellulare ipofisaria è necessaria, per capire quale sia la strategia migliore per il paziente. Inoltre, in alcuni casi gli adenomi non sono sempre benigni (circa il 15-20% delle principali serie descritte in letteratura), caratterizzandosi per la resistenza alle terapie convenzionali, l’invasione dei tessuti locali o la rapida crescita. In tali casi, il termine Tumore Neuroendocrino Ipofisario (PitNET) viene recentemente proposto in letteratura. Lo scopo di questa tesi di dottorato è di studiare gli effetti delle terapie mediche in pazienti con PitNET; per sviluppare nuove strategie terapeutiche, per capire l’efficacia dei farmaci disponibili e per testare la loro combinazione. Materiali e metodi: I pazienti che sono seguiti presso l’ambulatorio ipofisi dell’Unità Operativa di Endocrinologia dell’Azienda Ospedaliero-Universitaria di Padova (120 con PitNET GH-secernenti, 134 ACTH-secernenti, 171 PRL-secernenti, 6 TSH- secernenti e 150 PitNET non funzionanti) sono stati seguiti in uno studio retrospettivo e prospettico. I dati clinici, bioumorali, di terapia, radiologici e patologici sono stati raccolti e analizzati. Tra le varie terapie mediche, maggior risalto è stato dato all’everolimus e alla temozolomide (TMZ) nei PitNET aggressivi e al metirapone (MET) in pazienti con Sindrome di Cushing. In casi selezionati sono state allestite linee cellulari derivanti dall’adenoma del pazienti (primarie). Risultati: in termini di terapia medica abbiamo analizzato 1. In un paziente con sclerosi tuberosa e PitNET silente abbiamo testato l’efficacia dell’everolimus in colture primarie, osservando una generale riduzione della vitalità cellulare. Abbiamo poi riscontrato una nuova variante del gene TSC2, gli studi in silico predicono la ritenzione di un introne con perdita di un sito di splicing, che andrà confermato in ulteriori studi funzionali. 2. Considerando la terapia con TMZ in PitNET aggressivi abbiamo raccolto i dati di 31 pazienti provenienti da uno studio multicentrico italiano. 11 casi hanno presentato una riduzione del PitNET, con una mediana di terapia di 18 mesi. Il 90% e il 60% dei pazienti erano liberi da malattia a 2 e 4 anni dalla terapia con TMZ. Abbiamo poi trattato un paziente con TMZ e cabergolina, ottenendo ottimi risultati. 3. 31 pazienti con Sindrome di Cushing sono stati trattati per 9 mesi con 1000 mg di MET. I parametri ormonali (cortisoluria e cortisolo salivare notturno) si sono ridotti rapidamente già dopo un solo mese di terapia, normalizzando la secrezione di cortisolo fino a 12 e 24 mesi. I pazienti con ipercorticismo severo (>5 volte i valori normali al baseline) hanno raggiunto il controllo biochimico di malattia più lentamente, tuttavia il 70% dei pazienti normalizzava la cortisoluria all’ultima visita, con una riduzione media di peso di 4kg. In generale il MET era ben tollerato, senza importanti effetti collaterali. 4. Nei pazienti con acromegalia, lo sviluppo di insufficienza surrenalica centrale (CAI) non è trascurabile nel follow-up. Mentre la terapia medica non aumenta il rischio di CAI, il 18% dei pazienti (10/57) svilippa iposurrenalismo dopo la chirurgia, mentre il 53% (9/17) lo sviluppa dopo la radioterapia. Analizzando in vitro gli aspetti che potrebbero predire la efficacia della terapia con SSA nei pazienti con acromegalia, abbiamo studiato i pathway molecolari di AIP-AHR e del GIPR. L’asse AIP-AHR, coinvolto nella detossificazione di varie molecole interferenti endocrine e inquinanti chimici, si trova maggiormente mutato in pazienti acromegalici con malattia più severa e con minor risposta agli SSA, soprattutto se vivono in zone molto inquinate. Abbiamo inoltre scoperto un ruolo promuovente del recettore dell’IGF-1 nel recettore del GIP, coinvolto nella tumorogenesi ipofisaria e quindi nuovo aspetto da studiare nei PitNET GH-secernenti. Conclusioni: Comprendere a fondo la fisiopatologia dei PitNET è l’inizio della personalizzazione della terapia medica, sempre più usata oggigiorno. Nella pratica clinica quotidiana, pertanto, un team multidisciplinare è fondamentale per proporre al paziente il corretto piano terapeutico, personalizzato secondo le proprie caratteristiche biologiche.