pazienti non fumatori confrontandoli con un gruppo di controllo (2,441 parenti di 318 soggetti sani non fumatori), evidenziando un incremento del rischio di insorgenza di carcinoma polmonare, anche se non statisticamente significativo, del 68% nei parenti fumatori del gruppo dei casi, rispetto ai fumatori del gruppo di controllo 133 .Recentemente sono state descritte, attraverso l'uso di tecniche di biologia molecolare, le alterazioni che progressivamente intervengono sull'epitelio bronchiale normale fino alla trasformazione maligna in carcinoma squamoso, attraverso passaggi morfologici descritti già nel 1974 134 . Da un punto di vista patogenetico, la funzione delle ciglia delle cellule epiteliali della superficie bronchiale è alterata da varie tossine ed in particolare da quelle contenute nella fase gassosa del tabacco. La perdita della funzione di barriera protettiva della mucosa bronchiale e l'irritazione cronica causano la trasformazione dell'epitelio della superficie bronchiale generando fenomeni di metaplasia squamosa. I danni possono essere evidenziati grazie a biopsie della mucosa bronchiale in soggetti fumatori prima che si sviluppi la neoplasia: in questi campioni è possibile mettere in evidenza anomalie bio-molecolari, che non sono presenti nel tessuto polmonare di soggetti non fumatori. In questo modo viene valutata l'evoluzione naturale della neoplasia: dall'iniziale iperplasia della mucosa bronchiale fino alla neoplasia conclamata.Esistono molti studi che descrivono l'associazione fra un aumentato rischio di carcinoma polmonare e alcuni fenotipi enzimatici geneticamente determinati. Le alterazioni acquisite ed ereditarie implicano un'alterazione nei meccanismi di difesa dell'ospite contro il danno del DNA (enzimi riparatori del DNA), che possono modificare la suscettibilità allo sviluppo di neoplasie.Il metabolismo degli agenti tossici, inclusi i carcinogeni, avviene normalmente in due fasi: nella prima le sostanze vengono trasformate, generalmente attraverso reazioni ossidative, in intermedi altamente reattivi; questi vengono coniugati nella seconda fase con molecole che li rendono meno reattivi e più facilmente eliminabili. Prima che avvenga tale reazione di coniugazione, i metaboliti intermedi possono reagire con diverse componenti cellulari, incluso il DNA e costituire il primo passo del processo di cancerogenesi.Molti carcinogeni contenuti nel fumo di sigaretta, inclusi gli idrocarburi aromatici policiclici (PAH), vengono metabolizzati dal sistema del citocromo p450 e possono creare un danno a livello del genoma; tali enzimi metabolici sono stati studiati in relazione al rischio di sviluppare neoplasie polmonari: alcuni polimorfismi del CYP1A1, fra cui MspI e quello dell'esone 7 sono stati associati ad un incremento del rischio di malattia 135,136 . In particolare, la condizione di omozigosi per la variante MspI porta ad un odds ratio di 2.36 (95% CI: 1.16-4.81) nella popolazione caucasica, mentre il dato non è risultato significativo in una metanalisi che considerava anche la popolazione asiatica 137,138 . Nei soggetti con variante allelica del CYP1A1 sono stati dimostrati livelli superiori di addotti dei PAH con il DNA sia a livello dei globuli bianchi che del tessuto polmonare 139 .Anche per il CYP1B1, che è coinvolto nell'attivazione di molti carcinogeni esogeni (inclusi i PAH) e degli estrogeni, sono state dimostrate varianti alleliche come la Ser119, che risultano essere associate al carcinoma squamoso nella popolazione giapponese 140 .Il CYP2D6 metabolizza alcuni farmaci e anche le nitrosamine derivate dal fumo di sigaretta: almeno 40 polimorfismi di singoli nucleotidi (Single Nucleotide Polymorphism-SNPs) e diverse varianti alleliche possono alterare la funzione dell'enzima, ma l'associazione con il carcinoma polmonare non è ancora del tutto chiarita: in particolare una metanalisi riporta una modesta riduzione di rischio della patologia per i soggetti metabolizzatori lenti, anche se l'analisi del genotipo non ha confermato questi risultati 141 .Il CYP2A13 è codificato da un gene altamente polimorfico, espresso nel polmone umano e coinvolto nella bioattivazione delle nitrosamine. Delle numerose varianti alleliche, solo una è localizzata nella regione codificante del gene: si tratta della variante 257C, che risulta in un fenotipo meno attivo rispetto alla proteina wild-type.Anche in questo caso sono state dimostrate differenze fra le etnie nella frequenza del polimorfismo 142 .L'enzima Glutatione-S-transferasi è un enzima di fase 2 coinvolto nella detossificazione dei metaboliti reattivi degli idrocarburi aromatici policiclici: il genotipo null di GSTM1 (presente nel 50% dei soggetti caucasici) è correlato ad una maggiore probabilità di sviluppare neoplasie polmonari, ma l'analisi di 21 studi caso-controllo non mostra una maggiore suscettibilità nel gruppo dei soggetti fumatori rispetto ai non fumatori 143 . Altri studi hanno riscontrato un incremento del rischio di carcinoma squamoso nei non fumatori in presenza di un polimorfismo del gene GSTM1 144 . Inoltre, il genotipo influenza direttamente il livello di addotti nei soggetti esposti ai PAH, livelli che risultano superiori nel tessuto polmonare e nei globuli bianchi in soggetti con il genotipo null di GSTM1 139 . L'importanza dell'interazione fra geni diversi è sottolineata da alcuni studi che dimostrano come l'associazione del genotipo null di GSTM1 e del polimorfismo Ile462Val del CYP1A1 porti ad un rischio 4 volte superiore della malattia rispetto a chi non presenti tali varianti geniche 145 .L'enzima N-Acetiltransferasi (NAT 1 e 2) è coinvolto nelle detossificazione delle amine aromatiche e diversi studi ne hanno valutato l'associazione con il carcinoma polmonare, ma i risultati non sono concordanti: in alcuni lavori è descritto un incremento del rischio di sviluppare la patologia in soggetti con fenotipo di acetilatori rapidi per NAT2 146 .Un altro sistema metabolico coinvolto è quello dell'arilidrocarbonidrossilasi, in grado di attivare i PAH a potenti carcinogeni. Esso può essere indotto da diversi mutageni, compresi gli idrocarburi policiclici aromatici del fumo di sigaretta. Il grado di induzione di questo enzima è correlato al rischio di carcinoma polmonare, così come il fenotipo metabolico della debrisochina (un tratto metabolico ereditario).Le anomalie genetiche includono oncogeni, geni oncosoppressori, fattori di crescita e geni che controllano la riparazione del DNA.Le delezioni cromosomiali interessano i tratti dei cromosomi 3p, 4p, 5q, 16q, 13q, 17p e sono presenti in oltre il 90% dei carcinomi polmonari a piccole cellule. Tra le alterazioni molecolari più precoci si segnalano la perdita o l'inattivazione di geni del braccio corto del cromosoma 3 (3p), presenti nel 40% dei casi di iperplasia basale cellulare e nel 100% dei carcinomi squamosi conclamati. La regione 3p contiene diversi geni oncosoppressori quali: FHIT (fragile histidine triad), coinvolto indirettamente nell'apoptosi e nel controllo del ciclo cellulare, RAR beta (retinoic acid receptor), che è un induttore di apoptosi, RASSF1A (ras association domain family 1), che codifica per una microtubule-binding protein, interagisce con i microtubuli, induce l'arresto del ciclo cellulare in G 1 , G 2 /M e la sua perdita permette alle cellule di crescere più rapidamente nell'ambito di qualsiasi forma tumorale 147 .Il gene oncosoppressore p16 è un altro bersaglio del danno molecolare provocato dal fumo di sigaretta: l'inattivazione di p16 provoca una fosforilazione continua della proteina prodotta dal gene del retinoblastoma (Rb), che in tal modo non è più in grado di inibire la proliferazione cellulare. Anche l'ipermetilazione del promoter del gene p16 ha una frequenza progressivamente maggiore a partire dalle lesioni premaligne fino al carcinoma invasivo e sembra essere correlata all'intensità del fumo in termini di pacchi/anno 148 .Le mutazioni del gene p53 rappresentano l'alterazione genetica più comunemente identificata sia per il carcinoma polmonare a piccole cellule sia per quello non a piccole cellule. Il gene p53 è un gene oncosopressore che normalmente inibisce le trasformazioni cellulari mediante la regolazione della trascrizione del DNA. La mutazione di tale gene si riscontra nel 50% delle neoplasie polmonari non a piccole cellule e fino al 90% di quelle a piccole cellule e pare che il pattern di mutazioni sia differente fra fumatori e non fumatori: Denissenko et al. hanno descritto il legame del benzopirene attivato agli stessi codoni del gene in cui sono più frequenti le mutazioni nei soggetti fumatori 149,150 .Sia per p16 che per p53 è dimostrata una correlazione dose-dipendente in relazione al fumo di sigaretta 151 . K-ras è invece un oncogene che codifica per una proteina (p21 ras), che ha un ruolo fondamentale nella trasduzione dei segnali di crescita attraverso le membrane cellulari. Le mutazioni di questo oncogene sono state osservate principalmente nell'adenocarcinoma, influenzandone negativamente la prognosi e la mutazione puntiforme è data dal benzopirene (agente cancerogenico contenuto nel fumo di sigaretta), mentre non sono note mutazioni nel carcinoma polmonare a piccole cellule.Le mutazioni a carico dell'EGFR sono responsabili della sensibilità e della risposta al trattamento con alcuni farmaci biologici attualmente in uso nella pratica clinica: l'incidenza di tali mutazioni è maggiore nei soggetti non fumatori ed è inversamente correlata con l'esposizione al fumo di sigaretta 152 . In modo simile anche le mutazioni di k-ras sono più frequenti nell'adenocarcinoma, ma sono meno spesso riscontrate in fumatori e soggetti di origine asiatica 153 . Inoltre il pattern di mutazioni di K-ras è diverso nei soggetti fumatori, in cui prevalgono le trasversioni (G>T o G>C), rispetto ai non fumatori in cui le transizioni risultano più frequenti (G>A) 154 . Nel carcinoma polmonare non a piccole cellule (Non Small Cell Lung Cancer, NSCLC secondo la dicitura anglosassone), le mutazioni di EGFR e k-ras sono mutualmente esclusive e questa osservazione ha portato a ipotizzare che il carcinoma cresca secondo alterazioni molecolari diverse in soggetti fumatori rispetto ai non fumatori 155 .Gli oncogeni myc (cmyc, nmyc, lmyc) codificano per fosfoproteine nucleari in grado di stimolare la crescita delle cellule e causare la progressione del ciclo cellulare. Le proteine myc sono iperespresse nel 15%-30% dei casi di carcinoma polmonare a piccole cellule (Small Cell Lung Cancer, SCLC secondo la dicitura anglosassone), come conseguenza di un'amplificazione genica. Il trattamento delle colture cellulari con myc antisense DNA, induce una soppressione dell'espressione di cmyc e rallenta la crescita cellulare; al contrario, la transfezione di cmyc in linee cellulari di SCLC induce un incremento della proliferazione cellulare e un cambiamento della morfologia cellulare stessa 151 .L'angiogenesi mediata da VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) sembra essere importante più nello SCLC che nello NSCLC. L'espressione di VEGF è correlata con la prognosi. L'angiogenesi è un processo indotto anche dalla MMP (matrix metalloproteinases), prodotta e rilasciata dalle cellule di SCLC. Tre polimorfismi di VEGF (-460T>C, +450C>G, 936C>T) sono stati associati con un elevato rischio di SCLC, suggerendo che il gene di VEGF può contribuire ad una predisposizione per carcinoma polmonare 151 .Per quanto riguarda le alterazioni epigenetiche, sono stati studiati i livelli di metilazione delle citosine a livello del DNA: pare che l'ipermetilazione delle regioni promoter di alcuni geni sia frequentemente riscontrata in molti tipi di neoplasie, comprese quelle polmonari; in particolare, molte di queste regioni posseggono dei loci ricchi delle cosiddette CpG islands, la cui ipermetilazione è stata rilevata attraverso tecniche di PCR (reazione polimerasica a catena) su cellule ottenute dall'escreato prima della diagnosi di neoplasia e tali anomalie di metilazione potrebbero essere marcatori precoci della patologia 156,135 . I geni studiati sono molti, fra cui geni regolatori del ciclo cellulare (p16), dell'apoptosi (DAPK e RASSF1A), della differenziazione cellulare e della proliferazione (recettore dell'acido retinoico) e del riparo del DNA. I polimorfismi dei geni deputati al riparo del DNA possono modulare il rischio di carcinoma polmonare nei fumatori: esiste una correlazione tra quantità di sigarette fumate e possibilità di sviluppare anomalie genetiche, in quanto alcune sostanze cancerogene contenute nel fumo possono causare una varietà di mutazioni del DNA, fra cui il benzopirene-diolo-epossido (BPDE) e l'8-idrossiguanina (8OHG), che vengono riparati dai sistemi NER (Nuclear Excision Repair) e BER (Base Excision Repair). I pazienti affetti da carcinoma polmonare hanno una minore attività di NER e BER, rispetto agli individui sani. Uno studio caso-controllo ha evidenziato la relazione fra rischio di neoplasia polmonare e bassa capacità di riparo del DNA (DRC, DNA repair capacity) nei non fumatori, con un aumento del rischio di sviluppare la patologia pari a 1.92 (p=0.0024); in modo simile un basso livello di DRC è associato ad un rischio 3.8 volte superiore nei soggetti esposti al fumo passivo e 2.5 volte nei soggetti con storia familiare positiva per la patologia nei parenti di primo grado 157 .Molte ricerche sono state condotte sui geni coinvolti nel riparo del DNA e i geni più indagati sono XPA, XPD, XRCC1 e XRCC3 (radiograph repair complementation groups 1 and 3), ERCC1 (excision repair cross complementation group 1). In uno studio caso-controllo, ad esempio, la presenza di un polimorfismo a carico del gene XRCC1 (399Gln) è stata messa in relazione ad una riduzione del rischio di insorgenza della neoplasia in donne non fumatrici (OR=0.4).