Главная    │   Структура сайта    │    Контакты    │  Интернет-ресурсы   │   Русский    │   Английский

Биология рака 
Раковые стволовые клетки 
Факторы роста и цитокины 
Канцерный ангиогенез 
Инвазия и метастазы опухолей 
Опухоли кожи 
Опухоли головного мозга 
Опухоли молочной железы 
Опухоли эндокринных желез 
Опухоли грудной клетки 
Рак поджелудочной железы 
Рак простаты 
Опухоли кишечника 
Лечение онкозаболеваний 
Канцерные осложнения 

РАЗВИТИЕ МЕТАСТАЗОВ

Метастазирование является результатом эволюционного процесса, в котором разнообразные взаимодействия между раковыми клетками и их микроокружением приводят к изменениям, позволяющим этим клеткам превышать свое программированное поведение. Клетки опухоли заселяют и размножаются в новых тканях и, в конечном счете, вызывают дисфункцию органа и смерть. Понимание участников и процессов, вовлеченных в метастазирование, на молекулярном уровне может привести к эффективным, целевым подходам в его лечении и профилактике.

Для стадирования солидных опухолей используется TNM классификация, оценивающая размер опухоли и степень местной инвазии (T), число, размер и местоположение лимфатических узлов (N) и наличие или отсутствие отдаленных метастазов (M). Метастазы опухолей, возникающих в различных отделах организма, таких как молочная железа или легкое, рассматриваются иначе, поскольку они, видимо, ведут себя как оригинальная ткань, с характерными образцами и кинетикой распространения и отличительными профилями чувствительности к химическому воздействию. Поражение лимфатических узлов, безусловно, имеет первостепенное значение при стадировании, но трудно интерпретировать клиническое значение появления метастазов в отдалении от первичного очага (например, надключичный N3 против лимфатического узла средостения N2 при раке легкого). Действительно, расстояние от первичной опухоли до органа-мишени метастаза не затрагивает систему TNM. Поэтому система стадирования должна служить индикатором сложного взаимоотношения первичного рака и метастазирования, вместо того, чтобы только описывать локализацию опухоли. Недавние исследования дают надежду на возможность охарактеризовать метастатическое поведение раковых клеток вне упрощенной стадии TNM. В будущем система стадирования могла бы включать идентификацию субпопуляций опухолевых клеток, у которых различно метастатическое поведение. Более глубокое понимание молекулярных и генетических понятий и процессов, участвующих в метастазировании, может проложить путь к новым прогностическим моделям и способам планирования лечения.

Фундаментальные концепции метастазирования

Происхождение клеточной гетерогенности

Первичные опухоли состоят из гетерогенных популяций клеток с генетическими изменениями, которые позволяют им преодолевать физические границы, распространяться и колонизироваться в отдаленном органе. Метастазирование – последовательность их индивидуальных процессов. Полностью метастатические клетки – редкие клоны при первичной опухоли. В моделях животных развиваются в метастазы около 0.02% циркулирующих раковых клеток. Свойственная раковым клеткам геномная нестабильность увеличивает частоту изменений, необходимых для приобретения метастатической способности. Геномная нестабильность и разнородность клеток опухоли может быть следствием увеличения хромосом, делеций, аберраций и транслокаций, связанных с раком. Целостность ДНК может ставиться под угрозу аберрацией клеточного цикла, теломерическим кризисом (то есть дисфункцией теломер, характеризующейся цитогенетическими отклонениями и хромосомной нестабильностью), инактивацией генов ДНК репарации и изменением эпигенетических механизмов регуляции. Например, почти половина раковых образований теряют опухоль-супрессорный протеин p53, который, отвечая на повреждение ДНК, вызывает апоптоз или ингибирование клеточных факторов]. У каждой ткани есть физическая структура и установленная функциональная анатомия. Раковые клетки не соблюдают основные законы клеточной организации, что приводит к нарушению «экологического» равновесия, включая дефицит кислорода или питательных веществ, снижение уровня pH, различных газов и медиаторов ответа. Такая нагрузка может заставить опухоль в процессе роста приобрести агрессивный фенотип. Например, гипоксия стабилизирует гипоксия-индуцибельный фактор (HIF), который подает сигналы программе генной экспрессии, приводящей к изменениям в анаэробном метаболизме, ангиогенезе, инвазии и выживании. HIF повышает экспрессию лизилоксидазы, которая регулирует деятельность центральной адгезивной киназы. Высокий уровень инвазии лизилоксидазы коррелирует с более коротким выживанием без метастазов и плохим прогнозом при раке головы и шеи и эстроген-негативном раке молочной железы. Другой продукт HIF-вызванной генной активации, хемокиновый рецептор CXCR4, вместе с его лигандом – облегчает выживание раковых клеток при раке почки и молочной железы.

Раковые стволовые клетки и метастазы

Вопрос степени, с которой начинается самовозобновление стволовых клеток рака и которая обуславливает образование различных типов опухолей, является предметом интенсивных исследований, и вероятно, возможны различные результаты при различных типах опухолей. Предполагается, что такие клетки имеют характеристики субпопуляций и обладают способностью оказывать влияние на апоптоз и повреждение ДНК, вызываемое цитостатиками. Как думают, ось SDF-1-CXCR4 функционирует в поддержку раковых клеток и стволовых клеток или клеток предшественников опухоли. «Предметастатическая» ниша была неоднократно описана на моделях животных [17,18].

Среда, окружающая первичную опухоль

Инвазия и эпителиально-мезенхимальный транзит

Во многих первичных опухолях с агрессивными свойствами межклеточная адгезия часто уменьшена из-за потери E-кадгерина (прямого посредника взаимодействий межклеточной адгезии). Цитоплазматический хвост E-кадгерина привязан через α-катенин и β-катенин к актину цитоскелета; одно из свойств актина состоит в поддержании межклеточных контаков. Важность поддержания межклеточной адгезии показали на модели рака поджелудочной железы мыши, когда разрушение экспрессии Е-кадгерина вело к ранней инвазии и метастазированию. Различные механизмы могут вызвать потерю E-кадгерина: мутации, приводящие к нефункциональному белку, генному ингибированию регулятором метилирования или пониженному регулированию рецепторами фактора роста, например, эпидермальный рецептор фактора роста (EGFR), рецептор фактора роста фибробласта (FGFR), инсулин-подобный фактор роста I (IGF-I), SRC.

Ген E-кадгерина (CDH1) также может ингибироваться утратой нескольких транскрипорных генов-репрессоров.

Подвижность и внеклеточно-матриксная перестройка

Внеклеточный матрикс служит основанием, вдоль которого клетки взаимодействуют и двигаются посредством контактов между поверхностными клеточными рецепторами, названными интегринами и внеклеточно-матричными компонентами, такими как фибронектин, коллаген и ламинин. Интегрины также взаимодействуют в цитоплазматическом комплексе, состоящем из центральных киназ адгезии и киназ SRC, чтобы добиться приложения к актину скелетона. Через кальций-зависимый гуанозин трифосфатазы (GTPases), внеклеточно-матричные сигналы вызывают изменения цитоскелета, формируя индивидуальные цитоплазматические выросты, филоподии, которые соединяются в большие ламелоподии, важные для миграционного движения структуры.

Экспрессия пролиферирующих линий клеток меланомы, полученных посредством естественных условий выбора, показала, что кальций-зависимые GTPase RhoC связан с метастазированием в легкие. В опыте гомозиготные RhoC-супрессированные мыши имели нормальное формирование первичных опухолей, но ослабленную подвижность раковых клеток и NEDD9, белок, вовлеченный в адгезию клеток, взаимодействует с киназой адгезии и может способствовать подвижности клетки и инвазии. Другие компоненты матрикса, семейство металлопротеиназ (MMP) например, MMP-2 и MMP-9, также вовлечены в механизм инвазии опухолевых клеток.

Стромальные взаимодействия

Мало того, что раковые клетки в состоянии пересечь структурные границы первичной опухоли, они могут также задействовать костную и костно-мозговую стромальные ткани. На моделях мышей в очагах базально-мембранной инвазии было отмечено, что связанные с опухолью макрофаги распространяются в ответ на полученный из опухоли колоние-стимулирующий фактор 1 и продуцируют факторы роста (например, EGFR и PDGF) и протеазы (например, MMP и катепсины). Кроме того, связанные с опухолью макрофаги активизируют в карциномах специфический тип мезенхимальных клеток, миофибробластов, содержащих цитокин SDF-1. Этот цитокин позволяет миофибробластам адгезироваться на клетках-предшественниках эндотелия. Несколько типов стромальных клеток и секретируемые ими факторы обеспечивают выборочные прометастатические преимущества.

Органоспецифические метастазы

У некоторых типов раковых образований есть характерная склонность к метастазированию в определенные органы, и никогда в другие. Рак молочной железы и раковые клетки простаты могут распространяться и колонизировать кости, формируя остеолитические и остеобластические метастазы соответственно. Формирование костных метастазов изменяет баланс гомеостаза в сторону остеобластических процессов, тормозя работу остеокластов. Клетки рака молочной железы вызывают остеолитические повреждения, вынуждая остеокласты секретировать PTHrP, TNF и цитокины, такие как интерлeйкин-1, интерлeйкин-6, интерлeйкин-8, интерлeйкин-11. Эти факторы подают сигналы остеобласту для выброса RANKL (лиганд для активатора рецептора нуклеотидного фактора-B), который стимулирует дифференцирование остеокластов.

Остеокласты деминерализуют кость, таким образом, вызывая выброс факторов роста – морфогенных протеинов, IGF-I, TGF-β - все из которых поддерживают быстрый прирост раковых клеток и вызывают дальнейший выброс PTHrP. В модели рака молочной железы, раковые клетки сверх-регулируют экспрессию генов, кодирующих CXCR4, остеопонтин, CTGF, MMP-1 и интерлeйкин-11. В отличие от этого, раковые клетки простаты секретируют остеобласт-стимулирующие факторы - Wnt лиганды, морфогенные протеины, PDGF и индотелин-1. Эти факторы стимулируют формирование остеобластических метастазов рака простаты. Полученные из опухоли сигналы подавляют способность остеобластов секретировать остеопротегерин, антагонист RANKL, который блокирует взаимодействие RANKL-RANK и финал активации остеокласта. Таким образом, секретируемые раковыми клетками факторы могут влиять на тип формирующихся метастазов. Раковые клетки могут регулировать экспрессию других молекул, имеющих значение для колонизации в других органах. Такие молекулы включают ген, кодирующий эзрин (внутриклеточный белок, необходимый для раннего выживания метастатических клеток остеосаркомы в легком), серин-треонин киназа 11 (STK11), EGFR, EREG, MMP-1, ANGPTL4 и другие посредники проникновения и колонизации раковыми клеток в легком.

Ткани или отдаленный метастатический участок не являются «обществом вседозволенности», о чем свидетельствует редкость метастатических клонов, возникающих после инфузии миллионов клеток в экспериментальных моделях на животных. У людей также были найдены тысячи циркулирующих клеток опухоли при отсутствии метастазов. Определенные взаимодействия могут поддержать способность раковой клетки выжить в метастатической микроокружением, включая взаимодействие RANKL-RANK. Другой пример – SDF-1 хемокин костного мозга, увеличивающий выживание клеток рака молочной железы и простаты. Следует иметь ввиду, что, несмотря на достаточное изучение механизмов метастазирования в кости и легкие, имеется мало информации о молекулярном основании для метастазов в другие органы, такие как печень и мозг.

Интегрированная модель метастазирования

В прошлое десятилетие взгляд на метастазирование изменился от снимков, детализирующих определенные биологические процессы, к динамической картине того, как различные раковые клетки приобретают функции и поглощают стромальные сигналы для распространения и базирования в отдаленных участках. Случайные генетические и эпигенетические изменения в раковых клетках в комбинации с пластичной и отзывчивой микроокружающей средой поддерживают метастатическое развитие опухолей. Кроме того, идентифицированы гены, необходимые для различных этапов метастатического процесса. Эти гены были классифицированы в три категории: прогрессии, инициирующие и вирулентные [34]. Гены, которые связаны с метастатической прогрессией, дают раковой клетке специфические преимущества во время ее движения к отдаленному участку. Эти свойства могут влиять на метастатическое предназначение клетки. Гены, связанные с инициированием метастаза, работают в ранних и поздних стадиях инвазии и роста в первичной опухоли и различных метастатических средах обитания. Использование такой модели организации определенных генов и их функций позволяет создать многомерную картину (включая место действия и время) метастаза и может помочь в развитии рациональных антиметастатических стратегий.

Модели прогрессии метастаза и опухоли

Появление молекулярной генетики позволило создать модель прогрессии опухоли, в которой соматические мутации, видимо, накапливаются последовательно, ведя к появлению одиночных, способных к метастазированию, клеток. Другие модели подчеркивают динамическую разнородность и клоновый выбор, принципы, предполагающие, что непостоянный метастатический вариант может расширяться и преобладать в популяции клеток. Присутствие генов метастазирования в первичных опухолях, казалось бы, поставило под сомнение традиционные модели опухолевой прогрессии. Эти наблюдения, вероятно, отражают изобилие частично компетентных раковых клеток, которые накопили достаточное число агрессивных функций, чтобы индуцировать прогрессию первичной опухоли, и которые могут быть необходимыми, но не достаточными для формирования метастазов. В отличие от этого, гены, связанные с метастатической активностью, обеспечивают агрессию и выживание исключительно во время колонизации метастатического сайта.

Гены прогрессии метастазов

Гены, необходимые для определенных функций, таких как сосудистая перестройка, могут участвовать в прогрессии и первичной опухоли и метастазов.

В клетках рака молочной железы, отобранных in vivo, выявлены гены, задействованные в метастазировании в легочную ткань (EREG, COX-2, MMP-1). Они участвуют в неоангиогенезе и интравазации опухолевых клеток, но известно, что они не оказывают влияния на способность к метастазированию в кости и печень. Вероятное объяснение состоит в том, что экстравазация не является существенным условием для прохода через сосудистую, с многочисленными отверстиями синусоид, сеть в печени и костном мозге. Клетки первичных опухолей и метастатические клетки в процессе старения испытывают необходимость в самовозобновлении и репродукции. ID1 (ингибитор дифференцирования 1) является единственным транскрипционным регулятором при метастазах в легочную ткань и может быть найден в группах раковых клеток в пределах опухолей молочной железы. Подавление экспрессии ID1 прекращает инициирование опухоли и метастазирование в легкие. Также ID1 взаимодействует с активизированными онкогенами RAS в предотвращении старения клетки.

Метастатическая диссеминация

Раковые клетки могут диссеминировать достаточно рано по отношению к периоду существования опухоли в организме, что часто отмечается у пациенток с раком молочной железы, дающей метастазы в костный мозг. Такие раковые клетки генетически отличны от подобных первичных опухолей, но это не касается костной ткани. У трансгенных мышей с предагрессивным раком молочной железы и пациентов с карциномой in situ покоящиеся раковые клетки, полученные из костного мозга, стали активизированными после трансплантации в костный мозг и вызвали рост. Постулировалось много механизмов, которые могли бы объяснить состояние "покоя» метастазов. У пациентов с прогрессирующей метастатической болезнью клетки рака молочной железы могут эффективно выйти из отдаленного метастаза и, возможно, повторно интегрировать для повторения процесса. Инвазия опухоли посредством своего собственного циркулирующего потомства метастатических раковых клеток обсуждается как возможный механизм более позднего быстрого прогрессирования. Согласно этой гипотезе, большие первичные опухоли могут также быть продуктом агрессивной резидуальности. Это было бы новой перспективой для старого наблюдения, утверждающего, что метастатическое рецидивирование коррелирует с размером опухоли.

Клинические значения

Молекулярные маркеры метастазирования

Количество генов-экспрессоров первичного рака молочной железы, которые предсказывают клинически неблагоприятный исход может доходить до 70 и включает рецептор эстрогена, HER2, маркеры быстрого прогрессирования, митогены сыворотки, гипоксии, активации определенных онкогенов (например, RAS, MYC, и SRC), TGF-β.

Мишени терапии

В принципе, каждый определенный для метастазирования ген – потенциальная мишень для терапии. Продолжающиеся клинические испытания предназначаются для метастатического гена инициирования c-MET (например, ингибитор молекулы ARQ 197, в испытаниях фазы 1-2) и двух метастатических вирулентных генов RANK (например, denosumab, в испытаниях фазы 3) и TGF-β (например, моноклональное антитело GC1008, в испытаниях фазы 1). В фазе предклинических экспериментов находится комбинированная терапия с цитостатиками celecoxib и cetuximab. Предполагается что, она будет эффективна при метастазах рака молочной железы в легкие. Лечение рака, возможно, должно объединить многие антиметастатические препараты с цитостатической химиотерапией. Например, bevacizumab – антитело, предназначающееся для сосудистого эндотелиального фактора роста, изучается в комбинации с адьювантной химиотерапией при раке яичников, колоректальном раке и немелкоклеточном раке легкого. Также необходимы методы лечения, которые затрагивали бы механизмы, отвечающие за нахождение микрометастазов в стадии «покоя».

Клинические испытания с использованием антиметастатических агентов стоят перед многими препятствиями. Любое вспомогательное испытание для оценки рецидивирования метастатической болезни из-за разнообразия опухолей требует большого числа пациентов. Один из способов решения проблемы – коррелятивные исследования ткани, полученной из очагов метастазирования.

 


Copyright © 2009-2010 Konstantin P Korchagin - All Rights Reserved

      k-korchagin@mail.ru  IСQ 566212547