CC BY
0УДК 577.175.62:616-006:575.1/.2
Андрогены и канцерогенез: генетические проблемы
В. Г. Дегтярь, Н. И. Кушлинский
ВЛАДИСЛАВ ГРИГОРЬЕВИЧ ДЕГТЯРЬ — доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клинической биохимии ГУ Российского онкологического научного центра им. H.H. Блохина РАМН (РОНЦ РАМН). Область научных интересов: биохимия стероидных гормонов, механизмы действия андрогенов.
НИКОЛАЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ КУШЛИНСКИЙ — доктор медицинских наук, член-корреспондент РАМН, заведующий лабораторией клинической биохимии ГУ РОНЦ им. H.H. Блохина РАМН. Область научных интересов: онкоэндокринология.
115478 Москва, Каширское шоссе, 24, лаборатория клинической биохимии НИИКО РОНЦ РАМН, тел. (095)324-11-59, факс (095)324-63-52
Среди эндогенных факторов канцерогенеза большое внимание привлекают стероидные гормоны. Исследования, проводившиеся на протяжении многих десятилетий, убедительно показали, что с помощью некоторых гормонов при соблюдении определенных условий можно индуцировать злокачественные опухоли. Это дает основание считать некоторые гормоны канцерогенами [1].
Имеются многочисленные данные, которые указывают на непрямую роль стероидных гормонов в этиологии ряда злокачественных опухолей человека. Такие данные получены не только на опытах с животными, с культурами клеток таких опухолей как рак молочной железы (РМЖ), рак эндометрия, рак предстательной железы (РПЖ), но и при эпидемиологических исследованиях, в которых установлена роль стероидных гормонов как факторов риска высокой степени [2—4]. В онкоэпидемиологических исследованиях концепцию «усиленной гормональной стимуляции» было предложено использовать при анализе причин и механизмов возникновения РМЖ, РПЖ, рака яичников, эндометрия, щитовидной железы, костей, яичек [3]. Эта концепция первоначально сводилась к прямой связи между повышением концентрации в крови гормона-стимулятора (в данном случае стероидного) и усилением митогенеза в ткани-мишени. Однако, несмотря на кажущуюся очевидность такой концепции, доказать прямую связь между уровнями стероидных гормонов и развитием рака у человека совсем не просто. Многое обусловлено сложностью доказательств о влиянии эндогенных стероидов на организм человека, включая и трудности, связанные с соотношением между циркулирующими стероидами и активной («эффективной») концентрацией этих гормонов в клетке. Последнее чрезвычайно важно для андрогенов из-за их интенсивного метаболизма в большинстве тканей организма.
Стероиды являются регуляторами контроля клеточной пролиферации в органах-мишенях, а усиление клеточной пролиферации — возможно основная доминанта в патогенезе многих злокачественных опухолей человека. Клетка, которая подвергается трансформации от нормального фенотипа до опухолевого, претерпевает ряд генетических изменений, которые приводят к активации протоонкогенов и инактивации
генов супрессии новообразования. Ряд доминантных и рецессивных онкогенов кодируют большую группу активаторов транскрипции, к числу которых относятся и некоторые рецепторы гормонов, в первую очередь стероидов [5].
Есть все основания полагать, что частота заболеваемости злокачественными новообразованиями, в том числе гормонозависимыми, может варьировать как под влиянием факторов внешней среды и образа жизни, так и под влиянием некоторых этнических особенностей, присущих определенной популяцион-ной группе. Эти особенности проявляют себя в значительной степени различиями в находящемся под генетическим контролем гормонально-метаболическом статусе, которые могут оказаться решающими при канцерогенезе [1, 4, 6].
Изменение секреции гормонов нередко есть отражение «гормонального дисбаланса», возникающего в результате полного или частичного удаления или дисфункции соответствующего эндокринного органа (например, гонад), но, что важнее, оно может являться и следствием закономерных возрастных изменений [6]. Однако возрастные изменения, приводящие к нарушению регуляции экспрессии некоторых ферментов, могут происходить и в самой ткани-мишени. В условиях дополнительного гормонального сигнала ткань-мишень может интенсивнее, чем обычно, пролифери-ровать, что, как предполагается, и способствует развитию новообразований. Следовательно, определение уровня самих гормонов в проспективных, ретроспективных и эпидемиологических исследованиях сохраняло и сохраняет свое значение [3, 6].
Роль андрогенов при канцерогенезе в настоящее время рассматривается прежде всего в связи с генетическими нарушениями при возникновении и развитии опухолей в первую очередь мужских репродуктивных органов [5]. Для продуктов ряда генов очевидна их роль в процессах малигнизации, это — рецепторы андрогенов (РА), некоторые ферменты биосинтеза и метаболизма андрогенов. Роль других веществ, например некоторых белков-регуляторов, экспрессия которых может регулироваться андрогенами, — опосредована или даже гипотетична, тем не менее их участие в механизмах развития опухолей, вызываемых андрогенами, может быть весьма существенным.
Данный обзор посвящен одному из бурно развивающихся направлений канцерогенеза — исследованию взаимосвязи генетических изменений и роли андрогенов при возникновении и развитии опухолей, в основном РПЖ.
Исследования роли вариабельности генов при возникновении гормонозависимых опухолей начаты не очень давно, поэтому в обзоре анализируются данные исследований, в которых доказана связь мутаций в отдельных генах — генетических маркерах — и канцерогенеза с участием андрогенов. Рассматриваются также некоторые предположения о роли других генов, которые имеют отношение (прямое или косвенное) к механизму действия андрогенов и могут представлять интерес в рамках обсуждаемой проблемы. Очевидно, что чем больше доказательств роли мутаций того или иного гена в возникновении и развитии опухоли, тем больше оснований считать этот ген генетическим маркером.
Андрогены как регуляторы роста клеток
Основное отличие опухолевой клетки от нормального дубликата (аналога) — она «уклоняется» от регуляции [7—9], что приводит к сбою в «правильной работе» соответствующих функций, вызывает изменения фенотипа и рак. Следующие три функции клеток при неоплазии имеют тенденцию регулироваться «неправильно» [10].
1. Ослабляются нормальные ограничения на клеточную пролиферацию — необходимое, но часто недостаточное условие для образования опухоли.
2. Может быть нарушена дифференциация. Клетки опухоли могут блокироваться на определенной стадии дифференцировки или дифференцироваться в необычный (несоответствующий данной ткани) или ненормальный тип клеток.
3. Может дестабилизироваться хромосомная или генетическая организация, и измененные клетки возникают с высокой частотой.
Некоторые измененные клетки имеют преимущество в росте, другие могут быть резистентны к действию лекарств или радиации, или могут иметь повышенные подвижность или возможность синтезировать определенные ферменты, что способствует инвазии и метастазирован и ю.
Как известно, одна из важных составляющих нормальной функциональной активности органа — программируемая гибель клеток, апоптоз, который, хотя и может быть вызван разными причинами, является нормальной функцией ответа клеток большинства тканей на физиологические воздействия. Например, в предстательной железе (ПЖ) в ответ на снижение уровня андрогенов происходит экспрессия генов, которые активируют промоцию (усиление) гибели клеток [11-14].
В здоровой ткани всегда существует баланс между клеточной пролиферацией и потерей клеток через отмирание или остановку (окончание) дифференцировки [15]. Нарушение такого баланса с преобладанием неконтролируемой пролиферации — основа нарастания мутаций в клетке [16, 17].
Многие гормоны (в том числе и стероиды) и/или их метаболиты являются регуляторами апоптоза, и
такая регуляция для онкогенеза имеет даже большую значимость, чем собственно усиление пролиферации.
Стероидные гормоны как передатчики гормонального сигнала в клетку и как низкомолекулярные регуляторы могут влиять на многие процессы в клетке-мишени через различные механизмы, однако наиболее важным и ключевым считается их регуляторное воздействие на уровне генов, которое основано на механизме активации эффекторного участка гена комплексом гормон-рецептор [8, 9, 12, 18].
Передача гормонального сигнала в клетку предполагает, как минимум, действующее начало, в качестве которого выступает «сигнальный» гормон, и объект — ткань-мишень. В зависимости от того, чувствительна или нечувствительна ткань к гормональному воздействию, результат последнего может существенным образом видоизменяться, и это имеет отношение к реализации и физиологических, и патологических реакций и процессов, включая опухолевый рост [18—20]. Детальная расшифровка этих механизмов в течение последних 10 лет оказалась настолько глубокой, что позволила коренным образом изменить наше понимание особенностей стероидзависимой регуляции указанных процессов. В то же время, сложность и многокомпо-нентность этой регуляторной системы столь велика, что отдельные стадии механизма канцерогенеза с участием стероидов пока находятся на уровне предположений [5].
По некоторым данным, крайне важным для проблемы гормонального канцерогенеза, рецепторы стероидов могут активироваться и без присутствия специфического лиганда [12, 19, 20]. С одной стороны, это свидетельствует о взаимодействии различных сигнальных систем, с другой, дополнительно подтверждает гормоноподобные свойства целого ряда факторов роста, прежде всего их широкий диапазон действия (от аутокринного до эндокринного) и особенности продукции в различных тканях. Кроме того, неспецифическая активация рецепторов также не исключает при определенных условиях возможности участия в регуляции некоторых метаболитов андрогенов, кроме 5а-дигидротестостерона (ДТ) и тестостерона (Т), для которых основной путь трансформации — внегонад-ный метаболизм [21].
Андрогенная регуляция ткани-мишени характеризуется тремя достаточно четкими последовательными событиями [6, 11].
1. В присутствии андрогенов в недифференцированных стволовых или покоящихся клетках инициируются циклы транскрипции (ответ ДНК на гормональное воздействие вследствие ее андрогенной чувствительности) и, соответственно, клеточной пролиферации — положительная генная регуляция андрогенами.
2. Когда ткань достигает достаточных размеров по величине, включается механизм ингибирования, который прерывает транскрипцию и клеточную пролиферацию — характерный эффект негативной регуляции гена андрогенами, т.е. ингибирование транскрипции в присутствии гормона.
3. Прерывание доступа андрогена вызывает апоптоз. На примере ПЖ показано, что апоптоз, вызываемый дефицитом андрогенов, приводит к уменьшению размера органа на 50—80% в основном из-за исчезновения клеток эпителия.
Указанная андрогензависимая атрофия ткани-мишени связана с рядом генов, которые активируются в отсутствие андрогенов и репрессируются в их присутствии [22, 23]. Положительная, негативная и андро-генрепрессируемая регуляция генов однозначно зависит от участия РА во взаимодействии с андрогенчувстви-тельными участками гена, хотя точные механизмы такой регуляции все еще не совсем ясны [5, 24, 25].
Для любой ткани-мишени стероидных гормонов достаточно условно можно выделить регуляторные факторы (ингибиторы и активаторы) 1-го и 2-го порядка [25]. Основной регуляторный фактор тканей-мишеней для андрогенов, активатор 1-го порядка — ДТ, который как андроген-эффектор при действии на клетку-мишень запускает целый ряд механизмов биосинтеза специфических для каждой ткани белков, являющихся, в свою очередь регуляторами роста и апоптоза клеток (регуляторы 2-го порядка).
Факторы, которые принимают участие в регуляции дифференцировки, в широком смысле могут быть также разделены на две группы: факторы, которые связываются с рецепторами поверхностной клеточной мембраны и факторы, которые свободно проникают через клеточную мембрану и связываются с цитоплаз-матическими рецепторами. К первой группе относятся факторы белковой природы, например, факторы роста фибробластов — ТвР-а и ТвР-Р, многочисленные цитокины, которые могут принимать участие в регуляции активности большинства ферментов стероидо-генеза и модулировать таким образом действие стероидных гормонов [26]. Для андрогенеза это в первую очередь стероид-5а-редуктаза (5а-Р), Зр-гидроксисте-роиддегидрогеназа (Зр-ГСД) и 17р-гидроксистероид-дегидрогеназа (17Р-ГСД) [21, 27]. К другой группе относятся низкомолекулярные регуляторы, среди которых, безусловно, важнейшие — стероидные гормоны.
Согласно имеющимся данным, наличие делеций в структуре гена рецептора стероида (например одного из экзонов) как причины развития гормонорезистент-ности, вероятно, более значимо, чем некоторые другие изменения. Пока не ясно, может ли то же самое быть справедливо и в отношении ранних этапов опухолевого роста, поскольку наличие делетированных вариантов гена рецептора может быть выявлено (хотя в целом реже) и в нормальной железе.
В настоящее время можно только достаточно схематично представить взаимодействие регуляторов 1-го и 2-го порядка даже в нормальной ПЖ, не говоря уже о других органах, и возможные механизмы «сбоя» этого взаимодействия при опухолевых процессах. Однако «спусковым крючком» такого «сбоя» является, по-видимому, изменение концентрации ДТ в самой железе, а интегрирующее действие указанных факторов обеспечивают анаболические и митогенные эффекты в клетках-мишенях [6].
Как показали многочисленные исследования, злокачественная трансформация клеток-мишеней связана с постепенной прогрессирующей потерей гормонального контроля над механизмами, регулирующими их рост. Этот процесс можно также разделить условно на три стадии [6, 8, 11].
1. Исчезновение механизма генной регуляции негативного типа (т.е. механизма, который лимитирует число клеток в ткани), что приводит к возникновению
андрогенчувствительной, андрогензависимой опухоли.
2. Утрата (исчезновение) и негативного, и андро-генрепрессируемого типов генной регуляции (т.е. механизма, регулирующего и число клеток, и апоптоз) характеризует андрогенчувствительную, андрогеноне-зависимую опухоль.
3. При дальнейшей прогрессии позитивная генная регуляция также исчезает, и опухоль, теперь уже анд-рогенонечувствительная и андрогенонезависимая, характеризуется полностью автономным ростом.
Поскольку все андрогензависимые (а некоторые и андрогенонезависимые) опухоли остаются андроген-чувствительными, то любое воздействие, которое увеличивает концентрацию андрогенов в крови (в первую очередь Т, возможно, и других андрогенов) несет риск увеличения роста опухоли и характеризуется клиническими признаками воспалительной гиперемии.
В принципе не важно, на какой стадии и где происходит нарушение биосинтеза и/или метаболизма андрогенов, которое в конечном итоге приводит к увеличению уровня ДТ (или Т) в ткани-мишени, где развивается андрогензависимая опухоль. Однако чаще всего это возможно только при условии сохранения функциональной активности рецепторного аппарата для андрогенов в клетках данной ткани. При любом типе удаления источника андрогенов оптимальным результатом этого будет двойной эффект — ингибиро-вание транскрипции и индукция апоптоза клеток. Гибель клеток, связанная с прекращением (ограничением) поступления андрогенов, подчиняется кинетике нулевого порядка: одновременная общая гибель клеток маловероятна, но апоптоз пропорционален падению клеточной концентрации ДТ [6].
Для реализации ответа на гормональный сигнал помимо самого действующего гормона и/или ростово-го(ых) фактора(ов) (экспрессия которого(ых) находится под контролем андрогенов) должны быть созданы определенные предпосылки в ткани-мишени. Могут ли изменения гормоночувствительности ткани-мишени быть достаточными для индукции в ней новообразований? Следует признать, что теоретически, а иногда и практически, такое возможно, хотя и сам гормональный канцерогенез, и события, к нему предрасполагающие, — несомненно результат комплексных процессов. Иногда бывает трудно провести параллель между изменениями в нормальных тканях (в частности, возрастными) и их предрасположенностью к опухолевому росту [1]. Далеко не всегда также может быть найден явный фенотипический эквивалент изменений реакции ткани на гормон, что, несомненно, затрудняет возможности для адекватных выводов.
Помимо изменений на уровне самих рецепторных белков и пострецепторных реакций все большее внимание привлекают к себе явные и потенциальные нарушения клеточного генома, участвующего в восприятии гормонального сигнала [6, 18].
При образовании опухолей ПЖ — основного органа-мишени для андрогенов, главную роль всегда играют эти гормоны [11, 27, 28]. Однако под влиянием андрогенов могут быть индуцированы также опухоли надпочечников, щитовидной и поджелудочной желез, печени, яичников [29]. Тем не менее по ряду причин наибольшее внимание уделялось исследованиям, связанным с РПЖ.
Среди млекопитающих с нерудиментарной ПЖ только у собаки и человека естественным путем возникает РПЖ [30]. В то же время, РПЖ, который гистологически был бы сходен с заболеванием человека, трудно вызвать экспериментально, что в значительной степени сдерживает прогресс в понимании патогенеза РПЖ [6, 18].
Рост карциномы ПЖ зависит прежде всего от воздействия на клетки опухоли 5а-дегидротестостерона, который в основном образуется в них же [30]. Однако не все клетки ПЖ при раке сохраняют одинаковую зависимость от андрогенов [12, 18, 31].
Образование и концентрация андроген-эффектора ДТ может зависеть не только от поступления в клетки андроген-прегормона(ов), в первую очередь Т, а возможно и 4-андростен-3,17-диона (А4) и дегидроэпи-андростерона (ДЭА) [12, 32], но и от образования ДТ из других андрогенов в самой железе [21, 33]. Удаление андрогенов приводит к регрессии опухоли и наоборот, что указывает на исключительную важность антиандрогенной терапии при лечении таких опухолей [11, 13].
Мутации некоторых генов при раке предстательной железы
Как известно, РПЖ представляет собой наиболее часто выявляемую и притом гормонозависимую (в традиционном смысле этого слова) опухоль у мужчин [6, 25], для которой характерна тенденция ко все более широкому распространению в популяции. Среди эпидемиологических факторов риска РПЖ, кроме обычных для всех злокачественных заболеваний, один из важнейших — возраст: пик заболеваемости сдвинут «вправо». РПЖ редко бывает до 40 лет, а затем с возрастом количество случаев заболевания увеличивается, и по некоторым данным у 50—70% мужчин в возрасте 80 лет могут быть обнаружены гистологические признаки карциномы ПЖ [4, 6].
Среди жителей США в последнее время достаточно широко проведены исследования риска возникновения и развития РПЖ, связанного с этнической принадлежностью пациентов: у афро-американцев заболевание выявляется чаще, чем у европеоидов, и гораздо чаще, чем у японцев или жителей некоторых других азиатских стран. Белые американцы занимают промежуточное положение по риску заболевания РПЖ [6].
Основные факторы риска прямо или косвенно связаны с биосинтезом и/или метаболизмом андрогенов (иногда и эстрогенов). Изучение связи уровня гормонов и риска развития РПЖ затруднено рядом причин: колебания при анализе, циклические и эпизодические колебания в уровне гормонов, наличие не всегда выполнимых требований для больших проспективных исследований, трудности в определении тканевой специфичности действия и т.п.
Важно отметить, что в большинстве исследований не обнаружено значительных отличий концентрации Т в крови у больных РПЖ и относительно здоровых мужчин того же возраста, хотя некоторые исследователи смогли выявить тенденцию между увеличением концентрации Т и соотношением ДТ/Т в крови и риском развития РПЖ, особенно среди лиц афро-американского происхождения по сравнению с белыми, а у афро-американцев и белых — по сравнению с азиатами-американцами [6].
Несмотря на несомненный прогресс в исследованиях по этой проблеме вопрос о «достаточности» андрогенов для процесса гормонального канцерогенеза в ПЖ все еще остается открытым. Очевидное продвижение в этом вопросе в последние несколько лет связано с гипотезой полигенной модели канцерогенеза ПЖ, где основным предметом исследований являются мутации гена Aft (ген рецептора андрогенов) и генов, регулирующих биосинтез андрогенов, их активацию и транспорт [6]. Такое рассмотрение проблемы имеет все основания, поскольку нарушения в механизме действия РА, по-видимому, являются наиболее ранними событиями при развитии РПЖ [18]. Вероятно, такая модель будет полезна для исследования канцерогенеза с участием андрогенов и других органов-мишеней для андрогенов [34].
При попытках поиска генов предрасположенности к развитию злокачественных новообразований и приравнивания моделей с их участием к некоторым другим полигенным заболеваниям не всегда учитывается, что в случае гормонозависимых опухолей существует специфическая особенность, на которую обратили внимание относительно недавно. Речь идет об аллель-ном полиморфизме генов биосинтеза и метаболизма стероидов, который может быть причиной усиленной продукции некоторых гормонов в специализированных эндокринных клетках и/или вне их и, таким образом, источником избыточной гормональной стимуляции тканей-мишеней.
Для ПЖ однозначно доказана роль изменений в экспрессии четырех генов, кодируемые продукты которых потенциально имеют (или могут иметь) значение для механизмов стимуляции андрогенами РПЖ [6]. Все эти, в достаточной степени охарактеризованные гены полиморфны, они вносят существенный вклад в разнообразие (вариацию) аллелей среди расо-во-этнических групп, представляющих интерес с точки зрения риска РПЖ. Такими генами являются: 1) ген SRD5A2 (5alpha-steroid reductase type 2 gene — ген 5а-стероидредуктазы типа 2), кодирующий фермент 5а-Р типа 2, который катализирует превращение Т в ДТ; 2) ген AR — ген рецептора андрогенов, белковый продукт которого — РА связывает андроген-эффектор, осуществляет его транспорт в ядро и является основным трансактивационным фактором; 3) ген CYP17 (cytochrome Р 17alpha gene - ген 17а-цитохрома Р), кодирующий один из ферментов семейства цито-
а
ственно участвует в биосинтезе Т и обладает С17_2г а
HSD3fí2 (3beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene — reн Зр-гидроксистероиддегидрогеназы типа 2), продукт которого — изофермент Зр-гидроксилаза-З-кето-Д5_4-стероидизомераза (Зр-ГСД/КСИ) типа 2 не только принимает участие в биосинтезе Т, но может инактивировать ДТ в самой железе. В последнем случае из-за двойной активности фермента трудно точно определить, какие функциональные варианты его гена связаны с риском РПЖ.
Ген SRD5A2. Около 75% ДТ синтезируется в ПЖ с а
* Здесь и далее по тексту заглавными буквами курсивом обозначены названия генов.
держание этого самого активного природного андро-гена в 2—6 раз ниже, чем Т, однако в ПЖ соотношение обратное, в результате чего уровень ДТ в самой железе может быть в 5—6 раз выше, чем в крови [18]. С возрастом в крови здоровых мужчин концентрация общего Т снижается, а концентрация ДТ существенно не изменяется. Это может быть еще одним подтверждением того, что основная роль андрогенов в ПЖ связана именно с метаболизмом в самой железе, который с возрастом мужчины, вероятно, начинает играть даже большую роль, чем у молодых. В то же время с возрастом в эпителии ПЖ здоровых мужчин общая а
ся с возрастом [24]. При доброкачественной гиперплазии предстательной железы (ДГПЖ) содержание ДТ и РА в ткани железы (при расчете на 1 г ткани) увеличивается, соответственно, в 2—5 и в 9 раз, а с учетом возрастания массы железы — еще больше [24]. Одной из причин увеличения концентрации ДТ в железе — основного патогенетического фактора при опухолях
а
том числе и самим ДТ [35], несмотря на возрастное снижение субстрата этого фермента — тестостерона, поступающего из крови в железу [36]. В то же время имеются данные, что концентрация ДТ в тканях РПЖ по сравнению с нормальной железой снижена, и это некоторые исследователи связывают с нарушением катаболизма ДТ из-за изменения активности 3(а или Р)-гидроксистероидредуктазы (За или Р-ГСР), в первую а
Ряд исследователей полагает, что ген, кодирующий а
тоонкоген, активность которого находится под контролем белка р53 [24]. В результате инактивации гена белка р53 (гиперметилирование или мутации) [7] либо
а
его активность увеличиваются, что нарушает координацию между онкогенными и антионкогенными факторами и включает механизм развития опухолей ПЖ. Следовательно, именно высокий уровень ДТ в ПЖ — основной фактор развития опухолей. Однако это справедливо лишь при экспрессии «нормальных» генов рецепторов андрогенов, поскольку при экспрессии дефектных генов РА ткань может быть нечувствительна к андрогенам. Последнее, однако, не исключает развитие опухоли с активацией РА, но по механизмам, которые не связаны с прямым участием андрогенов [12, 19, 20].
При анализе полиморфизма гена БЯй5А2 обнаружено 7 несмысловых мутаций, в результате которых происходит замена аминокислотных остатков в белко-а
быть связаны с риском РПЖ [6]. Одна мутация с заменой Вал89^Лей, вероятно, наиболее важна при РПЖ. Гомозиготный генотип по Вал89 (генотип Вал-Вал) характерен для мужчин афро-американцев (59%) и белых американцев (57%), но этот генотип обнаружен только у 29% мужчин китайцев и японцев. С другой стороны, гомозиготный генотип Лей-Лей встречается у 29% мужчин китайцев и японцев, но только у 4% белых и 3% афро-американцев. Более того, обнаружена взаимосвязь между генотипом и
а
За,17р~диола (За-Д) у мужчин азиатского происхож-
дения: мужчины с генотипом Вал-Вал имели концентрацию указанного андрогена в крови выше, чем с генотипом Вал-Лей и с генотипом Лей-Лей [6].
Другая одиночная мутация — Ала49^Тре может быть связана примерно с 10% прогрессирующего РПЖ у мужчин [38].
Указанные мутации изменяют кинетические свойства 5а-Р: фермент с заменой Ала49^Тре в 5 раз активнее фермента дикого типа по отношению к Т, а активность фермента Вал89^Лей составляет примерно треть активности фермента дикого типа [6].
Ген АЛ. Рецепторы андрогенов традиционно рассматриваются в первую очередь среди факторов, вовлеченных в процесс развития РПЖ [6, 11, 39], хотя в последнее время их полиморфизм становится предметом изучения и при раке других органов [34].
На всех стадиях развития РПЖ ген АЯ функционально активен и может участвовать в этиологии РПЖ тремя уникальными путями [4, 18].
1. Амплификация этого гена — ключевой момент в трансформации опухолей ПЖ от гормоночувствитель-ной к гормононезависимой. Примерно в одной трети опухолей ПЖ, резистентных к терапии, наблюдается амплификация гена АЯ.. Более того, после мутации этого гена рецепторы андрогенов могут активироваться не только ДТ, но и факторами роста, индуцируемыми протеинкиназой А и рядом других белковых и пептидных соединений, что, вероятно, во многих случаях может объяснить автономность (андрогенную независимость) роста опухоли [12, 18, 40—42].
2. Мутации гена АЯ всегда сопровождают РПЖ, поскольку это приводит к изменениям структуры молекулы РА в домене связывания андроген-эффектора, что сопровождается изменением функциональной активности РА.
3. Из восьми экзонов, входящих в ген АЯ, наиболее важным для риска развития РПЖ считается экзон 1. Именно этот экзон кодирует домен РА, ответственный за активацию транскрипции гена-мишени, а последовательности [САС]„ (я в норме = 11—35) и [ввС],, (я в норме = 24) кодируют два полиморфных участка с аминокислотными последовательностями поли-Глн и поли-Гли, соответственно [18]. Участок молекулы рецептора поли-Глн имеет отношение к механизму транслокации РА, который изменяется в зависимости от длины последовательности (САС)„ [43]. Считается, что более короткий вариант (САС)„ (я < 20—22) предрасполагает к возникновению карциномы ПЖ, так как увеличивает активность РА, и, как следствие, повышает время действия андроген-эффектора, что, в итоге, приводит к прогрессии РПЖ [4].
Кроме того, указанная последовательность нуклео-тидов в гене АЯ представляет большой интерес потому, что расширение этого повтора приводит к редкому, связанному с Х-хромосомой, заболеванию Кеннеди, которое сопровождается тестикулярной атрофией, пониженной продукцией спермы и низкой вирилизацией [6]. У таких пациентов найдено более чем двойное увеличение числа повторов указанного кодона в гене АЯ, а «биологическая активность» (способность активировать транскрипцию) РА, экспрессированных этим геном, примерно вдвое ниже, чем у нормальных РА, хотя связывающая способность таких рецепторов по отношению к ДТ сохраняется полностью. Вероят-
но, активность РА зависит от величины повтора [CAG]„ обратно пропорционально — чем короче в аллелях повтор [CAG]„, тем больше предрасположенность таких индивидуумов к РПЖ. Удаление последовательности [CAG]„ в генах /IR крысы и человека приводило к заметному увеличению транскрипционной активности in vitro PA — продукта экспрессии такого гена [6, 44, 45]. Предполагается, что более короткие последовательности (GGC)„ (я < 20—22) также, вероятно, связаны с высоким риском РПЖ, особенно при прогрессировании болезни, хотя данные достаточно противоречивы [4, 46].
При РПЖ в гене AR обнаружена единичная инак-тивирующая мутация, которая приводит к «катастрофическим» последствиям для клеток ПЖ: при этой мутации, приводящей к замене в белковой цепи Цис616^Тир, молекула РА теряет способность связываться с соответствующим(и) участком(ами) ДНК, а модифицированные белковые молекулы РА накапливаются в виде агрегатов в цитоплазме и ядре клетки опухоли ПЖ [47]. Вероятно, такие «дефектные»» РА не способны активироваться ни ДТ, ни возможными другими активаторами.
Ген HSD3B2. Ряд мутаций гена HSD3B2 у человека приводят к редкому заболеванию — конгенитальной гиперплазии надпочечников, но, по-видимому, не имеют прямого отношения к заболеваниям ПЖ. Однако есть серьезные основания полагать, что этот фермент может играть определенную роль при опухолях МЖ и ПЖ, поскольку в них может накапливаться ДЭА [48], из которого образуется А4 (при этом Зр-ГСР действует как изомераза). Последнее особенно важно для РМЖ, в клетках которой активность фермента может регулироваться интерлейкинами, а рост опухоли зависит от андрогенов [49, 50, 51].
Между группами мужчин разной этнической принадлежности обнаружен сложный полиморфизм в гене HSD3B2, но не было установлено связи между изменениями в этом гене, риском развития РПЖ и биохимическим фенотипом, т.е. разной скоростью биосинтеза Т или скоростью метаболизма ДТ в ПЖ [6]. В то же время имеются предположения, что полиморфизм в этом гене, который можно считать генетическим маркером при РПЖ, значительно увеличивает риск развития РПЖ.
Ген CYP17. Данный ген кодирует фермент семейства цитохромов — р450с17а, обладающий стероид-17а-гидроксилазной и 17,20-лиазной активностями в ключевой реакции биосинтеза Т в гонадах и надпочечниках [6]. Ген CYP17 может быть представлен двумя аллелями — Л, и А2, причем у носителей аллеля А2 мужского пола повышен риск облысения, а женского пола — риск поликистозного рака яичника, но в обоих случаях это связано с нарушением биосинтеза и/или метаболизма андрогенов [6, 52, 53].
Изоферменты 17Р-гидроксистерои,вдегидрогеназы (17Р-ГСД). Гены изоформ 17Р-ГСД также представляют большой интерес с точки зрения участия андрогенов в канцерогенезе, поскольку эти изоферменты играют важную роль не только при метаболизме андрогенов, но и эстрогенов [54, 55]. У человека известно около 10 изоформ 17Р-ГСД, но для изоформ 17Р-ГСД обнаружен пока только один полиморфный ген.
В нормальной ПЖ человека важную роль играют две изоформы 17Р-ГСД, которые участвуют в метаболизме андрогенов — 17Р-ГСД типа 3 и 17Р-ГСД типа 5: первая действует как редуктаза и катализирует превращение А4 в Т (кетогруппа при С17 ^ гидроксиль-ная группа), вторая — как дегидрогеназа, катализируя обратную реакцию [55].
Интерес к изоформам 17-ГСД связан не только с тем, что важным (а после кастрации единственным) источником ДТ в ПЖ могут быть надпочечниковые андрогены — А4 и ДЭА [56]. Изоформы 17Р-ГСД могут быть своеобразными молекулярными переключателями, модулирующими контроль роста гормональ-нозависимых опухолей ПЖ и МЖ [55].
Вполне вероятно, что увеличение экспрессии 17Р-ГСД типа 5 может быть связано не только с прогрессией РПЖ, но и опухолей костей [57]. Возможно, определенную роль в ПЖ может играть и 17Р-ГСД типа 2, которая также действует как дегидрогеназа: в тканях доброкачественной гиперплазии ПЖ и РПЖ найден этот изофермент [58], хотя активность его в малигнизированной ткани ПЖ значительно ниже, чем в немалигнизированной [59].
В работе [60] показано, что единственная мутация в гене НЗВ17ВЗ, в результате которой происходит замена в белковой цепи фермента Гли229^Сер приводит к значительному увеличению риска развития РПЖ. Это может служить одним из доказательств возможной роли экспрессии генов изоформ 17Р-ГСД в развитии РПЖ.
Вероятно, дальнейший анализ связи между изменениями экспрессии генов изоформ 17Р-ГСД (и возможными их мутациями) и образованием и развитием опухолей расширит имеющиеся в настоящее время представления о роли 17Р-ГСД в андрогензависимом канцерогенезе органов-мишеней [55, 58, 59].
Для понимания роли андрогенов при канцерогенезе разных органов необходимо прежде всего четко определить взаимосвязь между полиморфными маркерами каждого гена для индивидуума и для расово-этнической группы вообще и существующими различиями в развитии рака данного органа. Это поможет установить: а) взаимосвязь между каждым геном и риском развития рака; б) полигенную этиологию РПЖ и, вероятно, других органов, в которых андрогены могут играть определенную роль при неоплазии; в) пределы, в которых изменения в аллелях этих генов для индивидуума и в группах объясняют расово-эт-нические вариации возникновения РПЖ; г) возможную связь изменений уровня андрогенов и риска развития опухоли разных органов.
В настоящее время не вызывает сомнений, что одной из причин канцерогенеза являются активирующие мутации в онкогенах и инактивирующие повреждения в антионкогенах (супрессорных) генах. Эти события нарушают экспрессию и/или функцию белков, участвующих в контроле клеточной пролиферации, дифференцировки и гибели клеток [15].
В целом можно сказать, что равно неоправданно как преуменьшать значение усиленной пролиферации в гормональном канцерогенезе, так и сводить дело только к ней [1]. При этом не исключено, что образующиеся вне гонад стероиды в непосредственной близости от тканей-мишеней или в самих тканях-
мишенях имеют больше шансов инициировать воздействие на ген, чем циркулирующие в крови, что в первую очередь относится к андрогенам из-за их интенсивного метаболизма во многих тканях.
Возрастные изменения в основных эндокринных гомеостатических системах (независимо от того, выполняется при этом какая-то программа, связанная со старением организма, или они, наряду с некоторыми иными биохимическими реакциями, являются побочным продуктом такой программы) способны создавать условия, благоприятствующие опухолевому росту. Последнее в значительной степени связано с представлением о значении гормонов как «факторов, создающих условия для развития опухолей» [1].
Как уже упоминалось, в прогрессии опухоли участвуют многие известные и еще неизвестные факторы на всех стадиях, однако следует подчеркнуть, что именно суммарная аккумуляция мутаций в генах, а не последовательность этих мутация при аккумуляции, принципиально важна в усилении прогрессии опухоли: пациенты с первичной опухолью, в которой обнаружена высокая степень потери нормальных генов, имеют более высокую степень риска развития метастазов и «плохой» прогноз по выживаемости, чем пациенты с низкой частотой потери их в своих опухолях [61].
Имеется два типа генетически обусловленных эмбриональных изменений ДНК, которые предрасполагают к раку [6]. Некоторые генетические изменения при эмбриогенезе непосредственно ведут к раку. Эти единичные наследуемые генетические признаки не свойственны популяции, т.е. они несут низкий уровень популяционного риска заболевания, но для индивидуумов с такими наследуемыми единичными признаками может быть очень высокий абсолютный риск развития заболевания. Более общими являются чувствительные гены с низким абсолютным, но высоким популяционным риском, так как генотип высокого риска может быть достаточно общим в популяции. Эти типы генов (например, те, которые включены в метаболизм андрогенов и поэтому действуют на пролиферацию клеток ПЖ или других органов) не вызывают рак прямо, но влияют опосредованно на риск заболевания раком. Вероятно, они влияют на риск развития рака в связи с другими факторами, и их следует рассматривать в рамках полигенной этиологии рака, что дает возможность идентифицировать индивидуумов с высоким или низким риском полигенного профиля [6, 61].
Современное состояние изучения молекулярных механизмов злокачественной трансформации, по-видимому, не дает шансов на обнаружение универсального звена канцерогенеза опухолевого роста с участием андрогенов [5, 62]. Это усложняет, но не исключает поиск ключевых биохимических мишеней для лечения андрогензависимых опухолей. Исследования в этой области проводятся столь интенсивно, что нет сомнений в значительном прогрессе в самом ближайшем будущем.
Даже если не учитывать теоретическую важность рассмотренной проблемы как общебиологической, необходимо отметить, что знание механизмов гормонального канцерогенеза — это возможность правильного подхода к профилактике и лечению различного типа злокачественных опухолей, к применению гор-
мональной терапии и оценке эффективности лечения [3, 4, 62, 63].
Список сокращений
A4 — 4-андростен-3,17-дион
nß-ГСД — 17р-гидроксистероидцегидрогеназа
3ß-TCP — Зр-гидроксистероидредуктаза
ДТ — 5а-дагиддотестостерон (5а-анддо^н-3-он-17р-ол)
ДЭА — дегидроэпиандростерон (5-андростен-17-он-Зр-ол)
5а-Р — стероид-5а-^^^та (4-ен-3-оксостероид-5а-ок-сидоредуктаза
РА — рецептор андрогенов Т — тестостерон (4-андростен-3-он-17р~ол) AR (androgen receptor gene) — ген рецептора андрогенов TG F (tissue growth factor) — фактор роста фибробластов
ЛИТЕРАТУРА
1. Берштейн Л.M. Гормональный канцерогенез. СПб.: Наука, 2000, 199 с.
2. Bonney R.C., Reed M.J., Beranek P.A. е. a. J. Steroid. Bio-chem, 1986, v. 24, p. 361-364.
3. Habib Т.К. Eur. Surg. Oncol., 1997, v. 23, p. 625-639.
4. Stanford J.L., Just J.J., Gibbs M. e. a. Cancer. Res., 1997, v. 57, p. 1194-1198.
5. Tabard L., Joly M.O., Nicolas B. e. a. In.: Program. Abstrs. Xth Intern. Congr. on Hormonal Steroids.-Québec City, June 17-21, 1998, p. 120.
6. Ross R.K., Pike M.C., Goetzee G.A. e. a. Cancer Res., 1998, v. 58, p. 4497-4504.
7. Лихтенштейн A.B., Киселева H. П. Биохимия, 2001, т. 66, № 3, с. 293-317.
8. Jensen E.V., DeSombre E.R. In: Cancer Medicine, 4th Ed. Eds. J.F Holland e. a. Baltimore: Williams and Wilkins, 1997, p. 1049-1060.
9. Kennedy B.J. Ibid., p. 1061-1066.
10. Hendersen B.E., Bernstein L., Ross R.K. Ibid., p. 277—292. 11 .Bruchovsky N. Ibid., p. 1133-1148.
12. Crawford E.D., Boccon-Gibod L., Bruchovsky N. e. a. In: Prostate Cancer. 2nd Int. Consultation on Prostate Cancer. June 27-29, 1999, Paris. Eds. G. Murphy e. a. Health Publication Ltd.: 2000, p. 353-394.
13. Hall S.J., Mutchnik S.E., Yang G. e. a. Cancer Gene Ther.,
1999, v. 6, p. 54-63.
14. TangD.G., Porter A.T. Prostate, 1997, v. 32, p. 284-293.
15. Matsushima H., Goto T., Hosaka Y. e. a. Cancer, 1999, v. 85, p. 1822-1827.
16. Tingert HJ., Campasi J., Pardee A.B. In: Cancer Medicine, 4th Ed. Eds. J.F Holland e. a. Baltimore: Williams and Wilkins, 1997, p. 3-18.
17. Geek P., Szelei J., Jimenez J■ e. a. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 1999, v. 68, p. 41-50.
18. Bartsch G., Klocker H., Ackermann R. e. a. In: Prostate Cancer. 2nd Int. Consultation on Prostate Cancer. June 27—29, 1999, Paris. Eds. G. Murphy e. a. Health Publication Ltd.: 2000, p. 57-136.
19.Jenster G. Semin. Oncol, 1999, v. 26, p. 407-421.
20. Lu S., Tsai S. Y., Tsai M.J. Endocrinology, 1999, v. 140, p. 5054-5049.
21. Дегтярь ВТ., Кушлинский H.E. Успехи совр. биологии,
2000, т. 120, № 1, с. 48-59.
22. Sciarra A., Casale P., DiChirio С. e. a. Minerva Urol. Nefrol., 1998, v. 50, p. 185-190.
23. Tilley W.D., Buchanan G, Hickey Т.Е., Bentel J.M. Clin. Cancer Res., 1996, v. 2, p. 277-285.
24. Зезеров Е.Г., Северин E.C. Вестн. РАМН, 1998, № 5, с. 2935.
25. Зезеров Е.Г., Северин Е.С. Там же, 1999, № 3, с. 49—56.
26. Herrmann М., Scholmerich J., Straub R.H. Ann. NY. Acad. Sei., 2002, v. 966, p. 166-186.
27. Gleave M., Bruchovsky N., Goldenberg S.L., Rennie P. Eur. Urol., 1998, v. 34(Suppl. 3), p. 37-41.
28. Magi-Galluzzi C., Murphy M., Cangi M.G., Loda M. Anal. Quant. Cytol. Histol., 1998, v. 20, p. 343-350.
29. Risch H.A. J. Natl. Cancer Inst., 1998, v. 90, p. 1774-1786.
30. Bjelfman C., Suderstrum T.G., Brekkan E. e. a. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1997, v. 82, p. 2210-2214.
31. Iwasaki S., Kato K, Mori T. e. a. Jpn. J. Cancer Res., 1999, v. 90, p. 2-30.
32. Negri-Cesi P., Colciago A., Poletti A., Motta M. Prostate, 1999, v. 41, p. 224-232.
33.Дегтярь В.Г., Кушлинский Н.Е. Бюлл. экспер. биол. мед., 2000, т. 129, № 5, с. 484-490.
34. Craft N., Sawyers C.L. Cancer Metastasis Rev., 1998-99, v. 17, p. 421-427.
35. George F.M., Russell D. W., Wilson J.D. Proc. Natl. Acad. Sei., 1991, v. 88, p. 8044-8047.
36. Akalu A., Dimajian D.A., Highshaw R.A. e. a. J. Urol., 1999, v. 68, p. 1355-1358.
37. Дегтярь В.Г., Кушлинский Н.Е. Биохимия, 2001, т. 66, № 3, с. 318-331.
38.Macridakis N.M., Ross R.K., Pike М.С. е. a. Lancet, 1999, v. 354, р. 975-978.
39. Klocker Н., Culig Z, HobLsch А. е. a. In: Basic Research in Urological Oncology. Ed. L. Luciano e. a. Basel: Karger, 1996, p. 28-40.
40. Cronauer M. V., Nessier-Menardi C., Klocker H. e. a. Br. J. Cancer, 2000, v. 82. p. 39-45.
41 .Planz В., Aretz H.T., Wang Q. e. a. Prostate, 1999, v. 41, p. 233-242.
42. Sadar M.D., Hussain M., Bruchovsky N. Endocr. Relat. Cancer., 1999, v. 6, p. 487-502.
43. Irvine R.A., Ma H., Yu M.C. e. a. Hum. Mol. Genet, 2000, v. 9, p. 267-274.
44. Hakimi J.M., Schoenberg M.P., Rondinelli R.H. e. a. Clin. Cancer. Res., 1997, v. 3, p. 1599-1608.
45. Yong E.L., Ghadessy F.J., Wang Q. e. a. Rev. Reprod., 1998, v. 3, p. 141-144.
46. Pettaway C.A. J. Natl. Med. Assoc., 1999, v. 91, p. 653-660.
47. Nazareth L.V., Stenoien D.L., Bingman W.E. e. a. Mol. Endocrinol., 1999, v. 13, p. 2065-2075.
48. Adams J.B. Breast Cancer Res. Treat., 1998, v. 51, p. 183188.
49. Gingras S., Moriggi R., Groner B., Simrad J. Mol. Endocrinol., 1999, v. 13, p. 66-81.
50. Lapointe J., Fournier A., Richard V., Labrie C. Endocrinology, 1999, v. 140, p. 416-421.
51. Liao D.Z., Pantaziss C.G., Hou X., Li S.A. Carcinogenesis,
1998, v. 19, p. 2173-2180.
52. Soucy P., Dallaire T. Il, Lumbroso S. e. a. Bull. Cancer, 1999, v. 86, p. 618-621.
53. Njar V.C., Brodie A.M. Curr. Pharm. Des., 1999, v. 5, p. 163180.
54. Labrie F., Simard J., Luu-The V. e. a. Baillieres Clin. Endocrinol. Metab., 1994, v. 8, p. 451-474.
55. Moghrabi N., Anderson S. Trends Endocrinol. Metab., 1998, v. 9, p. 265-270.
56. El-Alfy M., Luu-The V., Huang X.-F. e. a. Endocrinology,
1999, v. 140, p. 1481-1491.
57.Dufort I., Rheault P., Huang X.F. e. a. Ibid., 1999, v. 140, p. 568-574.
58. Biswas M.G., Russel D.W. J. Biol. Chem., 1997, v. 272, p. 15959-15966.
59. Koh E., Nöda T., Kanaya J., Namiki M. Prostate, 2002, v. 53, p. 154-159.
60.Margiotti K, Kim E., Pearce C.L. e. a. Ibid., 2002, v. 53, p. 65-58.
61. Kallioniemi O.-P., Kolmer M., Bubendorf L. e. a. In.: Program. Abstrs. Xth Intern. Congr. on Hormonal Steroids. Québec City, June 17-21, 1998, p. 53.
62. Kokontis J.M., Liao S. Vitam. Horm., 1999, v. 55, p. 219-307.
63. Daliani D., Papandreou C.N. Semin. Oncol., 1999, v. 26, p. 399-406.
