CC BY
23
УДК 616.441-006.6+616.16
ангиогенез в щитовидной железе и злокачественная патология органа
(обзор современной литературы)
М.В. ^ринджук1, М.В. Фридман2, В.А. ковалев1
angiogenesis in thyroid gland AND malignant pathology of THE oRGAN
(review of modern literature)
M.V. Sprindzhouk, M.V. Fridman, V.A. Kovalev
1 Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси, Минск, Беларусь
2 РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова, п. Лесной, Минский р-н., Беларусь
реферат. В статье обсуждаются вопросы, касающиеся кровоснабжения щитовидной железы на микроскопическом уровне. Рассматривается значение ангиогенеза как ведущего механизма канцерогенеза опухолей щитовидной железы. Сообщается обобщенный опыт исследования процессов ангиогенеза в тканях щитовидной железы, в частности, взаимосвязь плотности микрососудов гистологического препарата тканей железы и экспрессии фактора роста эндотелия сосудов и различных аспектов поведения опухоли, а также начальный опыт изучения проблемы в Беларуси.
Ключевые слова: ангиогенез, рак щитовидной железы, плотность микрососудов, фактор роста эндотелия сосудов, карцинома, зоб, анализ изображения, обработка (расшифровка) изображения.
Abstract. Duestions concerning thyroid gland blood supply on the microscopic level are discussed in the article. The significance of angiogenesis as a leading carcinogenesis mechanism of thyroid gland tumours is discussed. The generalized experience in studying angiogenesis processes in thyroid gland tissues, specifically, relationship between the microvessels density of the histologic specimen of the gland tissues and vessels endothelium growth factor expression and different aspects of tumour behaviour, and also the early experience in the problem study in Belarus are revealed.
Key words: angiogenesis, thyroid cancer, microvessels density, vessels endothelium growth factor, carcinoma, goiter, image analysis, image processing.
Введение
Проблема рака щитовидной железы и ангиогенез. Рак щитовидной железы составляет менее 1% всех раковых заболеваний человека, но является наиболее распространенным новообразованием желез внутренней секреции. Частота рака щитовидной железы (ЩЖ) составляет 0,5—10 на 100 000 населения [1]. Чаще всего встречается папиллярный рак ЩЖ — 80% всех раков этого органа. Рак ЩЖ в два-четыре раза чаще встречается у женщин, чем у мужчин. Факторами риска развития карциномы щитовидной железы являются воздействие ионизирующей радиации, гормональные факторы и отягощенная наследственность.
Различные гистологические типы рака ЩЖ имеют отличительные характерные клинические свойства. Более
чем 90% опухолей ЩЖ — это хорошо дифференцированные карциномы, среди которых выделяют фолликулярный рак ЩЖ и папиллярный рак ЩЖ. Для этих двух типов рака ЩЖ лечение может оказаться эффективным, и прогноз часто благоприятен для пациентов, болезнь которых выявлена на ранней стадии. Напротив, анапла-стический рак ЩЖ — крайне агрессивное заболевание, плохо отвечающее на терапевтические мероприятия и ассоциируемое с негативным прогнозом (10-летняя выживаемость составляет 14%) [2]. Фолликулярная тиреоидная карцинома стремится распространиться через кровеносное русло, тогда как распространение папиллярных опухолей ЩЖ происходит посредством лимфатической системы (Hsiao PJ. et al., 2007) [1].
Согласно данным национальной базы данных рака США, для 56 856 пролеченных пациентов, страдающих карциномой ЩЖ, показатель общей относительной
10-летней выживаемости составил 93, 85, 76 и 75% при папиллярном раке, фолликулярном раке, опухоли клеток Hurthle и медуллярном раке соответственно [2].
Частота рака ЩЖ катастрофически выросла во всех трех странах СНГ, как предполагается, из-за выброса большого количества радиоактивного йода в результате Чернобыльской катастрофы.
Например, случаи заболевания в крайне загрязненной Брянской области в период 1988—1998 гг. удвоились по сравнению с показателями по России в целом, а в 2004 г. эта цифра возросла втрое.
Зачем изучать ангиогенез при раке ЩЖ? Ответом на этот вопрос является относительная безуспешность современных лекарственных средств как для лечения рака ЩЖ, так и огромного количества заболеваний, при которых ангиогенезу приписывают ключевое патогенетическое значение. Ангиогенез — это один из многих механизмов васкулогенеза, при котором новые капилляры образуются из уже развившихся, формируя кровоснабжение опухолевых образований. Чтобы доказать на первый взгляд очевидную идею о критическом значении кровоснабжения и ангиогенеза при канцерогенезе, потребовалось провести сотни экспериментов в течение 40 лет. Эти исследования позволили выявить новые точки приложения медикаментов, некоторые из них нашли свое применения в клинической практике.
Щитовидная железа — это подходящий орган для изучения и понимания процессов ангиогенеза по причине того, что образование и развитие зоба связано с разрастанием фолликулярных и эндотелиальных клеток. Эти процессы регулируются цитокинами, освобождаемыми из фолликулярных клеток в ответ на низкую концентрацию трийодтиронина, и высокую — тиреоидстимулирующего гормона (ТСГ) [5—8].
Исследования ангиогенеза в ЩЖ проводились еще 30 лет назад.
В крупнейших монографиях по ангиогенезу эти вопросы рассматриваются весьма поверхностно [6, 7, 15, 16, 21]. В русской литературе, по нашим сведениям, ангиогенез в ЩЖ как научная тема не упоминался.
фактор роста эндотелия сосудов
и щитовидная железа
Имеются фактические доказательства того, что клеточные линии рака ЩЖ секретируют больше ФРЭС (фактора роста эндотелия сосудов — vascular endothelialgrowth factor, VEGF), чем нормальные тирео-циты, при этом ТСГ увеличивает секрецию ФРЭС, что
обнаруживается при помощи теста ELISA. Определено, что ФРЭС секретируется фолликулярными клетками ЩЖ, вероятно, в ответ на ТСГ, который является одним из активирующих сигналов. Этот цитокин реализует свое влияние на эндотелиоциты внутри ЩЖ посредством рецепторов ФРЭС-1 и -2. На клетках фолликулов ЩЖ рецепторы ФРЭС не определены (рис. 1, 2).
В контраст процессам ангиогенеза молекулярные механизмы регуляции роста и функции лимфатических сосудов малоизучены и непонятны. Общеизвестным является то, что ФРЭС-С является ключевым регулятором ангиогенеза, однако это далеко не единственный фактор роста лимфатической капиллярной сети [22, 23].
Исследование микропрепаратов тканей
опухолей
Н. Turner et al. (2003) систематизировали исследования плотности микрососудов и экспрессии ФРЭС в тканях ЩЖ при различных заболеваниях
рис. 1. TSH-опосредованная сигнальная трансдукция, модулирующая секрецию VEGF (ФРЭС) (по Hoffman и др., 2004, с сокращениями) [5]:
AC — adenylate cyclase (аденилат циклаза); Gs — guanine tripho-sphatebinding protein s (гуанин трифосфатсвязывающий протеин s); Gq — guanine triphosphate-binding protein q (гуанин трифосфатсвязывающий протеин q); PKA — protein kinase A (протеин киназа А); PKC — protein kinase C (протеин киназа С); PLC-в — phospholipase C-в (фосфолипаза C-в); VEGF — vascular endothelial growth factor [фактор роста эндотелия сосудов (стрелка означает динамику его секреции)]; TSH — thyroidstimulating hormone (тире-оидстимулирующий гормон); TSH-R — thyroidstimulating hormone receptor (рецептор тиреоидстимулирующего гормона)
рис. 2. Патогенез рака ЩЖ с позиции ангио- и лимфангиогенеза. ФРЭС-Р — рецептор фактора роста эндотелия сосудов. Рисунок авторов по источникам [23, 24]
органа (табл. 1, 2) [24]. Ниже в логическом (не в хронологическом) порядке приводится описание исследований, которые не упоминались этой научной группой, и более подробно — два эксперимента, которые вошли в таблицу этих авторов. Wong et al. (1999) на основе исследования, в котором проводилось изучение гистологических препаратов 15 фолликулярных карцином и 15 аденом ЩЖ c окраской CD34, пришли к выводу, что на основе сравнения площади поверхности сосудов различить эти два типа опухолей не представляется возможным. Khumar Dhar et al. (1998) (табл. 1) оценили ангиогенез по результатам исследования 71 дифференцированной карциномы ЩЖ. Ученые обследовали 16 пациентов с фолликулярной карциномой, 2 случая папиллярной карциномы (фолликулярный вариант) и 53 случая папиллярной карциномы. Интенсивность ангиогенеза оценивалась реакцией с анти-CD34 антителами. Распространенность и интенсивность реакции оценивалась полуколичественным подходом, применяя для каждой переменной установленные значения от 0 до 3. Полученные результаты позволили различить два типа новообразований ЩЖ: гиповаскулярные и гиперваскулярные. Последняя группа включала крупные по размерам опухоли (более 3 см в диа-
метре) с инфильтрацией, выходящей за пределы ЩЖ. Scarpino et al. (2003) исследовали ангиогенез на препаратах 31 папиллярной карциномы. Исследователи обнаружили в 3 раза большую плотность микрососудов плотно прилегающей к карциноме неопухолевой ткани ЩЖ, выделили отдельный тип кровоснабжения папиллярной карциномы. Его паттерн представляет собой комплексы сосудов, напоминающие гломерулоиды в строме соединительной ткани папиллярного рака ЩЖ. Авторы предложили гипотезу о том, что в папиллярных карциномах ЩЖ кровоснабжение опухоли первоначально активируется распространенными сосудистыми пустотами с мышечными волокнами, расположенными в фиброзной ткани вокруг опухоли.
К похожим выводам пришли Akslen et al. (2000, см. табл. 1), которые обследовали 128 пациентов, страдающих папиллярной карциномой ЩЖ. Выводом ученых явился тот факт, что ангиогенез был в три раза активнее в тканях папиллярной карциномы по сравнению с окружающими тканями, не пораженными опухолью. Они также обнаружили обратную корреляцию между интенсивностью ангиогенеза, с одной стороны, и возрастом пациента, размером опухоли, гистологической стадией патологического очага и прогрессией новообразования — с другой. Согласно
Таблица 1. Плотность микрососудов опухолей ЩЖ и взаимосвязь с поведением опухоли [24]
Показатель Плотность микрососудов (ПМС) Методика измерения
Злокачественные Более высокое значение ПМС в папиллярных карциномах (n=128) по Р8, число сосудов в областях их
опухоли по сравнению с нормальной щитовидной железой (ЩЖ) (n=71) максимальной концентрации
сравнению с тканями (Akslen&LivoIsi, 2000)
нормальной железы Более высокое значение ПМС в дифференцированных карциномах (n=38) Сй34, число сосудов в областях
по сравнению с нормальной окружающей тканью ЩЖ (n=71) их максимальной концентрации
(Goldenberg et al., 1998)
Доброкачественные Более высокое значение ПМС в злокачественных фолликулярных Р8, число сосудов
опухоли в сравнении опухолях (n=15)
со злокачественными (Segal et al., 1996)
Дифференцирование Менее высокое значение ПМС в менее дифференцированных опухолях (n=75) по сравнению с фолликулярными и анапластическими карциномами (Herrman et al., 1994) Сй31, общее число сосудов
Менее высокое значение ПМС в менее дифференцированных опухолях Р8, число сосудов в областях их
(Akslen&Livolsi, 2000) максимальной концентрации
Прогноз Более высокое значение ПМС ассоциировалось с повышенным риском Р8, число сосудов в областях их
рецидива и меньшим сроком выживания, без заболевания у пациентов с максимальной концентрации
папиллярной карциномой (n=100)
(Ishiwata et al., 1998)
Более высокое значение ПМС ассоциировалось с меньшим сроком Сй34, число сосудов в областях
выживания без рецидивов у пациентов с карциномой ЩЖ (n=71) их максимальной концентрации
(Dhar et al., 1998)
Не наблюдалось взаимосвязи между значением ПМС и рецидивами у Сй34, число сосудов в областях
пациентов, страдающих дифференцированным раком ЩЖ их максимальной концентрации
(Goldenberg et al., 1998)
Более высокое значение ассоциировалось с лучшей выживаемостью Сй34, число сосудов в областях
(Goldenberg et al., 1998) их максимальной концентрации
Более высокое значение ПМС ассоциировалось с уменьшением срока Р8, число сосудов в областях их
выживаемости у больных медуллярной карциномой (n=52) максимальной концентрации
(Akslen&Livolsi, 2000)
Не наблюдалось корреляции между ПМС и выживаемостью пациентов с Сй34, число сосудов в областях
папиллярной и фолликулярной карциномой их максимальной концентрации
(Fontanini et al., 1996)
примечание. ПМС — плотность микрососудов; F8 — фактор коагуляции VIII.
выводам этой научно-исследовательской группы, развитый ангиогенез ассоциировался с лучшим прогнозом заболевания. Lewy-Trenda и Wierzchniewska-Lawska (2002) исследовали экспрессию ФРЭС на примере 69 микропрепаратов различных, в том числе опухолевых заболеваний ЩЖ. Положительная иммуноцитохимическая реакция наблюдалась только в небольшой группе микропрепаратов. Полуколичественно определялась интенсивность цветовой реакции, а также ее тип: диффузный или местный. Авторы обнаружили низкую интенсивность реакции в небольших по площади областях узловых патологических образований (аденоме, узловом зобе) и значительную экспрессию в злокачественных опухолях ЩЖ, кроме случаев медуллярной карциномы [25].
Rzezutko et al. (2004) провели вычисление числа микрососудов и площади поверхности сосудов на препаратах узлового зоба (п=10), фолликулярной аденомы (п=8), фолликулярной карциномы (п=9), папиллярной карциномы (п=23), медуллярной карциномы (п=4). На гистологических срезах определялась экспрессия антигена СР34. Наблюдалось относительное увеличение числа сосудов в доброкачественных очагах патологии. Среди злокачественных заболеваний наибольшее число сосудов отмечалось в тканях папиллярной карциномы. В исследовании Rzeszutko и соавт. объектами микроскопического исследования были высокодифференцированные папиллярные карциномы, в тканях в которых, в отличие от менее дифференцируемых опухолей, наблюдаются много-
Таблица 2. Взаимосвязь между экспрессией VEGF и поведением опухоли ЩЖ [24]
Изучаемый аспект
поведения опухоли Взаимосвязь экспрессии VEGF и поведения опухоли
ЩЖ
Размер опухоли Более крупные опухоли ассоциируются с повышенной экспрессией VEGF и VEGFR-1 в папиллярных и фолликулярных опухолях взрослых и детей (Bunone et al., 1999; Felmer et al., 1999)
Подавление VEGF антисенсорным воздействием приводит к уменьшению размеров анапластических опухолей
(Belleti et al., 1999)
Распространение Не было выявлено различий между экспрессией мРНК VEGF в первичных и метастатических опухолях ЩЖ (Soh et al., 1997)
Наблюдался более высокий уровень белка VEGF в опухолях с метастазми по сравнению с неметастатиче-
скими
(Wein et al., 1999)
Повышение уровня VEGF-C ассоциировалось с лимфатическим распространением
(Bunone et al., 1999)
Повышение уровня VEGF-C в папиллярных карциномах по сравнению с фолликулярными опухолями
ассоциировалось с распространением через лимфатическую систему
(Felmer et al., 1999)
Рецидив Меньший уровень экспрессии VEGF ассоциировался с отсутствием рецидивов у пациентов с папиллярной карциномой ЩЖ у детей (Felmer et al., 1999)
численные папиллярные вкрапления, содержащие серповидные участки с большим количеством сосудов в составе своей структуры. Данные этого исследования позволили ученым сделать интересный вывод: ангиогенез в доброкачественных гипертрофических патологических очагах выражается в образовании многочисленных сосудов малого диаметра, тогда как для ангиогенеза, развивающегося в злокачественных опухолях ЩЖ, характерно доминирование более крупных по диаметру сосудов, которых обнаруживается значительно меньше, чем при неинвазивных неопухолевых заболеваниях ЩЖ [25].
заключение и выводы
Ангиогенез в тканях щитовидной железы — область науки, которая нуждается в проведении ряда экспериментальных исследований, направленных на выяснение роли в канцерогенезе клеточного микроокружения опухоли, в частности кровеносных и лимфатических сосудов, макрофагов, лимфоцитов, клеток соединительной ткани. По данным литературы, однозначно установлена корреляция между повышением уровня тиреоидстимулирующего гормона и увеличением количества сосудов в щитовидной железе. Однако большое количество сосудов не означает их полноценную функциональность. Этот факт подтверждается единичными сообщениями о наличии
сравнительно крупных, но немногочисленных сосудов в тканях злокачественных опухолей щитовидной железы. Можно предположить, что более специфичная, чем площадь поверхности сосудов и их количество, количественная и качественная характеристика таких объектов гистологического препарата, как перициты, эндотелиоциты, макрофаги, откроет новую ступень осознания ангиогенеза как ведущего элемента развития опухолевого процесса. Можно надеяться, что результаты таких экспериментов укажут на новые мишени воздействия лекарственных средств, что в свою очередь приведет к созданию новых терапевтических методов лечения ряда заболеваний.
Ангиогенез при раке ЩЖ — явно малоизученный феномен. Накопленный в мире опыт анализа изображения гистологических препаратов показывает противоречивые данные о степени васкуляризации и размере микрососудов как отличительных признаках активности опухолевой неоваскуляризации. Вероятно, создание единого информационного банка гистологических препаратов редких опухолей ЩЖ поможет прояснить характерные патоморфологиче-ские признаки канцерогенеза опухолей такой локализации, а коррелятивный анализ этих параметров с клиническими признаками, в том числе аспектами сопутствующих заболеваний и анамнеза, могут стать путем разрешения существующих неопределенностей.
Литература
1. Hsiao, P.J. Vascular endothelial growth factor gene polymorphisms in thyroid cancer / P.J. Hsiao, M.Y. Lu, F.Y. Chiang [et al.] // J. Endocrinol. — 2007. — Vol. 195, № 2. — P.265—70.
2. Pinchot, S.N. Multi-targeted approach in the treatment of thyroid cancer / S.N. Pinchot, R.S. Sippel, H. Chen // Ther Clin. Risk. Manag. — 2008. — Vol. 4, № 5. — P.935— 947.
5. Hoffmann, S. Thyrotropin (TSH)-induced production of vascular endothelial growth factor in thyroid cancer cells in vitro: evaluation of TSH signal transduction and of angiogenesis-stimulating growth factors / S. Hoffmann, L.C. Hofbauer, V. Scharrenbach [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2004. — Vol. 89, № 12. — P.6139— 6145.
6. Forough, R. New frontiers in angiogenesis / R. Forough. — Dordrecht: Springer, 2006.
7. Murray, J.C. Angiogenesis protocols / J.C. Murray. — New Jersey: Humana Press, 2001.
8. Ramsden, J.D. Angiogenesis in the thyroid gland / J.D. Ramsden // J. Endocrinol. — 2000. — Vol. 166, № 3. — P.475—480.
9. What is the evidence that tumors are angiogenesis dependent? / ed. J. Folkman. —Oxford University Press, 1990. — Vol. 82.
10. Folkman, J. Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other disease / J. Folkman // Nature medicine. — 1995. — Vol. 1, № 1. — P.27—30.
11. Folkman, J. Clinical applications of research on angiogenesis / J. Folkman // New England Journal of Medicine. — 1995. — Vol. 333, № 26. — P.1757—1763.
12. Folkman, J. Angiogenesis / J. Folkman.
13. Ferrara, N. The Biology of Vascular Endothelial Growth Factor / N. Ferrara, T. Davis-Smyth // Endocr. Rev. — 1997. — Vol. 18, № 1. — P.4—25.
14. Ferrara, N. Discovery and development of bevacizumab, an anti-VEGF antibody for treating cancer / N. Ferrara, K. Hillan,
H. Gerber [et al.] // Nature Reviews Drug Discovery. — 2004. — Vol. 3, № 5. — P.391 —400.
15. Ferrara, N. Angiogenesis: from basic science to clinical applications / N. Ferrara. — Boca Raton: CRC/Taylor&Francis, 2007.
16. Ribatti, D. History of research on tumor angiogenesis / D. Ribatti. — Dordrecht — Springer Netherlands, 2009.
17. Carmeliet, P. Mechanisms of angiogenesis and arteriogenesis / P. Carmeliet // Nature medicine. — 2000. — Vol. 6, № 4. — P.389—395.
18. Carmeliet, P. Angiogenesis in life, disease and medicine / P. Carmeliet // Nature. — 2005. — Vol. 438, № 7070. — P.932—936.
19. Carmeliet, P. Angiogenesis in cancer and other diseases / P. Carmeliet, R. Jain // Nature. — 2000. — Vol. 407, № 6801. — P.249—257.
20. Carmeliet, P. Angiogenesis in health and disease / P. Carmeliet // Nature medicine. — 2003. — Vol. 9. —P.653—660.
21. Hoying, J.B. Genetics of angiogenesis / J.B. Hoying. — Oxford: BIOS Scientific Pubs., 2003.
22. De la Torre, N.G. Angiogenesis and lymphangiogenesis in thyroid proliferative lesions: relationship to type and tumour behaviour / N.G. De la Torre, I. Buley, J.A. Wass [et al.] // Endocr. Relat. Cancer. — 2006. — Vol. 13, № 3. — P.931—944.
23. Cursiefen, C. VEGF-A stimulates lymphangiogenesis and hemangiogenesis in inflammatory neovascularization via macrophage recruitment / C. Cursiefen, L. Chen, L.P. Borges [et al.] // J. Clin. Invest. — 2004. — Vol. 113, № 7. — P.1040—1050.
24. Turner, H. Angiogenesis in endocrine tumors / H.E. Turner, A.L. Harris, S. Melmed [et al.] // Endocr. Rev. — 2003. — Vol. 24, № 5. — P.600—632.
25. Rzeszutko, M. The morphological analysis of vasculature in thyroid tumours: immunoexpression of CD34 antigen / M. Rzeszutko, W. Rzeszutko, P. Dziegiel // Folia Histochem Cytobiol. — 2004. — Vol. 42, № 4. — P.235—240.
26. URL: http://www.minzdrav.by/med/docs/journal/ St2_2006_2.doc
