CC BY
18© Коллектив авторов, 2014 УДК 616.71-006.3.04-021.3-078.33
АССОЦИИРОВАННЫЕ С ОПУХОЛЬЮ МАТРИКСНЫЕ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ БОЛЬНЫХ ПЕРВИЧНЫМИ САРКОМАМИ КОСТЕЙ
Н.Е. Кушлинский, член-корреспондент РАМН, профессор, И.В. Бабкина, доктор медицинских наук, профессор, И.Н. Кузнецов, кандидат биологических наук, Е.А. Короткова, кандидат биологических наук, Е.А. Тен, И.В. Булычева, доктор медицинских наук, Ю.Н. Соловьев, академик РАМН, профессор, М.Д. Алиев, академик РАН и РАМН, профессор
Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Российская Федерация, 115478, Москва, Каширское шоссе, д. 24 E-mail: docbabkina@rambler.ru
Введение. Матриксные металлопротеиназы (ММП) — семейство внеклеточных, цинксодержащих протеиназ. К настоящему времени известно 25 ММП. Повышение активности ММП наблюдается при некоторых физиологических процессах — во время фолликулярной фазы менструального цикла и при имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Известно участие ММП в инвазивном росте и метастазировании опухолей.
Цель. Изучение содержания металлопротеиназ (ММП-2, ММП-7, ММП-9) и их ингибитора ТИМП-1 в сыворотке крови больных первичными злокачественными новообразованиями костей и практически здоровых людей соответствующего возраста для выявления возможной взаимосвязи с гистологическим строением опухоли.
Материал и методы. Обследовали 54 больных с опухолями костей (29 мужчин и 25 женщин) в возрасте от 14 до 59 лет и 26 практически здоровых людей (14 мужчин и 12 женщин) соответствующего возраста. У всех больных диагноз установлен впервые и подтвержден данными гистологического исследования опухоли. Типичная остеосаркома диагностирована у 21 (39%) пациента, саркома Юинга — у 11 (20%), гигантоклеточная опухоль кости (ГКО) — у 9 (16%), первичная хондросаркома — у 6 (11%), периостальная остеосаркома — у 4 (8%), злокачественная фиброзная гистиоцитома кости (ЗФГ) — у 3(6%).
Результаты. Достоверных различий в содержании ММП-2 и ММП-7 в сыворотке крови у практически здоровых людей и больных с опухолями костей, а также при сравнении значений с учетом гистологического строения опухоли не выявлено. При злокачественных опухолях костей содержание ММП-9 в сыворотке крови достоверно ниже, чем у практически здоровых людей. Уровни ТИМП-1 при типичной остеосаркоме и особенно при периостальной остеосаркоме, характеризующейся агрессивным течением, были достоверно выше, чем у практически здоровых людей, что, возможно, связано с участием ТИМП-1 в механизмах инвазии и метастазирования опухоли. Выявлена прямая корреляция между содержанием ТИМП-1 и ММП-9 в сыворотке крови при типичной остеосаркоме, периостальной остеосаркоме и саркоме Юинга.
Заключение. Полученные данные позволяют предположить, что экспрессия ТИМП-1 и ММП-9 может иметь связь с патогенетическими механизмами, связанными с ростом типичной и периостальной остеосарком, а также саркомы Юинга, и могут служить предметом дальнейших исследований.
Ключевые слова: металлопротеиназы, остеосаркома, хондросаркома, саркома Юинга
TUMOR-ASSOCIATED METALLOPROTEINASES IN SERUM OF PRIMARY BONE SARCOMA PATIENTS N.E. Kushlinskii, I.V. Babkina, I.N. Kuznetsov, E.A. Korotkova, E.A. Ten, I.V. Bulycheva, Yu.N. Solovev, M.D. Aliev
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center of the RAMS, Russian Federation, 115478, Moscow, Kashirskoe shosse, 24
Introduction. Matrix metalloproteinase (ММР) — a family of extracellular zinc-containing proteases. There are currently 25 known ММР. Increased activity of ММР observed in some physiological processes — during the follicular phase of the menstrual cycle and during implantation of a fertilized oocyte. Known part of ММР in invasive tumor growth and metastasis.
The aim of the study. Study of the content of metalloproteinases (ММР-2, ММР-7, ММР-9) and their inhibitor Т1МР-1 in serum of patients with primary malignant tumors of bone and healthy age-matchedpersons to identify the possible correlation with the histological structure of the tumor.
Methods. Examined 54patients with bone tumors (29 males and 25 females) aged 14—59 years and 26 healthy subjects (14 men and 12 women) of the appropriate age. In all patients, diagnosis is confirmed by the data for the first time, and histology of the tumor. Typical osteosarcoma was diagnosed in 21 patients (39%), Ewing's sarcoma — in 11 (20%), giant cell tumor of bone — in 9 (16%), primary chondrosarcoma — in 6 (11%), periosteal osteosarcoma — in 4 (8%), bone malignant fibrous histiocytoma — 3 (6%).
Results. No significant differences in the content of ММР-2 and ММР-7 in the serum of healthy individuals and patients with bone tumors, as well as in the comparison of values with the histological structure of the tumor were found. The content ММР-9 in the serum of patients with malignant bone tumors was significantly lower than in healthy cases. Т1МР-1 levels in a typical osteosarcoma and periosteal osteosarcoma especially when characterized by a very aggressive course were significantly higher than in healthy individuals, possibly because due to involvement of Т1МР-1 in the mechanisms of tumor invasion and metastasis.
Conclusions. A direct correlation between Т1МР-1 and ММР-9 in the serum in typical osteosarcoma, periosteal osteosarcoma and Ewing's sarcoma were found. The data suggest that the expression of Т1МР-1 and ММР-9 may be linked to the pathogenic mechanisms associated with the growth of the typical and periosteal osteosarcoma and Ewing's sarcoma, and may be the subject of further research.
Key words: metalloproteinases, osteosarcoma, chondrosarcoma, Ewing's sarcoma
Саркомы костей — чрезвычайно злокачественные опухоли, склонные к быстрому гематогенному метастазированию. Одной из важных особенностей течения сарком костей является формирование микрометастазов в легких еще до возникновения клинических проявлений заболевания, и именно прогрессирование основного заболевания становится причиной летального исхода [3]. Поэтому предупреждение развития заболевания на ранних стадиях — одна из актуальных проблем при лечении злокачественных опухолей костей. Известно, что в процессах инвазии опухолей участвуют протеолитические ферменты (протеазы или про-теиназы). Выделяют следующие классы протеиназ: 1) металлопротеиназы (коллагеназы, желатина-зы и стромелизины); 2) цистеиновые протеиназы (катепсины В и Ь); 3) аспартиловая протеиназа (катепсин Б); 4) сериновые протеиназы (плазмин, активаторы плазминогена тканевого — 1-РА и уро-киназного — и-РА-типа). Роль матриксных метал-лопротеиназ (ММП) в развитии метастазов опухолей костей не изучена.
Данная работа посвящена исследованию именно этих ферментов и их ингибитора 1-го типа, так как эффективность действия многих связанных с опухолью протеиназ в значительной мере зависит от активности их специфических ингибиторов в тканях или плазме. Известно 4 типа тканевых ингибиторов ММП.
ММП — это семейство внеклеточных, цинк-сод ержащих протеиназ [11]. Они синтезируются и секретируются рядом клеток в виде неактивных проферментов, активируются после отщепления пропептида и участвуют в резорбции и ремоделиро-вании тканей, миграции, адгезии, дифференциров-ке и пролиферации клеток. К настоящему времени известно 25 ММП. Повышение активности метал-лопротеиназ наблюдается при некоторых физиологических процессах — во время фолликулярной фазы менструального цикла и при имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Известно участие ММП в инвазивном росте и метастазировании опухолей [8, 10].
В метастазах ММП вырабатываются как самими опухолевыми клетками, так и фибробластами, активируемыми опухолевыми клетками. В норме выработка ММП и их тканевых ингибиторов (ТИМП) уравновешена. Во время инвазивного роста это равновесие периодически нарушается: отмечается повышение синтеза клетками опухоли протеиназ. Однако зафиксировать такие изменения, определяя уровень протеиназ и их ингибиторов в органе или в организме в целом, трудно. Результаты экспериментальных исследований послужили толчком к разработке препаратов-ингибиторов ММП как перспективных лекарственных средств с противоопухолевой активностью.
Роль ММП в патогенезе опухолей костей неизвестна. В ткани остеосаркомы обнаружены
ММП-2, -8, -13, -26 и ТИМП-1 [4]. Активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови при остеосар-коме коррелирует с содержанием ММП-9 в опухоли [2]. В экспериментальных исследованиях показано, что ингибирование синтеза жирных кислот в клетках остеосаркомы U2-OS приводит к снижению экспрессии ММП-2 и -9 и снижению миграции и инвазии клеток [6]. В процессах инвазии клеток остеосаркомы 143-В с высокой степенью метастазирования активное участие принимает ММП-1. Предполагают, что определение активности ММП-1 можно использовать в качестве маркера прогрессирования остеосар-комы [3].
На экспрессию ММП и их ингибиторов оказывают влияние факторы роста и другие биологически активные вещества. Показано, что блокирование рецептора инсулиноподобного фактора роста (ИФР)-1 снижает экспрессию ММП-2 и -9 в различных типах сарком костей, что приводит к снижению миграции клеток в клетках остеосаркомы MG-63 [5].
В настоящее время препараты-ингибиторы для лечения злокачественных опухолей костей не применяются, однако некоторые группы исследователей на основании экпериментальных данных рекомендуют включать в схемы химиотерапии вещества растительного происхождения, ингибирующие рост опухолей in vitro. Показано, что Gambogic acid (GA) снижает экспрессию ММП-9 и повышает экспрессию ТИМП-1 и тем самым снижает инвазию остеосаркомы Saos-2, MG-63 [12]. Экстракт лекарственного растения Phyllanthus urinaria снижает экспрессию ММП-2 и иРАв клетках остеосаркомы Saos-2 [7]. Baicalein (флавоноид, выделенный из корня шлемника байкальского), снижает экспрессию ММП-2 и ММП-9 в клетках остеосаркомы. [13]. Геништейн — вещество, выделенное из сои, снижает экспрессию ММП-2 линии клеток остео-саркомы мышей LM8 [9]. Columbamine (COL), — вещество, содержащееся в растении Coptis chinensis, ингибирует пролиферацию и неоангиогенез в культуре клеток остеосаркомы U2OS [1].
Целью настоящего исследования было изучение содержания металлопротеиназ ММП-2, -7, -9 и их ингибитора ТИМП-1 в сыворотке крови пациентов первичными злокачественными новообразованиями костей и практически здоровых людей соответствующего возраста для выявления возможной взаимосвязи с гистологическим строением опухоли.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Обследовали 54 пациента с опухолями костей (29 мужчин и 25 женщин) возрасте 14—59 лет и 26 практически здоровых людей (14 мужчин и 12 женщин) того же возраста. У всех больных диагноз установлен впервые и подтвержден данными гистологического исследования опухоли. Типичная остеосаркома диагностирована у 21 (39%) пациента, саркома Юинга — у 11 (20%), гигантокле-
точная опухоль кости (ГКО) — у 9 (16%), первичная хондросаркома — у 6 (11%), периостальная остео-саркома — у 4 (8%), злокачественная фиброзная гистиоцитома кости (ЗФГ) — у 3(6%). ТИМП-1 определяли с помощью готовых наборов реактивов фирмы «Biosource» (США) при использовании автоматического ридера «El* 800» («Biotek Instruments Inc.», США).
У 48 пациентов опухоль локализовалась в трубчатых костях, у 6 — в плоских. Следует отметить, что остеосаркома выявлена только в трубчатых костях.
У 28 пациентов удалось определить размер первичной опухоли, в связи с чем они были разделены на 2 группы. В 1-ю группу включили 12 больных с опухолями, максимальный размер которых был <8 см, во 2-ю — 16 больных с опухолями размером >8 см.
Определение ТИМП-1 проводили с помощью наборов реактивов фирмы «Biosource» (США), ММП-2, -7, -9 фирмы «R&D» (США) при использовании автоматического ридера «Elx800» («Biotek Instruments Inc.», США).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ММП-2, -7, -9 и ТИМП-1 обнаружили в сыворотке крови практически всех обследованных — здоровых и больных опухолями костей.
Уровень ТИМП-1 у практически здоровых людей находился в пределах 352—571 нг/мл (медиана — 436 нг/мл), при типичной остеосаркоме — 369—701 нг/мл (медиана — 484 нг/мл), периосталь-ной остеосаркоме — 571—637 нг/мл (медиана — 609 нг/мл) хондросаркоме — 294—569 нг/мл (медиана — 455 нг/мл), саркоме Юинга — 357—662 нг/мл (медиана — 486 нг/мл), ГКО — 339—702 нг/мл (медиана — 457 нг/мл), ЗФГ — 367—785 нг/мл (медина — 584 нг/мл). Достоверными оказались различия только при сравнении содержания ТИМП-1 в сыворотке крови у практически здоровых людей и больных остеосаркомой (р=0,038) и периостальной остеосаркомой (p=0,007).
Различий в содержании ТИМП-1 в сыворотке крови с учетом пола, возраста больных, локализации и размера первичной опухоли не обнаружили.
Содержание ММП-2 в сыворотке крови практически здоровых людей было в пределах 144—318 нг/ мл (медиана — 196 нг/мл), при типичной остеосаркоме — 92—243 нг/мл (медиана — 158 нг/мл), периостальной остеосаркоме — 130—193 нг/мл (медиана
— 149 нг/мл), хондросаркоме — 117—262 нг/мл (медиана — 168 нг/мл), саркоме Юинга — 116—203 нг/ мл (медиана — 161 нг/мл), ГКО — 117—241 нг/мл (медиана — 159 нг/мл), ЗФГ — 142—178 нг/мл (медиана
— 149 нг/мл). Достоверных различий в содержании ММП-2 в сыворотке крови у практически здоровых людей и пациентов с опухолями костей, а также при сравнении значений с учетом гистологического строения опухоли не выявлено.
Уровень ММП-7 в сыворотке крови практически здоровых людей был в пределах 1,07—5,15 нг/мл
(медиана — 2,35 нг/мл), при типичной остеосаркоме
— 1,75—5,56 нг/мл (медиана — 2,94 нг/мл), периостальной остеосаркоме — 2,16—8,18 нг/мл (медиана — 2,88 нг/мл), хондросаркоме — 1,79—6,15 нг/мл (медиана — 3,32 нг/мл), саркоме Юинга — 1,20—4,49 нг/мл (медиана — 2,62 нг/мл), ГКО — 2,21—5,97 нг/ мл (медиана — 3,41 нг/мл), ЗФГ — 2,24—3,98 нг/мл (медиана — 2,97 нг/мл). Достоверных различий в содержании ММП-7 в сыворотке крови у практически здоровых людей и у пациентов с опухолями костей не выявлено. При сравнении значений с учетом гистологического строения опухоли достоверные различия получены только при сравнении содержания ММП-7 в сыворотке крови больных ГКО и саркомой Юинга (р=0,046).
Содержание ММП-9 в сыворотке крови практически здоровых людей было в пределах 92—915 нг/мл (медиана — 501 нг/мл), у пациентов с опухолями костей — 169—1057 нг/мл (медиана — 377 нг/ мл), при типичной остеосаркоме — 210—1057 нг/мл (медиана — 372 нг/мл), периостальной остеосаркоме
— 495—593 нг/мл (медиана — 552 нг/мл), хондросаркоме — 169—428 нг/мл (медиана — 311 нг/мл), саркоме Юинга — 221—558 нг/мл (медиана — 378 нг/мл), ГКО - 259-612 нг/мл (медиана - 377 нг/мл), ЗФГ
— 283-491 нг/мл (медина — 435 нг/мл). Статистический анализ показал, что у практически здоровых людей содержание ММП-9 в сыворотке крови было достоверно выше, чем при опухолях костей (р<0,05). Кроме того, достоверные различия получены при сравнении содержания ММП-9 в сыворотке крови больных хондросаркомой и периостальной остео-саркомой (р<0,05).
Корреляционный анализ показал наличие прямой достоверной зависимости между содержанием ТИМП-1 и ММП-9 в сыворотке крови при типичной остеосаркоме, периостальной остеосаркоме и саркоме Юинга (г=0,37, р=0,024).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, уровень ТИМП-1 при типичной остеосаркоме и особенно при периостальной остеосаркоме, характеризующейся очень агрессивным течением, были достоверно выше, чем у практически здоровых людей, что, возможно, связано с участием ТИМП-1 в механизмах инвазии и ме-тастазирования опухоли. Кроме того, при злокачественных опухолях костей содержание ММП-9 в сыворотке крови было достоверно ниже, чем у практически здоровых людей. Выявлена прямая корреляция между содержанием ТИМП-1 и ММП-9 в сыворотке крови при типичной остеосаркоме, периостальной остеосаркоме и саркоме Юинга. Полученные данные позволяют предположить, что экспрессия ТИМП-1 и ММП-9 может иметь связь с патогенетическими механизмами роста типичной и периостальной остеосарком и саркомы Юинга, что может служить предметом дальнейших исследований.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Bao M., Cao Z., Yu D. et al. Columbamine suppresses the proliferation and neovascularization of metastatic osteosarcomaU-2OS cells with low cytotoxicity. Toxicol. Lett. 2012; 215 (3): 174-80.
2. Han J., Yong B., Luo C. et al. High serum alkaline phosphatase cooperating with MMP-9 predicts metastasis and poor prognosis in patients with primary osteosarcoma in Southern China. World J. Surg. Oncol. 2012; 10: 37.
3. Husmann K., Arlt M., Muff R. et al. Matrix Metalloproteinase 1 promotes tumor formation and lung metastasis in an intratibial injection osteosarcoma mouse model. Bio-chim. Biophys. Acta. 2013; 1832 (2): 347-54.
4. Korpi J., Hagstrom J., Lehtonen N. et al. Expression of matrix metalloproteinases-2, -8, -13, -26, and tissue inhibitors of metal-loproteinase-1 in human osteosarcoma. Surg. Oncol. 2011; 20 (1): 18-22.
5. Lin F., Shen Z., Xu X. et al. Evaluation of the expression and role of IGF pathway biomarkers in human sarcomas. Int. J. Immunopathol. Pharmacol. 2013; 26 (1): 169-77.
6. Liu Z., Mao J., Peng A. et al. Inhibition of fatty acid synthase suppresses osteosa-rcoma cell invasion and migration via downregulation of the PI3K/Akt signaling pathway in vitro. Mol. Med. Rep. 2013; 7 (2): 608-12.
7. Lu K., Yang H., Su C. et al. Phyllanthus urinaria suppresses human osteosarcoma cell invasion and migration by transcriptionally inhibiting u-PA via ERK and Akt signaling pathways. Food Chem. Toxicol. 2013; 52: 193-9.
8. Mohammed M., Seleim M., Abdalla M. et al. Urinary high molecular weight matrix metalloproteinases as non-invasive bi-omarker for detection of bladder cancer.
BMC Urol. 2013; May 14; 13:25.
9. Nakamura A., Aizawa J., Sakayama K. et al. Genistein inhibits cell invasion and motility by inducing cell differentiation in murine osteosarcoma cell line LM8. BMC Cell Biol. 2012; Sep. 26; 13:24.
10. Weng Y., Cai M., Zhu J. et al. Matrix metal-loproteinase activity in early-stage lung cancer. Onkologie. 2013; 36 (5): 256-59.
11. Woessner J.F.Jr. MMPs and TIMPs-an historical perspective. Mol. Biotechnol. 2002; 22 (1): 33-49.
12. Xin Z., Shen C., Tao L. et al. Gambogic acid inhibits invasion of osteosarcoma via up-regulation of TIMP-1. Int. J. Mol. Med. 2013; 31 (1): 105-12.
13. Zhang Y., Song L., Cai L. et al. Effects of baicalein on apoptosis, cell cycle arrest, migration and invasion of osteosarcoma cells. Food Chem. Toxicol. 2013; 53: 325-33.
Новости науки
ПЛОХО С МАТЕМАТИКОЙ? ПОЛЕЧИТЕСЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ!
В 2010 г. специалист в области неврологии R. Kadosh (Оксфорд, Великобритания) установил, что электрический ток может стимулировать развитие математических способностей человека. Недавно проведенная серия экспериментов на добровольцах показала, что несильные безболезненные воздействия электрическим током на определенные зоны головы могут улучшить математические способности, и этот эффект сохраняется в течение 6 мес. Исследователи не до конца понимают механизмы такой стимуляции и допускают, что она может вызвать побочный эффект.
Примеры использования электрического шока в психиатрии еще довольно свежи в памяти, что обусловливает отрицательное отношение к исследованиям в области действия тока на нервную систему. Тем не менее показано, что более мягкое действие тока величиной 1 мА (приблизительно равное току от «мизинчиковой» батарейки АА) в течение 5 дней по 20 мин ежедневно приводит к достоверному улучшению результатов при выполнении математических заданий.
Current Biology. — 2013; 23:1—6.
МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОТВЕТА МОЗГА НА ПИЩЕВОЙ СИГНАЛ
Идентификация пищи как энергетического источника зависит от способности образовывать связи между пищевым сигналом и питательной ценностью пищи. При достаточной калорийной ценности пищи происходит образование связи с центром удовольствия (прилежащее ядро мозга). При употреблении пищи с похожим вкусом, но не содержащей калорий, и сравнении ее испытуемыми по принципу «нравится/не нравится» установлено, что повышение калорийности за счет не определяемого по вкусу маль-тодекстрана приводит к повышению удовольствия, получаемого от продукта. Активация центра удовольствия зависит от повышения содержания в крови глюкозы. В связи с наличием у каждого испытуемого индивидуального уровня метаболизма глюкозы степень активации прилежащего ядра была связана не столько с количеством потребленной глюкозы, сколько с особенностями углеводного обмена у конкретного человека.
Current Biology. — 2013; 02:2—7.
