CC BY
179
в КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016
УДК 616-006.04-085
Плешкан В.В., Алексеенко И.В., Тюлькина Д.В., Кузьмич А.И., Зиновьева М.В., Свердлов Е.Д.
БЕЛОК АКТИВАЦИИ ФИБРОБЛАСТОВ FAP КАК ВОзМОжНАЯ МИШЕНь В ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ СТРАТЕГИИ
ФГБУН «Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН, 117997, Москва, Россия
Обзор посвящен рассмотрению возможности использования универсального компонента опухолевой стромы — белка активации фибробластов (fibroblast activation protein, FAP) как мишени для универсальной терапии опухоли. Опухоль — это ко-эволюционирующая система, неотъемлемой частью которой является микроокружение, или реактивная строма, по феноти-пическим и генотипическим свойствам отличающаяся от нормальной ткани. Одним из важнейших элементов микроокружения опухоли являются опухоль-ассоциированные фибробласты (ОАФ), которые с высокой вероятностью содержат характерный маркер FAP, представляющий собой сериновую протеазу, обладающую ферментативной активностью дипептидилпептидазы и эндопептидазы. По имеющимся данным, более 90% опухолей содержат FAP-позитивные активированные фибробласты. FAP практически отсутствует в нормальных тканях, но присутствует в эмбриональных и опухолевых тканях, что делает его селективной и универсальной мишенью. Рассмотрены основные подходы воздействия на ОАФ с использованием FAP в качестве мишени. Использование FAP как мишени имеет важное преимущество — можно использовать не только агенты, действующие на белок, но и его протеолитические свойства. В обзоре приводятся основные направления терапевтического использования FAP.
Ключевые слова: рак; опухоль-ассоциированные фибробласты; поджелудочная железа; FAP; строма; микроокружение опухоли.
DOI 10.18821/0208-0613-2016-34-3-90-97.
Введение
Рак — это конгломерат делящихся и метастазирующих раковых клеток, эволюционирующий совместно с их экологической нишей, состоящей из ассистирующих им клеток микроокружения
Несмотря на прогресс хирургических методов, химиотерапии и радиотерапии, рак остается второй ведущей причиной смертности после сердечно-сосудистых заболеваний. По данным Всемирной организации здравоохранения, в течение следующих 15 лет ежегодно рак будет диагностироваться более чем у 17 млн человек и в 2030 г. будет представлять собой основную причину смертности в мире (http://www.who.int/healthinfo/mortality_data/en/).
Рак традиционно считают эволюционным процессом, начинающимся с клетки, последовательно накапливающей мутации в онкогенах и генах-онкосупрессорах, непрерывно набирающей скорость амплификации и целый ряд характерных признаков (hallmarks) рака [1, 2]. Традиционно большинство исследований фокусируют свой интерес именно на опухолевых клетках. Громадный проект, посвященный секвенированию 10 000 геномов опухолей, который стартовал в 2006 г. как «The Cancer Genome Atlas (TCGA)» стоимостью 100 млн долларов, официально завершился в 2014 г., породив Международный консорциум по геному рака (The International Cancer Genome Consortium) и обнаружил около 10 млн (!) ассоциированных с раком мутаций [3].
Для корреспонденции: Плешкан Виктор Викторович, канд. биол. наук, научный сотрудник Лаборатории структуры и функций генов человека Института биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, e-mail: vpleshkan@gmail.com
Но даже эта гигантская цифра никак не отражает всей сложности эволюционирующей, гетерогенной, постоянно меняющейся системы, которую представляет собой раковая опухоль [4]. Далеко не все эти мутации играют важную роль в эволюции опухоли, только очень небольшая часть этих изменений происходит в так называемых драйверных генах, мутации в которых придают опухолевой клетке преимущество в скорости роста по сравнению с окружающими клетками. На сегодняшний день полагают, что только 140—200 из примерно 20 000 генов в геноме человека могут являться драйверными для распространенных видов рака [5]. Кроме того, эти гены, по-видимому, участвуют в ограниченном числе регуляторных путей, определяющих рост и судьбу клеток. Мутации в драйверных генах определенного вида рака встречаются у большинства больных именно этим раком. Остальные мутации («мутации-пассажиры») возникают случайно в процессе эволюции клеток к раковому фенотипу. Частота их встречаемости в данном виде рака существенно ниже, и, как многие полагают, они не оказывают влияния на эволюцию опухоли [5—7], также см. базу данных (Cancer gene census, Sanger Institute, Hinxton, UK. 2015. http://cancer.sanger.ac.uk/census. [Accessed 12 October 2015]).
Если эти оценки верны, то вся сложность поведения раковой опухоли может опираться на комбинации сравнительно небольшого числа генов [7]. Действительно, разработанная Д. Ханаханом и Р. Вайнбергом концепция «[фенотипических] критериев рака» (Hallmarks of cancer) [2] предполагает, что всю сложность опухолевых заболеваний можно объединить в относительно небольшое число характерных фенотипических свойств, приобретаемых в процессе многоступенчатого развития рака человека. Сложность опухоли не ограничивается вариабельностью раковых генов, опухоли имеют еще один источник сложности. В ходе прогрессии опухоль использует широкий спектр нормальных клеток, которые она приспосабливает для своих нужд и которые способствуют приобретению отличительных признаков (критериев), создавая то, что называют «микроокружением» опухоли, ее экологической нишей. Микроокружение играет важнейшую роль как в эволюции первичной опухоли, так и в развитии ее метастазов. Главная сложность опухоли заключается в громадном количестве взаимодействий между собственно раковыми эпителиальными клетками и разнообразными клетками, составляющими микроокружение, или строму, опухоли [8, 9].
Микроокружение опухоли — важнейший элемент ее существования и эволюции
Опухоль сейчас часто рассматривают как сложный «орган», в который как единая совокупность входят раковые и окружающие их, в частности, стромальные клетки [10, 11]. Строма (микроокружение опухоли) представляет собой сложную систему, в которую входят фибробласты, иммунные, эндотелиальные, мезенхи-мальные стволовые клетки, цитокины и другие элементы [12, 13]. Опухолевая строма имеет четкие различия с соответствующей нормальной стромой. Тем не менее
несмотря на более хаотическую организацию по сравнению с высокоорганизованными здоровыми тканями, для нее характерны многообразные взаимодействия и зависимость от пронизывающих соединительных тканей. Кровеносные сосуды опухоли не только обеспечивают ее кислородом и питательными веществами. Эндотели-альные клетки могут генерировать сосудистые ниши и синтезировать ангиокринные факторы, которые стимулируют прогрессию опухоли, индуцируют дифферен-цировку паренхимальных клеток или служат в качестве источников гемопоэтических клеток-предшественников путем эндотелиально-гемопоэтического перехода [14]. Сосуды опухоли рекрутируют мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в неопластические ткани. МСК вместе с резидентными нормальными фибробласта-ми приобретают активированный фенотип и образуют наиболее существенный элемент опухолевой стро-мы — опухоль-ассоциированные фибробласты (ОАФ). Микроокружение реорганизует внеклеточный матрикс, вызывает потерю гладких мышечных клеток и непрерывную инфильтрацию миофибробластов [15]. Происхождение миофибробластов не выяснено до конца, но имеющиеся данные позволяют предположить, что одним из источников опухолевых миофибробластов может являться эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) [16—20]. Миофибробласты, возникшие в строме опухоли, могут образовывать и модифицировать внеклеточный матрикс, секретировать ангиогенные и про-воспалительные факторы, а также стимулировать пролиферацию и инвазию эпителиальных раковых клеток [17—20]. Возможен также и обратный мезенхимально-эпителиальный переход (МЭП) [16]. Этот далеко не полный перечень взаимодействий раковых клеток с окружением опухоли создает некоторое представление о сложности раковой опухоли [14].
Существуют свидетельства взаимовыгодного взаимодействия частично трансформированных клеток с соседними клетками опухолевого микроокружения, способствующего прогрессии опухолевых клеток [21—24]. В частности, регуляторные Т-лимфоциты (Treg-клетки), входящие в состав опухоли, играют ключевую роль в ее прогрессии и вносят важнейший вклад в возникновение устойчивости опухоли к традиционным средствам лечения [25, 26]. Микроокружение опухоли обеспечивает создание барьера, который защищает опухоль от внешнего воздействия, в том числе и от клеток иммунной системы, участвуя в создании иммуносупрессирующе-го фенотипа [27—29]. Известно, что именно «избегание иммунного надзора» служит одним из важнейших факторов развития опухоли в организме [28]. Увеличение числа внутриопухолевых опухоль-специфических Т-клеток будет неэффективным, если Т-клетки не смогут из-за препятствий, создаваемых стромой, накапливаться в непосредственной близости от раковых клеток. Важную роль в создании таких препятствий играют активированные опухоль-ассоциированные фибробласты. Они могут создавать препятствия для взаимодействия опухоль-специфических Т-клеток с раковыми клетками посредством синтеза внеклеточного матрикса, который выступает физическим барьером. Препятствовать взаимодействию может также секреция хемокинов, например СХСЫ2 в случае рака поджелудочной железы, которые связываются с раковыми клетками и с помощью пока непонятного механизма исключают их взаимодействие с Т-клетками [28].
Ключевую роль в формировании опухолевого микроокружения играет трансформирующий фактор роста бета (TGF-P) [30], множество источников которого су-
ществует в микроокружении. Макрофаги опухоли и су-прессорные клетки миелоидного происхождения синтезируют TGF-ß. Передача сигналов TGF-ß, по-видимому, необходима для индукции дифференцировки ОАФ, но при этом сами ОАФ также являются важным источником TGF-ß. Принято считать, что экспрессия и TGF-ß1, и TGF-ß2 повышается в ОАФ и что эти 2 фактора имеют решающее значение для поддержания активированного фенотипа ОАФ. Известно, что наличие TGF-ß в микроокружении опухоли важно для стимуляции роста опухоли путем активации ОАФ-зависимого ангиогенеза и путем ингибирования противоопухолевых иммунных клеток [29].
Отдельным вопросом, который заслуживает специального рассмотрения, является возникновение генетических изменений в микроокружении опухоли [15]. До прихода эры полногеномного секвенирования генетическая нестабильность приписывалась только раковым клеткам. В настоящее время ясно, что профиль экспрессии генов опухолевой стромы сильно меняется по сравнению с нормальной [15]. Более того, некоторые авторы не исключают возможности потери в стромальных клетках таких важных регуляторов онкогенеза, как р53 [15, 31].
Таким образом, опухоль — это ко-эволюциониру-ющая клеточная популяция, содержащая раковые стволовые клетки, дифференцированные раковые клетки с ограниченным пролиферационным потенциалом, нормальные эпителиальные клетки и соседние стромаль-ные клетки, которые становятся «активированными» благодаря паракринным сигналам и должны играть ключевые роли в управлении пролиферацией опухолевых клеток [11]. Многие ростовые сигналы, управляющие пролиферацией раковых клеток, могут происходить от компонентов стромальных клеток. Осознание важнейшей роли микроокружения опухоли дает основания полагать, что нацеливание терапевтического воздействия на микроокружение может оказаться перспективным подходом для разных типов опухолей [32].
Опухоль-ассоциированные фибробласты — один из наиболее важных элементов опухолевой стромы
ОАФ представляют собой мезенхимальные веретенообразные, наиболее многочисленные клетки опухолевой стромы и являются важнейшим элементом микроокружения опухоли. Нормальные фибробласты находятся в неактивном состоянии и вкраплены во внеклеточный матрикс [32]. Когда нормальные фибробласты рекрутируются в опухоль, они активируются и становятся ОАФ или, как их еще называют, реактивными стромальными фибробластами. ОАФ имеют морфологические и функциональные особенности, заметно отличающие их от нормальных фибробластов [33]: более высокую проли-феративную активность [22], постоянное пребывание в окружении опухоли, они не могут быть удалены путем апоптоза [34]. Кроме того, их активация необратима, и это приводит к десмоплазии опухоли вследствие избыточного синтеза внеклеточного матрикса [35]. ОАФ вы-сокопредставлены в строме многих опухолей, включая рак молочной железы, простаты и поджелудочной железы. Следует отметить, что ОАФ — гетерогенная популяция, и ее относительный состав значительно отличается у разных опухолей [34, 36]. Важно, что ОАФ являются «новоприобретенным» клеточным фенотипом, продуктом «воспитания» раковой компонентой опухоли, который ранее не присутствовал в организме.
ОАФ могут быть идентифицированы по нескольким маркерам, включающим экспрессию альфа-актина гладких мышц (aSMA), белка активации фибробластов (FAP),
фибробласт-специфического белка 1 (FSP1/S100A4), нейроглиального антигена-2 (NG2), рецептора тромбо-цитарного фактора роста бета (PDGFR-ß) и виментина. Различные субпопуляции ОАФ могут экспрессировать все вышеперечисленные маркеры или только часть из них. ОАФ активно участвуют во взаимодействиях с соседними предраковыми и злокачественными клетками, обмениваются с ними факторами роста, метаболитами [34, 36] и другими факторами, способствуя выживанию, росту, ангиогенезу и инвазии опухоли. ОАФ могут также влиять на чувствительность опухоли к химио- и радиотерапии.
Наиболее вероятно, что большая часть ОАФ в основном происходит из местных фибробластов стромы. Однако было показано, что в мышиных ксенотрансплан-татах рака поджелудочной железы примерно 25% ОАФ возникали из костного мозга [37]. Существуют и другие возможные источники ОАФ [29, 38, 39], в частности ЭМП, посредством которого эпителиальные опухолевые клетки могут трансформироваться в ОАФ. Свое влияние на прогрессию опухоли ОАФ осуществляют путем секреции белковых факторов, которые воздействуют на опухолевые клетки, также имеется обратная связь ОАФ с опухолевыми клетками путем отклика на секретируемые ими факторы. ОАФ способны секрети-ровать множество ростовых факторов, цитокинов и про-теаз, являющихся ключевыми эффекторами прогрессии опухоли. Вышеперечисленные процессы происходят в особой «реактивной» среде, процесс формирования которой включает ремоделирование клеточного матрикса, которое обеспечивают как характерные для опухолей матриксные металлопротеиназы (MMP), так и различные протеазы семейства дипептидилпептидазы IV [40, 41]. К белкам этого семейства относятся сериновые протеазы DPP4, FAP, DPP8 и DPP9, для которых характерно выраженное влияние на миграцию клеток [42—44]. Протеазы DPP4, DPP8 и DPP9 обнаруживаются в большинстве тканей организма [41, 45], в то время как для FAP характерна преимущественная экспрессия в ОАФ.
Белок активации фибробластов высокоспецифичен для опухоль-ассоциированных фибробластов
Экспрессия FAP — это один из наиболее важных признаков высокогетерогенной популяции ОАФ. В серии экспериментов с использованием человеческих тканей FAP был обнаружен в строме более 90% типов злокачественных опухолей [46, 47].
FAP селективно экспрессируется в стромальных фи-бробластах эпителиальных опухолей, зернистой (грануляционной) ткани заживающих ран, злокачественных клетках сарком костной и мягких тканей. На мышиных моделях показано, что для FAP характерна экспрессия при эмбриональном развитии, и он практически не детектируется в большинстве нормальных тканей. Исключение составляют МСК костной ткани, адипозных и мышечных тканей [48] и альфа-клетки островков Лан-герганса [49].
Хотя FAP преимущественно экспрессируется опухоль-ассоциированными фибробластами, его экспрессия детектируется также в опухолевых клетках саркомы костей и мягких тканей и в клетках меланомы [47, 50]. FAP также был обнаружен на поверхности фибробластов и перицитов в областях ангиогенеза опухоли [51—53]. В недавнем исследовании в полученном лазерной диссекцией опухолевом эндотелии обнаружили значительное увеличение экспрессии FAP по сравнению с нормальным эндотелием, используя ПЦР в реальном времени. Это свидетельствует о том, что экспрессия FAP может быть повышена
не только в ОАФ, но и в эндотелии сосудов опухоли [54]. Клинико-патологические исследования показали, что повышение содержания FAP-позитивных ОАФ в опухоли коррелирует с ее прогрессией, уровнем метастазирования и неблагоприятным исходом. Это характерно для многих типов опухолей, включая рак поджелудочной железы и толстой кишки [35]. FAP является привлекательной терапевтической мишенью благодаря сильно выраженной экспрессии в ОАФ [55—57]. И хотя знание биологии FAP заметно отстает, методы целевого использования этой протеазы для медицинских целей продвигаются достаточно интенсивно.
Структурно-биохимические характеристики FAP
Основная форма FAP представляет собой мембранный гликопротеин класса II семейства сериновых проте-аз. В структуре белка FAP выделяют трансмембранный домен (20 а.о.), цитоплазматический домен (6 а.о.) и внеклеточный домен (734 а.о.), содержащий каталитический центр [58]. Ферментативную активность FAP проявляет только в состоянии гомодимера (молекулярная масса 170 кД), состоящего из двух N-гликозилированных субъединиц [59] (рис. 1).
FAP имеет также укороченные (растворимые) формы, которые могут располагаться вне- и внутриклеточно [57] (рис. 1). FAP обладает двумя типами активности (рис. 2): дипептидилпептидазы (гидролиз пептидной связи с N-конца пролина) и эндопептидазы (расщепление пептидной связи внутри пептидной цепи, предпочтительно после мотива Gly-Pro). Замечательным проявлением ди-пептидазной активности FAP является его способность отщеплять от полипептида различные молекулы после пролина в последовательности Gly-Pro. На рис. 2, а это показано на примере синтетического пролекарства, в котором дипептид Gly-Pro связан с химиотерапевтическим агентом доксорубицином.
Геномно-транскрипционные характеристики FAP
Ген FAP человека локализован в теломерной области (q24) 2-й хромосомы, содержит 26 экзонов, его кодирующая часть состоит из приблизительно -2,4 т.п.о. Гомологи гена FAP были обнаружены у некоторых других видов животных, таких как лягушка, мышь, крыса. Например, мышиный ген также располагается на 2-й хромосоме и имеет высокую схожесть с геномной организацией гена человека [60]. На данный момент имеется сравнительно небольшое количество исследований, демонстрирующих влияние различных факторов на экспрессию FAP. Полагают, что одним из важнейших регуляторов экспрессии FAP может быть TGF-ß1. После активации TGF-ß ре-
Рис. 1. Вне- и внутриклеточное позиционирование FAP.
о но о
Рис. 2. Ферментативная активность белка FAP.
Димер FAP обладает дипептидилпептидазной активностью, он способен отщеплять две аминокислоты от N-конца полипептида после пролина, если таковой имеется в данном месте (в). Фермент обладает также эндопептидазной активностью, то есть способен расщеплять полипептиды после пролина в последовательности Gly-Pro (б). Данное свойство используется при создании конъюгатов протоксина и модифицированного фрагмента белка, содержащего последовательность Gly-Pro. Такие молекулы будут расщепляться протеазой FAP с высвобождением активного токсина (а). «Ножницы» — место ферментативного расщепления ферментом FAP. Z — N-карбоксибензильная группа (N-carbobenzoxy).
цепторов происходит активация киназ нескольких сигнальных каскадов, что приводит к фосфорилированию SMAD белков и SMAD-независимых киназ, совместно регулирующих синтез белков внеклеточного матрикса, а также рост и дифференцировку фибробластов [61]. Около 9 сайтов связывания SMAD белков было обнаружено в проксимальном регионе промотора FAP в пределах -469 ± 180 п.о. относительно сайта инициации транскрипции. Показано, что при блокировании различными способами TGF-ß-сигнального пути происходит существенное снижение уровня мРНК FAP в инвазивных меланомных клеточных линиях человека, а в неинвазивных такой эффект не наблюдается, что доказывает не только участие TGF-ß в регуляции FAP, но и их совместный вклад в инвазию и метастазирование опухоли [62]. Другим важным регулятором экспрессии FAP является транскрипционный фактор EGR1. В промоторе FAP был найден сайт связывания EGR1, располагающийся в районе -200 п.о. от старта инициации трансляции. В промоторе Fap мыши введение мутации в гомологичный сайт связывания нарушало связывание транскрипционного фактора, что влекло за собой подавление промоторной активности и значительное снижение эндогенной экспрессии Fap [59]. Также EGn-опосредованный механизм регуляции FAP включается при подавлении экспрессии hTERT. Это было показано на линии клеток плоскоклеточной карциномы языка YD10B, характеризующейся высокими уровнями экспрессии hTERT, EGR1 и FAP [63].
Попытки Анти-ОАФ терапии
Естественно, что выявление важной роли ОАФ в канцерогенезе стимулировало многочисленные попытки воздействия на строму в рамках противоопухолевой терапии, в частности на ОАФ. Здесь мы дадим лишь краткое описание направлений, связанных с воздействи-
ем на пути взаимодействия стромы опухоли с раковыми клетками либо непосредственно на ОАФ. Плохо васку-ляризованная десмопластическая строма поддерживает канцерогенез и одновременно образует барьер для хи-миотерапевтических препаратов. Это делает ее привлекательной мишенью для лекарственного воздействия. Комбинированные методы лечения цитотоксинами, ориентированные одновременно на строму и раковые клетки, показали многообещающие результаты в доклинических и клинических испытаниях [64]. Так, в опытах на мышиных моделях истощение стромы совместно с введением гемцитабина увеличивали эффективность доставки лекарства в раковые клетки, что подтверждает значимость стромы для развития и поддержания опухоли и одновременно указывает на перспективность комбинированной терапии, нацеленной на раковые клетки и на компоненты стромы [65]. В клинических исследованиях частичное истощение стромы разными методами также приводило к повышению выживаемости пациентов и увеличению эффективности доставки препаратов в опухоль [65]. Несколько соединений, ингибирующих ОАФ и их взаимодействие с раковыми клетками, находятся в настоящий момент на стадии доклинических и клинических испытаний. Эти агенты можно классифицировать по их мишеням воздействия. Агенты первого класса ингибируют пути передачи сигналов, участвующих в обмене информацией между ОАФ и раковыми клетками. Сюда относятся ингибиторы факторов и их рецепторов — TGF-ß, PDGFR, VEGF, VEGFR, HGF/Met, IGF-1R и др. Агенты второго класса нацелены непосредственно на ОАФ и продуцируемые ими молекулы. Многие из этих агентов были исчерпывающе изучены в прошлом, хотя новые агенты, которые попадают в эту категорию, исследуются и в настоящее время. Примером таких препаратов являются ингибиторы матриксных ме-таллопротеиназ, катепсинов и сериновых протеаз. Наконец, существует множество агентов других типов, с которыми читатель может ознакомиться в обзорах [38, 65—67].
Естественно, что при любом терапевтическом воздействии крайне важно, чтобы соответствующая мишень представляла собой максимально уникальную, специфичную только для данной ткани, стромальной или опухолевой, структуру, чтобы воздействие затрагивало только целевые клетки, ткани или органы. Поэтому ОАФ, которые специфично экспрессируют FAP, кажутся особенно привлекательными. Постоянная экспрессия FAP в строме опухоли наводит на мысль, что FAP играет определенную роль в онкогенезе. Тем не менее эта роль далека от понимания. Существует множество противоречивых данных, одни из которых связывают повышенную экспрессию FAP с подавлением роста опухоли, в то время как другие демонстрируют корреляцию прогрессии опухоли с повышением экспрессии FAP [57]. Возможно, что источником противоречий при интерпретации результатов являются различия в искусственных системах, используемых для экспрессии FAP. Часто для этих целей используют опухолевые клетки, хотя природным источником FAP чаще являются ОАФ. В связи с этим необходим дальнейший серьезный анализ, чтобы понять роль FAP в канцерогенезе и, соответственно, рациональные пути использования этой уникальной мишени в терапевтических целях. Далее весьма сжато будут приведены направления и результаты экспериментальных лабораторных разработок, доклинических и клинических исследований по возможностям противораковой терапии с использованием FAP в качестве мишени.
Использование ингибиторов ферментативной активности FAP
Существует гипотеза, что ингибирование ферментативной активности FAP может оказывать влияние на развитие опухоли [68]. Главным препятствием для ее проверки было отсутствие селективных ингибиторов этой протеазы, поскольку FAP отчасти разделяет субстратную специфичность с другими членами семейства DPP4 се-риновых протеаз. Однако недавно 2 независимые группы сумели сконструировать весьма специфичные и сильные ингибиторы FAP [69, 70]. Разработка сильных и селективных ингибиторов, несомненно, будет полезной для исследования биологической роли FAP. Эти ингибиторы могут оказаться полезными также и в терапии опухолей [55, 56]. FAP, как и другие протеазы семейства DPP4, обладает пока малоизученной способностью активировать различные сигнальные каскады [71], независимо от своей ферментативной активности. В частности, с этим свойством FAP могут быть связаны негативные результаты второй фазы клинических испытаний талабостата, который, являясь ингибитором ферментативной активности FAP, был использован для терапии колоректального рака, и хотя было показано, что происходит ингибирование протеолитиче-ской активности FAP, клинически значимого противоопухолевого эффекта достичь не удалось [72].
Использование анти-FAP антител и Т-клеток с химерными антигенрецепторами
Благодаря систематической экспрессии в строме опухоли FAP оказался в центре внимания многих недавних попыток использовать Т-клеточную иммунотерапию [48, 73, 74]. Имеются отдельные сообщения об использовании анти-FAP антител как противораковых агентов, но пока трудно делать какие-либо определенные заключения об их эффективности [75, 76]. Отдельным направлением является использование интернализуемых анти-FAP антител для доставки терапевтических молекул в опухоль-ассоциированные фибробласты. Такие антитела могут обеспечивать быструю доставку в фибробласты радиоизотопов или цитотоксических средств [77, 78]. В клинических исследованиях была продемонстрирована безопасность введения пациентам с колоректальным раком и мелкоклеточным раком легкого анти-FAP антител (сибротузумаба), однако при этом не наблюдалось ответа опухоли на лечение [79, 80].
В последнее время предпринимаются попытки использования Т-клеток с химерным антигенным рецептором (CAR, chimeric antigen receptor) к FAP [73, 81, 82]. В этих исследованиях методами генной инженерии были сконструированы химерные антигенные рецепторы, способные узнавать и вызывать Т-клеточный иммунный ответ против FAP. Гены этих рецепторов были встроены в Т-клетки, которые далее вводили модельным мышам, например, с ксенотрансплантами рака поджелудочной железы человека или с привитыми мышиными опухолями [48]. Несмотря на эффективность FAP-CAR Т-клеток в опытах in vitro, на модельных животных наблюдаемое действие было не столь однозначным. Неожиданно обнаружились побочные мишени в костном мозге и в скелетных мышцах, также у животных наблюдалась кахексия. У мышей, не несущих опухоли, при введении FAP-CAR Т-клеток также наблюдали скелетную токсичность и кахексию. В ходе этого исследования были обнаружены FAP-позитивные мезенхимальные стромаль-ные клетки в костной, жировой и мышечной тканях как у мышей с опухолями, так и без опухолей. Следует отметить противоречивость получаемых разными авторами
данных. Например, в работе S. Kakarla и соавт. [83] сообщалось, что в мышиной модели рака легкого А549 FAP-специфические Т-клетки значительно снижали содержание FAP-позитивных стромальных клеток и подавляли рост опухоли. Сочетанное действие FAP-специфических Т-клеток и Т-клеток, направленных на антиген EphA2, на раковых клетках А549 значительно усиливало противоопухолевую активность и выживаемость животных. Это исследование подчеркивает важность совместного воздействия на ОАФ и сами раковые клетки для достижения эффективности Т-клеточной иммунотерапии солидных опухолей [83]. Противоречия относятся также и к токсичности CAR Т-клеток, направленных на FAP-позитивные фибробласты. Исследования [48, 74] продемонстрировали, что истощение FAP-позитивных стромальных клеток может вызывать повреждение костного мозга и кахексию. Напротив, исследование [35] не выявило подобных эффектов. CAR Т-клеточная иммунотерапия зависит от специфичности искусственного рецептора Т-клеток и его авидности, поэтому противоречивые результаты, получаемые различными авторами, могут быть объяснены различными свойствами использованных рецепторов [57]. Кроме того, большую роль в получаемых результатах могут играть используемые животные модели [84]. Использование CAR Т-клеток в терапии солидных опухолей имеет ряд проблем. Во-первых, нужно достичь такой специфичности к антигену, которая позволяла бы четко разграничивать опухоль от нормальной ткани. Затем, модифицированные Т-клетки должны быть в состоянии проникать в десмопластическую строму, которая окружает опухоль. Наконец, оказавшись в опухоли, они должны выживать, амплифицироваться и преодолевать цитотоксичность окружающей среды, насыщенной им-муносупрессивными модуляторами. Насколько удастся преодолеть эти барьеры, покажет будущее [73].
Использование сайленсинга гена FAP (РНК-интерференция)
Поскольку уже было отмечено, что FAP играет важную роль в формировании иммуносупрессивного микроокружения и может оказывать влияние на опухолевую прогрессию вне зависимости от своей ферментативной способности, наиболее заманчивым было бы полностью элиминировать FAP. Для этих целей возможно использовать методы, основанные на РНК-интерференции. И хотя эффективность подавления FAP с помощью siRNA обычно невелика, некоторые эффекты удается наблюдать. Так, при нокдауне посредством siRNA FAP элиминировался с поверхности фибробластов, и происходила реверсия FAP-опосредованной миграционной и инва-зивной способности клеток. Сходный эффект наблюдался при действии анти-FAP антител [77]. В мышиной модели рака молочной железы (4Т1) липосомная доставка siRNA, направленная на нокдаун FAP, уменьшала экспрессию FAP, ингибировала рост опухоли, усиливала депонирование коллагена и подавляла ангиогенез. При этом усиливался апоптоз опухолевых клеток [85]. FAP высоко представлен в ОАФ карциномы желудка, нокдаун FAP с помощью siRNA значительно подавлял инвазию и миграцию клеток рака желудка MGC-803 [86]. В другом исследовании показано, что siRNA нокдаун FAP вызывал снижение скорости пролиферации клеток эпителиального рака яичника приблизительно на 10% [87]. Сайленсинг FAP в ОАФ in vitro с помощью siRNA инги-бировал рост опухоль-ассоциированных фибробластов и приводил к аресту клеточного цикла в G2- и S-фазах [88]. Однако пока эти результаты получены в лабораторных исследованиях и неясно, как эти системы проявят себя при клинических испытаниях.
Создание пролекарств, превращаемых в опухоли в токсины посредством ферментативной активности
FAP
Значительно более реальным представляется использование собственной ферментативной активности FAP в рамках так называемой пролекарственной стратегии. В данном случае пролекарство представляет собой неактивный цитотоксический агент, соединенный с пептидом, содержащим последовательность для расщепления про-теазой FAP. Принцип действия данного подхода продемонстрирован на примере пролекарства Z-GP-Dox (Z, это N-карбоксибензильная группа (N-carbobenzoxy-Gly-Pro-Dox)), содержащего химиотерапевтический агент доксо-рубицин (см. рис. 2, а) [89]. Z-GP-Dox — это модифицированный дипептид, содержащий на С-конце пролиновый остаток, присоединенный к аминогруппе доксорубицина. Этот конъюгат нетоксичен. При воздействии FAP связь между пептидом и доксорубицином разрушается, и высвобождается активный доксорубицин. Сейчас еще рано судить об эффективности такого пролекарства, однако его токсичность намного ниже, чем у доксорубицина. Разработаны несколько FAP-активируемых пролекарств и про-токсинов. Показано, что FAP-активируемый пчелиный протоксин вызывает лизис FAP-позитивных стромальных клеток опухоли [90]. Внутриопухолевые инъекции этого протоксина в ксенографтных моделях рака молочной железы и простаты у мышей вызывали ингибирование роста опухоли. Однако его внутривенное введение вызвало гемолиз и смерть животных, указывая на то, что использование этого протоксина должно быть ограничено ситуациями, когда возможны внутриопухолевые инъекции. Несмотря на свою ограниченность, эти исследования показывают, что FAP-активируемый протоксин может существенно подавлять развитие опухоли. Другие примеры пролекарств могут быть найдены в работах [91—93].
Пролекарственная стратегия позволяет достичь двух важных задач:
Во-первых, она может быть нацелена как на частичное истощение ОАФ, и, таким образом, на облегчение доступа к опухолевым клеткам лекарственных препаратов и иммунотерапевтических агентов. При этом важно подчеркнуть, что даже временное и неполное разрушение стромы может оказаться достаточным для терапевтического воздействия, создавая доступность для терапевтических агентов (для деталей см. [35]).
Во-вторых, стратегия может быть построена таким образом, что одновременно поражаются как ОАФ, так и опухолевые клетки. Важность такого параллельного воздействия уже отмечалась выше [83].
Заключение
Весь предыдущий опыт использования молекулярной таргетной терапии, нацеленной на «драйверы» опухолей, продемонстрировал крайнюю ограниченность возможности ее успешного применения в виду чрезвычайной гетерогенности опухолей и их изменчивости в процессе эволюции и метастазирования. На фоне тотальной гетерогенности опухолевых клеток стромальные клетки выделяются по крайней мере одним сравнительно постоянным маркером FAP, который экспрессируется в 90% исследованных типах рака и присутствует в реактивной, ассоциированной именно с раковыми клетками, части стромы — в ОАФ. Это постоянство на фоне чрезвычайной изменчивости выглядит спасательным кругом, способным помочь выплыть в океане проблем, стоящих перед терапией рака. Вопрос заключается в правильном выборе стратегии использования FAP. Имеющийся опыт его доклинических
и клинических испытаний, как нам представляется, указывает на пролекарственную терапию, которая позволяет использовать собственную энзиматическую активность FAP, не прибегая к истощению ОАФ, которое приводит к нежелательным побочным эффектам, связанным с существованием (хотя и ограниченным) FAP-позитивных клеток в жизненно важных неопухолевых тканях. Успешность такой терапии будет всецело зависеть от выбора токсина, используемого для получения пролекарства. Требования к нему достаточно строги:
1) он должен быть достаточно простым в производстве, чтобы обеспечить доступное и недорогое лекарство;
2) он должен эффективно отщепляться от пролекарства ферментативной активностью FAP;
3) наконец, крайне желательно, чтобы высвобождающийся токсин был токсичен только для раковых клеток и метастазов и не затрагивал здоровые ткани организма;
4) кроме того, должны существовать способы эффективной доставки пролекарства в опухоль и метастазы.
Этот непростой для решения комплекс требований может тем не менее быть решен совместными усилиями химиков, фармакологов, клеточных физиологов и клиницистов.
Финансирование. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-5000131).
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах:
ФГБУН Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997, Москва;
Плешкан В. В. (Pleshkan V.V.) — канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. структуры и функций генов человека, e-mail: vpleshkan@gmail.com;
Алексеенко И.В. (Alekseenko I.V.) — канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. структуры и функций генов человека;
Тюлькина Д.В. (Tyulkina D.V.) — аспирант лаб. структуры и функций генов человека;
Кузьмич А.И. (Kuzmich A.I.) — канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. структуры и функций генов человека;
Зиновьева М.В. (Zinovyeva M.V.) — канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. структуры и функций генов человека;
Свердлов Е.Д. (Sverdlov E.D.) — д-р хим. наук, проф., акад. РАН, рук. лаб. структуры и функций генов человека.
ЛИТЕ РА Т У РА/REFERENCES
1. Hanahan D., Weinberg R.A. The hallmarks of cancer. Cell. 2000; 100(1): 57—70.
2. Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011; 144(5): 646—74.
3. Ledford H. End of cancer-genome project prompts rethink. Nature. 2015; 517(7533): 128—9.
4. Свердлов Е.Д. Системная биология и персонализированная медицина: быть или не быть? Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2014; 100(5): 505—41. Sverdlov E.D. Systems biology and personalized medicine: to be or not to be? Rossiyskiy fiziologocheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2014; 100(5): 505—41.
5. Vogelstein B., Kinzler K.W. The path to cancer — three strikes and you're out. N. Engl. J. Med. 2015; 373(20): 1895—8.
6. Vogelstein B., Papadopoulos N., Velculescu V.E., Zhou S., Diaz L.A., Jr., Kinzler K.W. Cancer genome landscapes. Science. 2013; 339(6127): 1546—58.
7. Hainaut P., Plymoth A. Editorial: from cancer genotypes to phenotypes: a never-ending complexity. Curr. Opin. Oncol. 2015; 28(1): 50—1.
8. Bissell M.J., Hines W.C. Why don't we get more cancer? A proposed role of the microenvironment in restraining cancer progression. Nat. Med. 2011; 17(3): 320—9.
9. Gandellini P., Andriani F., Merlino G., D'Aiuto F., Roz L., Callari M. Complexity in the tumour microenvironment: Cancer associated fibroblast gene expression patterns identify both common and unique features of tumour-stroma crosstalk across cancer types. Semin Cancer Biol. 2015; 35: 96—106.
10. Check Hayden E. Human genome at ten: Life is complicated. Nature. 2010; 464(7289): 664—7.
11. Bhowmick N.A., Neilson E.G., Moses H.L. Stromal fibroblasts in cancer initiation and progression. Nature. 2004; 432(7015): 332—7.
12. Weber C.E., Kuo P.C. The tumor microenvironment. Surg. Oncol. 2012; 21(3): 172—7.
13. Ungefroren H., Sebens S., Seidl D., Lehnert H., Hass R. Interaction of tumor cells with the microenvironment. Cell Commun. Signal. 2011; 9: 18.
14. Stadler M., Walter S., Walzl A., Kramer N., Unger C., Scherzer M. et al. Increased complexity in carcinomas: Analyzing and modeling the interaction of human cancer cells with their microenvironment. Semin. Cancer Biol. 2015; 35: 107—24.
15. Palumbo A., Jr., Da Costa Nde O., Bonamino M.H., Pinto L.F., Nas-ciutti L.E. Genetic instability in the tumor microenvironment: a new look at an old neighbor.Mol. Cancer. 2015; 14: 145.
16. Polyak K., Haviv I., Campbell I.G. Co-evolution of tumor cells and their microenvironment. Trends Genet. 2009; 25(1): 30—8.
17. Guarino M. Epithelial-mesenchymal transition and tumour invasion. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2007; 39(12): 2153—60.
18. Rhim A.D. Epithelial to mesenchymal transition and the generation of stem-like cells in pancreatic cancer. Pancreatology. 2013; 13(2): 114—7.
19. Scheel C., Weinberg R.A. Cancer stem cells and epithelial-mesen-chymal transition: Concepts and molecular links. Semin. Cancer Biol. 2012; 22(5-6): 396—403.
20. Tsai J.H., Yang J. Epithelial-mesenchymal plasticity in carcinoma metastasis. Genes Dev. 2013; 27(20): 2192—206.
21. Axelrod R., Axelrod D.E., Pienta K.J. Evolution of cooperation among tumor cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103(36): 13474—9.
22. Kalluri R., Zeisberg M. Fibroblasts in cancer. Nat. Rev. Cancer. 2006; 6(5): 392—401.
23. Merlo L.M., Pepper J.W., Reid B.J., Maley C.C. Cancer as an evolutionary and ecological process. Nat. Rev. Cancer. 2006; 6(12): 924—35.
24. Potter J.D., Prentice R.L. Cancer risk: tumors excluded. Science. 2015; 347(6223): 727.
25. Bamias A., Koutsoukou V., Terpos E., Tsiatas M.L., Liakos C., Tsitsilonis O. et al. Correlation of NK T-like CD3+CD56+ cells and CD4+CD25+ (hi) regulatory T cells with VEGF and TNFal-pha in ascites from advanced ovarian cancer: Association with platinum resistance and prognosis in patients receiving first-line, platinum-based chemotherapy. Gynecol. Oncol. 2008; 108(2): 421—7.
26. Kovar M., Tomala J., Chmelova H., Kovar L., Mrkvan T., Joskova R. et al. Overcoming immunoescape mechanisms of BCL1 leukemia and induction of CD8 + T-cell-mediated BCL1-specific resistance in mice cured by targeted polymer-bound doxorubicin. Cancer Res. 2008; 68(23): 9875—83.
27. Kraman M., Bambrough P.J., Arnold J.N., Roberts E.W., Magiera L., Jones J.O. et al. Suppression of antitumor immunity by stromal cells expressing fibroblast activation protein-alpha. Science. 2010; 330(6005): 827—30.
28. Joyce J.A., Fearon D.T. T cell exclusion, immune privilege, and the tumor microenvironment. Science. 2015; 348(6230): 74—80.
29. Harper J., Sainson R.C. Regulation of the anti-tumour immune response by cancer-associated fibroblasts. Semin. Cancer Biol. 2014; 25: 69—77.
30. Tuxhorn J.A., Ayala G.E., Rowley D.R. Reactive stroma in prostate cancer progression. J. Urol. 2001; 166(6): 2472—83.
31. Kurose K., Gilley K., Matsumoto S., Watson P.H., Zhou X.P., Eng C. Frequent somatic mutations in PTEN and TP53 are mutually exclusive in the stroma of breast carcinomas. Nat. Genet. 2002; 32(3): 355—7.
32. Zhang J., Liu J. Tumor stroma as targets for cancer therapy. Pharmacol. Ther. 2013; 137(2): 200—15.
33. Orimo A., Weinberg R.A. Stromal fibroblasts in cancer: a novel tumor-promoting cell type. Cell Cycle. 2006; 5(15): 1597—601.
34. Cirri P., Chiarugi P. Cancer-associated-fibroblasts and tumour cells: a diabolic liaison driving cancer progression. Cancer Metastas. Rev. 2012; 31(1-2): 195—208.
35. Lo A., Wang L.C., Scholler J., Monslow J., Avery D., Newick K. et al. Tumor-promoting desmoplasia is disrupted by depleting FAP-expressing stromal cells. Cancer Res. 2015; 75(14): 2800—10.
36. Chiarugi P., Cirri P. Metabolic exchanges within tumor microenvironment. Cancer Lett. 2015: pii: S0304-3835(15)00658-8.
37. Ishii G., Sangai T., Oda T., Aoyagi Y., Hasebe T., Kanomata N. et al. Bone-marrow-derived myofibroblasts contribute to the cancer-
induced stromal reaction. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003; 309(1): 232—40.
38. Takebe N. et al. Review of cancer — associated fibroblasts and therapies that interfere with their activity. Tumor Microenviron. Ther. 2013; Volume 1: 19—36.
39. Wang J., Zhang G., Wang L., Huang X., Cheng Y. The role of cancer-associated fibroblasts in esophageal cancer. J. Transl. Med. 2016; 14(1): 30.
40. Havre P.A., Abe M., Urasaki Y., Ohnuma K., Morimoto C., Dang N.H. The role of CD26/dipeptidyl peptidase IV in cancer. Front Bio-sci. 2008; 13: 1634—45.
41. Rohrborn D., Wronkowitz N., Eckel J. DPP4 in Diabetes. Front. Immunol. 2015; 6: 386.
42. Yu D.M., Wang X.M., McCaughan G.W., Gorrell M.D. Extraenzy-matic functions of the dipeptidyl peptidase IV-related proteins DP8 and DP9 in cell adhesion, migration and apoptosis. FEBS J. 2006; 273(11): 2447—60.
43. Komiya E., Ohnuma K., Yamazaki H., Hatano R., Iwata S., Okamoto T. et al. CD26-mediated regulation of periostin expression contributes to migration and invasion of malignant pleural mesothelioma cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014; 447(4): 609—15.
44. Kawase T., Yasui Y., Nishina S., Hara Y., Yanatori I., Tomiyama Y. et al. Fibroblast activation protein-alpha-expressing fibroblasts promote the progression of pancreatic ductal adenocarcinoma. BMC Gastroenterol. 2015; 15: 109.
45. Yu D.M., Ajami K., Gall M.G., Park J., Lee C.S., Evans K.A. et al. The in vivo expression of dipeptidyl peptidases 8 and 9. J. His-tochem. Cytochem. 2009; 57(11): 1025—40.
46. Rettig W.J., Garin-Chesa P., Beresford H.R., Oettgen H.F., Melamed M.R., Old L.J. Cell-surface glycoproteins of human sarcomas: differential expression in normal and malignant tissues and cultured cells. Proc. Natl. Acad Sci. USA. 1988; 85(9): 3110—4.
47. Garin-Chesa P., Old L.J., Rettig W.J. Cell surface glycoprotein of reactive stromal fibroblasts as a potential antibody target in human epithelial cancers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990; 87(18): 7235—9.
48. Tran E., Chinnasamy D., Yu Z., Morgan R.A., Lee C.C., Restifo N.P. et al. Immune targeting of fibroblast activation protein triggers recognition of multipotent bone marrow stromal cells and cachexia. J. Exp. Med. 2013; 210(6): 1125—35.
49. Busek P., Hrabal P., Fric P., Sedo A. Co-expression of the homologous proteases fibroblast activation protein and dipeptidyl peptidase-IV in the adult human Langerhans islets. Histochem. Cell Biol. 2015; 143(5): 497—504.
50. Rettig W.J., Garin-Chesa P., Healey J.H., Su S.L., Ozer H.L., Schwab M. et al. Regulation and heteromeric structure of the fibroblast activation protein in normal and transformed cells of mesenchymal and neuroectodermal origin. Cancer Res. 1993; 53(14): 3327—35.
51. Scanlan M.J., Raj B.K., Calvo B., Garin-Chesa P., Sanz-Moncasi M.P., Healey J.H. et al. Molecular cloning of fibroblast activation protein alpha, a member of the serine protease family selectively expressed in stromal fibroblasts of epithelial cancers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994; 91(12): 5657—61.
52. Santos A.M., Jung J., Aziz N., Kissil J.L., Pure E. Targeting fibro-blast activation protein inhibits tumor stromagenesis and growth in mice. J. Clin. Invest. 2009; 119(12): 3613—25.
53. Bhati R., Patterson C., Livasy C.A., Fan C., Ketelsen D., Hu Z. et al. Molecular characterization of human breast tumor vascular cells. Am. J. Pathol. 2008; 172(5): 1381—90.
54. Ghilardi C., Chiorino G., Dossi R., Nagy Z., Giavazzi R., Bani M. Identification of novel vascular markers through gene expression profiling of tumor-derived endothelium. BMC Genom. 2008; 9: 201.
55. Jackson K.W., Christiansen V.J., Yadav V.R., Silasi-Mansat R., Lupu F., Awasthi V. et al. Suppression of tumor growth in mice by rationally designed pseudopeptide inhibitors of fibroblast activation protein and prolyl oligopeptidase. Neoplasia. 2015; 17(1): 43—54.
56. Christiansen V.J., Jackson K.W., Lee K.N., Downs T.D., McKee P.A. Targeting inhibition of fibroblast activation protein-alpha and prolyl oligopeptidase activities on cells common to metastatic tumor microenvironments. Neoplasia. 2013; 15(4): 348—58.
57. Hamson E.J., Keane F.M., Tholen S., Schilling O., Gorrell M.D. Understanding fibroblast activation protein (FAP): substrates, activities, expression and targeting for cancer therapy. Proteom. Clin. Appl. 2014; 8(5-6): 454—63.
58. Goldstein L.A., Chen W.T. Identification of an alternatively spliced seprase mRNA that encodes a novel intracellular isoform. J. Biol. Chem. 2000; 275(4): 2554—9.
59. Zhang J., Valianou M., Cheng J.D. Identification and characterization of the promoter of fibroblast activation protein. Front. Biosci. (Elite Ed). 2010; 2: 1154—63.
60. Niedermeyer J., Enenkel B., Park J.E., Lenter M., Rettig W.J., Damm K. et al. Mouse fibroblast-activation protein — conserved Fap gene organization and biochemical function as a serine protease. Eur. J. Biochem. 1998; 254(3): 650—4.
61. Chen H., Yang W.W., Wen Q.T., Xu L., Chen M. TGF-beta induces fibroblast activation protein expression; fibroblast activation protein expression increases the proliferation, adhesion, and migration of H0-8910PM [corrected]. Exp. Mol. Pathol. 2009; 87(3): 189—94.
62. Tulley S., Chen W.T. Transcriptional regulation of seprase in invasive melanoma cells by transforming growth factor-beta signaling. J. Biol. Chem. 2014; 289(22): 15280—96.
63. Park Y.J., Kim E.K., Bae J.Y., Moon S., Kim J. Human telomerase reverse transcriptase (hTERT) promotes cancer invasion by modulating cathepsin D via early growth response (EGR)-1. Cancer Lett. 2016; 370(2): 222—31.
64. Prahallad A., Bernards R. Opportunities and challenges provided by crosstalk between signalling pathways in cancer. Oncogene. 2016; 35: 1073—9.
65. Cammarota F., Laukkanen M.O. Mesenchymal stem/stromal cells in stromal evolution and cancer progression. Stem Cells Int. 2016; 2016: 4824573.
66. Kelly T., Huang Y., Simms A.E., Mazur A. Fibroblast activation pro-tein-a: a key modulator of the microenvironment in multiple pathologies. Int. Rev. Cell Mol. Biol. 2012; 297: 83—108.
67. Zi F., He J., He D., Li I., Li Y., Cai Z. Fibroblast activation protein a in tumor microenvironment: Recent progression and implications (Review). Mol. Med.. Rep. 2015; 11: 3203—11.
68. Zi F., He J., He D., Li Y., Yang L. Z.C. Targeting of cancer-associated fibroblasts enhances the efficacy of cancer chemotherapy by regulating the tumor microenvironment. Mol. Med. Rep. 2016; 13: 2476— 84.
69. Jansen K., Heirbaut L., Cheng J.D., Joossens J., Ryabtsova O., Cos P. et al. Selective inhibitors of fibroblast activation protein (FAP) with a (4-Quinolinoyl)-glycyl-2-cyanopyrrolidine scaffold. ACS Med. Chem. Lett. 2013; 4(5): 491—6.
70. Poplawski S.E., Lai J.H., Li Y., Jin Z., Liu Y., Wu W. et al. Identification of selective and potent inhibitors of fibroblast activation protein and prolyl oligopeptidase. J. Med Chem. 2013; 56(9): 3467—77.
71. Yao T.W., Kim W.S., Yu D.M., Sharbeen G., McCaughan G.W., Choi K.Y. et al. A novel role of dipeptidyl peptidase 9 in epidermal growth factor signaling. Mol. Cancer Res. 2011; 9(7): 948—59.
72. Narra K., Mullins S.R., Lee H.O., Strzemkowski-Brun B., Magalong K., Christiansen V.J. et al. Phase II trial of single agent Val-boro-Pro (Talabostat) inhibiting Fibroblast Activation Protein in patients with metastatic colorectal cancer. Cancer Biol. Ther. 2007; 6(11): 1691—9.
73. Kakarla S., Gottschalk S. CAR T cells for solid tumors: armed and ready to go? Cancer J. 2014; 20(2): 151—5.
74. Roberts E.W., Deonarine A., Jones J.O., Denton A.E., Feig C., Lyons S.K. et al. Depletion of stromal cells expressing fibroblast activation protein-alpha from skeletal muscle and bone marrow results in cachexia and anemia. J. Exp. Med. 2013; 210(6): 1137—51.
75. Huang T., Wang H., Chen N., Frentzen A., Minev B., Szalay A. Expression of anti-VEGF antibody together with anti-EGFR or anti-FAP enhances tumor regression as a result of vaccinia virotherapy Mol. Ther. Oncolyt. 2015; 2: 15003.
76. Fang J., Xiao L., Joo K.I., Liu Y., Zhang C., Liu S. et al. A potent immunotoxin targeting fibroblast activation protein for treatment of breast cancer in mice. Int. J. Cancer. 2016; 138(4): 1013—23.
77. Teichgraber V., Monasterio C., Chaitanya K., Boger R., Gordon K., Dieterle T. et al. Specific inhibition of fibroblast activation protein (FAP)-alpha prevents tumor progression in vitro. Adv. Med. Sci. 2015; 60(2): 264—72.
78. Fischer E., Chaitanya K., Wuest T., Wadle A., Scott A.M., van den Broek M. et al. Radioimmunotherapy of fibroblast activation protein positive tumors by rapidly internalizing antibodies. Clin. Cancer Res. 2012; 18(22): 6208—18.
79. Hofheinz R.D., al-Batran S.E., Hartmann F., Hartung G., Jager D., Renner C. et al. Stromal antigen targeting by a humanised monoclonal antibody: an early phase II trial of sibrotuzumab in patients with metastatic colorectal cancer. Onkologie. 2003; 26(1): 44—8.
80. Scott A.M., Wiseman G., Welt S., Adjei A., Lee F.T., Hopkins W. et al. A Phase I dose-escalation study of sibrotuzumab in patients with advanced or metastatic fibroblast activation protein-positive cancer. Clin. Cancer Res. 2003; 9(5): 1639—47.
81. Gross G., Eshhar Z. Therapeutic potential of T cell Chimeric Antigen Receptors (CARs) in cancer treatment: Counteracting off-tumor tox-icities for safe CAR T cell therapy. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2016; 56: 59—83.
82. Miller J.F., Sadelain M. The journey from discoveries in fundamental immunology to cancer immunotherapy. Cancer Cell. 2015; 27(4): 439—49.
83. Kakarla S., Chow K.K., Mata M., Shaffer D.R., Song X.T., Wu M.F. et al. Antitumor effects of chimeric receptor engineered human T cells directed to tumor stroma. Mol. Ther. 2013; 21(8): 1611—20.
84. Kalaitsidou M., Kueberuwa G., Schutt A., Gilham D.E. CAR T-cell
therapy: toxicity and the relevance of preclinical models. Immunotherapy. 2015; 7(5): 487—97.
85. Cai F., Li Z., Wang C., Xian S., Xu G., Peng F. et al. Short hairpin RNA targeting of fibroblast activation protein inhibits tumor growth and improves the tumor microenvironment in a mouse model. BMB Rep. 2013; 46(5): 252—7.
86. Wang R.F., Zhang L.H., Shan L.H., Sun W.G., Chai C.C., Wu H.M. et al. Effects of the fibroblast activation protein on the invasion and migration of gastric cancer. Exp. Mol. Pathol. 2013; 95(3): 350—6.
87. Mhawech-Fauceglia P., Yan L., Sharifian M., Ren X., Liu S., Kim G. et al. Stromal expression of Fibroblast Activation Protein alpha (FAP) predicts platinum resistance and shorter recurrence in patients with epithelial ovarian cancer. Cancer Microenviron. 2015; 8(1): 23—31.
88. Lai D., Ma L., Wang F. Fibroblast activation protein regulates tumor-associated fibroblasts and epithelial ovarian cancer cells. Int. J. Oncol. 2012; 41(2): 541—50.
89. Huang S., Fang R., Xu J., Qiu S., Zhang H., Du J. et al. Evaluation of the tumor targeting of a FAPalpha-based doxorubicin prodrug. J. Drug. Target. 2011; 19(7): 487—96.
90. LeBeau A.M., Brennen W.N., Aggarwal S., Denmeade S.R. Targeting the cancer stroma with a fibroblast activation protein-activated promelittin protoxin. Mol. Cancer Ther. 2009; 8(5): 1378—86.
91. Brennen W.N., Rosen D.M., Chaux A., Netto G.J., Isaacs J.T., Denmeade S.R. Pharmacokinetics and toxicology of a fibroblast activation protein (FAP)-activated prodrug in murine xenograft models of human cancer. Prostate. 2014; 74(13): 1308—19.
92. Vandooren J., Opdenakker G., Loadman P.M., Edwards D.R. Proteases in cancer drug delivery. Adv. Drug. Deliv. Rev. 2016; 97: 144—55.
93. Zhang Y., Zhang X., Liu H., Cai S., Wu B. Mixed nanomicelles as potential carriers for systemic delivery of Z-GP-Dox, an FAPalpha-based doxorubicin prodrug: formulation and pharmacokinetic evaluation. Int. J. Nanomed. 2015; 10: 1625—36.
Поступила 15.03.16
Pleshkan V.V., Alekseenko I.V, Tyulkina D.V., Kyzmich A.I,, Zinovyeva M.V., Sverdlov E.D.
FIBROBLAST ACTIVATION PROTEIN (FAP) AS A POSSIBLE TARGET OF THE ANTITUMOR STRATEGY
Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation
This review was devoted to the use of the versatile component of tumoral stroma (fibroblast activation protein, FAP) as a target of the versatile tumor therapy. The tumor is a coevolution system, which includes the microenvironment or reactive stroma differing from the normal tissue by the phenotypic and genotypic features. Important elements of the tumor microenvironment are cancer-associated fibroblasts (CAFs), which contain typical marker FAP (serine proteinase with the enzymatic activity of dipeptidyl peptidase and endopeptidase). According to the literature, more than 90% of tumors contain FAP-positive activated fibroblasts. FAP is virtually absent in normal tissues, but it is present in the embryonic and tumor tissues, which makes it a selective and versatile model. In this work, basic approaches to affecting the CAF using FAP as a target were discussed. The use of FAP as a target provides an important advantage: its proteolytic activity can be used along with the protein-targeted agents. The main directions in the therapeutic use of FAP were discussed in this work.
Key words: cancer, cancer-associated fibroblasts, CAFs, pancreas, FAP, stroma, tumor microenvironment
For citation: Pleshkan V.V., Alekseenko I.V, Tyulkina D.V., Kyzmich A.I., Zinovyeva M.V., Sverdlov E.D. Fibroblast Activation Protein FAP as a Possible Target of the Antitumor Strategy. Molekul-yarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya (Molecular Genetics, Microbiology and Virology) 2016; 34(3): 4-11 (Russian). DOI 10.18821/0208-0613-2016-34-3-90-97.
For correspondence: Victor V. Pleshkan - PhD, researcher, Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, 117997, Moscow, Russian Federation; E-mail: vpleshkan@gmail.com
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Funding. This work was .supported by the Russian Science Foundation (Project No. 14-50-00131).
