CC BY
35
УДК 616.006
СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ МЕТАСТАЗИРОВАНИЯ ОПУХОЛЕЙ © 2004 г. Ю.С. Сидоренко, Е.М. Непомнящая, Т.Н. Гудцкова
Tumor growth and metastasic process are one the key problems in oncology. The review presents the main trends of modern investigation of metastatic mechanisms. Tumor angiogenesis, genetic factors, matrix metalloproteinases, aghesion molecules and integrin receptors are discussed as significant.
Вопросы метастазирования являются одной из актуальных проблем онкологии. Метастазы - это один из ведущих признаков, характеризующих и определяющих злокачественную опухоль как эпителиального (рак), так и неэпителиального (саркоматозного) происхождения.
Однако до настоящего времени не решены многие вопросы возникновения и развития метастазов. Почему в ряде случаев метастазы возникают быстро и почти одновременно с первичным очагом? В других через 10, 20 и даже 40 лет от момента появления и лечения первичной опухоли? Это так называемые латентные метастазы. Почему при опухоли небольших размеров в ряде наблюдений имеется обширное метаста-зирование? А иногда при опухоли больших размеров метастазы могут отсутствовать? Эти, как и другие, вопросы ждут своего решения.
К настоящему времени, благодаря достижениям молекулярной биологии и генной инженерии онкология обогатилась рядом сведений, позволяющих по-новому осветить взгляды на некоторые механизмы метастазирования.
Среди исследований по изучению процесса мета-стазирования можно выделить следующие основные направления:
1. Ангиогенез в опухолях и окружающих тканях.
2. Генетические механизмы.
3. Значение металлопротеиназ и молекул адгезии для инвазии и метастазирования опухолей.
4. Роль интегриновых рецепторов в процессе метаста-зирования.
Для роста и гематогенного метастазирования опухолевых клеток необходимо развитие кровеносных сосудов как внутри опухоли, так и возле нее. Вновь образованные сосуды способствуют диффузии через сосудистую стенку множества питательных веществ, кислорода, а эндотелиальные клетки синтезируют большое количество биологически активных веществ, в том числе факторы роста, цитокины, которые могут оказывать паракринное влияние на опухолевые клетки [1].
Инфильтрация и метастазирование опухоли зависят от ангиогенеза. Фактор роста эндотелия сосудов (ФРЭС) - наиболее важный. Он определяет ангиогенез, осуществляя размножение клеток эндотелия и увеличивая проницаемость сосудов, что может играть существенную роль в канцерогенезе и злокачественной диссеминации. Исследование ФРЭС иммуноги-стохимическими методами позволит судить о степени злокачественности опухолей различного гистогенеза, прогнозе заболевания и эффективности терапии.
Так, экспрессия ФРЭС чаще выявляется при аденокарциномах ободочной и прямой кишки с лимфо-
генным (Р<0,05) и гематогенным (Р<0,05) метастази-рованием, чем при неметастатических опухолях [2]. Высокий уровень ФРЭС отмечен при раке вульвы, его экспрессия наблюдается преимущественно в эпителиальных клетках [3]. Выявлено, что ФРЭС играет важную роль в инвазии и метастазировании немелкоклеточного рака легкого [4], колоректального рака [5, 6], гепатоцеллюлярного рака [7]. Экспресия ФРЭС в инфильтрирующих протоковых раках молочной железы достоверно коррелирует с метастазами в подкрыльцо-вых лимфоузлах и отдаленными метастазами (Р<0,05) [8]. В условиях эксперимента на трансгенных мышах с опухолями из ß-клеток поджелудочной железы показано, что лимфангиогенез, индуцированный ФРЭС, опосредует диссеминацию опухолевых клеток и образование матастазов в лимфоузлах [9].
В настоящее время широко используется метод оценки ангиогенеза в опухолях человека по индексу внутриопухолевой микрососудистой плотности (ПМС). Он определяется стандартным иммуногисто-химическим методом с использованием эндотелиальных антигенов и позволяет количественно оценить процесс ангиогенеза в опухоли [10]. ПМС может служить маркером активности ангиогенеза, так как он тесно связан с ангиогенными пептидами и ферментами, вовлеченными в деградацию внеклеточного матрикса и базальных мембран сосудов. Используя метод определения ПМС, предложенный N. Weidner и соавт. в 1991 г. [11], некоторые исследователи отметили связь между активностью ангиогенеза в опухоли и метастазированием, ответом опухоли на лечение и прогнозом болезни.
Установлено, что ПМС в опухолях больных колоректальным раком с метастазами был значительно выше, чем у больных без метастазов, а 5-летняя выживаемость была значительно ниже у больных с высоким ПМС [12, 13]. При исследовании роста и мета-стазирования гепатоцеллюлярного рака ПМС коррелировал с метастазами и образованием капсулы опухоли [14]. Полагают, что ПМС определяет метастази-рование рака мочевого пузыря, так как коррелирует с глубиной инвазии, метастазами в лимфоузлы и отдаленными метастазами [15].
В различных направлениях ведутся исследования генетических механизмов, приводящих к метастази-рованию. Показано, что рост и метастазирование опухолей включают множество различных генов [16].
При исследовании образцов опухолевой ткани от больных плоскоклеточным раком гортани, мутации гена р53 выявлены в лимфоузлах в 96,4 % случаев, в то время как у больных без метастазов в - 62,5 %. Исследователи считают, что мутации гена р53 в кодо-
не 5-8 связаны с клеточной дифференцировкой и ме-тастазированием в лимфоузлы [17].
Для понимания генетических механизмов, приводящих к прогрессии метастазирования гепатоцеллю-лярного рака, с помощью сравнительной геномной гибридизации проведен анализ метафаз в первичных опухолях и соответствующих им метастазах. Самые достоверные данные были получены в виде потерь хромосомы 8р, которые наблюдались в подавляющем числе метастазов (восемь из десяти). Этот результат предполагает, что делеция 8р может способствовать развитию метастазов гепатоцеллюлярного рака [18]. В мышиных клеточных линиях гепатоцеллюлярного рака выявлено, что частота микросателитной нестабильности Хр3 играет важную роль в появлнии опухоли, в то время как микросателитная нестабильность Хр16 связана с появлением метастазов [19].
Методом ревертазной полимеразной цепной реакции исследовали экспрессию гена гепараназы в культурах клеток рака легкого с различным метастатическим потенциалом. В образцах тканей от больных с метастазами экспрессия гепараназы была значительно выше, чем в образцах раковый тканей больных без метастазов. Предполагают, что экспрессия гена гепараназы может быть одним из надежных маркеров метастатической активности клеток рака легкого и использоваться в качестве прогноза [20].
Идентифицирован ген HLM, кодирующий гомолог белка, связывающего оксистерин-потенциальный общий маркер гематогенной диссеминации солидных опухолей. Установлена достоверная связь усиления экспрессии HLM с развитием гематогенных метастазов солидных опухолей гепатоцеллюлярного рака [21].
Ключевыми этапами опухолевой инвазии и мета-стазирования являются также деградация внеклеточного матрикса и адгезия опухолевых клеток и их последующая миграция. Этот процесс очень сложен и включает ряд межклеточных взаимодействий среди опухолевых клеток, клеток хозяина и внеклеточного матрикса. Нарушение межклеточных взаимодействий делают опухолевую клетку способной к успешному метастазированию.
Этот процесс полностью зависит от координированной экспрессии протеолитических ферментов и молекул адгезии. Установлена решающая роль мат-риксных металлопротеиназ (ММП) и их ингибиторов в регуляции и/или активации прогрессии опухолей и их метастазирования [22].
ММП - это семейство протеолитических ферментов, участвующих в деградации внеклеточного матрикса. Дисбаланс между ММП и их природными ингибиторами может вызывать нарушение внеклеточного матрикса, что позволяет раковым клеткам внедряться в окружающую ткань, метастазировать и способствовать неоангиогенезу [23, 24].
Желатиназы ММП-2 и ММП-9 экспрессируются в процессе канцерогенеза и ангиогенеза. Связь экспрессии ММП с метастазированием и ангиогенезом доказана для опухолей различного генеза.
Иммуногистохимические исследования экспрессии ММП-2 и ММП-9 в препаратах рака пищевода выявили их важную роль в его опухолевой инвазии и метастазировании [25].
Исследование опухолевых образцов больных раком поджелудочной железы и раком толстой и прямой кишок, а также их трансплантантов мышам показало, что экспрессия ММП-2 и ММП-9 в первичной опухоли связана с метастазами в печень. Кроме того баланс этих ММП может отражать инвазивность и метастазирование опухоли [2б].
Исследование различных ММП in vivo и in vitro выявило их ключевую роль в стимуляции инвазии и метастазирования меланом. Активация ММП-2 повышает инвазивность меланомы человека А2058 in vitro, от ММП-3 зависит инвазия клеток меланомы WM1341D в гель коллагена I типа [27].
Экспрессия ММП мембранного типа 1 в клетках меланомы А2058 связана с активностью ММП-2 и повышенным опухолевым ростом и инвазией in vitro [2S].
На опухолевых образцах от больных метастази-рующей меланомой, получавших химиоиммунотерапию, исследован уровень металлопротеиназ коллаге-назы-1 (ММП-1), стромелизина-1 (ММП-3) и колла-геназы-3 (ММП-13). Установлено, что высокая экспрессия ММП-13 связана с наличием метастазов во внутренние органы. Высокий уровень экспрессии ММП-1 и ММП-3 коррелировал с низкой безреци-дивной выживаемостью больных. Полагают, что ММП-1 и ММП-3 играют специфическую роль в формировании метастазов меланомы и могут быть использованы для оценки биологического поведения опухоли [29].
Зависимый от матрикса протеолиз транслутамина-зы поверхности под действием ММП мембранного типа регулирует адгезию и движение раковых клеток в глиомах и фибросаркомах [3G]. Анализ молекул адгезии, проведенный в препаратах рака поджелудочной железы, показал, что повышение их экспрессии может влиять на мобильность клеток в опухоли, способствовать миграции клеток и их распространению в отдаленные органы [31].
Особый интерес представляет молекула адгезии CD44, экспрессированная на нормальных Т-лимфоцитах и используемая ими для миграции в некоторые участки лимфоидной ткани. Эта миграция происходит с помощью связывания CD44 с высоким эндотелием посткапиллярных венул. В некоторых злокачественных новообразованиях экспрессируются различные формы CD44, которые могут быть использованы для имплантации опухолевых клеток в лимфатические узлы. Показана также связь между объемом лимфогенного метастазирования и высоким уровнем CD44 на малигнизированных клетках [32].
В понимании процессов метастазирования особую роль играют интегриновые рецепторы - класс гликопротеидов, расположенных в мембране. Интегрино-вые рецепторы и адгезивные молекулы обеспечивают взаимодействие опухолевых клеток со стромальными компонентами сосудистой стенки, что важно как для инфильтрирующего роста опухоли, так и метастази-рования. В последние годы опубликованы работы, указывающие на существенную роль avß3 и avß5 ин-тегринов в этих процессах [33, 34].
Исследования показали, что инвазия опухолевых клеток усиливается активацией рецептора PAR1, активируемого протеазой, при взаимодействии с интег-
1S
рином avp5. PAR1 модулирует инвазивный фенотип линий клеток, вызывая миграцию сквозь матригель неспособных к инвазии клеток. Этот процесс сопровождается повышением адгезивности клеток по отношению к различным компонентам внеклеточного матрикса, образованием стрессфибрилл при неизменном содержании в них интегрина. Эффект PAR1 проявляется во взаимодействии с интегрином avp5 с образованием фокального адгезивного комплекса и перестройкой актина, в результате чего усиливается инвазия опухолевых клеток [35].
Изучение механизмов роста и диссеминации злокачественной меланомы человека показало, что ин-тегрин avp3 имеет значение для выживаемости меланомы М21 в коже человека посредством механизма, не зависящего от ангиогенеза. Антогонисты avp3 блокируют рост меланомы путем индукции опухолевого апоптоза. Кроме того, клетки меланомы М21 взаимодействуют с денатурированным коллагеном, известным лигандом avp3. Согласно полученным данным, взаимодействие avp3 с денатурированным коллагеном может играть определяющую роль в выживаемости клеток меланомы in vivo [36].
В ряде работ показано, что по состоянию фракции белков РФ и супероксидустраняющей активности можно прогнозировать как развитие первичной опухоли, так и ее метастазов [37].
Знание природы и механизмов метастазирования является ключевым моментом в разработке успешных методов лечения больных злокачественными новообразованиями и прогноза заболевания.
Определение экспрессии ФРЭС и индекса ПМС может быть полезно для подтверждения степени злокачественности опухоли, наличия метастазов, а также позволит судить о прогнозе заболевания и эффективности терапии. В настоящее время широко исследуются ингибиторы ангиогенеза как естественные (тромбоспондин-1, ряд пептидов), так и синтетические с целью разработки антиангиогенных препаратов. Антиангиогенная терапия может использоваться как для лечения опухолей различного генеза и их метастазов, так и различных гемабластозов [38, 39, 40, 41]. Также рассматривается возможность применения ингибиторов интегринов и методов генотерапии для лечения онкологических заболеваний [42, 43].
Одним из основных путей диссеминации опухоли является распространение ее по лимфатической системе. Доступ к ней обычно осуществляется через мелкие лимфатические сосуды, которые обладают структурными особенностями, позволяющими клеткам опухоли проникать в их просвет. В мелких лимфатических сосудах отсутствует базальная мембрана и имеется большая доля щелевых контактов между эндотелиальными клетками, через которые, подобно макрофагам и лимфоцитам, опухолевые клетки проникают с сосуды.
Исследования, проводимые в РНИОИ на протяжении многих лет, направлены на разработку методик введения химиопрепаратов на естественных средах организма (аутолимфе, аутокрови, эритротромбомассе, аутоплазме, костно-мозговой взвеси), что позволяет добиваться снижения дозы химиопрепарата, уменьшения его токсиче-
ского действия при сохранении выраженности противоопухолевого эффекта [44-46].
Под действием проводимой неоадьювантной химиотерапии происходят изменения как в опухоли, так и в метастатически пораженных лимфоузлах, выражающиеся в различной степени патоморфоза [47]. Осуществление всех видов неоадьювантной химиотерапии препятствует процессам регионального и отдаленного метастазирования [44, 45, 48].
Обсуждаемые вопросы показывают насколько велик и многообразен спектр исследований, направленных на решение проблемы метастазирования опухолей. От того, как они будут решаться, зависит будущее онкологии.
Литература
1. Folkman J. // J. Nanl. Cancer Inst. 1990. Vol. 82. P. 4-6.
2. Zheng-ping et al. // Zhonshan yike daxue xuebao = Acad. J. Sun Yat-Sen Univ. Med. Sci. 2002. Vol. 23. № 1. P.73-75.
3. MacLean A.B. et al. // J. Reprod. Med. 2000. Vol. 45. № 1. Р. 70-71.
4. Shen Cheng et al. // Zhongguo feiai zazhi = Chin. J. Lung Cancer. 2001. Vol. 4. № 2. P. 91-93.
5. Harada Yoshikazu et al. // Int. J. Clin. Oncol. 2001. Vol. 6. № 5. Р. 221-228.
6. Yang Ming-zhi et al. // Zhongliu fangzhi zazhi = China J. cancer Prev. and Treat. 2001. Vol.8. № 1. Р. 38-40.
7. Liu Ji-kui et al. // D-san junyi daxue xuebao = Acta acad. med. mil. tertiae. // Di-san junyi daxue xuebao = Acta acad. Med. Mil. Tertiae. 1999. Vol.21. № 12. Р. 904-907.
8. Jing Jing et al. // Zhongguo puwai jichu yi linchuang zazhi = Clin. J. Bases and Clin. In Gen. Surg. 2001. Vol.8. № 5. Р. 322-323.
9. Mandriota Stefano J. et al. // EMBO Journal. 2001. Vol.20. № 4. Р. 672-682.
10. Moul J. W. // Eur. Urol. 1999. Vol.35. № 5-6. Р.399-407.
11. Weinder N. et al. // N. Engl. J. Med. 1991. Vol.324. P.1-8.
12. Wang Ya-xu, Li Zeng-peng // Zhopngguo putong waike zazhi = Chin. J. Gen. Surg. 2001. Vol.10. № 3. Р. 241-243.
13. Wei Hong, Song Xin // Zhongguo xiandai putong waike jinzhan = Chin. J. Curr. Adv. Gen. Surg. 2001. Vol.4. № 4. Р. 225-228.
14. Li Hai-Min et al. // Disi junyi daxue xuebao = J. Forth Milit. Med. Univ. 2002. Vol.23. № 6. P. 559-562.
15. Bao Tao et al. // Zhongguo yike daxue xuebao = J. China Med. Univ. 2002. Vol.31. № 1. Р. 47-47, 54.
16. Kocsan D. et al. // Докл. [Joint Meeting of EADO and ADO, Venna, Sept. 27-29, 2001 // H+G. 2001. Vol.76. № 9. Р. 522.
17. Zhang Xiaoqing et al. // Zhonghua yixue yichuanxue zazhi Chin. J. Med. Genet. 2002. Vol.19. № 1. P. 61-63.
18. Zhang Xiaoqing et al. // Zhonghua yixue yichuanxue zazhi Chin. J. Med. Genet. 2002. Vol.19. № 1. P. 61-63.
19. Zhang Shu-hui et al. // Di-san junyi daxue xuebao = Acta acad. Med. Mil. Tertiae. 2000. Vol.22. № 1. P. 64-67.
20. Zhao Po et al. // Zhongguo feiai zazhi = Chin. J. Lung Cancer. 2001. Vol.4. № 2. Р. 88-90.
21. Fournier Marcia V. et al. // Cancer Res. 1999. Vol.59. № 15. Р. 3748-3753.
22. Hofmann U.B. et al. // G. ital. dermatol. e venerol. 2001. Vol. 136. № 6. P. 435-444.
23. Curran S., Murray G.I. // Eur. J. Cancer. 2000. Vol.36. № 13. Р. 1621-1630.
24. RudekMichelle A. et al. // Pharmacotherapy. 2002. Vol. 22. № 6. Р. 705-720.
25. Lui Qiu-xiong et al. // Zhongliu fangzhi zazhi = China J. Cancer Prev. And Treat. 2000. Vol. 9. № 3. P. 271-272.
26. Matsuyama Yoshito et al. // J. Surg. Oncol. 2002. Vol.80. № 2. Р. 105-110.
27. Iida Joji et al. // Biol. Chem. 2001. Vol. 276. № 22. P. 18786-18794.
28. Sounni Nor Eddine et al. // Int. J. Cancer. 2002. Vol. 98. № 1. P. 23-28.
29. Nikkola Johanna et al. // Int. J. Cancer. 2002. Vol. 97. № 4. P. 432-438.
30. Belkin A.M. et al. // J. Boil. Chem. 2001. Vol. 276. № 21. P. 18415-18422.
31. Tempia-Caliera A.A. et al. // J. Surg. Oncol. 2002. Vol. 2. P. 93-100.
32. Cotran R.S. et al. Robbins Pathologic Basis of Disease. 6th Ed. Philadelphia, London, Toronto, Montreal, Sydney, Tokyo, 1998.
33. Brooks P.C. et al. // Science. 1994a. Vol. 264. P. 569-571.
34. Brooks P.C. et al. // Cell. 1994b. Vol. 79. P. 1157-1164.
35. Even-Ram S. C. et al. // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. № 14. Р. 2724-2730.
36. Petitclerc E. et al. // Cancer Res. 1999. Vol. 59. № 11. P. 2724-2730.
37. Франциянц Е.М., Сидоренко Ю.С., Розенко Л.Я. Пере-кисное окисление липидов в патогенезе опухолевой болезни. Ростов н/Д, 2001.
38. Asai Tomohiro et al. // FEBS Lett. 2002. Vol.510. № 3. Р. 206-210.
39. Ibrom Wolfgang // Krankenhauspharmazie. 2002. Vol. 23. № 5. Р. 181- 192.
40. Molinari Tosatti M.P. et al. // G. Ital. Ostet. e ginecol. 2000. Vol.22. № 4. P.185-191.
41. Xu Jin, Zhou Xu-long // Zhongguo bingli shengli zazhi = Chin J.Pathphysiol. 2002. Vol.18. № 2. P. 205-209.
42. Dachs G.U., Tozer G.M. // Eur J. Cancer. 2000. Vol.36. №
13. P. 1649-1660.
43. Gao Rui, Yao Zhenxiang // Zhongguo puwai jichu yu linchuang zazhi = Clin J. Bases anl Clin. In Gen. Surg. 2002. Vol.9. № 3. P. 213-214.
44. Сидоренко Ю.С. Эндолимфатическая полихимиотерапия в клинике. Ростов н/Д, 1998.
45. Сидоренко Ю.С. Лимфохимиотерапия. Ростов н/Д, 2002.
46. Сидоренко Ю.С. Аутогемохимиотерапия. Ростов н/Д, 2002.
47. Непомнящая Е.М. Сравнительная характеристика па-томорфоза опухолей под действием неоадьювантной химиотерапии на естественных средах в различных модификациях: Дис. ... д-ра. мед. наук. Ростов н/Д, 2002.
48. Максимов Г.К. Опыт радикального и консервативного лечения рака толстой кишки. Ростов н/Д, 2001.
Ростовский научно-исследовательский онкологический институт_________________________________13 февраля 2004 г
