CC BY
43УДК 616.33-006.6
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЖЕЛУДОЧНОМ КАНЦЕРОГЕНЕЗЕ
Л. А. Наумова, О. Н. Осипова
Кафедра патофизиологии и общей патологии медицинского института ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры», г. Сургут, Россия
Резюме. Обзор обобщает и систематизирует современные представления о желудочном канцерогенезе -генотоксические и эпигеномные механизмы модификации хромосом и развития геномной нестабильности, мо-лекулярно-генетические особенности канцерогенеза при раке желудка кишечного и диффузного типов, а также наследственном раке желудка.
Ключевые слова: желудочный канцерогенез, генотоксические и эпигеномные механизмы повреждения хромосом.
Во всем мире рак желудка (РЖ) остается одной из ведущих причин смерти от злокачественных новообразований (ЗНО), характеризуется диагностикой на поздних стадиях заболевания вследствие позднего появления клинических симптомов, что значительно ограничивает эффективность проводимого лечения [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].
Общая характеристика современных представлений о желудочном канцерогенезе. В настоящее время рак желудка (РЖ) рассматривается как гетерогенное заболевание с разнообразными молекулярными и гистологическими подтипами, которые определяются субтипспецифическими эпигеном-ными изменениями и уникальными генетическими мутациями [4, 5, 6, 8, 9]. Если в норме клеточный фенотип обеспечивается сложной сетью молекулярных взаимодействий, то при раке эта сеть нарушается и характеризуется нарастанием энтропии (хаоса, уровня беспорядка), или случайных взаимодействий белков [8, 10]. Понимание биологии рака формируется в настоящее время по пути интеграции данных генной экспрессии с сетью молекулярных взаимодействий, определяющих фенотип болезни и разработку тактики лечения [10].
Патогенез РЖ характеризуется как многоступенчатый и гетерогенный процесс с широким спектром генетических изменений - генных (функциональные однонуклеотидные полиморфизмы, определяющие генетическую предрасположенность к заболеванию), геномных (изменение числа хромосом, или анеупло-идия) и хромосомных мутаций (изменение структуры хромосом), а также эпигеномного ремоделирования
хромосом (метилирование ДНК, модификация гисто-нов, изменение микроРНК-профиля), ведущих к нарушению регуляции важнейших сигнальных путей клетки, изменению ответной реакции организма на воздействие факторов окружающей среды, что и определяет нарушения клеточного цикла, дифференцировки клеток, процессов репарации ДНК и апоптоза и ведет к развитию РЖ [4, 5, 6, 10, 11].
Широкий спектр генетических нарушений при РЖ (см. рис.) обусловливает сложность их классификации и последовательность изложения в обзоре, так как они не только разнообразны по причине (эпигеномные, генотоксические) и характеру проявлений, или фенотипу геномной нестабильности (хромосомная нестабильность, микросателлитная нестабильность, метилирование ДНК и др.), но и тесно взаимосвязаны (одни аберрации могут возникать в начале, другие - в динамике прогрессирования процесса; хромосомная нестабильность может сочетаться с микросателлитной нестабильностью и т. д.).
Основным гистологическим типом РЖ является аденокарцинома - 90-95 % в структуре всех опухолей желудка. Обоснованность деления РЖ, по классификации Lauren [12], на два типа - кишечный (интестиналь-ный) и диффузный - в настоящее время подтверждается различиями молекулярно-генетических механизмов канцерогенеза, лежащих в основе их развития. Представления о развитии РЖ кишечного типа (КРЖ) укладываются в известный каскад Correa: хронический атрофический гастрит (ХАГ) - кишечная метаплазия -дисплазия эпителия - РЖ.
о
(N
(N (N
4
ф
а
<5*
ф со
5
MODERN CONCEPTS OF GASTRIC CARCINOGENESIS
L. A. Naumova, O. N. Osipova
Pathological physiology and general pathology department ofmedical institute at Surgut State University of KHMAO-Ugra, Surgut, RUS
Summary. This review summarizes and systematizes the modern concepts of gastric carcinogenesis - genotoxic and epigenetic mechanisms of chromosomes modification and development of genomic instability, molecular and genetic features of intestinal and diffuse types of gastric cancer, and also the hereditary gastric cancer. Key words: gastric carcinogenesis, genotoxic and epigenetic mechanisms of chromosome damage.
Нарушение сети молекулярных взаимодействий (дисрегуляция) ^ нарушение клеточного цикла, пролиферации, дифференцировки и апоптоза ^ развитие опухоли
Рис. 1. Генетические и средовые факторы, определяющие патогенез рака желудка
6
о
(N
(N (N
4
ф
а
S
ф
CÛ
Рак диффузного типа (ДРЖ) ассоциируется, прежде всего, с патологией стромального компартмента слизистой оболочки желудка (СОЖ). Этот путь связывают с изменением функции клеток системы соединительной ткани и состава экстрацеллюлярного матрикса (ЭЦМ), прежде всего белков базальной мембраны (коллагена IV типа, фибронектина, ламинина), а также протеинов zonula adherens - Е-кадгерина и различных катенинов [3, 4, 5, 10, 13, 14, 15].
Спорадический КРЖ рассматривается как мульти-факториальное заболевание, ассоциирующееся с такими факторами риска, как алкоголь, курение, пища с избыточным содержанием соли, нитритов и нитратов, копченостей, инфицированность СОЖ Helicobacter (Н.) pylori [1, 4, 6].
КРЖ представлен атипичным эпителием, в разной степени способным формировать железы, что определяет развитие высоко- или низкодифференцированной аденокарциномы. КРЖ возникает, как правило, на фоне ХАГ, часто ассоциируется с кишечной метаплазией, топографически преобладает в кардиальном отделе желудка и чаще встречается у мужчин пожилого возраста. Семейный анамнез обычно не прослеживается [3, 4, 5, 16].
ДРЖ представлен клетками, которые, как правило, не связаны межклеточными контактами, обнаруживаются в толще СОЖ часто на большом протяжении и не образуют железистых структур. ДРЖ ассоциируется с экспрессией белков ЭЦМ, играющих важную роль в процессах клеточной адгезии и развития. Макроскопически зоне опухолевого роста нередко соответствуют инфильтративное утолщение и ригидность стенки желудка, лучше выявляемые рентгенологически, чем эндоскопически. Микроскопически клетки опухоли содержат вакуоли, оттесняющее ядро к периферии, и имеют вид перстня, отсюда происходит еще одно название ДРЖ - перстневидноклеточный рак. В развитии ДРЖ также не исключается значение H. pylori-инфекции через развитие хронического воспаления, но без таких промежуточных этапов как, атрофия СОЖ и кишечная
метаплазия [4, 6]. Среди больных ДРЖ преобладают женщины [3, 7, 9].
В диффузном типе РЖ помимо перстневиднокле-точного выделяют также скиррозный рак (пластический линит), который сопровождается чрезмерным развитием фиброза, высокой частотой метастазирова-ния в лимфатические узлы и брюшину [3, 7], и низкодиф-ференцированный РЖ [17].
Генетические аспекты желудочного канцерогенеза. При РЖ выявляются три фенотипа геномной нестабильности: хромосомная и микросателлитная нестабильность, которые могут сосуществовать, и метилирование ДНК. Хромосомная нестабильность - наиболее распространенный тип геномной нестабильности в солидных опухолях (частота хромосомных аберраций при РЖ достигает 84 %), который характеризуется грубыми хромосомными аномалиями с изменением содержания ДНК за счет потери или приобретения целых хромосом (анеу-плоидия) или изменения только части хромосом вследствие транслокации, амплификации или делеции (утрата гетерозиготности), ведущих к активации онкогенов или инактивации генов-онкосупрессоров, генов, отвечающих за репарацию ДНК или развитие апоптоза [4, 5, 6].
При РЖ самая высокая частота потери гетерозигот-ности отмечается в хромосомах 17p (вовлечение гена ТР53), 18q (гены DCC, DPC4, SMAD2), 5q (гены APC, MCC), а также 1p, 2q, 3p, 4p, 5q, 6p и других. Потеря гетерози-готности ТР53 может относиться к ранним событиям в желудочном канцерогенезе, так как отмечена ее значительная корреляция с предопухолевыми изменениями (дисплазией) в СОЖ. Статус Р53 связан с онкосупрессо-ром р21, ингибирующим репликацию ДНК [7].
При РЖ кишечного типа чаще наблюдается увеличение числа копий генов в хромосомах 8q, 17q и 20q, при РЖ диффузного типа - 12q и 13q [4, 5, 6].
Каждый гистологический тип и отдельный случай РЖ характеризуется уникальными проявлениями хромосомной нестабильности, что во многом зависит от ге-
ографии проживания, возраста пациентов (у пожилых отсутствуют хромосомные аберрации, определяемые у молодых) и отражает результат взаимодействия генов и факторов среды в генезе заболевания, а также определяет его клинические особенности [4, 5].
Появление гибридных генов при транслокации больше известно в гематологии (например, филадельфийская хромосома при хроническом миелолейкозе) и значительно меньше при солидных опухолях. При РЖ вследствие инверсии образуется гибридный ген SLC1A2-CD44, белок которого, вероятно, вызывает отклонения в метаболических путях клетки и изменения ее дифференцировки. Открыт также новый гибридный белок с участием гена ROS1 (SLC34A2-ROS1), в норме кодирующего трансмембранный рецептор тирозинкина-зы. Последний вариант хромосомной нестабильности обнаруживается менее чем у 1 %> пациентов, но имеет большое значение для правильной терапевтической тактики - при его лечении могут использоваться низкомолекулярные ингибиторы киназы [5, 6].
Примером хромосомной нестабильности при РЖ является также амплификация гена HER2 (HER2/neu или С-егЬБ-2) - представителя семейства гомологичных трансмембранных рецепторов эпидермального фактора роста, обладающих тирозинкиназной активностью. Частота этой мутации при РЖ достигает 20 %>. В большинстве работ избыточная мембранная экспрессия с-егЬВ-2 обнаруживается при КРЖ и ассоциируется с плохим прогнозом, определение экспрессии с-егЬВ-2 имеет значение для назначения моноклональных антител (трастузу-маб), блокирующих эти рецепторы [5, 16, 18].
К количественным и структурным изменениям хромосом могут приводить дисфункция теломер, дефекты сегрегации хромосом, нарушения регуляции клеточного цикла и репарации ДНК в checpoint, а также влияние факторов среды (H. pylori-инфекция, курение, нитраты) при наличии генетической предрасположенности [4].
Тонкие механизмы появления хромосомной нестабильности в значительной степени неизвестны, предположительно - это аберрантная экспрессия, мутации и/или полиморфизмы митотических генов. При РЖ часто выявляется амплификация и сверхэкспрессия aurora kinase A (AURKA, локализация - 20q13) - киназы, регулирующей клеточный цикл и, вероятно, участвующей в формировании микротрубочек и/или стабилизации полюса веретена и обеспечивающей равное разделение хромосом между дочерними клетками. Избыточная экспрессия AURKA приводит к неполному цитокинезу, образованию многоядерных и многополюсных веретен деления, а также к значительному увеличению уровня микроРНК, прямому воздействию на р-катенин/ TCF-транскрипционный комплекс (циклин D1, с-MYC, с-МУОсвязывающий белок, CLDN1, FGF18, VEGF). При РЖ также обнаружена сверхэкспрессия других важных регуляторов клеточного цикла - CCNB1, CCNE1, PTTG1 и PLK, которая ассоциируется с плохим прогнозом [4].
Микросателлитная нестабильность (MSI) рассматривается как второй фенотип геномной нестабильности и обнаруживается в 25-50 %> случаев спорадического РЖ. Микросателлиты - участки ДНК из коротких повторов длиной от 1 до 6 пар нуклеотидов, разбросаны по всему геному и характеризуются индивидуальной вариабельностью вследствие происходящих в этих локусах мутаций. У пациентов с фенотипом MSI определяется высокая частота ошибок репликации (replication errors) в результате вставок/делеции нуклеотидов в микроса-
теллитных повторах, которые возникают вследствие дефектов системы репарации неспаренных оснований (mismatch repair, MMR). Инактивация или дефицит одного или нескольких генов MMR (вследствие мутаций или эпигенетических изменений), в частности, MLH1 или MSH2, индуцирует развитие MSI-фенотипа, что приводит к дополнительным мутациям, или нарастанию генетической нестабильности и развитию опухоли. В случаях с высоким уровнем MSI, который больше характерен для КРЖ, мутациям подвергается одновременно множество генов-мишеней, отвечающих за клеточный цикл и апоптоз, - TGFßRIl, IGFIIR, TCF4, RIZ, BAX, CASPASE5, FAS, BCL10, APAF1 и др. [4, 5, 19].
Эпигеномные изменения в патогенезе РЖ имеют огромное значение и уже достаточно хорошо изучены. Эпигенетическую нестабильность генома связывают с метилированием ДНК, модификацией гистонов и изменением профиля микроРНК [6].
Метилирование ДНК рассматривается как третий фенотип геномной нестабильности и представляет собой процесс модификации молекулы ДНК без изменения нуклеотидных последовательностей, обусловленный присоединением метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида в позиции С5 цитозиново-го кольца. В основе метилирования лежит повышение активности ДНК-метилтрансфераз - DNMT1, DNMT3a или DNMT3b [20, 21]. Метилирование CpG-динуклео-тида встречается часто, но за пределами промоторных участков и не влияет на транскрипцию промоторных генов, поэтому его делят на физиологическое (возраст-зависимое, или тип А; такому метилированию могут подвергаться гены ERa, N33, MXOD, а также гены 7 APC, E-кадгерина, DAP-киназы в нормальной слизистой оболочке желудка и толстой кишки) и патологическое (опухоль-ассоциированное, или тип С). В зави- о симости от количества подвергшихся метилированию ^ генов (может происходить параллельное гипермети- солирование нескольких генов) его также различают по a степеням [21, 22]. ^
Метилирование влияет на процессы регуляции экс- Ц прессии генов и поддержание стабильности генома. В Ц желудочном канцерогенезе метилирование ДНК - один ® из важных механизмов инактивации генов-супрессо- S ров - TGFßR1, TIMP-3, Rb, p15, p16, COX-2, APC, CDH1, 2 DKK3, PTEN, MGMT, TFP12, CACNA2D3, что обусловлива- > ет нарушение различных сигнальных клеточных путей, * в частности, p16INK4A/Rb/CDK4; APC/-катенин/E-кадге- Ц рин. Особое значение имеет метилирование гена MLH1 t (отвечающего за репарацию ДНК), ассоциирующееся с оо высоким уровнем микросателлитной нестабильности [4, 5, 6, 9, 16, 19, 20, 22, 23].
Большое клиническое значение может иметь установление профиля метилирования при предопухоле-вых изменениях в слизистой оболочке желудка (СоЖ). Исследование ряда генов (APC, COX-2, DAP-киназа, E-кадгерин, GSTP1, hMLH1, MGMT, p16, p14, RASSF1A, THBS1, TIMB3) в образцах СОЖ при хроническом гастрите, кишечной метаплазии, аденоме и РЖ показало, что метилирование генов GSTP1, RASSF1A имело место только при РЖ, частота метилирования всех остальных генов при РЖ была выше, но с наибольшей частотой при РЖ метилированию подвергались гены COX-2, p16, hMLH1. В сравнении с кишечной метаплазией при РЖ чаще отмечено метилирование DAP-киназы и генов p16 и p14, частота метилирования E-кадгерина и MLH1 при них оказалась сопоставима [22].
Определенную хронологию в канцерогенезе, вероятно, имеет метилирование генов APC, E-кадгерина, р15, р16, выявляемое как в нормальной ткани СОЖ и слизистой оболочке толстой кишки, так и при РЖ и ко-лоректальном раке (КРР). Большую роль в желудочном канцерогенезе может играть метилирование интегрина а4, частота которого достигает 87 %>, в нормальной ткани интегрин а4 ответственен за межклеточные взаимодействия и адгезию с ЭЦМ, восстановление его экспрессии подавляет метастатический потенциал опухоли [20].
Метилирование гена костного морфогенетического белка (BMP-2) отсутствует в образцах нормальной СОЖ и определяется в 42,9 % случаев при РЖ в целом и в 60,7 % - при ДРЖ, что может отражать его существенную роль в желудочном канцерогенезе. Ген BMP-2 участвует также в развитии КРР и рака предстательной железы, мутации его рецепторов (BMPR1a и Smad4) определяются при ювенильном полипозе, который ассоциируется с высоким риском развития РЖ [21].
BMP-2 - представитель семейства трансформирующего фактора роста бета (TGFP), проявляет свое действие через рецепторы серин-треонин киназы I и II типов. Впервые он был описан как фактор, вызывающий образование кости и хряща, позднее установлено его важное значение в морфогенезе органов пищеварительной системы (желудка, толстой кишки). BMP-2 ингибирует рост клеток (через активацию сигнального пути р21/WAF1/CIP1), инициируя их дифференцировку; потеря экспрессии BMP-2 ассоциируется с нарушением дифференцировки желудочных эпителиоцитов и их постоянным делением. В нормальной СОЖ высокая экс-8 прессия BMP-2 определяется преимущественно в основании желудочных желез, там, где преобладают главные клетки, предполагается, что он активирует экспрессию ° пепсиногена-II. Экспрессия BMP-2 ассоциируется так-~ же с активацией Е-кадгерина, поэтому восстановление — (деметилирование) BMP-2 теоретически может иметь а большое значение в лечении РЖ [21]. я N-терминальные концы гистонов (структурных
s белков хроматина) также могут подвергаться модифи-s кации путем метилирования, ацетилирования, убикви-ф нирования, фосфорилирования и ряда других реакций, ** что влияет на активность транскрипции генов [6]. о. Таким образом, метилирование ДНК - важнейший
(j механизм транскрипционного молчания многих важ-| ных генов и, по сути, альтернатива (можно сказать -¡Е эквивалент) генетических дефектов, но в отличие от ф генетических, эпигенетические изменения ДНК, к кото-ш рым относится метилирование, обратимы и могут стать важной терапевтической мишенью [20]. Уже проводятся исследования по применению ферментов-ингибиторов, в частности, направленных на подавление функции метилтрансфераз. Теоретически, ферменты-ингибиторы должны подавлять рост опухолевых клеток, индуцировать их дифференцировку и апоптоз [6, 20, 22, 21].
Новым эпигенетическим влиянием в патогенезе РЖ и других ЗНО стало открытие микроРНК [5, 6, 9, 25].
МикроРНК - это короткие (менее 24 нуклеотидов в длину) устойчивые некодируемые РНК-сегменты, оказывающие глубокий физиологический эффект путем регулирования экспрессии генов-мишеней. МикроРНК могут действовать через ингибирование трансляции, а также изменять статус метилирования генов. Нарушение микроРНК-профиля влияет на экспрессию онкогенов и генов-супрессоров как положительно, так
и отрицательно. В настоящее время выявлено более 900 микроРНК, предполагается, что ими регулируется до 30 % генов в геноме человека [5, 6, 9, 25].
Главная черта злокачественного роста - увеличение клеточной пролиферации. Ускорение клеточного цикла требует активации циклин-зависимых киназ (CDKs) и транскрипции генов соответствующей фазы цикла. Помимо циклинов деятельность CDKs регулируется целым классом молекул, известных как ингибиторы CDKs - это семейство белков р16 (р15, р16, р18, р19) и р21 (р21, р27, р28, р57). TGFß (трансформирующий фактор роста бета) также влияет на клеточный цикл через усиление регулирующего влияния р21 и подавление транскрипции. TGFß сигнальный путь индуцирует также RUNX3, который взаимодействует с FoxO3a/ FKHRL1, активирует проапоптотический белок Bim и индуцирует апоптоз клеток. Активация кластеров микроРНК miR-106b и miR-93 при РЖ подавляет эффекты TGFß-экспрессию р21 и TGFß-индуцированный апоптоз. Вместе с тем, известны miR-15b, miR-16, miR-34 и miR-181B, подавляющие антиапоптотический белок Bcl2 и позитивно регулирующие апоптоз. При РЖ отмечается также эпигенетическое молчание микроРНК-129-2, регулирующей апоптоз, вероятно, за счет изменения соотношения проапоптотических и антиапоптотических членов семейства Bcl2, восстановление экспрессии микроР-НК-129-2 вызывает апоптоз в клетках опухоли [9].
Потеря экспрессии микроРНК-449 при РЖ приводит к снижению экспрессии нескольких генов-су-прессоров, в частности, р53 и р21. Каждая из молекул микроРНК отвечает за функционирование десятков генов-мишеней. По сути, микроРНК - это уникальный механизм координации процесса функционирования генов, который может стать новой терапевтической мишенью при РЖ [5, 6].
Полиморфизмы единичного нуклеотида в канди-датных генах являются естественными генетическими вариациями, которые возникают с различной частотой в разных этнических популяциях. Вариации единичного нуклеотида могут влиять на профиль экспрессии генов и приводить к повышенному риску развития различных заболеваний, включая РЖ. Высокотехнологичный генетический анализ позволяет широко выявлять генетические полиморфизмы, повышающие риск развития РЖ [5]. Так, исследования полиморфизма генов, участвующих в воспалительной реакции, показали, что H. pylori-инфекция может приводить к различным фенотипам болезни - хроническому атрофическому гастриту, язвенной болезни и РЖ. Вместе с тем, у большинства людей, инфицированных H. pylori, не возникает существенных клинических последствий, РЖ развивается менее чем у 0,5 %> H. pylori-инфицированных людей [6].
Определяющим фактором в развитии того или иного фенотипа болезни при инфицировании H. pylori оказался полиморфизм гена IL 1 ß. IL1ß является мощным провоспалительным цитокином и ингибитором желудочной секреции. Ключевая роль этого цитокина в опухолевой прогрессии доказана на трансгенных мышах даже при отсутствии H. pylori-инфекции, присоединение которой лишь ускоряет развитие патологических изменений и доказывает важность влияния среды. Таким образом, полиморфизм в кластере гена IL1 (кодирующем также IL1KI, IL1ß и IL-1RN) связан с повышенным риском развития предраковой атрофии СОЖ и гипо-хлоргидрии в ответ на H. pylori-инфекцию [5, 6].
Повышенная генерация активных форм кислорода и оксида азота клетками воспалительного инфильтрата при H. pylori-инфекции ведет к окислительному повреждению ДНК (увеличению однонитевых разрывов, сшивке ДНК), прямой мутации ТР53, ингибированию апоптоза вследствие нитрозолирования каспаз и про-грессированию ангиогенеза; функциональная перегруженность систем репарации ДНК в условиях персисти-рующего воспаления в СОЖ ведет к неэффективности репарации, накоплению новых мутаций и полиморфизмов и опухолевой трансформации [4, 5, 6].
В последние годы внимание исследователей обращено еще к одному провоспалительному цитокину -IL17, который продуцируется Т-хелперами и другими клетками воспалительного инфильтрата (Т-киллерами, нейтрофилами, CD8+ цитотоксическими Т-лимфоцита-ми) и участвует в патогенезе многих заболеваний, в том числе аутоиммунных, а также РЖ и рака других органных локализации - КРР, рак яичников, молочной железы, поджелудочной железы [5].
В японской популяции выявлена статистически значимая связь между развитием ДРЖ и полиморфизмами гена PSCA. С помощью функционального анализа установлено, что белок PSCA ингибирует пролиферацию эпителиоцитов, экспрессируется в области железистых крипт стволовой клеткой-предшественницей, которая предположительно является цитогенетическим источником развития ДРЖ, но в образцах ткани РЖ его экспрессия подавлена [5].
Функциональным следствием генетической вариации гена MUC1 становится снижение экспрессии этого белка и увеличение риска развития РЖ. MUC1, как и другие муцины, взаимодействует с H. pylori на поверхности желудочного эпителия, ослабляя воспалительный ответ организма, негативно регулирует передачу сигнала через Toll-подобные рецепторы и подавляет развитие воспалительной реакции в ответ на H. pylori-инфекцию через ингибирование IL-8 и NF-kb (ядерный фактор транскрипции каппа Би). При снижении экспрессии MUC1 H. pylori непосредственно взаимодействует с желудочными эпителиоцитами и вызывает неконтролируемое хроническое воспаление с последующими гено-токсическими эффектами, что отражает важную роль MUC1 в инициации и прогрессировании РЖ [5, 6].
Достижения в молекулярной онкологии позволили выявить широкий спектр молекулярно-генетических аномалий, ассоциирующихся с РЖ. Среди недавно выявленных мутаций, ассоциирующихся с РЖ, мутации генаонкосупрессора FAT4 (FAT4 - представитель семейства кадгеринов, частота мутации при РЖ 5 %), гена ARID1A (высокая частота мутаций), выявлен ряд мутаций в новых генах (в частности, MLL, KMT2C), о функции которых еще очень мало известно [5, 23].
К настоящему времени известны не только изменения статуса отдельных онкогенов или генов-супрессо-ров при РЖ, но и установлены альтернативные сигнальные клеточные пути, участвующие в желудочном канцерогенезе. В дальнейшем эти сигнальные пути могут стать основной мишенью в лечении РЖ [11, 24]. По сути, при канцерогенезе нарушаются молекулярные пути, лежащие в основе нормального органогенеза. Пролиферация, дифференцировка клеток и апоптоз определяют как органогенез, так и канцерогенез, в частности, скоординированная регуляция апоптоза имеет решающее значение для формирования соответствующей архитектоники тканей и органов, а его подавление являет-
ся одной из основных характеристик злокачественного роста [24].
Центральное место в патогенезе РЖ, как и опухолей других локализаций, занимает мутация гена р53, или уже упоминавшийся Р53-путь.
TGFß-путь. TGFß, являясь многофункциональным цитокином, контролирует клеточный рост, диффе-ренцировку, апоптоз и иммунные реакции. На ранних стадиях РЖ TGFß ведет себя как супрессор опухоли, на поздних стадиях - способствует инвазии и метаста-зированию. TGFß-сигнальный путь состоит из рецепторов I и II типов и Бтас14-белков. Потеря ответа на TGFß может быть связана с нарушением регуляции рецепторов, метилирование которых возможно уже на стадии дисплазии СОЖ, и блокированием сигнального пути TGFß/Smad. TGFß индуцирует RUNX3 - транскрипционный фактор, позитивно регулирующий экспрессию BIM и p21, негативно - Wnt-сигнальный путь и сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF). Потеря экспрессии RUNX3 при РЖ вследствие аномального метилирования или действия микроРНК коррелирует с нарушением дифференцировки клеток, прогрессией опухоли, увеличением метастатического потенциала и плохим прогнозом. Спорадический ДРЖ ассоциируется с нарушениями функции генов RUNX3, CDH1, FGFR2/KSAM, CDKN2A [6, 16].
Wnt-сигнальный путь регулирует несколько биологических процессов: полярность, адгезию и рост клеток - и делится в свою очередь на два пути. Первый путь связан со стабилизацией ß-катенина, который играет важную роль в инвазии и метастазировании РЖ
и может быть хорошим индикатором биологического 9 поведения опухоли, второй путь не связан с ß-катени-
ном, но участвует в эмбриональном развитии, форми- -t
ровании клеточной полярности и также ассоциируется °
с развитием РЖ. В свою очередь накопление и высокий ^
внутриядерный уровень ß-катенина может быть связан со
с инактивацией гена APC, играющего важную роль в а
раннем развитии опухоли, в том числе РЖ. Мутации APC ^
чаще выявляются при умеренно дифференцированной |
аденокарциноме желудка [6]. Ц
NF-kb-путь является критическим регулятором кле- ф
точного пролиферативного ответа на стресс и воспале- ^
ние. NF-kb может активировать гены в ответ на воздей- ^
ствие свободных радикалов кислорода, ФНО-а (фактор ^
некроза опухоли альфа), ИЛ-1 ß (интерлейкин бета), *
бактериальных липополисахаридов. Существует дока- Ц
зательство того, что NF-kb конститутивно активируется t
в опухолевых клетках (в сравнении с нормальными) и оо его высокий уровень коррелирует с меньшей выживаемостью больных [6].
Некоторые молекулярно-генетические особенности кишечного и диффузного типов рака желудка. К характерным проявлениям спорадического КРЖ относятся инактивация гена HMLH1, мутации в генах CDX2 (транскрипционный фактор кишечной дифференцировки эпителия), ps2, RARB, HER-2/neu и других. Снижение экспрессии CDX2 при неполной кишечной метаплазии, дисплазии железистого эпителия и РЖ позволило предположить его антиканцерогенную роль, CDX2 взаимодействует также с генами опухолевой супрессии -APC, E-кадгерином и Bcl-2. При неполной (или толстокишечной) кишечной метаплазии, ассоциирующейся с более высоким риском развития РЖ, выявлено снижение экспрессии CDX2 (снижение экспрессии CDX2 отмечается и при КРР) и сохранение экспрессии обоих желудоч-
10
о
<N
fN fN
4
Ф
a
Ф 00
ных (MUC 5AC и MUC6) и кишечного муцина (MUC 2) в отличие от полной кишечной метаплазии, характеризующейся только экспрессией кишечного муцина (MUC 2) и меньшим снижением экспрессии CDX2 [15, 23, 27]. Снижение экспрессии CDX2 в очагах неполной кишечной метаплазии может быть маркером нарастающего риска опухолевой трансформации [15].
Амплификация c-met, кодирующего рецепторы к фактору роста гепатоцитов, встречается преимущественно при ДРЖ. Амплификация K-sam - онкогена, кодирующего рецепторы фактора роста фибробластов, -также характерна (32 %) для ДРЖ и ухудшает его прогноз. Увеличение экспрессии c-myc, белок которого является многофункциональным ядерным фосфопротеи-ном, участвует в регуляции клеточного цикла и апопто-зе, отмечается при высокодифференцированной аде-нокарциноме желудка [16].
COX2 - ключевой фермент образования проста-гландинов при метаболизме арахидоновой кислоты, его избыточная экспрессия определяется в различных опухолях. Катализируемый COX2 биосинтез простагланди-нов PGH2 и PGE2 ведет к увеличению пролиферативной активности опухолевых клеток, ингибированию апопто-за, неоангиогенезу и усилению клеточной инвазии. Экспрессия COX2 регистрируется уже при дисплазии и кишечной метаплазии и характерна для высоко и умеренно дифференцированной аденокарциномы желудка [6].
Снижение пролиферативной активности опухолевых клеток расценивается как отражение эпителио-ме-зенхимального перехода, одним из ключевых моментов которого является изменение экспрессии TGFP, который увеличивает метастатический и инвазивный потенциал опухолевых клеток, их адгезивную и двигательную активность. TGFP снижает также пролиферативную активность клеток, чем, вероятно, и объясняется снижение экспрессии Ki67 при нарастании глубины опухолевой инвазии, и может отражать нахождение клеток в более продвинутой фазе эпителио-мезенхимального перехода. При обоих типах РЖ обнаружена связь снижения пролиферативной активности (Ki67) с глубиной инвазии [7].
В целом, при аденокарциноме и ДРЖ исследована экспрессия более тысячи генов и определено столько же по-разному экспрессирующих генов, что, согласно алгоритму экспрессии различных генных кластеров, позволяет разделить опухоли на две гистологические группы [3]. Так, при сравнительном исследовании 100 пар случаев опухоль-норма выявлены как известные ранее мутации (TP53, ARID1A, CDH1), так и новые - MUC6, CTNNA2, CLI3, RNF43 и др., но только при ДРЖ в 14,3 % случаев выявлены уникальные мутации гена RHOA, играющие ключевую роль в уклонении от аноикиса (anoikis), нарушении плотных контактов (adherens junction) и фокальной адгезии [8, 11].
Наибольшую корреляцию с гистотипом РЖ продемонстрировал тромбоспондин 4 (THBS4). Сверхэкспрессия THBS4 отмечена в экстрацеллюлярном матрик-се, окружающем опухоль, особенно в участках высокой плотности опухолевых клеток и инвазивного роста. В неопухолевом эпителии и при КРЖ такая экспрессия отсутствует. Тромбоспондин экспрессируется фибро-бластами, стимулированными опухолевыми клетками, и определяется только при ДРЖ [3].
В этой же работе показано, что различный характер и уровень экспрессии генов при КРЖ и ДРЖ свиде-
тельствуют о развитии при этих типах различных биологических процессов. Гены, вовлекаемые в патогенез при КРЖ, связаны с процессами пролиферации и роста клеток, в то время как при ДРЖ преобладают процессы, связанные с экстрацеллюлярным матриксом и адгезией. В этом аспекте тромбоспондин 4 оказался самым мощным маркером ДРЖ [3].
В скиррозном типе ДРЖ выявлена экспрессия ТСРР-Р-!, ТСРрР-!! и фосфо-БтаС2. Как известно, ТСРР1 активирует инвазию, миграцию опухолевых клеток и эпителио-мезенхимальный переход, а также активирует активность РЬоД и фосфорилирование миозина, но подавляет экспрессию 70-2 и Е-кадгерина [7].
Наследственный рак желудка. Генетические мутации при кишечном и диффузном типах РЖ могут быть спорадическими и наследственными (герминогенны-ми). Наследственный ДРЖ в структуре РЖ составляет, по разным данным, от 3 до 10 % и связан с герминоген-ными мутациями гена-онкосупрессора СРН1, который кодирует кадгерин1, больше известный как Е-кадгерин. Пенетрантность мутации (проявление опухоли в течение жизни) достигает 75 %>; у женщин-носительниц этой мутации имеется также 40 % риск заболевания дольковым раком молочной железы (РМЖ). В отличие от спорадического РЖ, при котором мутации захватывают экзоны 7-9, герминогенные мутации Е-кадгерина распределены по всему гену [5, 28].
Во всем мире обнаружена 121 наследственная мутация в гене СРН1. Для данного гена характерны «горячие участки», а значит, необходимо исследовать все его экзонные области, а также учитывать, что в разных популяциях частота наследственных мутаций варьирует от 0 до 40 %. В России частота мутаций в выборке пациентов с ДРЖ составляет 11,1 %>, обнаружен также редкий вариант мутации в гене СРН1 - с.2253С>Т, для которого показан повышенный риск развития РЖ [29].
Редуцированная экспрессия Е-кадгерина отмечена при раках различной локализации (кожи, щитовидной железы, предстательной железы, раке легкого, кишечника, при ДРЖ и дольковом РМЖ), но сохранена при КРЖ и протоковом РМЖ. Снижение экспрессии Е-кад-герина приводит к потере межклеточных контактов, увеличивает склонность опухолевых клеток к инвазии и метастазированию [5, 28].
При спорадическом ДРЖ соматические мутации СРН1 обнаруживаются в 40-83 %> случаев, а при смешанном РЖ потеря экспрессии Е-кадгерина определяется только в диффузном компоненте опухоли, что может объясняться поликлоновостью опухолевого роста.
Вместе с тем, у 2/3 семей с семейным РЖ не документируются мутации гена Е-кадгерина, что может отражать тот факт, что не все гены, участвующие в наследственной предрасположенности к РЖ, в настоящее время идентифицированы. Кандидатами в гены-маркеры РЖ могут стать ген СТЫЫВ1 (протоонко-ген), кодирующий белок р-катенин (его амплификация и гиперэкспрессия выявляются как при кишечном, так и ДРЖ), а также ген р53, соматические мутации которого наблюдаются при раках различной локализации, включая РЖ. Наследуемые (герминогенные) мутации в гене р53 приводят к синдрому Ли-Фраумени, характеризующемуся развитием саркомы мягких тканей, лейкоза, опухолей мозга, надпочечников, молочной железы и РЖ (может наблюдаться как при кишечном, так и ДРЖ) [5, 28].
В качестве еще одного гена-кандидата в маркеры РЖ рассматривается ген-супрессор SMAD4, наследственные мутации которого приводят к ювенильному полипозу, при котором также отмечен высокий риск развития РЖ. РЖ может встречаться и в семьях с наследственным неполипозным раком толстой кишки (синдром Линча), который обусловлен герминогенными мутациями одного из генов, отвечающих за репарацию ДНК - PMS1, PMS2, MSH6, MSH2, MLH1 (последние три чаще встречаются при КРЖ) и характеризуется проксимальным раком толстой кишки, эндометрия, яичников, желудка, тонкой кишки, поджелудочной железы, мозга, мочевыделительной системы [29].
Оба типа РЖ (кишечный и диффузный) часто ассоциируются с семейным полипозом (FAT, герминогенная мутация гена АРС - adenomaous polyposis coli, локализованного на хромосоме 5q21) и синдромом Пейт-ца-Егерса (мутация гена STK11). У 33-100 % пациентов с семейным полипозом имеются полипы в двенадцатиперстной кишке, у 27-73 %> - в проксимальном отделе желудка, аденокарцинома у них чаще развивается из аденоматозных полипов желудка [5].
Синдром Пейтца-Егерса является аутосомно-доми-нантным наследственным заболеванием, характеризуется подкожным отложением меланина (часто на лице) и множественными гамартомными часто рецидивирующими полипами в желудочно-кишечном тракте (в тонком кишечнике, двенадцатиперстной кишке, реже в желудке и толстой кишке), высоким риском развития рака пищевода, тонкой и толстой кишки, желудка, поджелудочной железы, эндометрия, рака легких, яич-
ников и молочной железы. Риск развития рака молочной железы при этом сходен с мутацией генов BRCA1 и BRCA2 [5, 28].
К критериям наследственного ДРЖ, принятым IGCLC (International Gastric Cancer Linkage Consortium -международный консорциум по разработке критериев наследственного РЖ) в 2010 году, относятся: обнаружение у родственников первой или второй степени родства двух и более случаев морфологически доказанного РЖ, один из которых диффузный и диагностирован в возрасте до 50 лет; три и более случаев ДРЖ в семье у родственников первой-второй степени родства, диагностированных в любом возрасте; индивидуальный случай ДРЖ, диагностированный в возрасте до 40 лет; ДРЖ у одного из членов семьи, у другого дольковый РМЖ, оба из которых диагностированы в возрасте до 50 лет [29].
Таким образом, патогенез РЖ является сложным процессом, включающим влияние нескольких факторов риска и многочисленных генетических и эпи-геномных изменений, нарушающих разнообразные сигнальные пути в жизнедеятельности клетки. Хирургическое лечение и химиотерапия являются важными стратегиями в лечении РЖ, но большинство пациентов с поздними стадиями РЖ имеют плохой прогноз. Лучшее понимание патогенеза РЖ может привести к разработке новых диагностических, лечебных и профилактических программ в отношении РЖ, идентификация генетических и эпигеномных маркеров РЖ может стать важным условием для индивидуальных и целенаправленных методов его лечения [6].
11
ЛИТЕРАТУРА
о
(N
(N (N
1. Мерабишвили В. М. Аналитическая эпидемиология рака желудка // Вопросы онкологии. 2013. №5. С. 565-570.
2. Чиссов В. И., Старинский В. В., Петрова Г. В., ред. Злокачественные новообразования в России в 2011 году (заболеваемость и смертность). М.: ФГБУ «МНИОИ им. П. А. Герцена» Минздрава России. 2013. 289 с.
3. Forster S., Gretschel S., Jons T., Yashiro M., Kemmner W. THBS4, a novel stromal molecule of diffuse-type gastric adenocarcinomas, identified by transcriptome-wide expression profiling // Modern Pathology. 2011. Vol. 24, № 10. P. 1390-1403.
4. Hudler P. Genetic Aspects of Gastric Cancer Instability [Электронный ресурс] // The Scientific World Journal. 2012. Vol. 2012. URL: http://www.hindawi. com/journals/tswj/2012/761909/ (дата обращения 31.01.2015).
5. Liu Q., Teh M., Ito K., Shah N., Ito Y., Yeon KG. CDX2 expression is progressively decreased in human gastric intestinal metaplasia, dysplasia and cancer // Modern Pathology. 2007. Vol. 20, № 12. P. 1286-1297.
6. Shi J., Qu YP., Hou P. Pathogenetic mechanisms in gastric cancer // World Journal Gastroenterology. 2014. Vol. 20, № 38. P. 13804-13819.
7. Shinto O., Yashiro M., Kawwajiri H., Shimizu K., Shimizu T., Miwa A., Hirakawa K. Ingibitory effect of a TGF в receptor type-I ingibitor, Ki26894, on invasiveness of scirrhous gastric cancer cell // British Journal of Cancer. 2010. № 102. P. 844-851.
8. Wang K., Yuen S. T., Xu J., Lee S. P., Yan H. H., Shi S. T., Siu H. C. et al. Whole-genome sequencing and comprehensive molecular profiling identify new driver mutations in gastric cancer // Nature Genetics. 2014. Vol. 46, № 6. P. 573-582.
9. Wu W. K., Lee. C. W., Cho C. H., Fan D., Wu K., Yu J. Micro RNA dysregulation in gastric cancer a new player enter the game // Oncogene. 2010. № 29. P. 5761-5771.
10. West J., Bianconi G., Severini S., Teschendorff A. E. Differential network entropy reveals cancer system hallmarks [Электронный ресурс] // Scientific Reports. 2012. Vol. 2, № 802. URL: http://www. readcube.com/articles/10.1038%2Fsrep00802 (дата обращения 31.01.2015).
11. Wang K., Junsuo K., Yuen S. T., Shi S. T., Chu K. M. et al. Exome sequencing identifies frequent mutation of ARID1A in molecular subtypes of gastric cancer // Nature Genetics. 2011. Vol. 43, № 12. P. 1219-1223.
12. Lauren P. The two histological main types of gastric carcinoma: diffuse and so-called intestinal-type carcinoma. An attempt at a histo-clinical classification // Acta Pathol. Microbiol. Scand. 1965. Vol. 64. P. 31-49.
13. Аруин Л. И. Рак желудка // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктоло-гии. 1999. № 1. С. 72-78.
14. ^radim D., Casarsa C., Oriana S. Epithelial cell polarity and tumorigenesis: new perspectives for cancer detection and treatment // Acta Pharmacologica
4
ф
a
<5*
ф со
12
о
<N
fN fN
Sinica. 2011. Vol. 32, № 5. P. 552-564. 23.
15. McLean M. H., El-Omar E. M. Genetics of gastric cancer // Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2014. № 11. P. 664-674.
16. Белковец А. В., Решетников О. В., Курилович С. А., Максимов В. Н. Рак желудка: современные моле-кулярно-генетические данные (обзор литературы) // Сибирский онкологический журнал. 2014. 24. Т. 62, № 2. С. 56-64.
17. Скоропад В. Ю., Бердов Б. А., Давтян А. Г. Сравнительный анализ клинических проявлений и особенностей метастазирования дифференцированной аденокарциномы и недифференцированного рака желудка // Сибирский онкологический жур- 25. нал. 2012. Т. 52, № 4. С. 20-24.
18. Зенюков А. С., Боровская Т. Ф., Стилиди И. С., Никулин М. П., Курпас Э. Х., Зенюкова Т. В., Беков С. В., 26. Сагайдак С. Б. Экспрессия ^erB-2 ^ER2/neu) при раке желудка: клинико-морфологические особенности // Сибирский онкологический журнал. 27. 2011. Т. 43, № 1. С. 5-10.
19. Imai K., Yamamoto H. Carcinogenesis and microsatellite instability: the interrelationship between genetic and epigenetic // Carcinogenesis. 2008. Vol. 29, № 4. P. 673-680.
20. Park J., Song S.-H., Kim T. Y., Choi M.-C., Jong H.-S.,
Lee J. W., Kim T.-Y., Lee J. W., Kim N. K., Kim W.-H., 28. Bang Y.-J. Aberrant methylation of integrin a4 gene in human gastric cancer cells // Oncogene. 2004. № 23. P. 3474-3480.
21. Wen X.-Z., Akiyama Y., Baylin S. B., Yuasa Y. Frequent 29. epigenetic silencing of the bone morphogenetic protein 2 gene through methylation in gastric carcinomas // Oncogene. 2006. № 25. P. 2666-2673.
22. Choi In-Seon, Wu Tsung-Teh. Epigenetic alterations in gastric carcinogenesis // Cell Research. 2005. № 15. P. 247-254.
Sugai T., Habano W., Uesugi N. A., Jao Y.-F., Nakamura S., Ave K., Takagane A., Terashima M. Three independent genetic profiles based on mucin expression in early differentiated-type gastric cancer - a new concept of genetic carcinogenesis of early differentiated-type adenocarcinomas // Modern Pathology. 2004. Vol. 17, № 10. P. 1223-1234. Rocco A., Compare D., Liquori E., Cianflone A., Pirozzi G., Tirino V., Bertoni A., Santoriello M., Garbi C., D'Armiento M., Stabino S., Nardone G. MDR1-P-glycoproteine behaves as an oncofetal protein that promotes cell survival in gastric cancer cells // Laboratory Investigation. - 2012. Vol. 92, № 10. P. 1407-1418. Имянитов E. Н. Молекулярные механизмы опухолевого роста // Вопросы онкологии. 2010. Т. 56, № 2. С. 117-128.
McLean M. H., El-Omar E. M. Genetics of gastric cancer // Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2014. № 11. P. 664-674. Завьялова М. В., Степанов И. В., Вторушин С. В., Савенкова, Григорьева E. С., Августинович А. В., Берестень С. Ф., Афанасьев С. Г., Чердынцева Н. В., Перельмутер В. М. Экспрессионные характеристики диффузного и кишечного типов рака желудка // Сибирский онкологический журнал. 2012. Т. 51, № 3. С. 67-73.
Никулин М. П., Любченко Л. Н., Сельчук В. Ю., Стилиди И. С. Наследственный рак желудка: молеку-лярно-генетические и клинические аспекты // Современная онкология. 2006. Т. 8, № 2. С. 22-27. Цуканов А. С., Шелыгин Ю. А., Кашников В. Н., Фролов С. А., Любченко Л. Н., Шубин В. П., Карпухин А. В., Музаффарова Т. А., Поспехова Н. И. Молекулярно-генетическое исследование наследственной предрасположенности к диффузному раку желудка у российских пациентов // Вопросы онкологии. 2013. Т. 59. № 5. С. 580-584.
4
ф
а
ф оа
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Наумова Людмила Алексеевна - доктор медицинских наук, профессор кафедры патофизиологии и общей патологии ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры». 628412, пр. Ленина, 1, г. Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ - Югра. Тел. + 7 (3462) 76-30-59; е-mail: naumovala@yandex.ru
Осипова Ольга Николаевна - аспирант кафедры патофизиологии и общей патологии ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры». 628412, пр. Ленина, 1, г. Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ - Югра. Тел. + 7 (3462) 76-30-59; e-mail: osipovasokb@gmail.com
ABOUT AUTHORS
Naumova Lyudmila Alekseevna - doctor of medical sciences, professor of pathological physiology and general pathology department of medical institute at Surgut State University of KHMAO-Ugra. 628412, Lenin av., 1, Surgut, KHMAO-Ugra. Ph. + 7 (3462) 76-30-59; е-mail: naumovala@yandex.ru
Osipova Olga Nikolaevna - postgraduate student of pathological physiology and general pathology department of medical institute at Surgut State University of KHMAO-Ugra. 628412, Lenin av., 1, Surgut, KHMAO-Ugra. Ph. + 7 (3462) 76-30-59; е-mail: osipovasokb@gmail.com
Статья поступила в редакцию 06.11.2014, принята в печать 22.12.2014
