CC BY
835
ОБЗОРЫ
УДК 571.27; 578.224
^лл-подобные рецепторы (TLR) и их значение в опухолевой прогрессии
Д. В. Щебляков, Д. Ю. Логунов*, А. И. Тухватулин, М. М. Шмаров, Б. С. Народицкий,
А. Л.Гинцбург
ФБГУ Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Минздравсоцразвития РФ, 123098, Москва, ул. Гамалеи, 18 *E-mail: [email protected] Поступила в редакцию 28.08.2010 г.
РЕФЕРАТ Толл-подобные рецепторы (TLR) являются главными компонентами системы врожденного иммунитета, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных молекулярных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Толл-подобные рецепторы представлены на клетках разного типа - от эпителиальных до иммунокомпетентных. Как известно, при связывании TLR с собственными лигандами происходит активация ряда адаптерных белков и киназ, которые участвуют в индукции ключевых провоспалительных факторов. Итогом такой индукции является развитие как врожденного иммунного ответа в результате усиления экспрессии ряда антиапоптотических белков, провоспалительных цитокинов, антибактериальных белков, так и приобретенного иммунного ответа через созревание дендритных клеток, презентации антигена и т.д. Благодаря своей способности усиливать специфические и неспецифические иммунные реакции организма агонисты Толл-подобных рецепторов нашли применение не только в терапии инфекционных заболеваний, но также в качестве адъювантов в химиотерапии различных злокачественных новообразований. Однако к настоящему моменту описаны принципиально различные эффекты TLR на опухоли. С одной стороны, показано, что TLR (и их лиганды) могут выступать в роли супрессоров опухолевого роста, с другой стороны, TLR могут стимулировать опухолевую прогрессию и влиять на устойчивость опухолей к химиотерапии. В представленном обзоре обобщены данные о влиянии TLR и их агонистов на рост опухоли, а также проанализированы основные механизмы, лежащие в основе таких различий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Толл-подобные рецепторы, агонисты рецепторов врожденного иммунитета, опухоль, врожденный иммунный ответ, воспаление.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ TLR - Толл-подобные рецепторы; ЛПС - липополисахарид; NF-kB - ядерный фактор транскрипции kB; PRR - паттерн-распознающие рецепторы; PAMP - патоген-ассоциированные молекулярные паттерны; DAMP - молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением; IRF -интерферонрегулирующий фактор, оц- и дцРНК - одно- и двухцепочечная рибонуклеиновая кислота; TNF-a - фактор некроза опухоли a; IL - интерлейкин; IFN - интерферон; NK-клетки - естественные киллеры; миРНК - малые интерферирующие РНК; TGF - трансформирующий фактор роста.
ВВЕДЕНИЕ ческим фактором, активирующим экспрессию генов
По современным представлениям воспаление явля- ряда антиапоптотических белков, таких, как IAP,
ется одной из главных причин возникновения и про- Bcl-2, Bcl-XL и др. Присутствие этих белков увели-
грессии опухолевых заболеваний [1, 2]. Механизм чивает устойчивость клеток к различным стрессовым
этой взаимосвязи изучен недостаточно полно, но уже воздействиям, возникающим в ходе развития вос-
сегодня понятен ряд ключевых событий, происходя- паления [6, 7].
щих в очаге воспаления и необходимых для возник- 2) Процесс воспаления сопровождается индукцией
новения и прогрессии опухоли. окислительного стресса - причине появления и на-
1) В клетках, находящихся в очаге воспаления, копления мутаций, а также генетических перестроек поддерживается стабильно высокая активность в клетках [8].
транскрипционного фактора NF-kB [3], ответствен- 3) На завершающих этапах воспаления секретиру-
ного за экспрессию провоспалительных цитокинов, ется большое количество провоспалительных цитомногие из которых (GROa,P,y, IL-8, MIP-3a) обла- кинов (GROa/CXCL1, GROP/CXCL2, GROy/CXCL3
дают опухолестимулирующим действием [4, 5]. Бо- и IL-8/CXCL8, MIP-3a, IL-1) и факторов роста
лее того, NF-kB считается основным антиапоптоти- (TGF-^1, PDGF, bFGF, TGF-a, IGF-I, IGF-II), ко-
торые усиливают миграцию в очаг воспаления клеток стромы (фибробластов) и эпителиальных клеток, а также их последующую пролиферацию [9]. При хроническом воспалении процессы репарации и альтерации зачастую происходят одновременно, что заставляет клетки пролиферировать в условиях гипоксии и генотоксического стресса, повышая тем самым риск возникновения мутаций.
Наиболее частой и хорошо изученной причиной развития воспаления является микробная инвазия, в ходе которой патоген способен различными способами нарушать гомеостаз клетки хозяина.
Один из таких механизмов - взаимодействие высококонсервативных участков молекул патогена с эукариотической клеткой через паттерн-распознающие рецепторы (PRR - RIG-I-подобные рецепторы, Nod-подобные рецепторы, лектины C-типа, Толл-подобные рецепторы (TLR) и др.), расположенные на поверхности и/или внутри эукариотических клеток [10].
Связывая различные бактериальные лиганды, PRR играют ключевую роль в развитии воспаления, инициируя развитие как врожденного иммунного ответа (усиливают экспрессию ряда антиапоп-тотических белков, провоспалительных цитокинов, антибактериальных белков), так и приобретенного (индуцируют созревание дендритных клеток, презентацию захваченного антигена, дифференцировку наивных Т-хелперов) [11].
В связи с этим становится актуальным изучение роли PRR в индукции опухолеобразования и стимуляции опухолевой прогрессии при развитии бактериальной инфекции.
В данном обзоре мы остановим внимание на роли TLR в развитии воспалительных реакций и попытаемся оценить их взаимосвязь с опухолевой прогрессией.
Сегодня накоплены данные, свидетельствующие о том, что TLR ассоциированы с опухолевым ростом. Однако к настоящему моменту опубликованы противоречивые данные, подтверждающие как опухолестимулирующее [12, 13], так и опухоле-супрессирующее действие TLR [14, 15].
В связи с этим целью нашего обзора является систематизация имеющихся данных и описание возможных механизмов, обусловливающих различия в проявляемых эффектах TLR на рост опухоли.
функция KR
TLR по выполняемым в организме функциям относят к семейству PRR, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Связываясь с РАМР, TLR активируют систему врожденного иммунитета и во многом определяют развитие адаптивного иммунитета [16,
17]. Наиболее консервативная роль TLR - активация антимикробного иммунитета в коже, слизистых оболочках респираторного, гастроинтестинального и урогенитального тракта.
TLR распознают микробные молекулы, что приводит к развитию воспалительных реакций, вызванных активацией фактора NF-kB, который регулирует экспрессию провоспалительных цитокинов (TNF-a, IL-1, IL-6 и др.) и хемокинов (MCP-1, MCP-3, GM-CSF и др.).
TLR вовлечены в транскрипционную и посттран-сляционную регуляцию (протеолитическое расщепление и секрецию) таких антимикробных факторов, как дефензины (а и в), фосфолипаза А2, лизоцим и др. [18]. TLR усиливают поглощение микроорганизмов фагоцитами и оптимизируют их инактивацию, регулируя выброс перекисных радикалов и оксида азота [19, 20].
Известно, что TLR, находящиеся на поверхности эндотелиальных клеток, опосредованно обеспечивают миграцию лейкоцитов в очаг воспаления, стимулируя экспрессию молекул адгезии лейкоцитов -Е-селектина и ICAM-1 [21].
Стимуляция TLR прямо ведет к увеличению продукции интерферонов (IFN)-a/p как стромальными, так и гемопоэтическими клетками, что важно для защиты организма от вирусных и некоторых бактериальных инфекций [22]. Более того, недавно было установлено, что TLR, активируя ряд молекул (FADD, каспаза 8, протеинкиназа R (PKR)) или стимулируя экспрессию IFN-а/в, могут индуцировать развитие апоптоза - важного механизма, защищающего клетки от патогенных микроорганизмов [23].
Показано, что TLR играют центральную роль в регуляции адаптивного иммунного ответа. Так, TLR-зависимая активация профессиональных анти-генпредставляющих дендритных клеток является определяющим моментом в нескольких принципиальных для развития адаптивного иммунитета процессах: активации зрелых T-клеток; процессинга и презентации микробных антигенов; повышении экспрессии костимуляторных молекул (CD80, CD86), необходимых для активации наивных CD4 + -T-клеток; подавлении регуляторных T-клеток посредством продукции IL-6 [24]. Также известно, что TLR-зависимая активация важна для пролиферации и созревания В-клеток во время инфекции [25].
Таким образом, TLR выполняют в организме важную роль, которая заключается в развитии воспалительных реакций (активации врожденного иммунитета) в ответ на попадание в организм самых различных патогенов (простейших, грибов, бактерий, вирусов). Более того, по современным представлениям распознавание патогенов посредством TLR является ключевым моментом в формировании второй
линии защиты - адаптивного иммунитета [11]. Также показано, что TLR принимают участие в нормальном функционировании кишечника, они вовлечены в развитие аутоиммунных заболеваний (системная волчанка), артритов, атеросклероза и др. [26, 27]. В последнее время получены данные, которые показывают, что TLR способны активировать противоопухолевый иммунитет [28, 29] или, наоборот, стимулировать опухолевую прогрессию [30, 31].
СТРУКТУРА TLR, ИХ ЭКСПРЕССИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ КЛЕТОК, СПЕЦИФИЧНОСТЬ ПО ОТНОШЕНИЮ К РАЗЛИЧНЫМ МОЛЕКУЛЯРНЫМ СТРУКТУРАМ (PAMP И DAMP)
По своей структурной организации TLR относятся к семейству рецепторов IL-1 (IL-1R). TLR - это трансмембранные белки, которые экспрессируются на поверхности клетки и в субклеточных ком-партментах (таких, как эндосомы). Локализация TLR связана с типом распознаваемого им лиганда. Так, TLR 1, 2, 4, 5, 6, связывающие структурные бактериальные компоненты, локализуются на поверхности клеток, тогда как TLR 3, 7, 8, 9, распознающие преимущественно вирус-ассоциированные структуры - нуклеиновые кислоты (дцРНК, оцРНК, ДНК), находятся в эндосомах, где взаимодействуют с лигандами после депротеинизации ви-рионов [16].
В структуре TLR выделяют N-концевой лейцин-богатый (LRR) домен, ответственный за связывание лигандов, трансмембранный домен и С-концевой внутриклеточный сигнальный домен (гомологичный внутриклеточному домену IL-1R) [32].
TLR экспрессируются в большинстве типов клеток организма человека, включая негемопоэтиче-ские эпителиальные и эндотелиальные клетки. Количество одновременно экспрессируемых TLR и их сочетание специфичны для каждого типа клеток,
а больше всего TLR в клетках гемопоэтического происхождения, таких, как макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки (табл. 1) [33].
В настоящий момент у млекопитающих идентифицировано 13 различных TLR, у человека - 10 и 12 у мышей. TLR с 1-го по 9-й консервативны у человека и мыши. Однако существуют и различия. Ген, кодирующий TLR10, обнаружен только у человека, а TLR11 - у обоих видов, но функционален только у мышей [34].
Главная особенность TLR, отличающая их от рецепторов приобретенного иммунитета (T- и В-клеточные рецепторы), состоит в их способности распознавать не уникальные эпитопы, а эволюционно консервативные патоген-ассоциированные молекулярные структуры (PAMP), широко представленные у всех классов микроорганизмов и вирусов независимо от их патогенности.
Специфичность распознавания PAMP достаточно хорошо изучена у большинства TLR, сегодня известны лиганды TLR 1-9 и 11 (рис. 1). Биологическая роль и специфичность TLR10 (человек), 12 и 13 (мышь) остаются неизвестными [16].
Наиболее известные микробные лиганды TLR:
- бактериальные липопептиды, липотейхоевая кислота и пептидогликаны; липоарабидоманнан микобактерий; компонент клеточной стенки грибов зи-мозан, которые связываются с TLR2, образующим гетеродимеры с TLR1, TLR6 и CD14;
- ЛПС грамотрицательных бактерий, лиганд TLR4;
- компонент жгутиков бактерий - флагеллин, активирующий TLR5;
- профиллин-подобные структуры простейших, связывающиеся с TLR11;
- ДНК (неметилированные CpG-последовательности), распознаваемая TLR9;
- дцРНК - лиганд TLR3;
- оцРНК - лиганды TLR7 и TLR8.
Рис. 1. Толл-подобные рецепторы и их лиганды .
Бактериальные компоненты
Липопротеины Липоарабидоманнан Липотейхоевые кислоты Зимозан (дрожжи)
T. gondi ЛПС Флаггелин Профиллин
V V
TLR6
CD14
TLR2 ; HTLR1
V V V
TLR4 =TLR5 =TLR11
Вирусные компоненты
Неметили-
рованная
CpG ДНК дцРНК оцРНК
V
V
ÜTLR9 =TLR3 =TLR7
Недавно было показано, что TLR могут активироваться многими эндогенными молекулами - ал-ларминами (гиалуроновая кислота, белки теплового шока и др.), которые появляются при разрушении тканей. Эти гетерогенные по своей природе и структуре соединения (PAMP и аллармины), распознаваемые TLR, в настоящее время объединяют в одно семейство, именуемое DAMP (damage associated molecular patterns) [35].
КАСКАД СИГНАЛОВ, АКТИВИРУЮЩИЙСЯ ПОСЛЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ TLR С СОБСТВЕННЫМИ ЛИГАНДАМИ
Теперь от описания структуры и функций TLR перейдем к событиям, разворачивающимся после их связывания с собственными лигандами.
Связывание лиганда с TLR инициирует каскад сигналов, берущих начало от цитоплазматических TIR-доменов TLR. Сигнал от TIR-домена через адап-терные молекулы MyD88 (myeloid differentiation factor 88), TIRAP (TIR-доменсодержащие адаптеры), TICAM1 (TRIF), TICAM2 (TIR-containing adaptеr molecule) передается на соответствующие киназы (TAK, IKK, TBK, MAPK, JNKs, p38, ERK, Akt и др.), которые дифференциально активируют факторы транскрипции (NF-kB, AP-1 и IRF), ответственные за экспрессию различных провоспалительных и антимикробных факторов. При этом все TLR, кроме TLR3, передают сигнал на киназы, используя MyD88. TLR3 передает сигнал через TICAM1, a TLR4 и через MyD88, и через TICAM1 (рис. 2).
Активация того или иного фактора определяется типом TLR, от которого передается сигнал. Так, практически все TLR (TLR2 и его корецепторы -TLR1 и TLR6, а также TLR4-9, TLR11), связываясь с собственными лигандами, способны активировать NF-kB - один из основных факторов, регулирующих экспрессию таких провоспалительных цито-кинов, как IL-1, -6, -8 и др. К активации другого семейства провоспалительных транскрипционных факторов - IRF приводит передача сигнала через TLR3, 4, 7-9. Сигналы, передаваемые через TLR3 или TLR4, ведут к активации IRF3, который регулирует экспрессию IFN-ß и считается критическим компонентом противовирусных иммунных реакций. Передача сигналов посредством TLR7-9 ведет к активации IRF5 и IRF7 и экспрессии IFN-a, который также играет жизненно важную роль в противовирусной защите. Сигнализация через TLR2 или TLR5 не ведет к активации факторов семейства IRF [36].
Таким образом, взаимодействие TLR определенного типа с собственным лигандом инициирует запуск сигнального каскада, который приводит к активации
Таблица 1. Активация транскрипционных факторов NF-kB и IRF различными ^R
^п TLR Активация NF-kB Активация IRF
TLR2/1/6 + -
TLR3 + + (IRF3)
TLR4 + + (IRF3)
TLR5 + -
TLR7 + + (IRF5, 7)
TLR8 + +(IRF5, 7)
TLR9 + +(IRF5, 7)
экспрессии специфического сочетания генов (цито-кинов, антимикробных молекул и т.д.).
Однако в настоящее время многое в активации TLR-зависимых сигнальных путей и в развитии последующих эффектов остается непонятным. В доступной научной литературе отсутствуют данные, характеризующие полные транскриптомные и про-теомные изменения, которые происходят в ответ на активацию определенных TLR.
TLR И ОПУХОЛИ
К настоящему моменту описаны принципиально различные эффекты TLR на опухоли. С одной стороны, показано, что TLR (и их лиганды) могут выступать в роли супрессоров опухолевого роста, с другой, известно, что TLR могут стимулировать опухолевую прогрессию и влиять на устойчивость опухолей к химиотерапии. Чтобы объяснить эти противоречия, рассмотрим детально каждый из случаев.
ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ АКТИВНОСТЬ TLR
Многие агонисты TLR в настоящее время проходят клинические испытания в качестве противоопухолевых средств (табл. 2). Так, природные (оцРНК) и синтетические (имиквимод) агонисты TLR7 и 8 показали высокую активность в отношении хронического лимфоцитарного лейкоза и опухолей кожи [37]. Лиганд TLR9 - cpG, способен подавлять рост лимфом, опухолей головного мозга, почек, кожи [28]. А лиганд TLR3 - poly(IC) обладает проапоптотическим действием не только в отношении опухолевых клеток, но и клеток окружения (например, эндотелия) [38].
Показано, что агонисты TLR4 - ЛПС грамотрица-тельных бактерий и ОК-432 (препарат из стрептококков группы А), обладают высокой противоопухолевой активностью при внутриопухолевом введении. Однако при системном введении оба препарата (ЛПС и ОК-432) не обладали способностью блокировать опухолевый рост [39]. В настоящее время препарат ОК-432 проходит вторую стадию клинических испытаний, в качестве средства против колоректальных опухолей
Рис. 2. Сигнальные пути, идущие от Толл-подобных рецепторов.
Плазматическая мембрана
Эндосома
Внеклеточный домен
Трансмембранный домен
^-домен
TLR4/MD-2 ^1/2
липопептид
ЛПС
%
и рака легкого. Также показано, что ОМ-174, химический агонист ^И2/4, способен подавлять прогрессию меланомы и повышать выживаемость экспериментальных животных при совместном введении с цикло-фосфамидом [40]. В этих экспериментах обнаружено, что агонисты TLR2/4 индуцируют секрецию TNF-a и экспрессию индуцибельной ПО-синтазы. Как известно, N0 способен индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, устойчивых к химиотерапии, и тем самым повышать продолжительность жизни мышей. Еще один известный противоопухолевый препарат микробного происхождения, активирующий ^Г-зависимые реакции (TLR2, 4, 9), - БЦЖ. Этот препарат уже более 30 лет относительно успешно применяется в терапии опухолей мочевого пузыря [41].
Таблица 2. TLR в клинических исследованиях
В целом, необходимо отметить, что в настоящее время различные агонисты TLR проходят клинические испытания как средства против опухолей различного происхождения (табл. 2).
Один из основных механизмов противоопухолевой активности TLR состоит в их способности стимулировать развитие опухолеспецифического иммунного ответа. Так, активация ^Г:
1) стимулирует (прямо или опосредованно) миграцию в опухоль ПК-клеток, цитотоксических Т-клеток и Т-хелперов 1-го типа, которые вызывают лизис опухолевых клеток при помощи различных эффекторных механизмов (секреция перфоринов, гранзимов, №N-7 и др.) [42];
2) приводит к секреции I типа (№П-а, в) [43].
Злокачественное образование
Немелкоклеточный рак легкого поздней стадии ^И9
Меланома IV стадии
Меланома ШЬ/с, или IV стадии
Неполностью операбельный рак поджелудочной железы ^И2/6
Рецидив неходжкинской лимфомы
Рецидив глиобластомы
Хронический лимфобластный лейкоз ^И7
Таблица 3. Влияние ^R на развитие и рост опухоли
Опухолестимулирующая активность TLR Противоопухолевая активность TLR
Стимуляция ангиогенеза 2, 9 Подавление ангиогенеза 7, 9
Стимуляция пролиферации 3, 4 Развитие апоптоза 3, 4, 7, 9
Химиорезистентность 4 Повышение химиочувствительности 2, 4, 7
Активация регуляторных Т-клеток (Treg) 4, 5 Ингибирование Treg, презентация антигена 4, 5, 7, 8, 9
Цитотоксичность 9
Еще один вероятный механизм противоопухолевой активности TLR - возможность TLR-зависимого перехода опухолестимулирующего типа макрофагов (М2) в опухолесупрессирующий тип M1. Макрофаги типа М2 характеризуются экспрессией таких цито-кинов, как TGF-ß и IL-10, компонентов, необходимых для репарации и ремоделирования тканей. TGF-ß стимулирует пролиферацию опухолевых клеток, IL-10 направляет развитие иммунного ответа в сторону Th2, блокируя тем самым развитие клеточного противоопухолевого иммунитета. Макрофаги типа М1, напротив, экспрессируют IL-1, -6, -12, TNF-a, IFN-y и стимулируют развитие противоопухолевого клеточного (Th1) иммунного ответа [44].
ОПУХОЛЕСТИМУЛИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ TLR
Как известно, хронические инфекции и воспаление являются важнейшими факторами, стимулирующими развитие злокачественных новообразований. В частности, рак желудка может быть связан с хроническим воспалением, вызванным таким патогеном, как Helicobacter pylori, а хроническое воспаление пищеварительного тракта часто ассоциировано с развитием рака толстой кишки [45]. Более того, показано, что применение нестероидных противовоспалительных препаратов может снижать риск развития некоторых типов злокачественных новообразований [46].
TLR служат ключевым звеном системы врожденного иммунитета человека и животных, они участвуют в развитии воспалительных реакций при контакте клеток с различными патогенами. В настоящее время активно изучается роль TLR в развитии и прогрессии опухолей различного происхождения. TLR могут быть вовлечены в процесс развития и стимуляции опухолеобразования посредством нескольких механизмов (табл. 3).
Один из важнейших факторов, обусловливающих взаимосвязь хронического воспаления и опухоле-образования - NF-kB [47]. Этот фактор конститутивно активирован более чем в 90% опухолей человека, включая острый и хронический миелоидный лейкоз, рак предстательной железы, множественную миело-му, злокачественную гепатому (рак печени) и т.д. [48,
49]. В связи с этим агенты, способные активировать NF-kB, могут непосредственно участвовать в процессе развития и прогрессии опухоли. Как известно, взаимодействие патогенов с TLR на поверхности клетки приводит к активации NF-kB и экспрессии NF-kB-зависимых генов, что и обусловливает участие TLR в стимуляции канцерогенеза. Активация NF-kB приводит к повышению продукции цитоки-нов IL-1, IL-2, IL-6, IL-10, TNF-a; миграции клеток иммунной системы к месту воспаления в результате повышения продукции хемокинов; «поддержанию» хронического воспаления; повышению продукции антиапоптотических факторов и т.д. Указанные свойства могут обеспечивать выживаемость и прогрессию опухоли за счет подавления апоптоза и цитотоксичности, а также индукции ангиогенеза [50].
В настоящее время известно, что уровень TLR повышен в клетках различных опухолей, и у мышей с нокаутом генов ТLR снижена частота образования индуцируемых опухолей [67]. Более того, повышение экспрессии TLR на поверхности клеток опухоли предстательной железы или опухоли головы и шеи может стимулировать их пролиферацию [51].
Huang и соавт. [31] показали, что Listeria monocytogenes обладает прямым опухолестимулирующим действием, связанным с ее способностью активировать TLR2-зависимые сигнальные пути в клетках рака яичника. Более того, TLR2-зависимая активация NF-kB, вызванная L. monocytogenes, приводила к повышению устойчивости опухолевых клеток к действию химиотерапевтических препаратов [31]. Взаимосвязь TLR2 с опухолевой прогрессией подтверждена в еще одном независимом исследовании, в котором Karin и соавт. [67] доказали ключевую роль этого рецептора в метастазировании рака легкого. Оказалось, что у мышей с нокаутом гена TLR2 ме-тастазирование и прогрессия опухолей происходит значительно медленнее, чем у мышей дикого типа. Ключевую роль в прогрессии рака легкого играли миелоидные клетки, экспрессирующие TNF-a в ответ на их стимуляцию версиканом (протеогликаном внеклеточного матрикса, лиганда TLR2, уровень которого повышен в опухолевых клетках многих ти-
пов). В наших исследованиях также изучали роль TLR2 в опухолевой прогрессии. В частности, оказалось, что микоплазменная инфекция (Mycoplasma arginini) или добавление структурных компонентов (ЛАМБ) этого возбудителя к клеткам, экспрессирующим TLR2, приводит к подавлению в них апоптоза, а также к усилению опухолевого роста в условиях in vivo [52, 53]. Таким образом показано, что TLR могут оказывать опосредованный опухолестимулирующий эффект через клетки миелоидного ряда [54].
Сходные данные получены и для другого представителя семейства TLR - TLR4. Системное (внутривенное) введение лиганда этого рецептора -ЛПС, стимулировало миграцию опухолевых клеток (аденокарцинома молочной железы) и повышало их инвазивность, а также стимулировало ангиогенез в опухолях [30]. Аналогичные результаты получены на другой модели - аденокарциноме кишечника: ЛПС увеличивал выживаемость клеток опухоли, стимулировал их пролиферацию, а при интрапери-тонеальном введении усиливал метастазирование [55]. Более того, Huang и соавт. показали, что опухолевые клетки, экспрессирующие TLR4, вызывают значительно более агрессивное течение заболевания (сокращение времени жизни животных) по сравнению с мышами изогенной линии, у которых TLR4 инактивирован специфической миРНК. Полученные данные позволили предположить, что на прогрессию TLR4-позитивных опухолей могут влиять эндогенные лиганды (белки теплового шока; в-дефензины; эндогенный ЛПС, забрасываемый из кишечника), что отчасти напоминает ситуацию с опухолестимулирующим действием TLR2 и его лигандом эндогенного происхождения - версиканом [56].
Однако данные, иллюстрирующие опухолестимулирующее действие TLR, получены не только для TLR2 и 4. Известно, что повышенная экспрессия TLR5 и TLR9 на клетках эпителия шейки матки может быть ассоциирована с прогрессией рака шейки матки [57]. Высокий уровень экспрессии TLR9 обнаружен в клинических образцах рака легкого и в линиях опухолевых клеток. В этих клетках стимуляция TLR9 специфическими агонистами приводила к повышению продукции опухоль-ассоциированных цитокинов [58]. На поверхности клеток опухоли предстательной железы человека также повышен уровень TLR9 [59]. Обработка таких клеток CpG-олигодезоксинуклеотидами (ODN-CpG) или бактериальной ДНК, служащих лигандами для TLR9, способствовала повышению инвазии опухолевых клеток. Повышение инвазии опухолевых клеток в результате активации TLR9 можно рассматривать как новый механизм, посредством которого хронические инфекции могут стимулировать рост клеток опухоли предстательной железы.
Однако способностью стимулировать канцерогенез через взаимодействие с TLR обладают не только различные инфекционные агенты и их структурные компоненты. Как известно, лигандами для TLR служат также DAMP - ядерные и цитоплазматические белки клеток, подвергшихся некрозу. Высвобождаемые из поврежденных клеток DAMP могут распознаваться различными TLR на поверхности иммунных клеток, а последующая активация TLR-зависимых сигналов способна приводить к подавлению противоопухолевого иммунного ответа и, как следствие, к стимуляции прогрессии опухоли [60].
К таким молекулам, обладающим потенциальным опухолестимулирующим действием, относятся: белки теплового шока (HSP60, 70), АТР и мочевая кислота, семейство Са2+-модулирующих белков (S100), белок HMGB1 и нуклеиновые кислоты, из которых наиболее хорошо изучен ДНК-связывающий белок HMGB1. Высвобождаемый в результате повреждения клеток белок HMGB1 активирует иммунную систему через взаимодействие с TLR. На культурах клеток показано, что белок HMGB1 стимулирует рост клеток меланомы, рака молочной железы, толстой кишки, поджелудочной и предстательной железы. HMGB1 способен активировать TLR2 и TLR4 на опухолевых клетках и клетках иммунной системы и, как следствие, индуцировать опухолевую прогрессию и метастазирование [61].
Показано, что в клетках меланомы повышена экспрессия таких DAMP, как белки семейства S100, способные стимулировать рост и самих клеток меланомы, и лимфоцитов периферической крови, действуя как аутокринный фактор роста опухоли. Белок S100A4, служащий лигандом для TLR, стимулирует метастазирование клеток рака молочной железы, а его повышенная экспрессия является показателем плохого прогноза. Несмотря на взаимосвязь S100A4 с метаста-зированием, этот белок может экспрессироваться макрофагами, лимфоцитами и фибробластами. Недавние исследования показали, что белки S100A8 и S100A9, продуцируемые первичной опухолью, способны активировать сывороточный амилоид А (SAA) 3 в легочных тканях и создавать тем самым условия для образования метастатической ниши. SAA3 служит лигандом для TLR4 на эндотелиальных клетках легкого и макрофагах. Активация TLR4 облегчает миграцию опухолевых клеток из первичного очага в ткань легкого за счет формирования микроокружения, способствующего росту опухоли. Таким образом, подавление сигнального пути S100-TLR4 может эффективно противодействовать образованию метастазов в легком [62].
Суммируя описанные эффекты, можно сделать вывод о способности TLR, с одной стороны, прямо или опосредованно участвовать в опухолевой про-
грессии, а с другой - повышать устойчивость опухолевых клеток к проапоптотическим воздействиям.
Представленные данные показывают, что опухолестимулирующие эффекты TLR и их лигандов имеют сложный механизм, который необходимо изучать более детально. Однако, несмотря на сложность данного вопроса, можно выделить несколько ключевых моментов, определяющих опухолестимулирующее действие TLR:
1) взаимодействие TLR с собственными лигандами индуцирует активацию транскрипционного фактора NF-kB и, как следствие, повышение продукции различных провоспалительных цитокинов (^-6, МСР-1, М№, GR0a и др.), а также ряда антиапоптотических белков, тем самым способствуя прямому или опосредованному опухолестимулирующему действию;
2) TLR-зависимая активация миелоидных клеток и их предшественников, по-видимому, является определяющим фактором в формировании метастазов. В серии независимых работ показано, что мие-лоидные клетки, мигрирующие из костного мозга (в ответ на эндогенную стимуляцию) в ткани, играют ключевую роль в формировании метастатических ниш [30, 54]. Поскольку известно, что эндогенные (версикан, фибронектин и др.) и экзогенные (микробного происхождения) лиганды TLR способны, с одной стороны, стимулировать миелоидные клетки и их предшественники, а с другой - увеличивать метастатический потенциал опухоли, то можно с высокой вероятностью предположить существование взаимосвязи между TLR-зависимой активацией миело-идных клеток и их последующим участием в мета-стазировании;
3) активация TLR может стимулировать ангиогенез через такие ангиогенные факторы, как ^-8, фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF) и матрикс-ные металлопротеиназы (ММР), а также усиливать адгезивные и инвазивные свойства опухолевых клеток наряду с увеличением проницаемости сосудов.
ТОЛЛ-ПОДОБНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ В ТЕРАПИИ ОПУХОЛЕЙ
Благодаря способности агонистов ТLR индуцировать противоопухолевый иммунный ответ путем регуляции функции клеток иммунной системы, находящихся в микроокружении опухоли, перспективной представляется противоопухолевая терапия, основанная на доставке лигандов ТLR в очаги роста опухоли. Примером такой терапии может стать препарат имиквимод, содержащий агонист TLR7. Этот препарат используется при актиническом кератозе и базальноклеточной карциноме. Изучается также возможность использования этого препарата в качестве адъюванта в терапии мелано-
мы [63, 64]. Еще один агонист TLR7, используемый в терапии опухолей, - препарат 852А. В настоящее время рассматривается возможность использования препарата 852А в терапии хронического лимфоидного лейкоза и других солидных опухолей [65]. Агонист TLR9 - 0DN-CpG, индуцирует активацию и созревание дендритных клеток, стимулирует развитие Т-клеточного противоопухолевого ответа. В настоящее время проводятся клинические испытания безопасности и эффективности агонистов TLR9 в терапии рака молочной железы, толстой кишки, легкого, меланомы, глиобластомы и др. [28]. Макрофаг-активирующий липопептид-2 (MALP-
2), агонист TLR2/6, показал обнадеживающие результаты в терапии рака поджелудочной железы: внутриопухолевое введение MALP-2 совместно с гемцитабином во время лапоротомии значительно повышало продолжительность жизни больных с неполностью операбельным раком (от 9 до 17 месяцев) [66]. Описанные примеры эффективного использования агонистов TLR в терапии опухолей показывают перспективность использования этих препаратов, а также целесообразность дальнейших исследований, направленных на создание противоопухолевых препаратов с аналогичным механизмом действия.
Однако, как сказано ранее в этом обзоре, большое количество опухолевых клеток могут экспрессировать ТLR на своей поверхности, и прямое взаимодействие таких клеток с лигандами к TLR может усиливать прогрессию опухоли, а также делать ее менее чувствительной к химиотерапевтическим препаратам. Таким образом, существует вероятность того, что постоянно циркулирующие в организме агонисты TLR (патогенные микроорганизмы, способные преодолевать иммунный барьер; ЛПС бактерий, входящих в состав нормальной микрофлоры кишечника, который может забрасываться в кровоток; собственные эндогенные лиганды) могут прямо или опосредованно способствовать усилению опухолевой прогрессии.
В связи с этим перспективное направление в терапии злокачественных новообразований состоит в использовании подходов, ориентированных на подавление TLR-зависимых сигнальных путей. В качестве уже известных подходов, применяемых в терапии злокачественных новообразований, можно выделить использование ингибиторов NF-kB.
Как известно, конститутивная активация этого фактора наблюдается в таких типах опухолей, как: болезнь Ходжкина, острый лимфобластозный лейкоз, множественная миелома, рак молочной железы, толстой кишки, легкого, яичников, предстательной железы, различные виды лимфом, рак печени, меланома и др. [48, 49].
Для подавления активности NF-kB используются несколько групп лекарственных средств: нестероидные противовоспалительные средства, ингибирующие активность 1КК и СОХ-2; природные и биодоступные ингибиторы 1ККв - флавониды, про-стагландины, BMS-345541, PS1145, SС-514 и SPС839; а также ингибиторы протеасом, подавляющие активность NF-kB за счет предотвращения деградации 1кВ - бортезомиб (PS-341), иринотекан, гемцитабин и др. препараты, широко используемые в терапии опухолей толстого и тонкого кишечника, желудка, поджелудочной железы и др. [67]
Поскольку фактор NF-kB является ключевым звеном TLR-зависимого сигнального пути, то использование его ингибиторов представляется перспективным для подавления TLR-зависимой стимуляции опухолевого роста.
Другой перспективной мишенью, по нашему мнению, могут быть сами TLR. Поскольку TLR2 и TLR4 (рецепторы, участвующие в стимуляции опухолевого роста) экспрессируются на поверхности клетки, представляется возможным использовать специфические молекулы (антитела, химические ингибиторы), подавляющие их функциональную активность. К настоящему моменту получены антитела, блокирующие активность TLR, однако данные по их клиническому использованию в доступной научной литературе отсутствуют.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ТLR входят в состав семейства PRR. Эффекты, связанные с их активацией, выходят за рамки реакций врожденного иммунного ответа. Участие в активации дендритных клеток, регуляции специфических иммунных реакций на уровне Т- и В-клеток, повышение экспрессии IFN и др. обусловливают вовлечение ТLR в формирование эффективного ответа врожденной и адаптивной иммунной системы при попадании в организм различных патогенов или при поддержании тканевого гомеостаза. Опубликованы результаты многочисленных исследований, согласно которым лиганды к TLR могут использоваться в качестве адъювантов для иммунотерапии злокачественных новообразований. Однако известно, что активация ТLR на поверхности опухолевых клеток может приводить к усилению прогрессии опухолей различного происхождения.
Такое различие в эффектах зависит, в первую очередь, от типа используемого лиганда. Как показано в табл. 1, ТLR можно разделить на две группы: индуцирующие и неиндуцирующие выработку Как правило, при введении агонистов TLR3, 4,
7, 8, 9, активирующих IRF, наблюдается подавление роста опухоли. В то же время данные о противоопу-
холевом действии агонистов TLR2, который в отличие от перечисленных рецепторов (TLR3, 4, 7, 8, 9) не способен активировать выработку IFN I типа, в настоящее время отсутствуют. Еще одна характерная особенность, обусловливающая различия в действии агонистов TLR на опухоль, - это способ их введения. Внутриопухолевое введение лигандов TLR3, 4, 7, 8, 9 в подавляющем большинстве случаев вызывает гибель клеток опухоли и уменьшение ее размеров. Наиболее вероятное объяснение противоопухолевой активности этих TLR заключается в их способности в ответ на взаимодействие с лигандом: а) индуцировать локальную экспрессию IFN типа I и II, которые, как известно, способны вызывать гибель опухолевых клеток; б) активировать клеточный иммунитет. При этом гибель опухолевых клеток, их фагоцитоз и последующая презентация опухолеспецифических антигенов обусловливают дополнительную стимуляцию специфического противоопухолевого иммунитета. Однако в ряде работ [30, 55, 56] показано, что системное введение лигандов к TLR4 наоборот часто ассоциировано со стимуляцией роста опухоли. По нашему мнению, такое различие связано с тем, что вну-триопухолевые инъекции лиганда TLR4 (ЛПС) вызывают существенно большее накопление IFN непосредственно в опухолях, чем при системном введении лиганда. Поскольку IFN это короткодистантные эффекторные белки, действующие при достаточно высоких концентрациях, то их выработка вне опухоли (при системном введении) не приводит к гибели опухолевых клеток, а следовательно, и к развитию противоопухолевого иммунитета. При этом индуцируемые после локального или системного введения ЛПС провоспалительные цитокины и хемокины могут играть двойную роль: при внутриопухолевом введении ЛПС способствовать развитию противоопухолевого иммунитета, а при системном - в отсутствие мишеней для иммунной системы - положительно влиять на рост опухоли, устойчивость ее клеток и их метастатический потенциал.
Таким образом, имеющиеся данные указывают на двойственный эффект агонистов TLR на рост опухоли. Такое двоякое влияние ТLR говорит о более сложной функциональной роли TLR в биологии опухоли. Понятно, что подобная роль TLR выходит за рамки простой активации фактора NF-kB. Изучать влияние различных лигандов TLR на опухоль необходимо с учетом многих факторов, включая уровень экспрессии TLR; тип ткани, из которой происходит опухоль; микроокружение опухоли и многие другие. Системное исследование функций и роли ТLR на клетках опухоли может внести существенный вклад в разработку новых противоопухолевых средств с TLR-зависимым механизмом действия. •
CnMCOK .HMTEPATYPH
1. Coussens L.M., Werb Z. // Nature. 2002. V. 420(6917). P. 860-867.
2. Mantovani A., Allavena P., Sica A., Balkwill F. // Nature. 2008. V. 454(7203). P. 436-444.
3. Okamoto T. // Endocr. Metab. Immune Disord. Drug. Targets.
2006. V. 6(4). P. 359-372
4. Thomas H.G., Han J.H., Balentien E., et al. // Methods Enzy-mol. 1991. V. 198. P. 373-383.
5. Kleeff J., Kusama T., Rossi D.L. // Int. J. Cancer. 1999. V. 81.
P. 650-657.
6. Deveraux Q.L., Schendel S.L., Reed J.C. // Cardiol. Clin. 2001.
V. 19(1). P. 57-74.
7. Dong Z., Wang J.Z., Yu F., Venkatachalam M.A. // Am. J. Pathol. 2003. V. 163(2). P. 663-671.
8. Bartsch H., Nair J. // Langenbecks Arch. Surg. 2006.
V. 391(5). P. 499-510.
9. Moser B., Willimann K. // Ann. Rheum. Dis. 2004. V. 63 Suppl 2. P. 84-89.
10. Rasmussen S.B., Reinert L.S., Paludan S.R. // APMIS. 2009. V. 117(5-6). P. 323-337.
11. Palm N.W., Medzhitov R. // Immunol. Rev. 2009. V. 227(1).
P. 221-233.
12. Zeromski J., Mozer-Lisewska I., Kaczmarek M. // Cancer Microenviron. 2008. V. 1(1). P 37-42.
13. Jego G., Bataille R., Geffroy-Luseau A., et al. //
Leukemia. 2006. V. 20(6). P 1130-1137.
14. Seya T., Akazawa T., Uehori J., et al. // Anticancer Res.
2003. V. 23(6a). P. 4369-4376.
15. Grauer O.M., Molling J.W., Bennink E., et al. // J. Immunol. 2008. V. 15. P. 6720-6729.
16. Medzhitov R. // Nat. Rev. Immunol. 2001. V. 1(2). P 135-145.
17. Pasare C., Medzhitov R. // Nature. 2005. V. 438(7066).
P. 364-368.
18. Zasloff M. // Nature. 2002. V. 415(6870). P. 389-395.
19. Doyle S.E., O‘Connell R.M., Miranda G.A., et al. // J. Exp. Med. 2004. V. 5. P. 81-90.
20. Werling D., Hope J.C., Howard C.J., Jungi T.W. // Immunology. 2004. V. 111(1). P 41-52.
21. Nijhuis M.M., Pasterkamp G., Sluis N.I., et al. // J. Vasc. Res. 2007. V. 44(3). P 214-222.
22. Kaisho T., Akira S. // J. Allergy Clin. Immunol. 2006.
V. 117(5). P 979-988.
23. Salaun B., Romero P, Lebecque S. // Eur. J. Immunol. 2007. V. 37(12). P. 3311-3318.
24. Iwasaki A., Medzhitov R. // Nat. Immunol. 2004. V. 5(10).
P. 987-995.
25. Pasare C., Medzhitov R. // Adv. Exp. Med. Biol. 2005. V. 560.
P. 11-18.
26. Li M., Zhou Y., Feng G., Su S.B. // Curr. Mol. Med. 2009. V. 9(3).
P. 365-374.
27. Curtiss L.K., Tobias P.S. // J. Lipid. Res. 2009. V. 50 Suppl.
P. 340-345.
28. Krieg A.M. // J. Clin. Invest. 2007. V. 117. P. 1184-1194.
29. Chicoine M.R., Zahner M., Won E.K. // Neurosurgery. 2007.
V. 60. P. 372-381.
30. Harmey J.H., Bucana C.D., Lu W. // Int. J. Cancer. 2002.
V. 101. P. 415-422.
31. Huang B., Zhao J., Shen S. // Cancer. Res. 2007. V. 67.
P. 4346-4352.
32. Means T.K., Golenbock D.T., Fenton M.J. // Life Sci. 2000. V. 8. P. 241-258.
33. Diebold S.S. // Handb. Exp. Pharmacol. 2009. V. 188. P. 3-30.
34. West A.P., Koblansky A.A., Ghosh S.// Annu Rev. Cell. Dev. Biol.
2006. V. 22. P. 409-437.
35. Zhang Z., Schluesener H.J. // Cell Mol. Life Sci. 2006. V. 63(24).
P. 2901-2907.
36. O‘Neill L.A., Bowie A.G. // Nat. Rev. Immunol. 2007. V. 7(5).
P 353-364.
37. Stockfleth E., Trefzer U., Garcia-Bartels C. // Br. J. Dermatol. 2003. V. 149 (Suppl. 66). P 53-56.
38. Nogueras S., Merino A., Ojeda R. // Heart. Circ. Physiol.
2008. V. 294. P 708-713.
39. Okamoto M., Oshikawa T., Tano T., et al. // J. Immunother.
2006. V. 29. P. 78-86.
40. D‘Agostini C., Pica F., Febbraro G., et al. // Int.
Immunopharmacol. 2005. V. 5(7-8). P. 1205-1212.
41. Morales A., Eidinger D., Bruce A.W. // J. Urol. 1976. V. 116.
P. 180-183.
42. Street S.E., Cretney E., Smyth M.J. // Blood. 2001. V. 1; 97(1).
P. 192-197.
43. Swann J.B., Hayakawa Y., Zerafa N., et al. // J. Immunol. 2007.
V. 15;178(12). P. 7540-7549.
44. Martinez F.O., Sica A., Mantovani A., et al. // Front. Biosci. 2008. V. 13. P. 453-461.
45. Balkwill F., Coussens L.M. // Nature. 2004. V. 431. P. 405-406.
46. Robak P, Smolewski P., Robak T. // Leuk. Lymphoma. 2008. V. 49. P 1452-1462.
47. Pikarsky E., Porat R.M., Stein I., et al. // Nature. 2004. V. 431. P. 461-466.
48. Palayoor S.T., Youmell M.Y., Calderwood S.K., et al. // Oncogene. 1999. V. 18. P 7389-7394.
49. Griffin J.D. // Blood. 2001. V. 98. P. 2291.
50. Philip M., Rowley D.A., Schreiber H. // Semin. Cancer Biol.
2004. V. 14. P 433-439.
51. Swann J.B., Vesely M.D., Silva A., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. P. 652-656.
52. Щебляков Д.В., Логунов Д.Ю., Зубкова О.В. и др. // Мол. генетика, микробиол. и вирусол. 2008. № 4. С. 6-9.
53. Logunov D., Scheblyakov D., Zubkova O., et al. // Oncogene. 2008. V. 27. P. 4521-4531.
54. Kim S., Takahashi H., Lin W.W., et al. // Nature. 2009. V. 457. P. 102-106.
55. Luo J.L., Maeda S., Hsu L.C., et al. // Cancer Cell. 2004. V. 6.
P. 297-305.
56. Huang B., Zhao J., Li H. // Cancer Res. 2005. V. 65. P 50095014.
57. Kim W.Y., Lee J.W., Choi J.J., et al. // Int. J. Gynecol. Cancer. 2008. V. 18. P 300-305.
58. Droemann D., Albrecht D., Gerdes J., et al. // Respir. Res.
2005. V. 6. P. 1-6.
59. Ilvesaro J.M., Merrell M.A., Swain T.M., et al. // Prostate.
2007. V. 67. P. 774-781.
60. Lotze M.T., Zeh H.J., Rubartelli A., et al. // Immunol. Rev.
2007. V. 220. P. 60-81.
61. Ellerman J.E., Brown C.K., Vera M., et al. // Clin. Cancer Res.
2008. V. 13. P. 2836-2848.
62. Cabezon T., Celis J.E., Skibshoj I., et al. // Int. J. Cancer. 2007. V. 121. P. 1433-1444
63. Adams S., O‘Neill D.W., Nonaka D., et al. // J. Immunol. 2008. V. 181. P. 776-784.
64. Spaner D.E., Miller R.L., Mena J., et al. // Leuk. Lymphoma. 2005. V. 46. P. 935-939.
65. Dudek A.Z., Yunis C., Harrison L.I., et al. // Clin. Cancer Res.
2007. V. 13. P. 7119-7125.
66. Schmidt J., Welsch T., Jäger D., et al. // Br. J. Cancer. 2007.
V. 97. P. 598-604.
67. Karin M., Yamamoto Y., Wang Q.M. // Nat. Rev. Drug. 2004. V. 3. P 17-26.
