Раздел медицины:

Онкология

Лекарственная устойчивость олухолевых клеток и механизмы ее развития

08 Октября в 6:11 1301 0
Устойчивость опухолевых клеток к цитостатическим и цитотоксическим препаратам является главной причиной неэффективности химиотерапии при лечении большинства злокачественных новообразований.

Выяснение причин устойчивости является одной из наиболее актуальных проблем онкологии и исследования в этом направлении являются приоритетными.

Лекарственную устойчивость опухолевых клеток можно разделить на предсуществующую (наблюдается уже до применения лечения) и приобретенную (рис. 9.16).

obchon_r9.16.jpg
Рис. 9.16. Основные типы лекарственной устойчивости [Заридзе Д.Г., 2004].

При предсуществующей обычно все клетки не чувствительны к терапии вследствие их тканевой специфичности или генетических изменений, вызвавших данное новообразование.

Так, известно, что опухоли мозга резистентны к химиотерапии из-за гематоэнцефалического барьера. Значимый фактор в развитии генетической устойчивости к действию препаратов — гетерогенность опухоли, что делает вероятным исходное существование клеточных линий, резистентных к химиотерапии. По мере гибели чувствительных к цитостатикам клеток химиорезистентные получают избирательное преимущество в росте.

Приобретенная при химиотерапии лекарственная устойчивость возникает за счет отбора или адаптации В основе отбора лежат мутации и селекция под воздействием цитостатика генетически резистентных вариантов клонов опухолевых клеток.

При адаптации устойчивость развивается за счет временной активации цитогенетических защитных механизмов клеток, таких, как снижение накопления препарата или повышение его обезвреживания в клетке и др. Лекарственная устойчивость может возникнуть к одному, но чаще к нескольким (многим) препаратам.

Множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) называют резистентность клеток к нескольким (многим) препаратам, различающихся по химической структуре и механизму действия.

К настоящему времени изучены основные механизмы развития резистентности злокачественных клеток к лекарственным препаратам, колебания индивидуальной чувствительности опухолей или снижения их чувствительности к цитостатикам в процессе лечения.

Прежде всего, следует назвать фармакокинетические факторы резистентности, вследствие которых препарат может не дойти до клетки в адекватной и активной форме или концентрация онколитика в клетках опухоли будет недостаточна.

Среди таких факторов наиболее значимыми являются: уменьшение по различным причинам абсорбции препарата из места введения: уменьшение транспорта цитостатика в опухоль при снижении ее кровоснабжения (большая масса опухоли); недостаточная активность энзимов трансформации неактивной формы цитостатика в активную: появление альтернативных путей метаболизма, исключающих препарат из «летального цикла»: уменьшение аффинитета энзимов опухолевой клетки к онколитику и др.

Однако считается, что основной причиной развития множественной лекарственной устойчивости являются молекулярно-генетические изменения в опухолевых клетках.

В таблице 9.6 представлены основные этапы реализации в опухолевой клетке повреждающего действия цитостатика, завершающиеся в большинстве случаев апоптозом либо длительной задержкой клеточного цикла.

Таблица 9.6. Основные этапы реализации цитотоксического действия лекарственных препаратов и основные механизмы лекарственной устойчивости опухолевых клеток [Заридзе Д.Г., 2004]
obchon_t9.6.jpg

Перечень приводящих к лекарственной устойчивости изменений показывает, что опухолевые клетки могут прерывать путь реализации лекарственного повреждения на любом из этих этапов, используя для этого разнообразные механизмы.

Естественно, на первый план выходят исследования некоторых ключевых и наиболее часто встречающихся причин развития множественной лекарственной устойчивости.

Среди них важнейшее значение имеют механизмы снижения накопления препаратов в клетке, нарушения обезвреживания уже попавших в клетку, а также изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и выживаемость (репарацию) опухолевых клеток, в первую очередь изменения р53 и BCL-2.

Лекарственная устойчивость вследствие снижения накопления препарата в клетке

Снижение накопления лекарства в клетке a priori может быть результатом как уменьшения его поступления в клетку, так и увеличения выведения из клетки. Подавляющее большинство химипрепаратов приникают в клетку путем простой диффузии через плазматическую мембрану.

Следовательно, поступление лекарства в клетку может снизиться в случае изменения структуры клеточной мембраны. Однако сведений об изменениях поступления лекарств в клетку немного.

Большинство исследований посвящено изучению другого механизма — выбросу (откачке) токсичных веществ (в том числе и лекарств) из резистентных клеток. Выброс веществ из клеток связан с функционированием транспортных белков, к которым принадлежат Р-гликопротеин, транспортеры семейства MRP, а также некоторые другие белки.

Лекарственная устойчивость, обусловленная Р-гликопротеином

Р-гликопротеин (Рgр, Рдр) — трансмембранный транспортный белок, легко перемещающийся через плазматическую мембрану клетки. Предполагается, что молекула цитостатика связывается с Рgр внутри липидного бислоя плазматической мембраны и благодаря энергии, полученной в результате гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), выбрасывается наружу.

Рдр связывает различные вещества — химиопрепараты. другие лекарственные препараты, многие флюоресцентные красители. Эти вещества объединяет то, что все они растворимы в липидах мембраны. Понятно, что чем больше в опухолевой клетке содержится Рдр, тем большее количество химиопрепарата он из нее будет удалять, тем больше эта клетка будет устойчива.

Считается, что наличие в плазматической мембране опухолевых клеток высокого уровня Рgр является одним из основных механизмов клинической химиорезистентности опухолей человека.

С Рgр связана резистентность опухолевых клеток к антрацикпиновым антибиотикам, актиномицину, алкалоидам растительного происхождения. Полагают, что данные химиопрепараты являются индуктором экспрессии гена MDR1 и его продукта Р-гликопротеина в злокачественных клетках.

Генетические механизмы Рgр-устойчивости

Рдр человека кодируется геном MDR1, который получил название гена множественной лекарственной устойчивости. Установлено, что этот ген экспрессируется в организме всюду, без исключения. Защитная система клетки MDRI/Pgp жизненно важна.

Активность MDR1 легко возрастает в ответ на самые разные стрессорные воздействия, в том числе и химиопрепараты. Полагают, что физиологическая роль Рgр в организме заключается в защите клеток от вредных веществ (содержащихся, например, в полости кишечника), в функционировании гематоэнцефалического барьера.

Уровень Рgр, в нормальных тканях и клетках различается в десятки раз — от очень низкого (клетки эпидермиса, пневмоциты) до высокого (клетки коры надпочечника, слизистая оболочка кишечника). Ясно, что новообразования, происходящие из клеток с высоким уровнем Рgр, будут обладать предсуществующей устойчивостью, а те, которые произошли из клеток с низким уровнем Рgр, изначально ею не обладают.

К лекарственной устойчивости может приводить повышение экспрессии гена MDR1 или увеличение его количества (амплификация) Действительно, в клетках новообразований нередко обнаруживают экспрессию активного Рgр (или гиперэкспрессию кодирующего его гена MDR1), которые возрастают после курсов лекарственного лечения.

Показано, что экспрессия MDR1/Pgp опухолевыми клетками коррелирует с неэффективностью терапии и является плохим прогностическим признаком. Экспрессия Рgр в злокачественных клетках часто имеет место в опухолях пищевода, толстой кишки, мочевого пузыря, надпочечников, немелкоклеточного рака легкого, саркомах мягких тканей и др. Возможно, именно этот фактор и является одной из причин низкой эффективности химиотерапии при указанных новообразованиях.

В связи с клинической значимостью Рgр, основные усилия по преодолению лекарственной устойчивости в настоящее время связаны с поисками веществ, способных, прямо или косвенно снижать активность Рgр.

Было найдено немало разнообразных соединений, преодолевающих в эксперименте Рgр-устойчивость: блокаторы кальциевых каналов (верапамил, нифедипин и др.), гипотензивные средства (резерпин), антибиотики (цефалоспорины, грамицидин, пуромицин), иммуносупрессоры (циклоспорин и его производные) и многие другие препараты.

Однако клиническая эффективность этих препаратов невелика. В связи с этим, предлагается использование препаратов, транспортирующие онколитики в клетку за счет эндоцитоза, а не диффузии, что и делает их мало доступными для Р-гликопротеина, как белка трансмембранного переноса.

С этих позиций заслуживает внимания кремофор, препарат, используемый в фармакологии как носитель для водонерастворимых лекарственных веществ. Считается, что действие кремофора на опухолевые клетки с фенотипом устойчивости обусловлено тем, что он вводит цитостатики в клетки путями, не входящими в «сферу влияния» Р-гликопротеина.

Лекарственная устойчивость, обусловленная белками MRP

Белок MRP1 также принадлежит к семейству транспортеров и так же, как и Рдр, является энергозависимым (требующим АТФ) насосом, выкачивающим из клетки токсические соединения. Механизм функционирования MRP1 иной, чем у Рдр.


Для функционирования MRP1 необходим глутатион и это предполагает, что в нормальных клетках белки семейства MRP являются транспортером конъюгатов веществ с глутатионом (возможно и других конъюгатов), которые играют роль в жизнедеятельности клетки и в воспалительных процессах.

В настоящее время выявлены и изучаются и другие мембранные транспортные белки, с активностью которых связывают развитие множественной лекарственной устойчивости.

Лекарственная устойчивость вследствие снижения обезвреживания препарата в клетке

Одной из важнейших систем клетки, позволяющей ей обезвреживать цитостатики, является система глутатиона. Глутатион — небелковый тиол, который контролирует образование конъюгатов препарата с глутамином. Эти конъюгаты менее активны, более водорастворимы и выбрасываются из клетки с помощью белков MRP.

Таким образом, количество глутатиона в клетке коррелирует с уровнем резистентности к лекарствам. Естественно, угнетая синтез конъюгатов или синтез глутатиона, можно влиять на резистентность клеток к цитостатикам.

Препараты, снижающие внутриклеточный уровень глутатиона или образование конъюгатов (бутионин сульфоксамин, этакриновая кислота), рассматриваются как наиболее перспективные модификаторы данного типа лекарственной устойчивости.

Лекарственная устойчивость вследствие повышения репарации поврежденной ДНК

В нормальной клетке за структурную организацию, репликацию и репарацию ДНК отвечают толоизомеразы I и II. На подавлении активности топоизомераз основано применение препаратов при лечении рака. Ингибиторы топоизомераз стабилизируют комплекс толоизомераза-ДНК (в нормальных условиях он быстро распадается), и этим превращают клетку в неспособную к синтезу ДНК.

В опухолевых клетках, резистентных за счет изменений толоизомераз, обнаруживают либо снижение активности этого фермента, либо снижение его количества, что повышает эффективность репарации поврежденной ДНК, играющий важную роль в развитии резистентности.

Препаратами, к которым возникает этот тип резистентности, являются ингибиторы топоизомеразы II g этопозид (VP-16) и тенипозид (VP-26), адриамицин, рубомицин, митоксантрон, амсакрин, а также бифункциональные агенты (соединения платины и нитрозометилмочевины).

Лекарственная устойчивость вследствие нарушения генов, контролирующих апоптоз

Многочисленные исследования показали, что различные нарушения ключевых генов, регулирующих апоптоз и выживаемость опухолевых клеток, существенно влияют на их чувствительность к химиотерапии Среди таких генов наибольшее внимание привлекает р53.

Как известно, нормальный р53 активируется в ответ на повреждающие воздействия, что ведет к остановке пролиферации клеток или к апоптозу. если они не восстановили поврежденную ДНК. Весьма частая в опухолях инактивация Р53 нейтрализует способного клеток вступать в апоптоз или останавливаться в чекпойнтах клеточного цикла.

Поэтому в основе онколитического действия многих цитостатиков лежит активация р53. ведущая к апоптотической гибели опухолевых клеток или длительной остановке их в клеточном цикле. Следовательно, какие либо нарушения функции р53 a priori могут вызвать снижение чувствительности опухолевых клеток к химиопрепаратам и приводить к лекарственной устойчивости.

Показана также важная роль в развитии лекарственной устойчивости антионкогена PTEN. Его активация может повысить чувствительность опухолевых клеток к химиотерапии, а инактивация — приводить к лекарственной резистентности. Белок онкогена BCL-2. способный тормозить р53-индуцированный апоптоз, придает клеткам лекарственную устойчивость к различным химиопрепаратам.

Таким образом, резистентность злокачественных клеток к действию химиотерапевтических препаратов может быть связана с потерей их способности подвергаться апоптозу. Последний обусловлен нарушением в опухоли баланса контролирующих апоптоз генов (проапоптотических — р53, PTEN и антиапоптотических — семейства BCL-2).

В связи с этим идет разработка терапевтических подходов, направленных на уменьшение активности антиапоптотических генов семейства BCL-2, усиление апоптоза и восстановление тем самым чувствительности опухолевых клеток к цитостатикам. Несколько таких препаратов уже находятся на I фазе клинического изучения.

Изложенные выше данные показывают, что в основе лекарственной устойчивости опухолевых клеток лежат множественные и разнообразные механизмы, которые значительно затрудняют диагностику причин такой устойчивости и выработку оптимальных протоколов по ее преодолению.

Нельзя забывать, что, хотя и существуют определенные механизмы устойчивости клеток к данному препарату, чаще всего резистентность к конкретному веществу может определяться несколькими разными причинами. Вероятно, количество факторов, ведущих к развитию резистентности, значительно больше, чем вышеперечисленные.

Кроме того, существует также понятие резистентности негенетического происхождения, которая определяется характеристикой роста опухоли, ее массой и гистологическим вариантом. Так, в ряде случаев резистентность к цитостатикам может быть связана с соотношением различных типов клеток (фракций), составляющих массу опухоли.

Если преобладает фракция активно пролиферирующих клеток — источник роста новообразования и объект воздействия цитостатиков, то такая опухоль обычно обладает высокой чувствительностью к онколитикам. Исходно низкое содержание в опухоли пролиферирующей фракции в значительной степени определяет низкий эффект химиотерапии.

Остальные фракции в опухоли, как известно, представлены временно не делящимися (покоящиеся клетки) и дифференцированными, потерявшими способность к делению (необратимо постмитотические, потенциально отмирающие) клетками. Эти две фракции клеток практически полностью устойчивы к цитостатикам. Соотношения между фракциями весьма динамичны и могут меняться в процессе роста опухоли.

О чувствительности новообразования к химиотерапии косвенно может свидетельствовать показатель времени удвоения (ВУ) объема опухоли, т. е периода, за который ее объем увеличивается в 2 раза. Время удвоения отражает содержание пролиферирующих клеток и не постоянно на всех фазах роста опухоли.

В раннем (доклиническом) периоде ВУ достаточно короткое. По мере роста содержание пролиферирующей фракции клеток в новообразовании уменьшается, а Время удвоения увеличивается и, как следствие, чувствительность к значительной части цитостатиков снижается.

Известно, что ВУ варьирует от нескольких дней (лейкозы) до 3-7 мес (некоторые солидные раки). К примеру, для рака молочной железы время удвоения исчисляется в 43 дня, меланомы — 14,2 дня, а лимфомы Беркитта — всего в 1,5 дня. С этих позиций выявленные закономерности позволяют объяснить высокую чувствительность гемоблостозов к цитостатикам, в то время как солидные новообразования в целом менее чувствительны.

Установлена также обратная зависимость эффекта химиотерапии от массы новообразования. Считается, что небольшие опухоли принципиально чувствительны к цитостатикам, по сравнению с превышающими их во много раз по объему.

Объяснением меньшей эффективности химиотерапии при значительной массе опухоли могут быть снижение ее васкуляризации, что затрудняет доступ препарата к опухолевым клеткам; низкое содержание пролиферирующей фракции клеток, а также особенности индуцированной онколитиком кинетики гибели клеток новообразования.

Способы оценки чувствительности опухолевых клеток к химиопрепаратам

С целью повышения эффективности химиотерапии в настоящее время предлагаются различные методы оценки индивидуальной чувствительности клеток опухоли к цитостатикам.

Для этого используют приготовленные из удаленной опухоли пациента краткосрочные культуры клеток. На таких культурах выполняют тесты для оценки влияния препаратов на размножение клеток (эффективность клонирования клеток, включение в клетки меченого тимидина и др.), на целостность клеточной мембраны (DiSC-метод); для изучения экспрессии отдельных белков или генов лекарственной устойчивости (в частности, Pgp, BCL-2, ферментов системы глутатиона) и другие.

Предложен также метод культивирования фрагментов удаленной опухоли в специальной камере, имплантированной в брюшную полость лабораторным животным (крысам, мышам), и оценкой воздействия введенного в брюшную полость цитостатика на клетки данной опухоли методом авторадиографии.

Так как цитостатик вводится животному, этот метод позволяет испытывать действие на опухоль не только самих цитостатиков, но и продуктов их метаболизма, что делает его наиболее приближенным к реальным условиям клиники. Комплексное применение таких тестов позволяет выбрать адекватные схемы лекарственной терапии конкретному больному.

Однако сегодня возможности преодоления резистентности к противоопухолевым препаратам в клинике не очень широки. Чаще всего с этой целью используются рациональный подбор цитостатиков, оптимальные режимы введения и дозы химиопрепаратов и другие способы.

Угляница К.Н., Луд Н.Г., Угляница Н.К.
Похожие статьи
показать еще
 
Категории