Влияние опухоли на состояние экстрацеллюлярного матрикса и микроокружение

06 Августа в 12:52 35 0
В последнее время существенно возрос интерес к изучению роли стромы в опухолевом процессе.

Исследования в этом направлении позволяют изучать взаимоотношения опухолевых клеток и стромы на основе новых методических возможностей.

Возвращаясь к истории вопроса, необходимо еще раз отметить, что его постановкой мы во многом обязаны А.А. Богомольцу и созданному им учению о физиологической системе соединительной ткани.

Согласно этому учению, именно от состояния указанной системы, представленной различными клетками (фибробласты, эндотелиальные клетки, макрофаги, гистиоциты, перициты и др.), а также ее компонентами (фибронектин, коллагены различных типов, эластин) зависит, какие условия сложатся как для возникновения опухолевого процесса, так и для особенностей его дальнейшего развития.

Система стромальных элементов

Именно система стромальных элементов определяет особенности микроокружения — одного из главных критериев как регрессии, так и прогрессии опухолевого процесса.

Нет необходимости говорить о том, сколь сложны и многоплановы взаимоотношения опухоль — строма, а соответственно и сложен анализ этих взаимоотношений.

Одной из важных стратегий опухолевой клетки против системы иммунитета является способность влиять на строму (ее клетки и компоненты), так как иммунологический ответ во многом зависит от состояния стромы.

Состояние стромы определяется многими факторами, среди которых одно из центральных мест принадлежит различным протеолитическим системам, поскольку известно, что солидные опухоли располагают мощным протеолитическим механизмом для их инвазии и метастазирования.

Существуют различные протеолитические системы, но наиболее изученными являются система активации плазминогена и матричных металлопротеиназ (ММП). Тем не менее многое в вопросе о роли отдельных клеток стромы остается неясным.

Перспективы изучения этого вопроса во многом связаны с разработкой моделей взаимодействия раковых клеток и клеток стромы, которые так же, как и опухолевые клетки, нуждаются в протеолитических компонентах, необходимых и для инвазии опухоли. В этом направлении исследований значительно больше известно о клетках эндотелия сосудов, в то время как другие клетки стромы изучены недостаточно.

Известно, что злокачественные клетки, в первую очередь эпителиального происхождения, нуждаются в компонентах протеолитических систем и увеличивают их экспрессию, однако их потребность в этом значительно меньше, чем клеток стромы.

В последние годы появляется все больше публикаций, которые с позиций новых методических возможностей освещают роль клеток стромы и ее элементов. Особое внимание привлекают металлопротеиназы, а также их тканевые ингибиторы, в изучении которых важное место принадлежит работам U. Hofmann и соавт., выполненным, в большинстве случаев, на клетках меланомы кожи (эта опухоль, как известно, относится к ранометастазирующим).

Процессы инвазии, а также метастазирования этой опухоли определяются координированной экспрессией и/или активацией протеолитических ферментов.

Как свидетельствует значительное число данных, активность отдельных ММП и их ингибиторов преимущественно коррелирует с прогрессией процесса. Наиболее информативной в этом плане оказалась ММП-2, которая четко коррелирует с прогрессией меланомы in vitro.

Такое заключение сделано на основании исследования образцов меланомы и клеток многих линий с различной метастатической активностью. Показано также, что мРНК ММП-2 экспрессируется клетками всех линий меланомы, но присутствие функционально активной ММП-2 характерно для клеток наиболее агрессивных линий меланомы (МV3 и BLM).

В клетках как отдельных образцов, так и отдельных линий параллельно с активностью ММП-2 присутствовали ММ1-ММП, ТИМ-2 (тканевой ингибитор металлопротеиназы) и его мРНК.

Как известно, в процессе инвазии и метастазирования важную роль играют различные адгезивные молекулы. Например, экспрессия ММП-2 при меланоме коррелирует с экспрессией интегрина-aVвЗ как в клетках меланомы человека различных линий, так и в свежевыделенных клетках из участков поражения.

Такая закономерность наблюдалась в различных системах, она свидетельствует о том, что процесс инвазии и метастазирования меланомы требует ко-экспрессии ММП-2 и указанного интегрина.

В процесс метастазирования включаются аспартил- и цистеинпротеиназы, компоненты системы активации плазминогена. Однако активации ММП-2 и включения указанных факторов недостаточно для инвазии и метастазирования, поскольку клетки меланомы для взаимодействия с другими клетками и компонентами экстрацеллюлярного матрикса требуют экспрессии адгезивных молекул, к которым относятся не только интегрины, но и другие молекулы, в частности CD44.

Еще одним примером значения адгезивных молекул является экспрессия Е-катхерина клетками аденокарциномы поджелудочной железы: применение олигонуклеотидного антисенса Е-катхерина значительно снижает инвазию, уменьшая активность межклеточных взаимодействий.

Для процесса инвазии и метастазирования клеток меланомы такое же значение имеет экспрессия металлопротеиназы не только этими клетками, но и клетками стромы, окружающими опухоль.

В исследованиях, проведенных на модели спонтанных и экспериментальных метастазов, выявлены различия в экспрессии металлопротеиназы и тканевых ингибиторов в зависимости от микроокружения и путей метастазирования (исследовались ММП-2, ММП-9 и различные тканевые ингибиторы). ММП-2, ММП-9 и МТ1-ММП обнаруживались преимущественно в клетках стромы.

В спонтанных метастазах в лимфатические узлы или метастазах в легкое экспрессия ММП-9 наблюдалась как по периферии, так и в центре опухоли, в то время как эти участки были негативны по ММП-2 и МТ1-ММП. Опухолевые клетки экспериментальных метастазов в легкое не экспрессировали ММП-9.

Полученные данные представляются крайне важными, поскольку экспрессия металлопротеиназы в метастазах меланомы связана не только с их локализацией, но и с природой индукции опухоли (спонтанные или экспериментальные), и это предполагает различную роль ММП в развитии отдельных стадий формирования метастазов.

Имеется и ряд других доказательств важности значения экспрессии металлопротеиназы клетками стромы. Так, при исследовании карцином эндометрия показано, что ММП-2 и ММП-9 выявляются не только в клетках карцином, но и стромы, включая эндотелиальные, фибробласты, макрофаги.

Получены данные, из которых следует, что ангиогенез и деградация экстрацеллюлярного матрикса происходит одновременно с усилением роста карцином эндометрия и их инвазии, а процесс опухолевой прогрессии характеризуется кооперацией клеток карцином и стромы.

В результате изучения взаимодействия экстрацеллюлярного матрикса с опухолевыми клетками получены новые данные о регуляции этого взаимодействия клеточным гликопротеином, который стал известен как SPARC.

В опытах на модели рака поджелудочной железы мышей, дефицитных по этому гликопротеину, показано, что его отсутствие сопровождается уменьшением отложения коллагена, образованием волокон, изменениями перераспределения макрофагов, инфильтрирующих опухоль, и снижением интенсивности апоптоза опухолевых клеток. Авторы пришли к заключению, что SPARC является центральным фактором в регуляции тканевого ответа на онкогенез.

Имеются данные и о том, что межклеточный контакт опухолевых и стромальных клеток усиливает продукцию металлопротеиназы, что может сопровождаться развитием дисбаланса между ММП и их различными тканевыми ингибиторами, приводя к прогрессии и инвазии.

Установлено, что изменения в уровнях металлопротеиназы, а также сериновых протеаз связаны с нарушениями в генах, ответственных за состояние тканевого гомеостаза.

Исследования на молекулярном уровне подтвердили, что экспрессия стромальными клетками МПП, в частности МПП-1, зависит от активности фактора транскрипции — Ets-2, который регулируется фосфорилированием митогенактивирующей киназы. Такие данные получены на примере развития опухоли рака молочной железы мышей. Отмечено также, что активация Ets-2 при определенных условиях предопределяет прогрессию опухолей молочной железы, индуцированных HER-2/neu или вирусом папилломы.

Многие злокачественно трансформированные эпителиальные клетки экспрессируют ММП-12, что показано при плоскоклеточной карциноме кожи; параллельно с этим происходит инфильтрация CD68-положительными макрофагами.

Получены доказательства, что экспрессия ММП-12 связана с индукцией продукции TGFP и TNFa. Клетки указанных опухолей экспрессируют также ММП-7 (матрилизин) и ММП-9 (желатин), способные участвовать в разрушении экстрацеллюлярного матрикса.

Экспрессия упомянутых металлопротеиназ ассоциируется с особенно низким уровнем дифференцировки опухолевых клеток, а экспрессия ММП-9 — с плохим прогнозом.


При исследовании таких экстрацеллюлярных компонентов, как фибронектин, коллаген I и IV типов, показано, что эти компоненты могут нарушать продукцию IL-10 и TNFa моноцитами после их стимуляции раковыми клетками. При этом отмечен дифференцированный характер влияния указанных компонентов: выделение TNFa ингибируется фибронектином и коллагенами I и IV типов, а IL-10 — только фибронектином и коллагеном IV типа.

Продукция опухолевыми клетками

Продукция опухолевыми клетками, в частности клетками рабдомиосаркомы, коллагена XIX типа способствует дифференцировке клеток (скелетных мышц), что в условиях данной модели особенно отчетливо проявлялось на ранних этапах онкогенеза.

В процессе протеолиза экстрацеллюлярного матрикса очень важно взаимодействие между стромальными клетками и клетками, участвующими в воспалении, а также факторами, которые ими выделяются.

В связи с этим представляют интерес данные о культивировании фибробластов кишечника, молочной железы и соответствующих опухолевых клеток в различных условиях.

Установлено, что при совместном культивировании процесс деградации экстрацеллюлярного матрикса многократно усиливается, что проявлялось разрушением DQ-коллагена IV типа, а применение ингибиторов металлопротеиназ, плазмина, катепсина-В, цистеиновой протеазы снижало уровень деградации.

В общем понимании сложных процессов взаимодействия опухоли и стромы интересной является точка зрения, согласно которой именно стромальные иммунокомпетентные клетки служат резервуаром Т-киллеров, которые мигрируют в паренхиму, где взаимодействуют с Т-хелперами и В-лимфоцитами при формировании противоопухолевой защиты. На поздних стадиях рака такая возможность исчерпывается, что проявляется в снижении активности лимфоидных клеток.

Интерес к изучению роли микроокружения с каждым годом возрастает и все больше концентрируется на выяснении особенностей взаимодействия опухолевых клеток с клетками стромы. С этой целью разрабатываются различные модели, которые позволяют получать адекватную информацию.

В последние годы большое внимание уделяется указанному взаимодействию при метастазировании, в частности в костный мозг. Естественно, что в центре внимания — остеобласты и остеокласты, взаимодействие которых с опухолевыми клетками изучено при различных опухолях (миелома, рак простаты и др.).

Эти исследования показали значительные изменения в остеобластах и появление ряда факторов, которые могут способствовать дифференцировке опухоли и ее прогрессии.

Во взаимодействии опухолевых клеток и стромы, что неизменно проявляется и на особенностях микроокружения, в высшей степени важным является участие цитокинов, которые могут выделяться как опухолевыми клетками, так и клетками стромы.

Анализ соответствующих данных по этому вопросу показывает, что ведущая роль принадлежит таким цитокинам, как VEGF, TNFa, TGFp, IL-1в, IL-8, основному фактору роста фибробластов, PDGF. В значительно меньшем числе случаев возможно и участие некоторых других цитокинов.

Значение указанных цитокинов прослеживается при различных опухолях. Так, при исследовании клеток колоректальной карциномы установлено, что они секретируют VEGF, TNFa и PDGF, действие которых направлено преимущественно на строму. В связи с этим они рассматриваются как факторы регуляции стромы и могут играть ключевую роль в ангиогенезе и инвазии опухоли.

Параллельное исследование клеток рака молочной железы и фибробластов эмбрионов мышей в различных модельных системах показало, что после обработки некоторыми цитокинами (IL-1в, TGFв, IL-8 и др.) отмечена экспрессия ММП-11 (известна также как стромелизин-3) фибробластами и опухолевыми клетками.

Представляются важными результаты изучения метастазирующего и первичного рака яичника. Интерес к ним обусловлен тем, что параллельно с опухолевыми клетками исследовались и стромальные, а также гены, контролирующие метастазирование (Ets-1 и РЕА3).

Выявлено, что все клетки экспрессировали ММП-2, ММП-9, что сочеталось с секрецией VEGF, основного фактора фибробластов и IL-8. Авторы полагают, что последовательная активация указанных генов, экспрессия ММП, IL-8, VEGF при раке яичника — факторы, которым принадлежит важное место в индукции метастазирования.

Пути повреждения экстрацеллюлярного матрикса в условиях роста опухоли представлены на рис. 78.

imop_78.jpg
Рис. 78. Повреждение экстрацеллюлярного матрикса в условиях роста опухоли

В связи с большим значением особенностей микроокружения, одним из основных компонентов которого является строма, формируется выраженный интерес к изучению протеомного профиля клеток микроокружения.

Так, параллельное исследование различных структур на клетках плоскоклеточной карциномы полости рта и клетках стромы показало, во-первых, различия в экспрессии белков опухолями и стромальными клетками, во-вторых, что большинство белков экспрессируется на всех исследованных клетках, в-третьих, протеомный анализ может служить маркером прогрессии плоскоклеточного рака ротовой полости.

Поэтому вполне правомочна постановка вопроса о необходимости изучения взаимодействия между эпителиальными и стромальными клетками на молекулярном уровне с учетом экспрессии различных белковых структур и определением их значения для опухолевой прогрессии.

Возможности иммуносупрессирующего влияния опухоли на клетки системы иммунитета

Приведенный материал иллюстрирует, насколько велики возможности иммуносупрессирующего влияния опухоли на клетки системы иммунитета. Несомненно, дальнейшая идентификация иммуносупрессирующих факторов опухоли существенно пополнит уже имеющийся их перечень.

Нельзя не подчеркнуть, что в подавляющем большинстве случаев имеет место как непосредственное иммуносупрессирующее действие на функции клеток системы иммунитета, так и влияние различных факторов на ангиогенез, микроокружение, формирование резистентности опухолевых клеток к апоптозу и др.

Это позволяет говорить о многоплановости влияния различных иммуносупрессирующих факторов и свидетельствует о чрезвычайной сложности проблемы взаимодействия клеток системы иммунитета и опухоли.

Несмотря на весьма значительное число работ по обсуждаемому вопросу становится очевидным, что иммуносупрессирующее влияние опухоли на клетки системы иммунитета подлежит более глубокому изучению.

Это прежде всего касается:

1) дальнейшей идентификации факторов супрессии, выделяемых различными опухолями;
2) дифференцированной оценки их влияния на функции различных клеток системы иммунитета;
3) роли супрессорных факторов во взаимоотношении опухолевых и иммунокомпетентных клеток.

Примером необходимости дальнейшего изучения супрессорных факторов является неоднозначность данных о роли NО — бесспорно, что он может быть участником противоопухолевой защиты, но не вызывает сомнений и то, что при определенных условиях он является мощным иммуносупрессирующим фактором.

Представленный далеко не исчерпывающий материал, касающийся иммуносупрессирующих факторов опухоли, позволяет сделать следующие заключения:

Первое

Иммуносупрессирующие факторы опухолевых клеток характеризуются чрезвычайно большим разнообразием и способны ингибировать различные функции практически всех клеток системы иммунитета.

Второе

Опухоли отличаются по способности продуцировать иммуносупрессирующие факторы, которые могут быть различными на отдельных этапах роста, что определяет гетерогенность их влияния на клетки системы иммунитета.

Третье

Иммуносупрессирующее влияние опухоли во многих случаях сочетается с изменениями микроокружения, в частности ангиогенеза и состояния стромы.

Четвертое

Выраженными иммуносупрессирующими влияниями обладают цитокины, ингибирующие функции клеток системы иммунитета, а также такие факторы, как циклооксигеназа-2, простагландины, оксид азота и др.

Пятое

Идентифицированы и другие факторы, оказывающие иммуносупрессирующее влияние: галактин, аденозин, растворимые формы некоторых адгезивных молекул и MUC1, белок, ингибирующий апоптоз, и др.

Шестое

Взаимодействие опухолевых клеток и стромальных элементов во многом предопределяет особенности микроокружения, а соответственно и условия реализации иммуносупрессирующего влияния опухоли на клетки системы иммунитета.

Седьмое

Функциональная активность клеток системы иммунитета во многих случаях восстанавливается после хирургического удаления опухоли.

Бережная Н.М., Чехун В.Ф.
Похожие статьи
показать еще