Раздел медицины:

Способность опухолевых клеток к инвазии и метастазированию

10735 0
Проникновение в окружающие здоровые ткани и сопряженное с ним образование вторичных очагов опухолевого роста — два основных свойства злокачественного роста.

Рано или поздно в ходе развития большинства новообразований в первичной опухоли возникают клетки, которые проникают в смежные ткани, из них — в сосуды, по которым распространяются в отдаленные области организма и колонизируют их.

Эти отдаленные колонии — вторичные опухоли или метастазы — наиболее опасное проявление прогрессии рака и основная причина смерти онкологических больных.

Инвазию и метастазирование нельзя считать явлениями, возникающими «на пустом месте» и только у опухолевых клеток. Как и другие эффекты онкогенов, инвазивно-метастатические феномены основываются на извращении и несвоевременном проявлении программ, присущих геному нормальных клеток.

Так, способность к инвазии и метастазированию заложена в эмбриональных клетках в ходе органогенеза, лежит в основе врастания нормального трофобпаста в матку, проявляется при заживлении ран и т.д.

В тоже время не всем малигнизированным клеткам первичной опухоли присуща способность к инвазии и метастазированию. Понятно, что успешное осуществление этих процессов, как и формирование первичной опухолевой массы, зависят от уже изложенных выше характерных особенностей рака.

Однако финальному этапу канцерогенеза способствуют дополнительные клеточные изменения. Инвазия и метастазирование по существу, это две стороны одного и того же явления. Ранее инвазивность и способность метастазировать истолковывались чисто механически — как результат «безудержного» роста и проникновения клеток опухоли в крово- и лимфоток.

В настоящее время установлено, что это сложный многокомпонентный генетически запрограммированный процесс. Он имеет свою информационную основу, генетическое обеспечение и базируется на типовых механизмах, в реализации которых важная роль отводится ферментам и цитокинам.

Метастазированию предшествуют размножение опухолевых клеток и инвазия их в окружающую опухоль строму. На патогенетическом уровне они тесно связаны между собой, что и оправдывает их объединение в единое свойство опухолевых клеток.

Так, раковая клетка вначале освобождается от прикреплений к соседним клеткам, «проламывает» базальную мембрану своего эпителия, потом преодолевает стромальную ткань и далее проникает в сосуд через его базальную мембрану. По сосудам эта клетка перемещается из первичной опухоли в удаленные от нее здоровые органы и ткани, в которых она в обратном порядке проходит ступени указанного «проламывания» (из сосуда в стромальную ткань).

Однако, с методологических позиции целесообразно рассматривать этот механизм как два последовательных процесса:

а) инвазия опухопевых клеток во внеклеточный матрикс;
б) васкупярная диссеминация, поселение и приживление опухолевых клеток в других тканях.

Механизмы инвазии опухолевых клеток во внеклеточный матрикс

Напомним, что составные части тканей организма разделены матриксом В его состав входят базальные мембраны и стромальная соединительная ткань В ходе продвижения опухолевые клетки, взаимодействуют с внеклеточным матриксом на различных этапах метастатического каскада в виде четырех последовательных этапов: разъединение или освобождение злокачественных клеток друг от друга; прикрепление к компонентам матрикса; расщепление матрикса; миграция опухолевых клеток в межклеточном веществе.

Разъединение и обособление (диссоциация) злокачественных клеток в первичном узле опухоли является ключевым событием в обеспечении инвазии. Нормальные клетки прикреплены друг к другу или к компонентам матрикса с помощью молекул адгезии.

Межклеточную адгезию обеспечивают в основном кадгерины. среди которых наиболее изучен белок Е-кадгерин, действующий как супрессор инвазии и метастазирования.

Установлено, что разъединение и освобождение клеток из первичной опухоли возникает после утраты межклеточных связей вследствие снижения уровня молекул Е-кадгерина, как это схематически представлено на рисунке 3.20.

obchon_r3.20.jpg
Рис. 3.20. Механизм нарушения межклеточных контактов. Утрата молекулы клеточной адгезии (Е-кадгерина), может запустить метастатический процесс [Kirbyк S.; цит. по Моисеенко В.М. и соавт., 2004].

Вероятно, понимание этого механизма открывает новые терапевтические подходы для предупреждения рецидивов, метастазов и разработки новых лечебных воздействий на остаточные клетки опухоли.

Прикрепление опухолевых клеток к внеклеточному матриксу

Утрата межклеточной фиксации приводит к увеличению потери фракции раковых клеток из опухоли. Дальнейший ход инвазии и метастазирования будет зависеть от возможности преодоления малигнизированными клетками внеклеточного матрикса.

Однако для этого они вначале должны прикрепиться к его компонентам (в частности, к паминину, фибронектину, коллагену), т.е. пройти этап адгезии (лат. adhaesio — прилипание).

Доказано, что фиксация опухолевых клеток к матриксу опосредована рецепторами прикрепления, среди которых кардинальную роль играют интегрины. Установлена прямая зависимость между плотностью распределения рецепторов прикрепления и способностью раковых клеток к инвазии.

Поэтому, с точки зрения противоопухолевой терапии, вероятно, возможно создание лечебных средств интегриннаправленного действия, например антител против интегринов. Подобные препараты могут быть направпены на биологические процессы не только в опухоли, но и при артериальном рестенозировании, тромбозе, остеопорозе и т.д.

Расщепление внеклеточного матрикса

После фиксации в матриксе раковые клетки должны проложить себе пути для миграции, что требует активного ферментного расщепления протеазами компонентов матрикса. Протеазы вырабатываются самими опухолевыми клетками, либо местными клетками стромы (фибробластами, макрофагами) и подразделяются на пять групп.

Центральную роль в протеолитической деградации матрикса при инвазии играют матриксные металлопротеиназы. (matrix metalloproteinases, ММР). Это семейство эндопротеаз (их известно более 20) содержит атом металла и способно разрушить большинство компонентов базальной мембраны и матрикса.

Очевидным следствием деструкции матрикса является создание путей или «каналов» для инвазии раковых клеток. Известно, что высокие уровни протеаз у больных раком являются прогностически неблагоприятным фактором и сопровождаются значительным снижением выживаемости.

Поэтому можно считать весьма перспективным применение лекарственных препаратов, ингибирующих продукцию матриксразрушающих протеаз, для хотя бы частичного подавления инвазивного и метастатического процесса.

Миграция опухолевых клеток

На следующей ступени инвазии происходит передвижение в матриксе раковых клеток, приобретших локомоторный фенотип, через уже сформированные «каналы». Сам процесс миграции осуществляется посредством повторных актов локомоции вследствие активации хемотаксиса, который обеспечивается хемокинами.

Они вырабатываются самими опухолевыми и/или клетками окружения. К хемокинам относятся аутокринные факторы самопроизвольной подвижности, а также некоторые факторы роста (инсулиноподобные и др.). Ответ на органоспецифические хемокины, вероятно, может определять особые пути миграции и места экстравазации метастатических клеток.

Вероятно, поэтому карциномы желудка часто метастазируют в надпочечники, хотя закономерностями васкуляризации это совсем не диктуется.

На процесс инвазии могут влиять и другие факторы. Так, выбор направления миграции опухолевых клеток может определяться градиентом рН и давления кислорода. Клетки перемещаются из зон с высокими или низкими значениями этих показателей в область с нейтральными.

Инвазии опухолевых клеток способствует возрастающее давление внутри ткани опухоли за счет быстрого размножение клеток и развития местного отека вследствие пережатия лимфатических путей. Увеличенное давление выталкивает по пути наименьшего сопротивления опухолевые клетки за пределы опухоли в прилегающие ткани.

Кроме того, опухолевые клетки редко проникают в такие плотные ткани, как фасции, кость или толстостенные артерии и артериолы, а продвигаются вдоль линий наименьшего сопротивления, образуемых соединительнотканной стромой.

Существенную роль в инвазии играет также пролиферация окружающей опухоль соединительной ткани. Ее пролиферирующие клетки, обеспечивая механическую поддержку и питание опухоли, создают дополнительные условия направленной миграции опухолевых клеток.

Кроме того, достаточно часто наблюдается обильная околоопухолевая клеточная инфильтрация преимущественно лимфоцитами, плазматическими клетками, гистиоцитами, макрофагами, что расценивается как активная клеточная иммунная реакция. Замечено, что она исчезает с началом метастазирования.

Полагают, что именно такое подавление иммунной системы в ходе роста опухоли и создает благоприятные условия для образования метастазов. После преодоления малигнизированными клетками внеклеточного матрикса по «каналам деградации» начинается очередная ступень метастатического каскада: стадия интрабазального распространения злокачественных клеток, механизмы которого изложены в следующем разделе.

Механизмы метастазирования (метастатического каскада). После того, как раковые клетки попали в матрикс, начинается собственно процесс метастазирования, который состоит из серии последовательных и взаимосвязанных этапов (рис. 3.21).

obchon_r3.21.jpg
Рис. 3.21. Схема принципиальных этапов метастазирования злокачественных новообразований [Cotran R.S., и соавт., 1989].

Каждый из них проходит на фоне цитотоксических влияний иммунной системы, воздействия лекарств и в условиях конкуренции с локальными нормальными клеточными клонами.

Интравазальная инвазия опухолевых клеток

На этой стадии также продолжаются согласованные тканевые процессы в виде скоординированных реакций протеолиза и активного передвижения клеток. Проникновение опухолевых клеток в лимфатические и кровеносные капилляры осуществляется путем ферментолиза сосудистых стенок по механизмам, изложенным при описании процесса инвазии в матрикс.


Что касается кровеносной системы, то интравазация чаще происходит в артериальные сосуды. Считается, что прямой интравазации неопластических клеток в вены препятствует их спадение в опухолях. Однако в вены раковые клетки могут заноситься из сосудов лимфатических.

Важную роль в интравазации играет также «неполноценность» структуры сосудов опухолей. Сосуды нормальных тканей и доброкачественных опухолей окружены непрерывными базальными мембранами.

Стенки мелких сосудов опухолей устроены по типу капилляров из одного слоя эндотелия, околососудистая соединительная ткань относительно скудная и поэтому имеется большое количество щелевых дефектов между эндотелиальными клетками, через которые подобно макрофагам и лимфоцитам, опухолевые клетки проникают в сосуды в лимфатических капиллярах базальная мембрана вообще отсутствует.

Дефектность или полная утрата базальной мембраны объясняется снижением синтеза ее компонентов или повышением активности разрушающих ее протеаз.

Циркуляция злокачественных клеток по лимфо- и/или гематогенному руслу

При попадании в сосуд клетки должны перенести процесс транспортировки, поскольку часто их гибель связана с относительно большей чувствительностью к иммунным и неиммунным защитным механизмам, включая турбуленцию кровотока и травму клеток во время циркуляции.

Вначале они покрываются фибрином и тромбоцитами, формируя микротромбоэмбол с опухолевой «сердцевиной», что свидетельствует о важной роли системы гемостаза в механизмах развития гематогенных метастазов.

Так, хорошо известно, что опухолевые клетки могут взаимодействовать с факторами системы коагуляции крови через выработку тромбокиназы или индукцию агрегации тромбоцитов.

Поэтому циркулирующие в крови опухолевые клетки легче прикрепляются к сосудистой стенке капилляров, если они вовлекаются в состав микротромбоэмболов. В прежние поды выдвигались версии, что метастазирование можно подавить антикоагулянтами (стрептокиназой, аспирином, гепарином и др.). однако информация о клинической эффективности антикоагулянтов как средств, препятствующих метастазированию, крайне скудна и противоречива.

Опухолевая эмболия представляет собой внутрисосудистый этап метастазирования и характеризуется тем, что циркулирующие в сосудах опухопевые клетки весьма подвержены разрушающему воздействию иммунной системы и в частности NK-клеток.

Как раз одним из факторов, защищающих раковые клетки от иммунных воздействий, и является образование микротромбоэмболов. Это, а также секреция в микроэмболах тромбоцитами факторов роста значительно увеличивает вероятность выживания и успешной имплантации неоппастических клеток.

Прикрепление злокачественных клеток к стенке сосудов предшествует выходу их за пределы лимфососудистого русла. Процесс адгезии клеток хорошо изучен методом прижизненной видеомикроскопии. Было обнаружено, как циркулирующие раковые клетки уменьшаются в размерах, затем прижимаются к эндотелию и деформируются.

Последнее изменение долго трактовалось как признак разрушения и массивной клеточной потери, превращающей метастазирование в неэффективный процесс. Однако, по последним данным, среди деформированных клеток процент их, сохраняющих способность к выживанию и экстравазальному размножению, достигает 80.

Через несколько часов после указанной задержки раковые клетки вытягиваются вдоль эндотелия и происходит собственно адгезия. В процессе прилипания участвуют некоторые интегрины, молекулы адгезии эндотелия, межклеточные молекулы адгезии и другие вещества.

В отношении адгезивных процессов в лимфатическом русле известно еще меньше.

Полагают, что фиксация опухолевых эмбопов происходят вообще не в капиллярах, а в лимфатических сосудах и связана с особенностями их анатомического строения. Как известно, лимфатические сосуды состоят из клапанно-сократительных сегментов, именуемых лимфангионами. Элементы опухоли обычно прикрепляются в области створок полулунных клапанов лимфангионов.

Определенное значение имеет и то, что лимфатические сосуды прерываются в лимфатических узлах, где рост клеток приводит к формированию метастаза, блокаде лимфатических путей и развитию коллатералей.

Установлено, что такие факторы, как стресс, операция, цитостатики, лучевая терапия могут повышать «прилипаемость» злокачественных клеток к сосудистому эндотелию и усиливать тем самым их диссеминацию в организме.

Экстравазация злокачественных клеток

Если опухолевым клеткам удается выжить после циркуляции с током лимфы или крови, то затем они должны выйти из сосудов и проникнуть в окружающую их ткань в других участках организма.

При этом этапы и способы инвазии осуществляется по тем же механизмам, что и при выселении и перемещении злокачественных клеток из первичной опухоли за пределы базальных мембран: диссоциация, фиксация к матриксу, его расщепление и миграция по образованным каналам вглубь внеклеточного вещества.

Размножение опухолевых клеток в зоне экстравазальной инвазии, формирование метастатического очага

В экстрацеллюлярном матрикре отдаленных от первичной опухоли органов и тканей опухолевые клетки начинают размножаться и образуют новые (дочерние) очаги. Эти метастазы могут в свою очередь давать начало новым метастазам (так называемые «метастазы из метастазов»).

Однако большинство раковых клеток на новом месте не выживают и погибают от недостатка питания или уничтожаются иммунной системой. Для начала такого роста опухолевая клетка должна обладать колониеобразующей способностью и, как в случае первичной опухоли, синтезировать ангиогенные факторы дпя развития «собственной» сосудистой системы.

Приживление метастаза также требует стимуляции роста опухолевых клеток, преодоления ими на новом месте воздействия иммунокомпетентных клеток.

Следовательно, в основе неэффективной «метастогенности» раковых клеток лежит вовсе не выраженное интраваскулярное их разрушение, как считали прежде, а механизмы, контролирующие их рост за пределами сосудов. Именно местные тканевые факторы играют здесь решающую роль, что может быть использовано как один из возможных путей патогенетической антиметастатической профилактики и терапии рака.

Таким образом, для того чтобы опухолевые клетки освободились из первичного узла, затем проникли в лимфатическое или кровеносное русло и начали вторичный рост в какой-либо дистантной локализации, им нужно пройти ряд ступеней метастатического каскада.

Достижение и завершение его возможно лишь при условии, что раковые клетки из первичной опухоли будут способны к выживанию, поскольку на каждой ступени каскада они подвергаются множеству различных воздействии и в принципе могут погибнуть.

В эксперименте показано, как, несмотря на то, что ежедневно из злокачественной опухоли в кровоток проникают миллионы клеток, лишь менее 0,05% их способны в итоге образовать всего несколько метастазов.

Основы такой непродуктивности в отношении потенций к метастазированию заложены в гетерогенности и генетической нестабильности фенотипа злокачественных клеток первичной опухоли. Лишь некоторые субклоны обладают той комбинацией генных продуктов, которая необходима для их выживания.

Молекулярные механизмы этого отбора сложны, отличаются в различных тканях, в них задействованы многие генетические программы. Этот аспект канцерогенеза — один из наиболее сложных, запутанных и наименее изученных. Сейчас уже известно, что белки нескольких классов вовлечены в инвазивные и/или метастатические процессы.

К таким белкам относятся молекулы межклеточной адгезии (Е-кадгерин) на эпителиальных клетках. Утрата функции кадгерина в результате мутационной инактивации его гена может запускать метастатический процесс за счет облегчения отделения от опухоли злокачественных клеток.

Значит, ген Е-кадгерина является супрессором инвазии и метастазирования эпителиальных раков, а его функциональное выключение представляет собой ключевой этап приобретения этих свойств. Второй важнейший фактор инвазивности и метастазирования — матрикслизирующие протеазы.

В опухоли протеазные гены активируются, а гены ингибиторов протеаз подавляются и появление большого количества активных протеаз существенно облегчает инвазию «метастогенных» опухолевых клеток в строму и через стенки сосудов.

Изменение специфичности связывания других молекул адгезии и интегринов — также важный момент приобретения инвазивности и способности к метастазированию.

По-видимому, существуют гены, подавляющие метастазирование. Так, например, изучается ген пт23 (nonmetastatic), который в экспериментальных и клинических исследованиях способен противодействовать метастазированию рака молочной железы.

Очевидно, что индукция ангиогенеза и формирование сети кровеносных сосудов, как в первичной опухоли, так и в метастазе также является одним из главных условий метастазирования. Именно образование новых кровеносных сосудов позволяет опухолям расти, создавать пути эвакуации их клеткам из первичного очага и способствовать приживлению образовавшегося спонтанного аутотрансплантата в других органах и тканях.

Таким образом, способность к метастазированию складывается из комплекса более простых признаков: диссоциация злокачественных клеток, приобретение ими повышенной противолитической активности и локомоторного фенотипа, способность стимулировать ангиогенез, возникновение независимости от субстрата и др. Появление каждого из этих признаков увеличивает вероятность развития метастазирования.

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