Раздел медицины:
Онкология

Апоптоз и противоопухолевая терапия

1220 0
Снижение способности к апоптозу играет существенную роль в развитии многих опухолей, осуществляется это с помощью различных механизмов, анализ которых может быть полезен для понимания существующих и поиска новых путей подавления опухолевого роста.

Наиболее хорошо изученным механизмом подавления апоптоза, лежащего в основе наработки опухолевого клона, является аутокринное и паракринное повышение экспрессии ростовых факторов и рецепторов к ним, возникающее в опухолевых клетках вследствие активации онкогенов. Именно это свойство делает клетки опухолевого клона независимыми от микроокружения и лежит в основе их метастазирования.

Кроме того мутация онкогена нередко сопровождается извращением его функции. Типичным примером такого механизма наработки опухолевого клона является хронический миелолейкоз, при котором транслокация t(9;22), известная под названием Филадельфийской хромосомы, приводит к образованию химерного гена abl/bcr, продуктом которого является онкобелок, обладающий повышенной тирозинкиназной активностью и служащий важным звеном в передаче антиапоптотических сигналов в клетке. Механизм антиапоптотической активности этого онкопротеина расшифрован совсем недавно. В норме онкопротеин, кодируемый с-аbl-геном, участвует в реализации программы апоптоза во многих клеточных системах.

Онкопротеин р-210, кодируемый химерным abl/bcr-геном при хроническом миелолейкозе, или онкопротеин р-185, секретирующийся тем же химерным геном при остром лимфобластном лейкозе, обладают противоположной, антиапоптотической активностью — предохраняют клетки от облучения, цитотоксических препаратов и проапоптотических сигналов, возникающих при связывании FAS-рецептора. Осуществляется это путем блокирования ВАХ-гена и задержки выхода цитохрома-С из митохондрий.

Другой пример — мутация онкогена с-mус. В норме экспрессия онкогена с-mус выражается в усилении пролиферации и в то же время способствует аресту клетки и апоптозу при прекращении действия на нее ростовых факторов. Такой физиологический механизм направлен на ограничение накопления пролиферирующих клеток. На модели мышинной лимфомы и опухолево-трансформированной линии фибробластов показано, что мутация с-mус в опухолевых клетках сопровождается разобщением этих функций, при этом с-mус-онкобелок отключает апоптоз в поврежденных пролиферирующих клетках, активируя Всl-2 ген, либо препятствуя активации apaf-комплекса.

Другим механизмом поломки апоптоза в опухолевых клетках является мутация в генах, контролирующих суицидальную программу. В ряду этих процессов находится хорошо изученная оверэкспрессия Всl-2 гена, тормозящего апоптоз, что лежит в основе развития не только В-клеточной фолликулярной лимфомы человека, но и многих других опухолей.

Онкогенная трансформация клетки часто сопровождается мутацией в Р53 гене и превращением его из индуктора в ингибитор апоптоза, что является во многих случаях ключевым механизмом в наработке опухолевого клона. Именно этот ген должен явиться сенсором множества сигналов, возникающих при наработке опухолевого клона и призванных включить апоптоз. К ним относятся: снижение поступления ростовых факторов; потеря межклеточных взаимодействий и связей с микроокружением; гипоксия вследствие недостаточного кровоснабжения; повреждение ДНК в результате мутаций и воздействия токсинов; укорочение теломера вследствие митогенного стресса и др.

Все эти факторы должны включать апоптоз через посредство Р53 гена, как это было показано ранее. При снижении его активности или в результате патологической мутации этого не происходит, что лежит в основе накопления опухолевых клеток и дальнейшей опухолевой прогрессии. Мутация в гене Р53 является также одним из факторов метастазирования опухоли, так как разрешает опухолевым клеткам длительно пребывать в суспензии без поддержки специфического микроокружения, что в норме должно было бы завершиться апоптозом.

Мало изученным, но не менее важным, как в понимании онкогенеза, так и в поисках новых путей коррекции его, является торможение апоптоза в результате нарушений его эффекторных механизмов и путей передачи проапоптотических сигналов. В этом отношении особый интерес представляет промиелоцитарный острый лейкоз. Как показали исследования последних лет, в основе развития этой опухоли лежит транслокация t(15;17), в результате которой происходит слияние PML гена (хр.15) с геном рецептора ретиноевой кислоты (хр.17).

В результате этого слияния образуется химерный ген PML/RARa, маркирующий заболевание. Дальнейшие исследования показали, что химерный ген PML/RARa бывает трех разновидностей в зависимости от того, в каком интроне PML гена произошла поломка. При этом только одна из них, так называемая, длинная форма транскрипта (поломка в 6 интроне PML гена) продемонстрировала высокую чувствительность к проапоптотическому действию высоких доз трансретиноевой кислоты. Механизм этих событий более подробно рассмотрен в очерке «Резистентность к химиотерапии. Причины и пути преодоления».

При некоторых формах химерного гена этот блок преодолевается введением большой дозы экзогенной ретиноевой кислоты. Есть предположение, что избирательная чувствительность этой формы промиелоцитарного лейкоза к ретиноевой кислоте связана не с особенностями слияния генов, а с сохранением в клетках опухоли активного Р53 гена, при образовании других форм химерного гена происходят дополнительные мутации, в том числе и в гене Р53, ингибирующем апоптоз.

Одним из ключевых моментов развития опухолевого процесса является снижение противоопухолевого иммунного надзора. Известно, что в этих процессах активное участие принимают сами опухолевые клетки, секретируя растворимые иммуносупрессивные факторы и снижая иммуногенную активность экспрессированных на своей поверхности молекул главного комплекса гистосовместимости. Однако исследования последних лет выявили альтернативный механизм подавления опухолевыми клетками иммунного надзора, оказавшийся связанным с апоптозом.

FAS-R, также называемый CD95 или АРО-1, является членом семьи рецепторов к TNF и широко распространен среди клеток разных видов, в том числе Т- и В-лифоцитов и некоторых опухолевых клеток. Связывание FAS-R с FAS-лигандом (FAS-L) индуцирует апоптоз в клетках его экспрессирующих. FAS-L выделяется цитотоксическими Т-лимфоцитами и NK-клетками и является "фактором смерти", индуцирующим апоптоз в клетках-мишенях. Экспрессия FAS-L клетками некоторых территорий (например, стромы глаза или Сертолиевыми клетками яичек) немедленно убивает попавшие туда активированные клетки воспаления, обеспечивая тем самым запрет иммунных реакций на этих территориях.

Эти данные побудили поиск экспрессии FAS-L на опухолевых клетках. Такой поиск увенчался успехом - FAS-L был выявлен в сыворотке больных с лейкозами и лимфомой, а также на клетках некоторых солидных опухолей. FAS-L оказались функционально активными, т.к. способны были убивать клетки-мишени, экспрессирующие FAS - рецептор, при совместном культивировании. Эти данные явились основанием для создания гипотезы, по которой опухолевые клетки могут отражать иммунную аттаку, убивая цитотоксические Т-лимфоциты и NK-клетки.

При этом экспрессия FAS-R на опухолевых клетках часто бывает снижена и/или нарушен механизм реализации поступающих с этого рецептора проапоптотических сигналов. При экспрессии FAS-L на опухолевых клетках его растворимая форма может попадать в циркуляцию, провоцируя клетки, имеющие на своей поверхности FAS- рецептор, к апоптозу и тем самым вызывая мультиорганные поражения, часто наблюдаемые у онкологических больных.

Роль апоптоза в развитии опухолевого роста

Исследования последних лет показали, что противоопухолевые препараты вызывают апоптоз, т.е. индуцируют самоубийство опухолевых клеток, используя те же пути, что и физиологические индукторы апоптоза: стимуляцию гена Р53, модуляцию генов семьи Всl-2, включение FAS-рецептора, активацию эффекторных протеаз и эндонуклеаз, блокирование рецепторов антиапоптотических ростовых факторов и стимуляция проапоптотических. При этом многие опухоли сохраняют способность к апоптозу в ответ на те же стимулы, что и их нормальные аналоги.


Этим объясняется успех антиандрогеновой терапии при раке предстательной железы и частую регрессию опухоли молочной железы при лечении антагонистами эстрогеновых рецепторов. Цитокины могут оказывать проапоптотическое действие и путем повышения уровня эндогенных глюкокортикоидов. Большие дозы препаратов (например, высокие дозы метотрексата) вызывают разрушение клеток путем некроза, что является значительно более токсичным для больного.

Хотя вид клеточной смерти зависит от концентрации препарата, в большей степени выбор остается за клетками. Иными словами, химиопрепараты вызывают апоптоз в клетках, готовых к нему.

Способность к спонтанному апоптозу лейкемических клеток ex vivo коррелирует с их лекарственной чувствительностью. Более того, получены убедительные данные, доказывающие, что наиболее благоприятное течение гипердиплоидных случаев ОЛЛ у детей (с числом хромосом более 51) связано с повышенной способностью этих клеток к спонтанному апоптозу и нечувствительностью к антиапоптотическому действию цитокинов в пробах ex vivo.

apopt10.jpg

Рисунок 1.8. Схема проапоптотического действия химиотерапии. Гипотетические фазы индукции апоптоза в ответ на действие химиотерапевтических препаратов. В фазе I агент вызывает повреждение жизненноважных компонентов клетки (ДНК, РНК, микроканальцы, белковый си нтез): в фазе II - клетка распознает силу и характер повреждения с помощью мало изученных сигнальных механизмов; в фазе III - клетка оценивает степень поражения и принимает адекватное решение (арест, репарация, дифферецировка или апоптоз)

Для объяснения механизмов включения апоптоза химиопрепратами, можно воспользоваться гипотезой, по которой дефект, вызываемый ими в опухолевых клетках, считывается как инструкция к запуску апоптоза.

В соответствии с этой гипотезой клеточная смерть, индуцированная химиопрепаратами, проходит 3 фазы (см.рис.1.8):

1. Повреждение. В этой фазе каждый препарат, действуя на свои мишени (ДНК, РНК, микроканальцы и др.), вызывает их повреждение или дисфункцию.

2. Прохождение сигнала. В этой стадии клетка расшифровывает и оценивает полученное повреждение. Например, повреждение ДНК включает ген Р53, следствием чего, как рассматривалось выше, является остановка клетки при прохождении митотического цикла и при невозможности репарации — апоптоз. Некоторые препараты, например, доксорубицин, могут действовать в обход гена Р53, вызывая апоптоз путем активации Fas-рецептора.

3. Индукция апоптоза. В этой фазе принимается окончательное решение и запускаются механизмы апоптоза в тех случаях, когда репарация невозможна. Нормальные клетки чаще принимают решение выйти из митотического цикла для дальнейшей репарации или дифференцировки. Такое решение раковые клетки принимают редко, значительно чаще выбирая в качестве альтернативы — апоптоз.

Необходимо отметить высокую готовность к апоптозу кроветворной ткани и опухолей, исходящих из нее, что скорее всего объясняет лучшую эффективность химиотерапии при гемобластозах по сравнению с солидными опухолями. Способность клеток-предшественников кроветворной ткани человека к апоптозу находится в обратной зависимости от возраста, чем, вероятно, частично можно объяснить лучшую курабельность острых лейкозов у детей, чем у взрослых.

Несмотря на существенное улучшение результатов химиотерапии в онкологии, достигнутое в последние годы за счет повышения ее интенсивости и отработки методов сопроводительной терапии, в определенном проценте случаев, иногда значительном (в зависимости от вида опухоли) развивается резистентность к химиопрепаратам. Это препятствует полной эррадикации опухоли и обрекает лечение на неудачу. Дальнейшее улучшение результатов химиотерапии в онкологии связано в значительной мере с преодолением лекарственной резистентности.

Новая стратегия противоопухолевой терапии

Новая стратегия противоопухолевой терапии, ориентированная на апоптоз, может включать два направления:

  • снятие резистентности к проапоптотическому действию химиотерапии;
  • индукция апоптоза в опухолевых клетках альтернативными путями.

К первому направлению относятся попытки использования олигонуклеотидных антител и специфических химиопрепаратов, направленных на подавление активированных генов антиапоптотической активности, таких, как ген Вс1-2 или химерный ген abl/bcr. Инактивация Всl-2 гена может быть достигнута направленными антителами или антителами к Bcl-2-РНК, а также использованием сплайсовых форм этих генов, работающих как специфические доминантные ингибиторы. Тот же эффект в эксперименте был достигнут применением олигонуклеотидных антител, направленных на подавление белка Survivin — ингибитора каспазы-3, экспрессия которого часто оказывалась высокой в опухолевых клетках и способствовала развитию резистентности к химиотерапии.

Такое выключение ведущих генов апоптоза не представляется очень опасным для нормальных тканей, так как пути апоптоза различны в разных тканях, например, потеря Вс1-2 гена хорошо переносится вне иммунной и почечной систем.

Обнадеживающие результаты получены при экспериментальной терапии, мишенью которой является ген Р-53. Многие опухоли содержат, как известно, ген Р-53-мутант, препятствующий апоптозу опухолевых клеток в ответ на действие химиотерапии. Некоторые фармакологические компании разрабатывают клинические протоколы, в которых с помощью аденовирусного вектора вызывают лизис клеток, содержащих только мутировавший ген Р-53. Другой терапевтический подход представляет из себя генотерапию, в процессе которой с помощью модифицированного ретро- или аденовируса в опухолевые клетки вносится дикий тип гена Р-53, включающий апоптоз в ответ на химиотерапию в эксперименте.

Существенным направлением современной терапии является дискриминация между способностью убивать нормальные и опухолевые клетки, т.е селективная защита нормальных клеток. Последние исследования онкогенов и путей передачи сигналов дают такую возможность. Так, фармакологическая инактивация дикого типа Р53 в нормальных клетках может предохранить их от цитотоксических доз ДНК-повреждающих средств. Тот же эффект достигается в экспериментальных исследованиях по внесению гена дегидрофолатредуктазы (инактивирующей метотрексат) в нормальные клетки.

Ко второму направлению относится попытка индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, экспрессирующих FAS-рецептор, которая была предпринята с помощью антител, направленных против него, и увенчалась быстрой селективной гибелью этих клеток. Т- и В- лимфоциты, также экспрессирующие этот антиген, не подверглись смерти, что дает новое понимание различия путей апоптоза в нормальных и опухолевых клетках.

Поиск различий в путях реализации апоптоза опухолевыми и нормальными клетками и использование их в терапевтических целях — новое перспективное направление в противоопухолевой терапии.

Е.Б. Владимирская
Похожие статьи
показать еще
 
Категории