Ассоциированные с опухолью фибробласты

Известно, что опухоль в своем развитии проходит стадию, когда она начинает распространяться по организму (метастазировать). Для того, чтобы раковым клеткам пробиться в кровоток, им нужны помощники, которые бы смогли расчистить путь к кровеносным сосудам. Дело в том, что определенные клетки, называемые фибробластами, защищают организм от свободного перемещения клеток, создавая непроходимый слой и скрепляя клетки внеклеточным матриксом.

И чем сильнее эти фибробласты, тем труднее раковым клеткам пробиться сквозь них. Например, известно, что часто, во время вскрытия уже умерших людей, у них обнаруживаются микро-опухоли, которые не смогли при жизни распространиться, ограничившись своим местом первоначального зарождения и малыми размерами. Не малую роль в сдерживании подобных спящих опухолей играют и фибробласты.

Именно поэтому раковая опухоль использует интересный способ для обмана клеток организма – она привлекает к себе и модифицирует предшественников фибробластов из разных органов тела. Такие измененные для помощи опухоли клетки называются – ассоциированными с опухолью фибробластами (CAFs). Эти измененные фибробласты (CAFs) достаточно сильно отличаются от обычных фибробластов, обладая такими свойствами, которые помогают раковым клеткам передвигаться. Интересно, что один раз перепрограммированные фибробласты уже не могут возвратиться в нормальное состояние и сохраняют свои способности даже тогда, когда на них не воздействует раздражители, выделяемые опухолью.

Для того чтобы привлечь и активизировать фибробласты, опухоль испускает различные вещества. Например, Тромбоцитарный фактор роста (PDGF), выделяемый раковыми клетками, стимулирует CAFs на помощь в продвижении опухолевых клеток по ткани. А Основной фактор роста фибропластов , также испускаемый опухолью, стимулирует и продвижение раковых клеток и изменение обычных фибробластов в ассоциированные с опухолью. В тоже время, различные цитокины, например IL-6 , стимулируют выработку CAFs.

Понимая серьезную роль, которую играют измененные фибропласты, в распространении раковых клеток, ученые считают эти CAFs, как одну из основных целей по подавлению развития опухоли. В частности, недавнее исследование датских ученых по созданию специальных веществ, блокирующих фибробласты CAFs, прошло успешные испытания в пробирке. Во время эксперимента ученым удалось достичь торможения раковых клеток при перемещении к тканям печени и легких.

ПРИРОДА ПРОТИВ РАКА информирует читателей о существовании исследований, которые показывают наличие уже сейчас естественных веществ, способных влиять на активность измененных фибробластов CAFs, тем самым тормозя опухолевый процесс.

К этим веществам ученые отнесли:
• Мелатонин – естественный гормон человека, вырабатываемый шишковидной железой во время сна
• Куркумин - вещество, входящее в состав растения куркумы.

Первый автор работы Клэр Веннин.

Credit: Институт медицинских исследований Гарвана.

Рак поджелудочной железы — один из самых агрессивных и летальных видов рака. Пятилетняя выживаемость онкологических больных с опухолью поджелудочной железы составляет всего около 7%. Австралийские исследователи из Института медицинских исследований Гарвана и Центра рака Кингхорна в Сиднее, опубликовавшие статью в журнале Nature Communications, похоже, нашли причину такого агрессивного поведения этой разновидности опухоли. Оказывается, злокачественные клетки поджелудочной железы активно изменяют клетки своего окружения, которые затем помогают им распространяться по организму путем метастазов.

В клетках злокачественной опухоли, как правило, изменяется ген TP53, кодирующий белок p53, который в норме служит онкопротектром, обеспечивая ремонт ДНК после повреждений или элиминацию поврежденных клеток. В раковых клетках ген TP53 мутирует, причем мутации могут быть двух видов. Одни приводят к тому, что белок p53 не синтезируется (ноль-мутации), а другие — к тому, что синтезируется мутантный белок (p53 R172H) , который не защищает от рака, а делает его более агрессивным. На мышиной модели ученые показали, что мутации первого типа происходят в клетках менее агрессивного рака, который слабо метастазирует. Мутации второго типа характерны для активно метастазирующих опухолей.

Ученые обратили внимание на окружение раковых клеток — стромальные фибробласты, клетки соединительной ткани, образующие внеклеточный матрикс в составе опухоли. Из предыдущих наблюдений было известно, что клетки рака поджелудочной железы часто изменяют структуру внеклеточного матрикса вокруг себя, как-то взаимодействуя со стромальными фибробластами.

Чтобы разобраться в деталях этих межклеточных взаимодействий, авторы работы провели эксперимент в клеточной культуре. Из опухолей мышей с моделью рака поджелудочной железы они выделили раковые клетки и стромальные фибробласты. Опухоли у подопытных мышей были как метастазирующими, так и неметастазирующими. В клеточной культуре наблюдали за взаимодействием разных типов клеток и анализировали, что при этом происходит.

Прежде всего, оказалось, что фибробласты из метастазирующей опухоли содержат гораздо больше фибриллярного коллагена, чем фибробласты из неметастазирующей опухоли. Выяснилось, что фенотип фибробластов может быть изменен под влиянием раковых клеток. Нормальные фибробласты, которые культивировались совместно с агрессивными раковыми клетками из метастазирующих опухолей, наращивали содержание фибриллярного коллагена и меняли структуру матрикса. А менее агрессивные раковые клетки, помещенные в среду фибробластов из более агрессивных опухолей, становились более агрессивными.

Разбираясь в механизмах взаимодействий, ученые обнаружили, что агрессивные раковые клетки выделяют вещество под названием перлекан (HSPG2, относится к классу протеогликанов, входит в состав клеточных мембран), и именно его молекулы изменяют окружающие фибробласты. Используя технологию геномного редактирования, они ограничили содержание перлекана в агрессивных раковых клетках. Это привело к тому, что клетки снизили свою способность к распространению.

Эксперименты на мышах показали, что уровень перлекана в клетках рака поджелудочной железы влияет как на образование метастазов, так и на способность опухоли отвечать на химиотерапию.

После рождения, фибробласты представляют собой сложную систему [дифферон) клеток, различающихся по степени дифференцировки, морфологическим и функциональным характеристикам. Помимо собственно фибробластов в диф-ферон входят адипоциты, фиброкласты, фиброциты [представляющие собой конечную стадию дифференцировки фиброб-ластов), миофибробласты, являющиеся т. н. активированной формой фибробластов, и некоторые другие клетки, родственность которых с фибробластами остаётся спорной [например, периваскулярные клетки) [1].

Недавние работы исследователей из Medical University of South Carolina (USA), указывают на то, что фибробласты могут происходить из гемопоэтической стволовой клетки (ГСК) костного мозга [9,10]. Ранее группа продемонстрировала, что мезангиальные клетки почек [9], а также мик-роглиальные и периваскулярные клетки головного мозга [10], считающиеся специализированными тканевыми типами фибробластов, происходят из ГСК. В работах, опубликованных в журнале Experimental Hematology, исследователи подтверждают свою гипотезу о гемопоэтическом происхождении фибробластов.

Аналогично морфологии нормальных тканей, фибробласты являются самым распространенным клеточным элементом стромы солидных опухолей, где они продуцируют структурные компоненты экстрацеллюлярного матрикса, необходимого для развития опухоли. LaRue изучила способность ГСК дифференцироваться в матрикс-продуцирующие фибробласты в строме опухоли. Для этого предварительно летально облучённым мышам проводилась трансплантация клона клеток, полученных из одной ГСК, меченной зелёным флуоресцентным белком (EGFP). Эти клетки характеризовались экспрессией молекул Sca-1 и C-kit, а также отсутствием маркёра стволовых клеток крови CD34. Каждый клон содержал не более 20 клеток. Затем мышам, демонстрировавшим высокий энграфтинг EGFP+ клеток (более 50%), после восстановления гемопоэза подкожно вводились опухолевые клетки меланомы или лёгочной карциномы Льюиса, после чего был проанализирован клеточный состав развившихся у животных опухолей.

Меченые клетки, в большом количестве обнаруженные в строме опухолей, демонстрировали морфологию, характерную для фибробластов. В этих клетках идентифицировали характерный для фибробластов маркёр - проколлаген-I. Процент образовавшихся из ГСК фибробластов в среднем составлял 8,3%. Фибробласты стромы, имевшие иное происхождение, не отличались от меченых ни морфологически, ни экспрессией коллагена-I. Оказалось, что некоторая часть меченых клеток экспрессирует также мышечный актин (alpha-SMA), то есть ГСК могут давать начало не только фиброблас-там, но и их активированной форме - миофибробластам.

Помимо этого, среди EGFP+ клеток были обнаружены клетки, обладавшие нехарактерной для фибробластов морфологией, которые были тесно ассоциированы с кровеносными сосудами. С помощью антител к CD31 (маркёру эндотелиальных клеток сосудов) был определён высокий уровень экспрессии CD31 в областях опухоли с большим количеством этих клеток. Исследователи решили проверить, действительно ли EGFP+ клетки экспрессируют CD31. На снимках с большим увеличением оказалось, что EGFP+ клетки, плотно прилегающие к стенке сосуда, демонстрировали характеристики периваскулярных клеток стромы, хотя они не экспрессировали ни alpha-SMA, ни NG2 - характерных молекул перицитов. Авторы отнесли эти клетки к особым фибробла-стоподобным перицитам.

Чтобы исключить возможность слияния EGFP+ клеток с соматическими, авторы прибегли к трансгендерной трансплантации: раковые клетки от самок пересаживались самцам, а затем анализировались на наличие Y-хромосомы. Однако в строме опухолей не было обнаружено EGFP+ клеток с Y-хромосомой, что указывает на собственную пластичность ГСК.

Исследование in vitro этой же лаборатории продемонстрировало, что фибробласты и фиброциты могут быть выделены в культуре EGFP-меченых клеток костного мозга и периферической крови соответственно. Эти клетки происходили от одной Lin-/Sca-1+/c-kit+/CD34- ГСК, клон которой был пересажен в летально-облучённых мышей [11]. Таким образом, гипотеза происхождения фибробластов из ГСК нашла своё подтверждение в нескольких экспериментах in vivo и in vitro. Также работа LaRue предлагает новые стратегии терапии рака, направленной на конкретные клетки и их предшественники, участвующие в накоплении опухолями злокачественных признаков.

Тем не менее остаётся неясным, какие именно клетки дают начало фибробластам в эмбриогенезе, а также при потере этих клеток в результате повреждений. Так, например, некоторые исследователи предполагают наличие общего предшественника у мезенхимальных и гемопоэтических клеток костного мозга. В этом случае остаются неясными стадии дифференцировки, которые проходят формирующиеся фибробласты. Остаётся несомненным лишь то, что фиб-робластический дифферон, включающий в себя большое разнообразие морфологически и функционально различных стромальных клеток, играет важнейшую роль практически во всех тканевых процессах. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить взаимосвязь между отдельными клетками, входящими в дифферон, и место в нём собственно фибробласта.

Из школьного курса биологии известно, что все живые организмы состоят из клеток. Но ткани многих многоклеточных организмов, прежде всего животных, состоят не только из клеток, но и из внеклеточного матрикса, который обеспечивает клеткам механическую поддержку, помогает сохранять определенное расположение в пространстве и влияет на многие физиологические показатели.

Внеклеточный матрикс — это сложное образование, состав и структура которого зависят от функций, выполняемых тканью или органом. У человека и животных он представляет собой волокнистую структуру, состоящую в основном из гиалуроновой кислоты и структурных белков (коллагена, фибронектина, эластина и других). Взаимодействие между клетками и внеклеточным матриксом имеет огромное значение для многих процессов в норме и при патологии.

Это взаимодействие рассматривают с использованием двух основных подходов — биохимического и физического. Первый из них предполагает определение белков, которые участвуют в формировании контактов между клетками и волокнами матрикса, а также способов передачи сигналов через эти белки. Второй подход задает вопросы, как рельеф и механические свойства матрикса влияют на клетки и как клетки могут влиять на матрикс — делать его жестче или мягче, натягивать и т. п. Ученые сравнительно недавно осознали важность физических параметров и долгое время им не уделяли должного внимания из-за того, что их сравнительно сложно измерить и стандартизовать.

Считается, что существует определенный набор механических параметров внеклеточного матрикса, оптимальных для роста клеток: жесткости, пластичности, деформации, механического напряжения и других. Клетки способны регистрировать эти параметры и реагировать на их изменения — этот процесс называется механотрансдукцией. Если жесткость субстрата и напряжение в нем недостаточны, активируются сигнальные пути, ответственные за синтез компонентов внеклеточного матрикса. Кроме того, клетка натягивает субстрат в местах контактов с ним (в так называемых фокальных контактах). Если же жесткость субстрата и напряжение в нем превышают оптимальные значения, клетка снижает передаваемую субстрату нагрузку, уменьшает секрецию компонентов матрикса и выделяет разрушающие его ферменты (например, металлопротеиназы). Передача внешних механических сил через цитоскелет на ядро приводит к активации механочувствительных каналов на поверхности ядерной мембраны, вследствие чего меняется активность внутриядерных образований: происходит сворачивание хроматина, изменяется доступ ключевых белков к сайтам регуляции и транскрипции генов.

Нарушения регуляции этого цикла может быть причиной различных патологий: фиброза (образование рубцов в различных органах), остеопороза, атеросклероза. Особенное значение механические свойства внеклеточного матрикса имеют в контексте онкологических заболеваний. Несмотря на то что отправной точкой образования опухоли является генетический сбой, развитие опухоли определяется в том числе и процессами, происходящими во внеклеточном матриксе.

Именно поэтому многие опухоли мягких тканей обнаруживают как уплотнения, это часто бывает, например, при раке груди, кожи, предстательной железы и других. Повышенная жесткость опухоли определяется одновременным действием нескольких факторов: быстрого деления клеток, разрастания и уплотнения внеклеточного матрикса, разрастания сети сосудов, в некоторых случаях увеличением давления внеклеточной жидкости. Более жесткие опухоли обычно более устойчивы к химиотерапии, а значит, этот параметр может быть прогностическими и способствовать выбору терапии. На уровне отдельных клеток опухоль не жестче, а мягче: раковые клетки обычно на 20–50% мягче, чем нормальные. Это обычно объясняют тем, что раковые клетки имеют менее развитый актиновый цитоскелет — сеть волокон, которые обеспечивают движение клеток, помогают клеткам поддерживать форму и внутриклеточный транспорт. В здоровых клетках актиновый цитоскелет формирует хорошо заметные протяженные тяжи, а в раковых он сравнительно рыхлый и слабоструктурированный. Проще говоря, раковые клетки при быстром делении не успевают сформировать развитые волокна цитоскелета и меньше нуждаются в нем, чем нормальные клетки.

Как ученые исследуют механотрансдукцию? Для исследования взаимодействия между клеткой и субстратом можно использовать двумерные или трехмерные системы. Двумерные системы используются в клеточной биологии традиционно: клетки обычно выращивают на донышках чашек Петри или планшетов. Однако в последние годы становится ясно, что в таких системах не удается воспроизвести многие биологические особенности, и исследователи переходят к культивированию клеток на гелях. Клетки помещают на поверхность или в объем мягкого геля, который обычно делают на основе коллагена. Варьируя химический состав и условия приготовления геля, можно определить влияние жесткости субстрата на клетки — проследить, как от жесткости субстрата зависят их форма, скорость миграции, скорость деления и другие параметры.

Фото: Предоставлено Дмитриемй Багровым и Анастасией Соколовой

Как клетки меняют внеклеточный матрикс, так и матрикс влияет на их поведение. Более глубокое изучение не только биохимии, но и биофизики этого взаимодействия поможет углубить наши представления о живой ткани и молекулярных механизмах развития заболеваний, а также разработать имплантаты, которые приживаются в теле человека быстрее и менее болезненно, чем ныне существующие.

Дмитрий Багров, ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ; Анастасия Соколова, аспирант биологического факультета МГУ

Конкурирующие интересы: авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

Формальный анализ: комсомол.

Методология: HCH LCL.

Проверка: HYW CMH.

Написание — просмотр и редактирование: CTH.

Все соответствующие данные содержатся в документе и файле поддержки.

Рак молочной железы является наиболее часто диагностированным раком у женщин и ежегодно затрагивает жизни миллионов женщин во всем мире. Конкретная группа составляет примерно 15-20% всего рака молочной железы — это тройной отрицательный рак молочной железы (TNBC). TNBC определяется отсутствием очевидной экспрессии рецептора эстрогена (ER), рецептора прогестерона (PR) или белков HER2 [1]. TNBC имеет более высокий уровень отдаленной рецидивы и более короткую общую выживаемость в метастатической обстановке по сравнению с другими подтипами рака молочной железы. Метастатический TNBC является агрессивным заболеванием, а медианная выживаемость составляет менее одного года. Почти все пациенты TNBC умирают от прогрессирования их заболевания, несмотря на адъювантную химиотерапию [2]. Поэтому срочно необходимы новые противораковые лекарственные средства с более высокой эффективностью и специфичностью.

Примерно 90% смертей от рака молочной железы вызваны локальным вторжением и отдаленным метастазом, однако механизм, лежащий в основе этого события, остается слабо определенным. Эпителиально-мезенхимный переход (ЕМТ), клеточный процесс, критический для нормального морфогенеза, был признан важным механизмом для начальной стадии метастазирования [12, 13]. EMT приводит к потере признаков, характерных для эпителиальных клеток, и к получению мезенхимного характера. Недавние исследования изучили ЕМТ при инвазии опухолей, хеморезистентности и взаимосвязи между раковыми стволовыми клетками 14. Некоторые сигналы, полученные из микроуровней опухоли, такие как фактор некроза опухоли α (TNFα), трансформирующий фактор роста β (TGFβ), IL-6, фактор роста фибробластов (FGF) и эпидермальный фактор роста (EGF), могут вызывать EMT [17-19 ]. Важно исследовать сигналы, опосредуемые этими стимулами микроокружения, при инициировании и контроле ЭМТ и метастазирования рака.

Эмодин (1,3,8-тригидрокси-6-метилантрахинон) является производным антрахинона, присутствующим в корне и корневище Rheum palmatum L. (Polygonaceae). Эта трава широко используется в традиционной китайской и японской медицине. Эмодин обладает рядом биологических активностей, таких как противовирусная, противовоспалительная, противоязвенная, иммуносупрессивная, проапоптотическая и химиопревентивная активности [20]. Однако до сих пор мало доказательств возможного влияния эмодина на инвазию опухоли и метастазы.

В настоящем исследовании мы проверили, были ли фибробласты выделены из тканей пациентов TNBC в зонах опухолевой нагрузки (CAFs), дистальные нормальные зоны (NFs) и интерфейсные зоны (INF), внесли отличительные микроэкологические воздействия на TNBC. Наши результаты показали, что фибробласты, выделенные из разных зон, отличаются по своей способности индуцировать ЕМТ. Кроме того, мы также тестировали, может ли emodin ингибировать способность различных фибробластов стимулировать TNBC прогрессирование. Наши результаты показали, что эмодин ингибировал ЕМТ, индуцированный CAFs или INFs. Эти данные свидетельствуют о том, что emodin является перспективным кандидатом на профилактику TNBC.

Соединения emodin и 4 ‘, 6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI) были приобретены у Sigma Chemical Co. (Сент-Луис, Миссури, США). Рекомбинантный TGF-β человека был приобретен у R & D Systems (Миннеаполис, MN, США). Первичные антитела против улитки, E-cadherin, β-cadherin, MMP-2 и Slug были приобретены у Cell Signaling Technology (Беверли, Массачусетс, США). Первичное антитело против виментина было приобретено у Abcam Inc. (Cambridge, MA, USA). Первичные антитела против Twist были приобретены в Santa Cruz Biotechnology (Санта-Крус, Калифорния, США). Первичное антитело против β-актина было приобретено у Sigma Chemical Co. (Сент-Луис, Миссури, США). Вторичные антитела, HRP-конъюгированные IgG против мышиного IgG и IgG козлиного кролика, были получены от Millipore (Billerica, MA, USA).

Клетки BT20 (ATCC® HTB-19 ™) были приобретены в Американской коллекции типовых культур (Manassas, VA, США). Клетки BT20 культивировали в DMEM / F12, дополненной 10% фетальной бычьей сывороткой (FBS). Клетки выращивали в увлажненном инкубаторе, который обеспечивал атмосферу с 5% СО2 при постоянной температуре 37 ° С. Материалы, используемые для клеточных культур, были приобретены у Invitrogen (Burlington, Ontario, Canada).

Ткани пациентов ТНБК получали от пациентов, перенесших операцию в Китайском медицинском университетском госпитале, Тайвань. Протокол исследования был одобрен Институциональным наблюдательным советом (IRB) Китайской медицинской университетской больницы (CMUH-104-REC2-121). Все участники подписали письменные формы информированного согласия с подробным описанием использования тканей для проведения всесторонних экспериментов по раку молочной железы. Мы получили образцы опухолей из трех зон: нормальная зона (не менее 10 мм дистальная нормальная ткань с внешней границы опухоли), зона взаимодействия (смежная ткань в пределах 5 мм от внешней границы опухоли) и зона опухоли (ткань в пределах границы опухоли) , Образцы опухолей фиксировали в формалине и внедряли в парафин для рутинного гистопатологического анализа. Остаток использовался для выделения первичных фибробластов, как описано ранее [21].

Клетки фиксировали в течение 20 мин в 3% формальдегиде в PBS, проницали в 0,2% Triton X-100 / PBS в течение 5 мин и блокировали 3% FBS в течение 20 минут. Экспрессию E-cadherin или vimentin в клетках анализировали с помощью конфокальной микроскопии Leica, проводимой с использованием моноклонального первичного антитела. Ядерное окрашивание осуществлялось с помощью DAPI.

CAFs, NFs и INFs были непосредственно совместно культивированы с клетками BT20, как описано ранее [21]. CAF, NFs, INFs или BT20 клетки инкубировали с бессывороточной DMEM / F12, содержащей 5 мкМ CellTracker Green CMFDA (5-хлорметилфлуоресцеиндиацетат, Invitrogen, Берлингтон, Онтарио, Канада) в течение 45 минут при 37 ° C. Раствор заменяли свежей, предварительно нагретой средой в течение дополнительных 2 часов. Клетки дважды промывали PBS, а затем неокрашенные фибробласты или клетки BT20 высевали на тарелки, содержащие фибробласты, окрашенные CMFDA, или клетки BT20, соответственно. Наконец, совместные культуры инкубировали со средой (DMEM / F12, 1% FBS и 100 МЕ / мл пенициллина со 100 мкг / мл стрептомицина) в течение 1 недели. Используя конфокальную микроскопию, окрашенные CMFDA клетки легко отличались от неокрашенных клеток.

Клетки BT20, выращенные до приблизительно 50% слияния, окрашивали CMFDA, а затем совместно культивировали с CAFs, NFs или INFs, соответственно. Клетки разрешали расти до 100% слияния, а затем поцарапаны стерильным наконечником пипетки и промывали PBS для удаления клеточного мусора. Позвольте клеткам расти и закрывать рану в течение 24 часов. Закрытие раны измеряли в десяти случайных полях при 200-кратном увеличении с использованием программного обеспечения Image-Pro Express и инвертированного микроскопа NIKON TE2000-U. Данные трех независимых экспериментов были проанализированы с помощью t-теста с использованием программного обеспечения GraphPad Prism 5.

Вкратце, клетки в 10-см культуральных чашках (1 × 106 на блюдо) обрабатывали указанными в легендах фигур. Пятьдесят микрограммов белкового экстракта загружали в додецилсульфат-полиакриламидные гели натрия, и отделенные белки переносили в нитроцеллюлозные фильтры. Фильтры зондировали соответствующим первичным антителом. Вестерн-блоттинг проводился как недавно описано [22].

Как стало известно, хроническое воспаление и злокачественные опухоли — это два взаимосвязанных процесса:

1) хроническое воспаление вызывает предрасположенность индивидуума к заболеванию опухолями;

2) развивающаяся опухоль индуцирует микро- или макроокружение в виде хронического воспаления, ассоциированного с усилением роста опухоли и появлением метастазов.

Механизмы хронического воспаления при опухолях

Ещё в ХIХ в. была впервые осознана взаимосвязь между раком и воспалением. Наличие проявлений хронических воспалительных реакций при различных опухолях наблюдал Р. Вирхов, а также в более позднее время и Ю. Конгейм. В последние годы интерес к этой проблеме значительно возрос.

Эпидемиологическими исследованиями было показано, что хроническое воспаление предваряет развитие многих форм рака. Хроническое воспаление повышает риск возникновения злокачественных опухолей, индуцируя синтез медиаторов воспаления: свободных радикалов, альдегидов, цитокинов, факторов роста, таких ключевых ферментов воспаления, как циклооксигеназа-2 и индуцибельная NO-синтаза, различных транскрипционных факторов (например, ядерный фактор кв), эйкозаноидов и многих других медиаторов.

Чем продолжительнее воспалительный процесс, тем больше риск возникновения опухоли. Было показано, что блокада NFkP сигнального пути в клетках глиобластомы, дифференцирующихся in vitro и in vivo, приводит к остановке репликации и старению этих клеток. Факторы вторичной альтерации влияют на контроль экспрессии онкогенов и генов-супрессоров при воспалительном процессе, способствуя образованию различных опухолей.

Клетки воспалительного процесса, такие как макрофаги и нейтрофилы, высвобождают против инфекционных агентов высокореактивные элементы оксигены и нитрогены, повреждающие молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Долгое время полиамины считали маркерами опухолевого роста, однако путресцин, спермидин и спермин являются, в первую очередь, сигнальными молекулами разрушения структур ДНК, а уже во вторую очередь активизируют фермент орнитиндекарбоксилазу, что приводит к повышению пролиферативного потенциала клеток. Вероятно, этот механизм также осуществляется через воспалительный процесс.

При хроническом воспалении повышенный уровень повреждений ДНК, наряду с ускоренным синтезом и увеличением повреждений ферментов репарации, торможением апоптоза, стимуляцией ангиогенеза и клеточной пролиферации, относят к предраковым состояниям. Асептические воспалительные процессы также способствуют появлению злокачественных опухолей.

Мало кто обращал внимание на тот факт, что индукцию злокачественных опухолей с помощью разнообразных канцерогенов в основном проводили и продолжают проводить на животных, а не в клеточной культуре. Оказывается, индуцировать канцерогеном опухоль в условиях in vitro удаётся очень редко. Введение же канцерогена в организм сопровождается развитием хронического асептического воспаления, на фоне которого часто появляются опухолевые зачатки.

Особенности хронического воспаления при опухолях головного мозга

Головной мозг, как известно, является забарьерным органом. Одно время предполагали, что гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) защищает ткани мозга от воспалительных процессов. Однако связь между черепно-мозговыми травмами (ЧМТ) и опухолями головного мозга известна давно.

Описаны случаи возникновения глиом после огнестрельных ранений и механических непроникающих травм черепа. У 24% больных с глиомами головного мозга в анамнезе отмечено наличие черепно-мозговых травм. В среднем опухоли головного мозга возникали через 3 месяца — 12 лет после ЧМТ, а в некоторых случаях опухоли возникали и через 15-20 лет после травмы. Каких-либо серьёзных концепций, объясняющих эти наблюдения, не существует.

В головном мозге, который является иммунологически привилегированным органом, воспалительные процессы имеют свои характерные особенности. Клетки микроглии, активные участники внутримозгового воспалительного процесса, в отличие от других клеток мозга, образуются в костном мозге и мигрируют в головной мозг в позднем эмбриональном периоде.

Среди многих молекул, клетки микроглии вырабатывают хемоаттрактанты, их рецепторы, и несут адгезивные молекулы, которые активно участвуют в процессе воспаления. Характерно, что воспалительные процессы в головном мозге, ассоциированные с ростом глиом, как правило, не обнаруживаются общепринятыми системными гематологическими показателями, такими как скорость оседания эритроцитов (СОЭ), С-реактивный белок и др.

Однако, в эксперименте на животных было показано, что внутримозговую глиому С6 после перевивки инфильтрируют, кроме клеток микроглии, также и клетки периферической крови: лимфоциты, макрофаги, фибробласты, цитотоксические Т-клетки и др.. Как обнаружилось, в процессе роста внутримозговых опухолей происходит разрушение гемато-энцефалического барьера и погибающие опухолевые клетки выделяют в прилежащие кровеносные сосуды массу биологически активных факторов, которые способствуют миграции клеток крови из кровеносных сосудов в опухолевый очаг.

Кроме того, из костного мозга происходит миграция стволовых клеток гематогенного происхождения, которые могут дифференцироваться в нейроны и глию, замещая дефекты в тканях опухолевого и неопухолевого генеза. Вероятно, все эти клетки посредством факторов роста, которые они синтезируют, способствуют восстановлению опухолевой массы, стимулируя её разрастание, васкуляризацию, инвазию в прилежащие соседние ткани и т.д., выполняя защитно-компенсаторную функцию в ответ на частичную гибель опухолевой массы.

Известно, что тромбоцитарный фактор роста, кислый и основной факторы роста фибробластов, а также некоторые другие ростовые факторы стимулируют пролиферацию глиом. Макрофаги, инфильтрирующие опухоль, вырабатывают эпидермальный фактор роста, который стимулирует рост многих злокачественных опухолей, в том числе и глиом. Следует предположить, что одним из стимулов для последующего роста и прогрессии глиом может стать хронический асептический воспалительный процесс.

Механизмы опухоль-ассоциированного воспаления

К сожалению, большинство работ ограничивается установлением связи между хроническими воспалительными заболеваниями и злокачественными опухолями, не раскрывая патогенетических механизмов этих процессов. Кроме того, ранее онкологами не разделялись механизмы, принадлежащие сугубо опухолевому росту, и сопровождающим этот рост защитно-компенсаторным реакциям.

Помимо воспалительного процесса, вызванного различными этиологическими факторами, способствующего новообразованию опухолей, существует также воспалительный процесс, вызываемый исключительно некрозом клеток уже существующих опухолей. А.Н. Лучником впервые в 2000 г. был сформулирован общий принцип поддержания злокачественного роста во всех типах опухолей.

Его сущность заключается в том, что опухоль жертвует небольшим количеством погибающих клеток ради стимуляции пролиферации остальных клеток опухоли за счёт развития воспалительного процесса, и получившего название "синдром незаживающей раны". В этом обзоре впервые было обращено внимание на воспаление, как на механизм "самоподдержания" опухолевого микроокружения.

Следует подчеркнуть, что, вероятно, механизмы развития опухолей и поддержания опухолевого микроокружения могут быть различными. Мы предполагаем, что в первом случае воспалительный процесс стимулирует образование опухолей через механизм потери гетерозиготности в ядерных хромосомах, а во втором случае — путём непосредственного воздействия на клетки опухоли медиаторов воспаления.

Идею А.Н. Лучника поддержала П.М. Шварцбурд, которая развила представления предыдущего автора анализом механизмов дисрегуляции, способствующих индукции предракового микроокружения (ПРМ). В работе были обобщены современные данные о сравнительном влиянии острого и хронического воспаления на индукцию ПРМ и конкретные механизмы, поддерживающие состояние ПРМ в перманентном режиме. Т.обр., воспалительный процесс, вызванный гибелью клеток опухоли, носит характер эндогенного хронического асептического микровоспаления и отличается от других видов воспаления влиянием на микроокружение опухоли (МкО).

Влияние опухоль-ассоциированного воспаления на микроокружение опухолей

Впервые учение о микроокружении опухоли было сформулировано S.Paget и I.Filder. Существует мнение, что в перифокальной зоне любой опухоли процессы носят воспалительный характер, которое в последнее время получило экспериментальное подтверждение. Так, в обзоре подробно описана роль клеток иммунной системы в формировании микроокружения опухоли и влияния на её свойства.

Автор приводит сведения об усилении роста опухоли клетками микроокружения и их влияния на активацию иммуносупрессирующих воздействий. Среди факторов, важных для формирования МкО различных солидных опухолей, центральное место занимает гипоксия или оксидативный стресс. При гипоксии в опухолях индуцируется фактор транскрипции генов (HIF), обеспечивающих адаптацию клеток к гипоксии и стимуляцию ангиогенеза. HIF регулирует частоту апоптоза, влияет на скорость клеточного цикла, контролирует гликолиз, внутриклеточный рН, клеточную инвазию и миграцию, а также некоторые другие важные процессы в МкО. HIF является сильным промотором опухолевого роста.

На экспрессию HIF существенно влияет система ядерного фактора транскрипции NF-kappa В. Мишенями указанных факторов являются гены VEGF-A, ангиопоэтина-2, цитокинов, флогогенных белков, ферментов ЦОГ-2 и синтазы оксида азота. Микроокружение солидных опухолей характеризуется также реактивной стромой с избытком медиаторов воспаления и лейкоцитов, дисрегуляцией сосудов и протеолитических энзимов. Опухоль-ассоциированные макрофаги играют существенную роль во взаимосвязи между воспалением и опухолью, суммируя общее количество функций (ускорение пролиферации клеток опухоли и ангиогенез, непрерывный матричный кругооборот, подавление адаптивного иммунитета), и существенно стимулируя опухолевую прогрессию.

Современные исследования направлены на выяснение молекулярных путей, связывающих опухоль и воспаление. В опухолевом микроокружении хроническое воспаление вносит свой вклад в пролиферацию и выживание злокачественных клеток, развитие ангиогенеза, метастазов, снижение адаптивного иммунитета, понижение чувствительности к гормонам и химиотерапевтическим препаратам. Современные исследования подтверждают тот факт, что опухоль-ассоциированное воспаление индуцирует генетическую нестабильность за счёт медиаторов воспаления, что приводит к накоплению генетических альтераций в опухолевых клетках.

Два сигнальных пути связывают воспаление и рак: внутренний сигнальный путь, при котором активация различных классов онкогенов способствует экспрессии взаимосвязанных с воспалением программ, приводящий к реконструкции воспалительного микроокружения; и внешний сигнальный путь, создающий условия для стимуляции развития опухолей. Ключевым регулятором в точке пересечения этих двух путей являются транскрипционные факторы (NFkB и др.), цитокины (TNF и др.), и хемокины. Т.о., воспаление является главным компонентом МкО, и клетки опухолей генерируют те же медиаторы воспаления, поддерживая персистирование МкО.

Кроме этого, следует отметить, что воспалительный процесс, сопровождающий рост опухолей, во многом обусловлен взаимодействием гормональных перестроек в метаболизме эстрогенов, андрогенов, инсулина и изменений в энергетическом обмене. При хроническом панкреатите в клетках поджелудочной железы обнаруживаются мутации гена CFTR, кодирующего белки в анионных каналах, что особенно важно при функционировании протоков клеток поджелудочной железы.

Указанный ген контролирует поток хлоридов и бикарбонатов через эти каналы, регулируя выделение секреции клетками железы. Поэтому нарушение функции этого гена приводит к избыточному накоплению ферментов поджелудочной железы, особенно после активации трипсинов, что может повышать риск возникновения панкреатитов и рака pancreas. По сравнению с воспалительными процессами, вызывающими рост опухолей, которые могут иметь инфекционную природу, микровоспаление, асоциированное с ростом практически всех видов опухолей, включая и опухоли головного мозга, является асептическим.

Естественно, что асептическое микровоспаление при опухолевом росте отличается от такового при раневом происхождении. При опухолях стволовые клетки и другие эмбриональные клетки вступают в антагонистические отношения с микровоспалением. блокируя завершающую стадию процесса (синдром "незаживающей раны").

Нестабильность генома опухолевых клеток приводит к распаду молекул ДНК и рибонуклеиновой кислоты (РНК), к нарушению синтеза белка в клетках и других жизненно важных клеточных функций, а также к нарастанию выраженности процессов микровоспаления. Всё это, в итоге, способствует усугублению процессов опухолевой прогрессии. Механизмы этих процессов в настоящее время мало изучены, и со временем, возможно, будут использованы в качестве новых мишеней для целенаправленной противоопухолевой терапии в практической медицине.

Противовоспалительная терапия при злокачественных опухолях

Несмотря на достижения современной онкологии, полное излечение опухолей достигнуто только при некоторых локализациях рака (молочной железы, кожи, желудка и др.). Успехов в лечении опухолей других локализаций и, в частности, злокачественных глиом головного мозга, пока не достигнуто. Известны литературные данные о том, что комбинированное воздействие цитостатиков и ангиостатическая терапия оказывают более выраженное влияние на опухоли при условии применения противовоспалительных препаратов.

Так, авторы одного из обзоров, посвященного этой проблеме, подчеркивают существенную значимость применения методов стойкого подавления воспалительных процессов при опухолевом росте, приводя примеры о снижении частоты опухолевого роста на фоне длительного приёма аспирина и других нестероидных противовоспалительных средств. Известно, что длительное применение аспирина снижает риск возникновения колоректального рака.

Опубликованы также данные о большом количестве нозологии, которые можно лечить с помощью длительного приёма аспирина. Селективные ингибиторы циклооксигеназы-2 также можно отнести в группу многообещающих противоопухолевых соединений. Сочетанное применение СОХ- и LOX-ингибиторов, которые применяются при лечении воспалительных процессов, в настоящее время исследуются в качестве потенциальных противоопухолевых лекарств.

Их применение теоретически обосновано, так как недавними исследованиями было показано, что изменения метаболизма арахидоновой кислоты тесно связаны с механизмами канцерогенеза. Использование аспирина при различных формах рака показало его эффективность в группах больных, не злоупотребляющих курением.

Препараты, снижающие уровень холестерина в организме, особенно в комбинации с противовоспалительными препаратами, могут тормозить рост некоторых форм злокачественных опухолей, что предполагает использование статинов в качестве противоопухолевых фармпрепаратов. Вероятно, сочетанное применение препаратов, ингибирующих ферменты СОХ -2, LOX и NOS, сможет оказывать более выраженное противоопухолевое действие.