Рак простаты молекулярные механизмы возникновения

Рак простаты – злокачественное новообразование, развивающееся из эпителия предстательной железы. У мужчин данное онкологическое заболевание из всех видов рака считается наиболее распространенным, причем в последние годы наблюдается тенденция его роста (порядка 3% ежегодно). По данным различных исследователей, среди всех онкобольных мужчин, рак предстательной железы наблюдается у 10% пациентов

Причины рака простаты

Причины, способствующие возникновению рака простаты, на сегодняшний день до конца не установлены. Сейчас углубленно изучаются молекулярные механизмы возникновения и последующего развития данного заболевания. Был выявлен ген, несущий ответственность за семейные случаи возникновения данной онкологии, что говорит об определенной предрасположенности к раку простаты. Помимо этого подтвердилась теория, что в геноме человека присутствуют несколько участков, подавляющих развитие рака предстательной железы, а различные изменения их активности приводят к развитию данного заболевания.

На развитие метастазов, а также на прогрессирование заболевания влияют некоторые биологически активные вещества и факторы роста, которые постоянно присутствуют в организме человека.

Раку простаты могут предшествовать различные предраковые изменения, которые возникают вследствие длительно протекающих воспалительных процессов и при наличии генетической предрасположенности

Факторы риска развития рака простаты

— Расовая принадлежность. Чаще других заболевают мужчины негроидной расы, причем заболевание выявляют у них уже на поздних стадиях

— Одним из основных факторов риска является возраст. Замечено, что чем старше мужчина, тем риск развития рака становится гораздо выше

— Наследственная предрасположенность. У родственников больных данной онкологией, отмечается повышенный риск развития данного злокачественного новообразования

— Вредные производства, курение. На развитие рака простаты сильное влияние оказывает кадмий, содержащийся в сварочных материалах, аккумуляторах и табачном дыму

— Неправильное питание. Было отмечено, что наиболее часто опухоль развивается у мужчин, которые употребляют много жиров

До недавнего времени считалось, что риск развития данной злокачественной опухоли заметно снижает проведение операции мужской стерилизации (вазэктомия), однако эти данные подтверждения не получили. Выявление причин возникновения рака предстательной железы затруднено тем фактом, что приблизительно в тридцати процентах случаев данное заболевание ничем себя не проявляет и может быть обнаружено совершенно случайно при вскрытии людей, которые умерли от совершенно других причин

Проявления рака простаты

Чаще всего на ранних стадиях рак простаты ничем себя не проявляет. Жалобы начинают возникать при распространении злокачественной опухоли и появлении метастазов. Для рака простаты характерно достаточно медленное прогрессирование, вследствие чего в начале заболевания симптоматика достаточно незначительная. Симптомы нарастают на протяжении нескольких лет.

При отсутствии явных симптомов рака простаты, существует единственное проявление, которое позволяет заподозрить наличие заболевания, это повышение в крови уровня простатического специфического антигена (ПСА). Как правило, в таких случаях, опухоль еще очень незначительна по своим размерам, или присутствуют только предраковые изменения.

По мере увеличения опухоли в размерах, а также при прорастании мочеиспускательного канала, треугольника или шейки мочевого пузыря, могут наблюдаться такие симптомы раздражения мочевого пузыря как: затруднения при мочеиспускании, недержание мочи, учащенное мочеиспускание, трудносдерживаемые внезапные позывы на мочеиспускание. Также может присутствовать симптоматика перекрывания (обструкции) верхних мочевых путей: болевые проявления в поясничной области, образование камней в почках, расширение полостей почек и мочеточников.

При метастатическом поражении костей возникают боли в конечностях, вследствие сдавливания метастазами спинного мозга могут наблюдаться параличи и парестезии. При метастатическом поражении других органов наблюдается нарушение их адекватного функционирования.

Подводя итог, хочется отметить, что все симптомы рака простаты достаточно неспецифичны и являются различными проявлениями нарушенного функционирования пораженных органов. Поэтому для ранней диагностики данного злокачественного новообразования очень важны скрининговые методы обследования всех мужчин старше пятидесяти лет, а также мужчин более молодого возраста, у которых имеются предрасполагающие факторы

Симптомы рака простаты

Аденокарцинома является основной гистологической формой рака предстательной железы. Наиболее часто рак в начальных стадиях протекает с полным отсутствием симптоматики. Затем следует появление различных расстройств мочеиспускания: учащенные позывы к мочеиспусканию (чаще ночью), примесь крови в моче, недержание или задержка мочи. В некоторых случаях количество суточных мочеиспусканий может достигать двадцати раз и сопровождаться сильными позывами и болями. В случае прорастания опухолью семенных пузырьков наблюдаются проблемы с потенцией. При достижении опухолью больших размеров возможны боли при дефекации и запоры.

Развитие и последующий рост региональных метастазов проявляется отечностью полового члена, мошонки и нижних конечностей. При метастазировании в костные ткани (бедренную кость, поясничный отдел позвоночника и кости таза) возникают болевые ощущения в данных областях.

При метастатическом поражении печени симптоматика зависит от размеров и количества метастазов. При единичных метастазах наблюдается увеличение печени и тупые ноющие боли в правом боку; при множественных метастазах развивается печеночная недостаточность и желтуха.

При метастатическом поражении легких первоначально может появиться ночной сухой кашель, который по мере прогрессирования данного процесса становится очень мучительным, возможно кровохаркание и появление гнойной мокроты. Достаточно частыми симптомами являются одышка и боли в груди (острые или тупые)

Диагностика рака простаты

Вследствие того, что на ранних стадиях это заболевание практически ничем себя не проявляет, диагностика рака простаты достаточно затруднена. Пальцевое ректальное исследование простаты является обязательным обследованием, проводимым врачом урологом. Во время пальцевого исследования могут быть выявлены уплотнения простаты, наличие которых исключает злокачественную опухоль. Помимо этого используют следующие методы обследования: ТРУЗИ (УЗИ простаты ректальным датчиком), определение уровня ПСА (простатспецифический антиген) крови, биопсия предстательной железы под контролем УЗИ. Помимо этого, при подозрении на рак простаты, показан обязательный осмотр области лимфатических узлов, для исключения их поражения.

После установления окончательного диагноза, для исключения метастазирования, проводится МРТ и КТ органов таза, а также сцинтиграфия костей. При наличии симптоматики указывающей на поражение других органов, назначаются соответствующие методы обследования

Лечение рака простаты

В настоящее время не существует какой-либо стандартной тактики лечения рака простаты, так как сравнивающие различные методы лечения контролируемые исследованиями, проведены не были. Вследствие этого выбрать наиболее подходящий метод лечения рака простаты трудно. На сегодняшний день при выборе метода лечения принято учитывать возраст мужчины, риск осложнений, стадию ракового процесса, вероятность длительного безрецидивного периода, возможности врача и пожелания больного

Основные методы лечения рака простаты

Выжидательная тактика. Вследствие того, что ни в одном исследовании не были доказаны преимущества радикального (хирургический + лучевой + гормональный) лечения рака предстательной железы, применяют метод ожидания, который заключается в отсутствии какого-либо лечения до тех пор, пока злокачественная опухоль локализована и отсутствует ее выраженный рост. Выжидательная тактика наиболее часто применяется к пожилым мужчинам с медленно растущими высокодифференцированными злокачественными опухолями и тяжелыми сопутствующими заболеваниями. Не смотря на то, что не проводится никакого лечения, пациент должен постоянно наблюдаться у лечащего врача, ему регулярно проводится УЗИ простаты и исследуются уровни ПСА крови.

Радикальная простатэктомия (хирургическое лечение) является основным методом лечения рака простаты. До недавнего времени данный метод лечения среди хирургов и пациентов был очень непопулярен, так как после операции развивались такие осложнения как импотенция и недержание мочи. Сейчас разработаны техники оперативного вмешательства, которые позволяют сохранить половую функцию и способность удерживать мочу. Прогноз после проведения хирургического лечения непосредственно зависит от стадии развития заболевания. При отсутствии поражения лимфатических узлов, выживаемость на протяжении десяти лет составляет более восьмидесяти процентов; при обширном прорастании опухоли – менее сорока процентов. При поражении лимфатических узлов, а также при прорастании опухолью семенных пузырьков, прогноз значительно ухудшается. В некоторых сомнительных случаях после проведенной операции применяется гормональное или лучевое лечение, однако целесообразность и эффективность таких комбинаций до сих пор ставится под сомнение

Лучевая терапия. Для разрушения злокачественной ткани используют радиационное облучение. Проведение лучевой терапии нарушает структуру ДНК облучаемых клеток, они утрачивают способность к воспроизведению, стареют и погибают. Как разновидность лучевой терапии применяют внутритканевую лучевую терапию (брахитерапию). Данный метод лечения заключается в имплантировании источника излучения непосредственно в толщу опухоли, что позволяет облучать ее не снаружи, а изнутри. Благодаря этому достигается исключение многих побочных эффектов лучевой терапии, которые развиваются в связи с неизбежным облучением расположенных поблизости здоровых тканей. При данном методе уровень пятилетней выживаемости гораздо выше, чем после проведения обычной лучевой терапии

Криотерапия. Опухоль разрушается при помощи низких температур. По своим результатам данный метод можно сравнить с лучевой терапией. Наилучшая результативность достигается при опухоли небольшого объема и сочетания криотерапии с гормональной терапией

Гормональная терапия. Так как рак простаты является гормонально-зависимой опухолью, данный вид терапии эффективен у порядка 75% пациентов с наличие распространенных опухолей. Гормональная терапия применяется только в случае невозможности проведения других методов лечения. К методам гормональной терапии относят: медикаментозная или хирургическая кастрация, андрогенная блокада клеток мишеней, ингибирование 5-альфа-редуктазы, максимальная андрогенная блокада. Чем раньше начато проведение гормональной терапии, тем ниже частота осложнений и выше выживаемость.

Во множестве публикаций, посвященных раку предстательной железы, заметное место отводится исследованиям на уровне генного аппарата. Результаты публикаций последних лет проливают свет на многие аспекты регуляции клеточного роста и ее зависимости от генной экспрессии, а также на выяснение молекулярных механизмов превращения нормальной клетки в опухолевую. В резолюции 2-го съезда онкологов стран СНГ (Киев, 2000) подчеркивалась настоятельная необходимость идентификации генов и их продуктов, которые могут служить маркерами опухолевого роста и молекулярными мишенями при разработке высокоспецифических лечебных средств нового поколения.

Предстательная железа, как в возрастном аспекте, так и в условиях развивающихся предопухолевых и злокачественных процессов представляет идеальную модель для изучения молекулярно-генетических профилей. Молекулярная онкология играет все возрастающую роль, и уже сделаны открытия, касающиеся главных механизмов, лежащих в основе развития и прогрессирования рака простаты. Понимание этих механизмов дало возможность выявить факторы, определяющие вероятность метастазирования опухоли. К ним относится и потеря функции E-cadherin, что может помочь клиницистам выбрать наиболее оптимальную, индивидуально обоснованную стратегию лечения.

Процессы локальной инвазии и метастазирования могут возникать в результате нарушения нормальной клеточно-клеточной и клеточно-материнской адгезии, которая обусловлена молекулами клеточной адгезии. Среди них идентифицирован Е-cadherin, выполняющий роль супрессора опухолевой инвазии и метастазирования. E-cadherin является ключевым медиатором клеточно-клеточной адгезии, которая осуществляется путем его взаимодействия с группой субмембранных белков при участии катенинов (а, В и у-катенины), которые служат для закрепления E-cadherin на микроволокнах клеточного скелета.

Уровень содержания E-cadherin соответствует инвазивным и метастатическим свойствам опухолей. Уменьшение уровня E-cadherin может приводить к уменьшению клеточной адгезивности и, соответственно, потенциальной инвазивности раковых клеток. По-видимому, молекулы клеточной адгезии действуют как ключевые ингибиторы клеточной подвижности, тканевой целостности и поддержания дифференциации. Следовательно, потеря экспрессии E-cadherin ассоциируется с плохим клиническим прогнозом и является лимитирующим уровнем в прогрессировании этой болезни.

H.H.Schlechte et al. (2000) подтверждают, что одним из ключевых медиаторов, действующих как опухолевый супрессор в отношении прогрессии рака простаты, является E-cadherin (катениновый комплекс), поскольку те клеточные линии, которые обладают полным набором компонентов этого комплекса, имеют низкий инвазивный потенциал.

В начальной стадии развития рака предстательной железы генетические исследования позволяют определить те вещества, которые направленно действуют на активирование запрограммированной смерти клеток, ингибицию сигнальной трансдукции (передача активирующего сигнала от клетки к клетке), устранение теломеразной активности, а также, как указывалось ранее, использование дифференцированной терапии. Следовательно, одной из наиболее актуальных клинических проблем урологической онкологии является точное определение биологической агрессивности индивидуального злокачественного процесса. Наиболее перспективны исследования по определению различий в экспрессии генов между раковыми клетками и нормальными эпителиальными клетками простаты.

Рис. 20. Мутация опухольсупрессорного гена р53 ведет к утрате контролирующего механизма и поддерживает ненормальный клеточный рост

Нормальная функция белка р53 включает регулирование критических клеточных реакций, вовлекающих G1 и G2-стадии клеточного цикла в реакции поражения ДНК и апоптоза, вызванного некоторыми стимулами типа ДНК-разрушающих средств и гипоксии (L. Н. Hartwell, М. D. Kastan, 1994; Н. Hermeking, С. Lengauer, К. Polvak et al., 1997).

Рис. 21. Справа — выраженная экспрессия гена р53 при раке простаты (иммуногистохимия)

V.Srikantan и S.Srivastava (2003) предлагают гипотетическую модель генеза рака предстательной железы. В основу закладываются молекулярные профили, которые ведут к нарушению дифференциации простатических клеток, прогрессии и началу метастазирования. Модель представляется как интерпретация генетических событий, которые включены в генез комплексного фенотипа новообразований простаты (схема 1).

Схема 1. Гипотетическая модель развития рака простаты

Независимо от точного выбора времени мутаций р53 можно предположить, что мутация связана с прогрессией болезни. Большее количество расстройств р53 замечено в нелеченых метастатических опухолях, чем в нелеченом первичном раке простаты.

Инвазивный, вышедший за пределы органа рак простаты, представлен генетическими событиями, которые наблюдаются при ПИН высокой градации. Весьма вероятно, что они являются предшественниками или дозлокачественными изменениями (клетками) в простате, которые еще не обнаружены, они новые или уникальные, специфические для рака альтерации (рис.22).

Рис. 22. Молекулярные и клеточные изменения в процессе развития рака предстательной железы (по Rinker-Schaeffer et al., 1994, с изменениями)

Альтерации р53, bcl-2-генов обнаруживаются как при локальном раке простаты, и более часто — при прогрессирующих формах. Напрашивается логический вывод: идентификация генов должна проводиться на участке хромосомы, наиболее часто повреждаемой при раке. Опухолевые супрессорные гены создают уязвимые места для критического повреждения ДНК. Центральную роль в контроле клеточной пролиферации, дифференцировании и апоптозе играет протоонкоген с myc, локализованный на хромосоме 8q24.

K.Sato et al. (1999) описывают при локально-прогрессирующем раке простаты (pT3N0M0) определенную корреляцию между myc-амплификацией и частотой рецидивирования, а также послеоперационной выживаемостью после радикальной простатэктомии. Низкий уровень выживаемости обнаруживается при одновременной потере короткого плеча хромосомы 8 в области 8р22.

Молекулярные маркеры

На протяжении более четверти века активно ведутся поиски механизмов осуществления составляющего основу живого организма клеточного цикла, который одинаков для простейших растений, животных и человека. Важнейшей стороной этих фундаментальных исследований может быть открытие естественного, генетически детерминированного процесса нормального клеточного цикла, знания которого пролагают пути к пониманию процессов клеточного деления и раковых образований.

Выяснение нескольких принципиальных вопросов составляет приоритет молекулярно-биологических исследований — возмещается ли отмирающий клеточный материал или же он должен вновь воссоздаваться в процессе роста и клеточного деления, участвуя в механизмах последнего? Что детерминирует внешний сигнал к началу клеточного деления?

P.M.Nurse идентифицировал первую циклинзависимую киназу у человека. Она принадлежит к группе активных молекул, разделяющих S-фазу и за счет восстановленного фосфорилирования оказывает в дальнейшем влияние на протеины.

Фосфатнагруженные протеины удваивают число хромосом и благодаря соответствующим химическим модификациям могут регулировать синтез ДНК. Он установил, что эти эссенциальные функции циклинзависимой киназы возможны в условиях эволюционного процесса.

R.T.Hunt выяснил, что если клетка получает сигнал к репродукции и переходит в фазу G1, то в клеточном ядре обнаруживаются циклиновые белки. Во время роста клетки циклином активизируется циклинзависимая киназа. Начинается удвоение хромосомы. К этому моменту циклин снова перестраивается для того, чтобы избежать увеличения наследственной массы в образцах удвоения. Это является важнейшим механизмом заключительного клеточного цикла. Описываемые закономерности клеточного цикла отражены на рис. 23.

Рис. 23. Клеточный цикл

Среди новых маркеров рака предстательной железы заметное место занимает инсулинподобный фактор роста (ИФР-1), который является митогеном для эпителиальных клеток, стимулирующих прогрессию клеточного цикла от G1 до S-стадии.

Каково же значение последних достижений в генетической и молекулярной биологии для распознавания и терапии злокачественных новообразований, в том числе и рака предстательной железы? Упомянутые ранее исследования лауреатов Нобелевской премии 2001 г. являются определяющими для понимания хромосомальных отклонений (аберраций) во вновь генерированных клетках. При недостаточности адекватно функционирующего контроля в клеточном цикле возникает отчетливый беспорядок прежде всего в делении или потере хромосом.

Гены, кодирующие молекулы циклинзависимой киназы или циклин, могут трансформироваться в онкогены или соединяться с опухольсупрессорными генами. Потеря контроля над клеточным циклом ведет к возможному избыточному росту клеток. В опухолях у человека, включающих рак предстательной железы, обнаруживаются большие количества молекул циклинзависимой киназы и циклина. В этом плане перспективным представляется разработка ингибиторов молекул циклинзависимой киназы. Медикаменты должны вмешаться в сошедший с правильного пути клеточный цикл в опухолевых клетках.

В клеточном цикле активно участвуют теломеры — повторные последовательности ДНК в конце хромосом. После каждого цикла теломеры сокращаются, и по достижении критической длины клетка прекращает разделяться. В процесс включается фермент теломераза, которая может воссоздавать теломеры хромосом после разделения клетки и, таким образом, восстанавливать ущерб, который наносится нормальным взрослым соматическим клеткам в течение последовательных митотических циклов.

Вследствие высокой частоты и одновременно медленного роста рак простаты занимает особое место среди всех злокачественных опухолей. Необычность рака простаты как опухоли состоит еще и в том, что его диагностическое и терапевтическое окна очень узкие. Так, с одной стороны, имеющаяся небольшая ограниченная опухоль в предстательной железе клинически ничем себя не проявляет и, следовательно, не оказывает никакого влияния на содержательность и активность жизненной позиции мужчины.

С другой стороны, рак предстательной железы довольно часто диагностируется поздно, когда выбор адекватного вида лечения оказывается затруднительным либо вовсе невозможным. В этой связи следует отметить, что решающим фактором выживаемости пациентов является биологический потенциал опухоли к началу метастазирования. Именно этим обстоятельством можно объяснить интенсивные разработки раннего распознавания с соблюдением принципов достоверности и объективности.

Раковая прогрессия — это комплексный многоступенчатый процесс, который начинается с трансформации нормальных клеток и продолжается с ростом, инвазией и метастазированием опухоли (рис.24). Хотя точные пути, которые собственно приводят к возникновению рака предстательной железы еще остаются не выясненными, революция последнего десятилетия в молекулярной генетике внесла определенную ясность в клеточные основы данного процесса.

Другой кандидатный ген локализуется на Х-хромосоме. Совсем иной ген, чувствительный к раку простаты, был открыт при широком геномном поиске. Механизмы онкогенеза включают активацию онкогенов таких, как cErb-B, классического онкогена, который при активации кодирует мутированную версию рецептора эпидермального фактора роста (EGF). Этот стволовой рецептор теряет экстрацеллюлярный компонент, который в норме связывает EGF. Таким образом, вместо соответствующего ответа на сигнальную молекулу, мутировавший рецептор стимулирует продолжающееся клеточное деление и не контролирует рост по тирозинкиназному сигнальному пути.

Рис. 24. Комплексный многоступенчатый процесс трансформации нормальных клеток предстательной железы в раковые

Наиболее известным и изученным, влияющим на гормональную зависимость рака простаты, является опухолевый ген-супрессор р53, который локализован на хромосоме 17 (17ql3), продукт его считается основным из регуляторов клеточного цикла. Ген достаточно полно охарактеризован благодаря получению его пространственного изображения (рис. 25).

Основной функцией Р53 как супрессора опухоли является то, что он опосредует клеточную реакцию на повреждение ДНК, чем поддерживается стабильность генома. Нормальная функция этого белка состоит в сохранении клетки в фазе покоя, она либо способна перейти в фазу митоза (деления), либо подвергнуться апоптозу. Наличие дефекта гена р53 фактически характерно для всех опухолей человека, независимо от их типа и локализации.

Рис. 25. Опухолевый супрессорный ген р53

Ген р53, подавляющий опухоль, и протоонкоген bcl-2 стоят в ряду самых важных регуляторов роста клеток и апоптоза. Мутации в аллели р53 приводят к продленному полураспаду существования протеина, который затем выявляется при иммуногистохимическом подсчете. В отличие от других злокачественных опухолей, выделение р53 при локальном раке простаты — довольно редкое явление, но соотносится с прогрессированием опухоли, рецидивом и общим прогнозом. То же верно и для bcl-2, выделение которого происходит в 2,3%—26,9% первичных форм рака простаты (L. Bubendorf et al., 1996).

При детальном рассмотрении оказывается, что р53 — это TSG (tumor suppresse gen — опухолевый супрессорный ген), который участвует в регулировании клеточного цикла на стадии G/S (W.N.Linehan, 1992), а также регуляции апоптоза и действует как ингибитор репликации SV40 ДНК путем отделения антигенов Т-клеток (Т. Boulikas, 1997).

Протеин р53 подавляет связывание полимеразы ДНК на фоне повреждения ДНК на стадии контрольной точки G, клеточного цикла, останавливая таким образом репликацию клеток при наличии нестабильности хромосом. Мутация р53 приводит к непрерывной пролиферации клеток, несмотря на повреждение ДНК. результатом чего является распространение клеток с онкогеииым потенциалом. Ненормальное выделение р53 отмечается в 60% клеточных линий рака простаты с агрессивным течением (L. L.Nielson, D.S. Maneval, 1998). Доказано, что мутации р53 представляют собой независимые предвестники рецидива рака простаты после радикальной простатэктомии.

Еще один ген, р21, играет сходную с р53 роль, подавляя репликацию ДНК при сильном повреждении. Он кодирует протеин, что действует как ингибитор циклинзависимой киназы, индукция которой может также играть роль в репликации и восстановлении ДНК. Таким образом, недостаток функционального гена р21 приводит к сохранению клеточного цикла при наличии поврежденной ДНК.

Несколько иные функции выполняет ген bcl-2.

Несомненно, существуют и другие подобные гены. Кроме онкогенов и опухолевых супрессорных генов, канцерогенез также включает потерю клеточно-клеточной адгезии, которая в норме поддерживает тканевую структуру и препятствует миграции клеток. В частности, делении E-cadherin или b-катенина приводит к повышению клеточной подвижности, предрасполагая к формированию метастазов.

Рис. 26. Иммуноокрашивание гена bcl-2: а - нормальная ткань, б - рак предстательной железы. Ген bcl-2 окрашен в коричневатый цвет

Рядом исследований последних лет идентифицированы гены, имеющие экспрессию в клетках только раковой опухоли предстательной железы и отсутствующие в неизмененных клетках эпителия. К этим генам относится ДДЗ/РСА 3. Дифференцированный фенотипический анализ показал наличие мРНК в злокачественной, а не в доброкачественной ткани простаты. Обнаруживается, что экспрессия ДДЗ является специфической для простаты и значительно выражена при ее раковом поражении. Можно с уверенностью утверждать, что клинические исследования определят, имеют ли эти либо другие молекулы диагностический, прогностический и терапевтический потенциалы.

Несколькими годами ранее предполагалось, что наиболее важной защитой против опухоли является собственная система иммунологического наблюдения. Рак, зародившись в эпителиальных клетках предстательной железы, обычно сначала развивается как узелок и сохраняет в себе последующую способность распространяться в региональные лимфоузлы или отдаленные органы, такие, как кости или легкие. При достижении опухолью размеров более 5 мм она начинает индуцировать развитие собственного кровоснабжения — ангиогенеза. Очевидно, что ангиогенез — это критическое событие в генезе как первичной, так и метастатической опухоли.

Глава 6. Молекулярные механизмы воспалительных процессов в тканях простаты

Подробно и всесторонне роль хронических воспалительных процессов как фактора риска рака предстательной железы, а также основные механизмы, посредством которых осуществляется связь между канцерогенезом и предшествующим ему хроническим воспалением, были рассмотрены нами в самом начале книги (см. гл. 1 ч. I). В данной главе мы хотели бы проанализировать возможности таргетной фармакологической коррекции опосредующих эти механизмы молекулярных мишеней, но прежде еще раз обсудить некоторые общие вопросы, касающиеся данной темы. В частности, еще раз обратить внимание читателя на молекулярные мишени, опосредующие связь между воспалением и канцерогенезом, но уже с точки зрения их участия в развитии гипер- и неопластических заболеваний предстательной железы.

В общем смысле под воспалением понимают выработавшуюся в процессе эволюции защитно-приспособительную местную реакцию организма на действие различных повреждающих факторов, проявляющуюся комплексом сосудисто-тканевых и внутриклеточных изменений. Это одна из наиболее частых форм реагирования организма на патогенные раздражители. Воспаление лежит в основе патогенеза многих заболеваний, различных по внешним клиническим проявлениям.

Причины возникновения воспаления могут быть как экзогенными, т.е. вызываться различными внешними факторами биологической (бактерии, вирусы), физической (высокая и низкая температура, воздействие радиации и электричества, механическая травма) и химической (воздействие кислот, щелочей) природы, так и эндогенными, возникающими в самом организме (продукты омертвения и распада тканей, тромбы, инфаркты, гематомы, отложения солей и пр.).

В зависимости от течения различают острое, подострое и хроническое воспаление.

В настоящее время считается общепризнанным, что хроническое воспаление является одним из этиологических факторов большого числа опухолевых заболеваний, в том числе гипер- и неопластических заболеваний предстательной железы (3).

Наличие связи между воспалением и канцерогенезом доказано в многочисленных современных эпидемиологических и клинических исследованиях (3, 15, 71). Так, например, установлено, что риск возникновения колоректального рака возрастает на порядок при наличии у пациента воспалительных заболеваний пищеварительного тракта, таких как язвенный колит и болезнь Крона (33, 73). Показано также, что применение при колите некоторых противовоспалительных агентов снижало частоту появления рака толстой кишки (20, 56). Аналогичные выводы можно сделать и в отношении опухолевых и воспалительных заболеваний других органов и тканей (6, 15, 35, 48).

Примеры инфицирующих организмов, способных при длительной персистенции в организме привести к развитию опухолевого заболевания, хорошо известны. Это человеческие вирусы — вирус папилломы человека (ВПЧ) (14), вирус Эпштейн-Барр (38), вирус простого герпеса (55), вирусы гепатита В и С (54), а также гельминты шистосомы (70) и некоторые бактерии (Helicobacter pylori (23, 57) и Clonorchis sinensis (47)).

При неблагоприятных обстоятельствах (сниженный иммунитет, сопутствующие хронические заболевания, другие факторы риска) инфицирование ВПЧ (точнее, вирусными онкогенами Е6 и Е7) может привести к возникновению целого ряда опухолевых заболеваний аногенитального, орофарингеального и кожного эпителия (19, 78). Наиболее распространенным из ВПЧ-ассоциированных опухолей является рак шейки матки, вызываемый ВПЧ высокого онкогенного риска (главным образом 16 и 18 типов) (14, 49). Согласно последним данным, инфицирование высокоонкогенными типами ВПЧ может быть также причиной развития некоторых опухолей головы и шеи (27), а также многих немеланомных раков кожи, в частности кожной сквамозной клеточной карциномы, содержащей ДНК ВПЧ (14).

Вызывающие хронические заболевания печени вирусы гепатита В и С могут быть причиной развития гепатоцеллюлярной карциномы — одного из распространенных видов рака (54), а вирус гепатита С — еще и неходжкинской лимфомы и множественной миеломы (17). Входящий в семейство герпесвирусов вирус Эпштейн-Барр — потенциальный фактор патогенеза целого спектра злокачественных опухолей, в том числе лимфомы Беркитта и назофарингеальной карциномы (83).

Именно на знании механизмов патогенеза вышеперечисленных опухолевых заболеваний основана главная стратегия по их лечению и профилактике — разработка и массовое применение специфических противоопухолевых вакцин, направленных на уничтожение вызывающих эти заболевания патогенных организмов или их инфицирующих компонентов (14, 57, 76). Другое ключевое направление профилактики развития такого типа опухолей — это применение снижающей хроническое воспаление антибиотикотерапии. Такая ситуация, в частности, имеет место в случае с хроническими воспалительными заболеваниями слизистой желудка, вызванными бактериями Helicobacter pylori, которые могут предшествовать предопухолевым и опухолевым состояниям желудка, а также лимфоидным опухолям желудочно-кишечного тракта (15, 23, 48). Еще один пример из этой же группы касается инфекционного возбудителя Clonorchis sinensis, вызывающего хронические воспалительные заболевания желчных путей с последующим возможным переходом их в холангиокарциному (рак желчного протока) (47).

Хотим обратить внимание читателя на тот факт, что ключевым эффектором провоспалительных канцерогенных сигналов, активируемых всеми без исключения перечисленными инфицирующими агентами, является ядерный фактор транскрипции NF-kB.

Показано, что хроническое воспаление, не связанное с инфицированием организма, также может быть причиной развития опухолевых заболеваний различных органов и тканей, в частности желудочно-кишечного тракта (51), носоглотки, поджелудочной железы, желчного пузыря (48, 80), печени (2), мочевого пузыря (28), кожи (24), легких (7, 50, 52), головы и шеи (45), молочной железы (8, 46), яичников (48, 66), полового члена (62).

Есть данные о связи хронического простатита, возникающего как вследствие персистирующей бактериальной инфекции, так и неинфекционных стимулов, с развитием рака простаты (59, 60, 68).

На основании результатов большого количества экспериментальных и клинических исследований можно утверждать, что применение синтетических и природных фармакологических агентов, модулирующих активность молекулярных мишеней провоспалительных сигнальных каскадов, является одним их перспективных направлений онкохимиопрофилактики и терапии (36).

Двумя важнейшими такими мишенями являются циклооксигеназа типа (СОХ-2) и ядерный фактор транскрипции NF-kB (сигнальные свойства той и другой молекулы, а также участие в канцерогенезе, в том числе в развитии рака простаты, мы подробно обсуждали выше).

Напомним, что фермент СОХ-2 катализируют синтез простагландинов — важнейших медиаторных молекул воспаления, опосредующих целый ряд физиологических и патологических (в том числе опухолевый рост) процессов. Данный изозим, в отличие от конститутивного изозима СОХ-1, быстро и транзиторно активируется в ответ на действие провоспалительных медиаторов и митогенных стимуляторов: цитокинов, эндотоксинов, факторов роста, онкогенов, форболовых эфиров. Одним из главных индукторов экспрессии СОХ-2 является цитокин TNFa.

На сегодняшний день считается доказанным, что СОХ-2 участвует в канцерогенезе, действуя одновременно в нескольких направлениях (30), а именно:

• катализирует образование простагландинов, стимулирующих клеточную пролиферацию и опосредующих иммунную супрессию;
• опосредует продукцию мутагенов;
• усиливает опухолевый ангиогенез;
• повышает инвазивную и снижает апоптотическую клеточную активность.

Отличительной особенностью сигнальных путей, опосредованных СОХ-2, является их частое перекрестное взаимодействие (cross-talk-взаимодействие) с другими сигнальными каскадами, в частности индуцированными рецепторами полипептидных ростовых факторов (EGFR) (13, 36).

Cреди других известных молекулярных мишеней, опосредующих связь между хроническим воспалением и канцерогенезом простаты (все эти сигнальные белки мы подробно обсуждали в гл. 1 ч. I), можно назвать цитокины IL-6 и TNFa, индуцибельную NO-синтазу (iNOS), а также гипоксия-индуцибельный фактор HIF-1a и некоторые другие (STAT, Nrf2, NF-AT) факторы транскрипции (47).

Недавно было установлено, что передаваемые по наследству структурные полиморфизмы гена TLR4, а также генного кластера TLR6-TLR1-TLR10 напрямую связаны с повышенным риском заболеваемости раком простаты (9, 74, 85). И в клиническом материале (биопсийных образцах), полученном у больных РП, определяется повышенный уровень экспрессии рецепторов TLR1, TLR2 и TLR3 (40).

Анализируя функции перечисленных мишеней, становится более понятно, почему хроническое неинфекционное (асептическое) воспаление может лежать в основе канцерогенеза. В самом деле, все три указанные молекулы (СОХ-2, NF-kB, рецепторы TLRs) — помимо того, что опосредуют воспалительный ответ организма (участвуют в образовании провоспалительных медиаторов), активируют и другие биологические процессы (пролиферацию, ангиогенез, инвазию), лежащие в основе опухолевой трансформации.

Полифенолы зеленого чая, наиболее активным из которых является активный компонент Индигала — EGCG, издавна были известны как сильнейшие антиоксиданты, поглощающие свободные радикалы (высокореактивные формы кислорода и азота) — индукторы повреждений клеточных структур (рис. 46). А значит, эти вещества можно рассматривать как эффективные противовоспалительные соединения

По сути, антиоксидантная активность — это самое первое свойство, благодаря которому EGCG стал рассматриваться как заслуживающее пристального внимания биологически активное вещество. И до сих пор способность EGCG и других чайных катехинов защищать здоровые клетки от оксидативного стресса является одним из наиболее изучаемых вопросов. Антиоксидантная активность катехинов обусловлена самой химической природой данных соединений, а именно обилием в их составе гидроксильных групп (см. ниже).

Известно, что как антиоксидант EGCG в 100 раз более эффективен, чем витамин С и в 25 раз более эффективен, чем витамин Е (a-токоферол) (58, 64).

В нормальных физиологических условиях небольшие количества кислорода, потребляемого митохондриями, постоянно конвертируются в супероксид-анионы, перекись водорода и гидроксильные радикалы. Избыточная продукция этих радикалов является фактором повреждения, и на этот счет в клетке имеется естественная антиоксидантная система. Она представлена ферментами, среди которых наибольшее значение имеют Mn 2+ - и Cu 2+ -зависимые супероксид-дисмутазы (SOD), глутатион-пероксидаза (GPX), глутатион-редуктаза (GR) и каталаза (CAT). SOD конвертирует супероксид-анионы в перекись водорода, которая затем трансформируется в воду другими ферментами, GPX и CAT.

На активность антиоксидантных ферментов оказывают влияние также и возрастные изменения, которые выражаются в снижении их экспрессии и уровня в крови и тканях. Наибольший вклад в снижение активности естественных антиоксидантных систем клетки вносят нарушения респираторной функции митохондрий, снижение митохондриального потенциала, выход цитохрома с, стимуляция проапоптотических белков теплового шока (HSP10, HSP60), дисбаланс в системе белков Bax/Bcl, активация каспаз-3 и −9 и других апоптогенных факторов. Таким образом, гиперпродукция свободных радикалов является также и характеристикой старения, что проявляется токсичностью на разных уровнях — органном, клеточном, генном. Стимуляция естественных антиоксидантных систем, привнесение экзогенных антиоксидантов — ключевой момент лечения и профилактики воспаления, канцерогенеза и раннего старения.

Антиоксидантная активность EGCG была исследована на культуре гепатоцитов крыс. Гепатоциты инкубировали с канцерогенами — беномилом и Воздействие EGCG на клетки оценивалось посредством измерения уровня малонилальдегида — маркера перекисного окисления липидов, глутатиона (GSH), а также активности глутатион-пероксидазы и глутатион-редуктазы. По сравнению с контролем, концентрация антиоксидантных ферментов в присутствии EGCG увеличилась более чем на 200%, а малонилальдегида уменьшилась на 23%. Похожие результаты были получены в других экспериментах на гепатоцитах, а также на других клеточных моделях.

Антиоксидантные свойства EGCG изучались также на животных моделях почечной недостаточности, вызванной метилгуанидином (MG). MG — это уремический токсин, продуцируемый из креатинина под влиянием гидроксильного радикала. Мышам вводился креатинин интраперитонеально. Добавление животным в питьевую воду EGCG за 30 минут до и после инъекции креатинина способствовало ингибированию продукции MG за счет инактивации гидроксильного радикала. Сходные данные были получены при исследовании нейродегенеративных заболеваний — болезни Альцгеймера, Паркинсона, хореи Гентингтона, боковом амиотрофическом склерозе, а также на животной модели рака легких, вызванном содержащимися в табачном дыме нитрозаминами.

Каковы же механизмы антиоксидантного действия чайных полифенолов и EGCG как одного из наиболее активных его представителей?

На сегодняшний день различают три из них (рис. 46).

Хотя процесс выявления молекулярных мишеней, опосредующих антиоксидантные свойства крайне сложен (в силу плейотропности активностей проявляющих эти свойства веществ), первые данные такого рода уже появляются в литературе. Одна из таких мишеней — ядерный фактор Nrf2, взаимодействующий с соответствующим антиоксидантным респонсивным участком ДНК и активирующий экспрессию белков-антиоксидантов (22, 42).

Однако противовоспалительные свойства фитонутриентов индол-3-карбинола и эпигаллокатехин-3-галлата не ограничиваются только лишь антиоксидантной (в отношении нормальных тканей) активностью EGCG. К настоящему моменту получены неопровержимые доказательства того, что I3C и EGCG обладают способностью селективно блокировать активность сразу нескольких ключевых молекулярных мишеней, участвующих в трансдукции провоспалительных сигнальных каскадов (рис. 47).

В главе 4 ч. I книги, посвященной ферменту циклооксигеназе 2 (СОХ-2), мы говорили о том, что, согласно имеющимся экспериментальным данным, эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG) обладает уникальной способностью избирательно ингибировать экспрессию СОХ-2 в опухолевых клетках простаты (32), а также в других трансформированных клетках (41). Еще раз отметим, что к настоящему моменту довольно хорошо изучен молекулярный механизм этого ингибирования. Показано, что оно имеет множественный характер и протекает не только на транскрипционном, но и на посттранскрипционном (трансляционном) уровне, а также через EGCG-опосредованное ингибирование других регуляторных внутриклеточных путей, в частности опосредованных сигнальными протеинкиназами МАРК и PI3K (61).

В нескольких независимых исследованиях установлено, что EGCG и 3,3’-дииндолилметан (основной in vivo-метаболит индол-3-карбинола) в условиях in vitro эффективно подавляют синтез простагландинов и провоспалительных цитокинов — IL-1b, IL-6 и TNFa (12, 79).

Совсем недавно в 2008 г. вышла работа, авторам которой на in vitro-модели мышиных макрофагов RAW264.7 удалось показать, что 3,3’-дииндолилметан (DIM) ингибирует в них индуцированное бактериальным липополисахаридом повышение экспрессии индуцибельной NO-синтазы (iNOS). При этом снижался уровень самого белка, количество и транскрипционная активность его мРНК-транскрипта, а также высвобождение продукта NOS-реакции — оксида азота (12).

Тот факт, что оба активных компонента препарата Индигал — I3C (а также его физиологический метаболит DIM), и EGCG — ингибируют в опухолях простаты активность ядерного фактора транскрипции NF-kB — ключевой сигнальной молекулы, опосредующей проведение провоспалительных сигналов, мы подробно обсуждали выше (см. гл. 1 ч. II, разделы об ингибировании I3C и EGCG пролиферативных каскадов, индуцированных ростовыми факторами и цитокинами) (5, 10, 11, 21, 29, 69).

Есть данные, что, помимо NF-kB, I3C и EGCG ингибируют активность и других, участвующих в воспалительном клеточном ответе факторов транскрипции, в частности белков STAT (53, 77) и АР-1 (12).

Еще одна молекулярная мишень, имеющая отношение одновременно и к воспалению и к канцерогенезу и блокируемая Индигалом, — это гипоксия-индуцибельный фактор HIF-1a (см. гл.1 ч. I и гл. 4 ч. II) — сильнейший стимулятор опухолевого неоангиогенеза. Взаимодействуя со специфическим сайтом в промоторном участке гена VEGF (44), фактор HIF-1a стимулирует транскрипцию гена VEGF, а также целой группы других генов, опосредующих процессы неоангиогенеза и способствующих выживанию опухолевых клеток в условиях недостатка кислорода (матриксные протеазы, гликолитические ферменты, белки-транспортеры глюкозы, iNOS и пр.) (25, 72).

Показано, что 3,3’-дииндолилметан (физиологический метаболит индол-3-карбинола) в опухолевых клетках, находящихся в условиях гипоксии, существенно понижал уровень HIF-1a и его транскрипционную активность. Установлено также, что DIM подавлял экспрессию HIF-1a-респонсивных эндогенных генов, что приводило к ингибированию экспрессии ключевых гипоксия-респонсивных факторов, таких как фактор VEGF, енолаза-1, глюкозный транспортер-1, фосфофруктокиназа и др. Уменьшение уровня HIF-1a в гипоксичных опухолевых клетках сопровождалось увеличением скорости его ферментативной и протеосомной деградации, а также снижением скорости генной транскрипции (65).

В заключение данной главы отметим, что, согласно имеющимся в литературе данным, оба активных компонента Индигала — I3C и EGCG, помимо всего прочего, обладают самостоятельной антибактериальной активностью в отношении патогенных для человека антибиотико-резистентных микроорганизмов. А кроме того, I3C и EGCG усиливают действие антибиотиков и повышают чувствительность резистентных микроорганизмов к действию антибактериальных агентов (31, 67, 75, 84).