Рецепторы на клетках опухоли

Диагностика рака молочной железы не обходится без определения содержания в опухоли рецепторов эстрогенов (РЭ), прогестерона (РП). Знание того, какой гормональный статус вашей опухоли, имеет важное значение, поскольку это помогает определить – нужна или нет гормонотерапия, а также спрогнозировать течение заболевания. Этот анализ выполняется сразу же после биопсии молочной железы или после хирургического вмешательства (мастэктомии или лампэктомии).

Независимо от того, позитивный гормональный рецепторный статус (имеется в виду, что у вас гормонозависимая опухоль – эстроген и/или прогестерон стимулируют рост раковых клеток) или негативный (имеется в виду, что это не так), это будет влиять на то, какие шаги будут предприняты в дальнейшем в плане диагностики и лечения вашей опухоли.

Гормональные рецепторы и тесты по определению гормон-рецепторного статуса

Вне всякого сомнения, все первичные опухоли после биопсии или операции должены проверяться на наличие рецепторов эстрогена (РЭ, англ. ER) и прогестерона (ПР, англ. PR). С этой целью врач-морфолог осматривает ткань опухоли под микроскопом, чтобы определить, сколько клеток содержат гормональные рецепторы.

Гормонозависимые опухоли молочной железы (то есть на поверхности злокачественных клеток присутствуют рецепторы к эстрогенам и прогестерону) выявляются примерно в 70% случаев.

Положительный статус ER (ER+): рак грудной железы, который имеет рецепторы эстрогена. Положительный статус PR (PR+): клетки опухоли на своей поверхности содержат рецепторы прогестерона.

Гормон выступает в качестве ключа, а рецептор – замка. Когда ключ открывает замок, клетка получает приказ о выполнении определенного действия. В случае эстрогена и прогестерона клеткам молочной железы через рецепторы передается приказ на рост и размножение.

Все клетки молочной железы содержат рецепторы. Однако их количество в раковых клетках намного превышает норму. Такой избыток рецепторов обуславливает гормонозависимость опухоли, то есть её драйверами роста являются эстрогены и прогестерон.

Гормонозависимые опухоли имеют тенденцию протекать менее агрессивно, в отличие от гормононезависимых, они лучше поддаются лечению, и в целом у них выше показатели выживаемости. Если гормонозависимый рак молочной железы выявляется на ранних стадиях (1 и 2 стадии), пятилетняя выживаемость составляет 85%, на второй стадии данный показатель снижается до 76%. При 4 стадии заболевания этот показатель не превышает 18%.

Чтобы остановить рост опухоли, необходимо прервать сигнал, передаваемый от гормона к рецептору, что достигается двумя способами:

Снижением уровня гормонов в организме.
Блокировкой рецептора, то есть создаются условие, при котором гормон не может с ним связаться.

В ходе опухолевой прогрессии рецепторы эстрогена могут появляться и исчезать, что не характерно для рецепторов прогестерона – если они отсутствуют, то и в дальнейшем никогда не будут выявляться.

Шкала оценки статуса гормональных рецепторов

Оценка производится от 0 баллов до 3 баллов. Этот показатель можно найти в патморфологическом заключении.

Баллы	Что означает
0	Рецепторы не обнаружены
1+	Выявлено небольшое количество рецептов
2+	Обнаружено умеренное количество рецепторов
3+	Рецепторов очень много

Иногда вместо баллов указывается процент клеток, которые дали положительный результат на рецепторы. Если вы увидите число 0%, то это означает, что ни в одной клетке не было обнаружено рецепторов, а 100% – они присутствуют во всех клетках.

Ваш статус гормональных рецепторов – почему это важно

Кроме того, возможен вариант, когда опухоль может содержать как гормональные рецепторы (гормонозависимая), так и HER2-рецептор (HER2-положительная), что означает – эстроген, прогестерон и факторы роста могут стимулировать деление клеток. Это так называемый трижды позитивный рак груди.

Узнайте больше: Экзогенный и эндогенный эстроген при раке груди

Если ваша опухоль – ER+ или PR+, то это означает, что гормоны стимулируют её рост, и тактика гормонального подавления (то есть использование препаратов гормонотерапии), вероятно, будет работать. Если опухоль отрицательна по гормональным рецепторам (ER- или PR-), то гормоны не оказывает никакого влияния на её клетки, соответственно, гормонотерапия не даст никакого эффекта. Чтобы определиться с оптимальным вариантом лечения, необходимо выяснить и другие параметры опухоли, например, статус по HER2 рецептору.

Если вы узнали, что ваша опухоль имеет негативный гормональный рецепторный статус, то попросите доктора сообщить вам числовое измерение это показателя (в процентах или баллах). Даже если он невелик, гормонотерапия может быть эффективной.

Тактика дальнейшего лечения в зависимости от полученного результата

Как вы уже поняли, если у вас опухоль ER+ и/или PR+ (позитивный гормональный рецепторный статус), то вам будет рекомендована гормонотерапия (эндокринотерапия). Выбор антигормонального препарата будет определять ваш менопаузальный статус.

После наступления менопаузы ситуация другая, в организме женщины не так много эстрогенов, как было ранее. В постменопаузе он в основном синтезируются из андрогенов. Это превращение осуществляется с помощью фермента ароматазы. Для подавления этого фермента используются препараты, называемые ингибиторами ароматазы. Блокировка фермента приводит к тому, что в организме начинает вырабатываться мало эстрогенов, соответственно, стимуляция опухолевого роста снижается.

Врач может назначить следующие ингибиторы ароматазы:

Фемара (Femara, летрозол)
Аромазин (Aromasin, экземестан)
Аримидекс (Arimidex, анастрозол)

Перечисленные препараты могут быть назначены и в пременопаузе, но только после подавления яичников. Для подавления яичников используется либо лекарственные средства, либо удаляют яичники (в последнее время этого применяется редко). После этого, тамоксифен отменяется и назначается один из ингибиторов ароматазы. Данная стратегия, как показывает проведённое совсем недавно клиническое исследование, имеет преимущество в плане выживаемости.

При ранних стадия рака груди (в случае ER + и постменопауза) совместно с ингибитором ароматазы может быть использован бисфосфонат. По-видимому, такой подход снижает риск рецидивов (особенно риск возникновения костных метастазов).

Применение гормональной терапии при ранних стадиях рака груди, когда у опухоли положительный статус гормональных рецепторов, снижает риск рецидива примерно вдвое.

Иногда можно использовать и другие антигормональные средства. Например, такой препарат как Фазлодекс (фулвестрант), который является селективным супрессором эстрогеновых рецепторов. Обычно его применяют при лечении рака молочной железы, который прогрессирует на фоне приема тамоксифена или ингибитора ароматазы. Существуют и другие виды гормональной терапии, применяемые при лечении 4 стади заболевания.

Статьи по теме:

До последнего времени Тамоксифен или ингибиторы ароматазы рекомендовали принимать на протяжении 5 лет. Тем не менее, появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что для женщин с высоким риском рецидива более длительный прием этих препаратов может нести выгоду. Ввиду этого, вам следует акцентировать на этом внимание. Обязательно поговорите с вашим доктором от текущих рекомендациях относительно продолжительности приема антигормональных средств.

Список использованных источников:

ТцФР и рецепторы для него выявляются преимущественно в опухолях мезенхимального происхождения, однако имеются и в некоторых эпителиальных опухолях. Стимуляция роста опухоли при этом происходит как по аутокринному, так и паракринному пути. Секреция данного фактора опухолевыми клетками, а также ФРФ (фактора Фолькмана) могут иметь значение для стромообразования в опухоли и формирования десмопластической реакции.

ТФРа взаимодействует с рецепторами для ЭФР и обнаруживается во многих опухолях человека (рак легкого, молочной и поджелудочной железы, рак толстой кишки и печени, рабдомиосаркома и меланома). ТФРр и аффинные к нему рецепторы выявляются в клетках мезенхимального и эпителиального происхождения. Он по-разному действует на нормальные клетки бронхиального эпителия и клетки, бронхогенного рака, вызывая у первых плоскоклеточную дифференцировку и стимулируя пролиферацию вторых [Damstrup L. et al., 1989].
ТФРр обнаружен в клетках фибро- и лейомиосарком, лимфомы Ходжкина, рака толстой кишки, молочной железы, яичников и почек [Niekel К. A. et al., 1983].

Бомбезин — фактор роста легочного эпителия, имеющего соответствующие чувствительные рецепторы,— найден в клетках некоторых линий мелкоклеточного рака легкого, а также при раке щитовидной железы [Vialet J., Minna J. D., 1989].

Стромообразование в опухоли является результатом взаимодействий опухолевые клетки клетки соединительной ткани гистиогенного и гематогенного происхождения. Компоненты стромы опухоли состоит из онкобелков, металлопротеаз и их активаторов и ингибиторов; синтез опухолевыми клетками компонентов экстрацеллюлярного матрикса стромы; пролиферацию клеток соединительной ткани и синтез ими компонентов экстрацеллюлярного матрикса; взаимодействия опухолевых клеток с клетками соединительной ткани, в том числе с клетками гематогенного происхождения — макрофагами, NK-клетками, Т-клетками; взаимодействия опухолевых клеток с ЭЦМ опухолевой стромы.

Важную роль в стромообразовании в опухоли, а также в разрушении ЭЦМ играют соединительнотканные клетки местного и гематогенного происхождения, формирующие клеточные инфильтраты. Клетки инфильтратов (макрофаги, лимфоциты, полиморфно-ядерные лейкоциты, плазмоциты, эозинофилы) способны продуцировать как факторы, стимулирующие образование стромы (факторы роста, ИЛ-1, ФНОа, ТФР, фибронектин и др.), так и различные протеолитические ферменты.

Известно, например, что на синтез опухолевыми клетками проколлагена и коллагена IV могут влиять вирусные и клеточные онкогены, наиболее важными из которых являются c-fos и v-fos, c-Ha-ras и v-Ha-ras, v-src v-mos [Schontha! A. et al., 1988; Ura H. et al., 1989]. Регуляция синтеза коллагенов на эпигеномном уровне также имеет несколько стадий: транскрипция и трансляция генов, гидроксилирование лизина и пролина, гликолизирование пропептидов, транслокация и секреция клеточных проколлагенов, внеклеточные формирование и модификация фибрилл [Серов В. В., Шехтер А. Б., 1981].

Например, мы установили, что в раке легкого формируется строма с преобладанием коллагена III типа, что характерно также для эмбрионального легкого. Оказалось, что ЭЦМ стромы рака содержит большое количество тонких аргирофильных фибрилл, не окрашивающихся фуксином. Встречаются также толстые фуксиновые коллагеновые фибриллы, сконцентрированные в основном в периваскулярной ткани и очагах десмопластической реакции.

В высокодифференцированных опухолях вокруг раковых комплексов часто обнаруживаются базальные мембраны. Не выявлено различий коллагенов в ЭЦМ периферического рака легкого (ПРЛ) и центрального рака легкого. При электронной микроскопии в ЭЦМ стромы рака обнаруживаются тонкие микрофибриллы диаметром 40—60 нм и толстые диаметром 80—100 нм с поперечной исчерченностью или реже без нее. Микрофибриллы располагаются в виде пучков вблизи фибробластов и миофибробластов. Нередко к цитолемме раковых клеток прилежат базальные мембраны. Изредка в строме рака встречается зебровидный коллаген — коллаген VI типа, а также микрофибриллы коллагена в виде электронно-плотного стержня с поперечно расположенными периодическими структурами.

Стандартизованное иммуногистохимическое исследование: рецепторный статус при раке молочной железы (PR, ER, ki67, Her2 neu). Выполняется только при наличии готового микропрепарата на предметном стекле и образца ткани в парафиновом блоке.

ИГХ-исследование (РЭ, РП, Her2/neu, Ki-67), иммуногистохимический анализ рецепторного статуса рака молочной железы.

IHC (ImmunoHistoChemistry) Test for Breast Cancer Receptor Status (ER, PR, HER2, Ki67), HER2 Overexpression by IHC, Estrogen Receptors, Progesterone Receptors, ER and PR Status, Estrogen and Progesterone Receptor Status.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Парафиновый блок с биоптатом образования молочной железы. Ткань первичной опухоли может быть получена с помощью толстоигольной биопсии, а также инцизионных и эксцизионных хирургических вмешательств. Для выявления метастазов на биопсию могут быть взяты ткани из стенки грудной клетки, регионарных лимфоузлов или отдаленных органов.

Общая информация об исследовании

Современные принципы и стратегии лечения рака молочной железы основываются, в том числе, на результатах оценки рецепторного статуса и пролиферативного потенциала опухолевых клеток. Клетки опухоли обладают способностью вырабатывать и располагать на своей поверхности специальные белки – рецепторы, стимуляция которых приводит к запуску клеточного деления и росту опухоли. Подобные рецепторы способны связываться с веществами, присутствующими в организме в норме и исходно никак не связанными с развитием злокачественного новообразования. Согласно актуальным клиническим рекомендациям, для рака молочной железы имеет значение наличие на опухолевых клетках следующих рецепторов, различные комбинации которых называются рецепторным статусом:

Рецепторы к гормонам – эстрогенам и прогестерону (ER, PR). Значительная часть опухолей молочной железы является гормонально-зависимыми, то есть их рост поддерживается и стимулируется эстрогенами и прогестероном. Опухоли с положительным гормональным рецепторным статусом хорошо отвечают на терапию аналогами гормонов (тамоксифен), которые блокируют соответствующие рецепторы – связываются с ними, но не вызывают активации внутриклеточных процессов и не дают рецептору впоследствии связаться с гормоном. Таким образом, исследование продукции опухолью ER и PR позволяет определить ее чувствительность к этим препаратам.

Рецептор второго типа к человеческому эпидермальному фактору роста (human epidermal growth factor receptor 2 – HER2/neu). В клетках некоторых опухолей молочной железы имеет место повышенная выработка данного рецепторного белка, который, соединяясь с естественным фактором роста, запускает в опухолевой клетке процесс деления. Общее число пациенток с HER2-положительным раком молочной железы составляет от 15% до 20%. Определение HER2/neu имеет не только прогностическое значение (такие опухоли обычно прогрессируют быстрее и имеют более агрессивное клиническое развитие), но и позволяет оценить возможность применения таргетных лекарственных препаратов – моноклональных антител к рецептору HER2 – трастузумаб (герцептин), лапатиниб, пертузумаб. Кроме того, HER2-позитивные опухоли резистентны к тамоксифену.

Пролиферативная активность – показатель способности опухолевых клеток к неограниченному делению, которое является основным фактором биологической агрессивности опухоли. Процесс деления сопровождается появлением в клетке определенных белков, один из которых – Ki-67. Он не продуцируется в клетках в состоянии покоя, что позволяет использовать его как маркер пролиферативной активности опухоли. Определение уровня Ki-67 имеет важное прогностическое значение, так как наибольшей пролиферативной активностью обладают опухоли из наименее зрелых и дифференцированных клеток.

Все указанные выше маркеры могут быть выявлены при иммуногистохимическом исследовании биоптата или операционного материала опухоли. Для анализа из готового парафинового блока с помощью специального микроножа нарезают тончайшие срезы, которые затем прикрепляют к предметным стеклам и красят рутинными красителями, чтобы было возможно отличить клетки друг от друга и от межклеточного вещества. Затем срезы на стеклах окрашиваются растворами антител, меченных флюоресцирующими метками, специфичных к одному из исследуемых рецепторов. Если в опухолевой клетке присутствует искомый рецептор, антитела связываются с ним и при просмотре стекла под специальным микроскопом можно увидеть флюоресценцию, что будет свидетельствовать о положительном результате теста. Кроме того, при просмотре среза врач-морфолог сможет увидеть, что окрашенный маркер располагается в ядре, клеточном веществе или на оболочке опухолевых клеток. Количество применяемых растворов с антителами соответствует количеству маркеров, которые исследуются в образце. Степень флюоресценции и процент клеток, в которых она есть, лежат в основе интерпретации результатов иммуногистохимического анализа и подробнее описаны в соответствующем разделе.

Для чего используется исследование?

Для определения гормонорецепторного статуса и степени пролиферативной активности рака молочной железы для оценки прогноза и индивидуализации лечения, в том числе определения показаний для назначения таргетной терапии.
По результатам детекции гормональных рецепторов определяется целесообразность использования антиэстрогенов, а рецептора HER2 – таргетных анти-HER2 препаратов. Выявленное отсутствие этих маркеров позволяет избежать назначения заведомо неэффективной терапии. Высокий индекс пролиферативной активности, а также негативность по рецепторному статусу по большей части являются показанием для добавления к лечению цитостатических препаратов.

Когда назначается исследование?

При наличии гистологически верифицированного рака молочной железы - впервые выявленные, рецидивирующие и метастатические опухоли.

Что означают результаты?

При интерпретации результатов иммуногистохимического определения рецепторного статуса стероидных гормонов (эстрогенов и прогестерона) в опухолях молочной железы следует оценивать не только процент окрашенных антителами клеток, но и интенсивность окрашивания. Оба эти параметра учитываются в шкале Allred, где процент позитивных клеток оценивается от 0 до 5 баллов, а интенсивность окрашивания от 0 до 3. Сумма двух показателей является итоговым баллом, по которому определяется позитивность опухоли по рецепторному статусу: 0-2 негативная, 3-8 позитивная. Общий балл 3 по этой шкале соответствует 1-10% окрашенных клеток и является минимальным позитивным результатом, когда назначение гормональной терапии может иметь эффективность.

Иногда рецепторный статус определяется исключительно по проценту клеток с окрашенными ядрами. В таких случаях NCCN рекомендует считать позитивными все опухоли, где есть более 1% позитивных клеток.

При интерпретации окраски на рецептор HER2/neu учитывают только мембранное окрашивание (окрашивание клеточной оболочки), которое оценивают по шкале от 0 до +3:

результат 0 и +1 считается HER2-негативным;

+2 – пограничный результат, при нем по данным иммуногистохимического исследования нельзя судить о наличии на поверхности клеток рецептора HER2-neu, необходимо проведение FISH- или CISH-исследования;

+3 – положительный результат – таргетная терапия анти-HER2 препаратами будет эффективна.

Согласно классификации St. Gallen Consensus (2009), низким индексом пролиферативной активности считается уровень Ki-67 менее 15%, средним – 16-30%, а высоким – более 30%.

Что может влиять на результат?

Качество предоставленных парафиновых блоков, опыт и квалификация врача-патоморфолога, так как иммуногистохимический метод не в полной мере стандартизирован и оценка его результатов в некоторой степени субъективна.
Интерпретация результатов исследования должна проводиться исключительно врачом соответствующей специальности, приведенные данные об эффективности и целесообразности назначения определенных лекарственных средств в зависимости от результатов исследования носят исключительно рекомендательный характер и могут быть пересмотрены с учетом индивидуальных особенностей пациентки.

При неопределенном HER2/neu-рецепторном статусе (результат иммуногистохимического исследования 2+) рекомендуется выполнение FISH- или CISH-исследования, которые позволят выявить гиперактивацию гена, кодирующего этот рецептор. При недоступности этих исследований допускается повторное иммуногистохимическое исследование, но на другом образце опухолевой ткани.
Существует несколько шкал оценки рецепторного статуса рака молочной железы, в лабораторном отчете должно быть указано, по какой именно проводилась оценка позитивности опухоли в данном исследовании, а также дана описательная характеристика количества позитивных клеток, особенностей окрашивания клеточных структур и морфологических особенностей клеток.

Гистологическое исследование биопсийного материала образования молочной железы

Цитологическое исследование пунктатов молочной железы

Определение HER2 статуса опухоли методом FISH

Определение HER2 статуса опухоли методом CISH

Кто назначает исследование?

Онколог, маммолог, онкогинеколог.

Литература

Dana Carmen Zaha. Significance of immunohistochemistry in breast cancer. World Journal of Clinical Oncology, 2014; 5(3): 382-392.

Клиническая лабораторная диагностика: национальное руководство: в 2 т. – T. I / Под ред. В. В. Долгова, В. В. Меньшикова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. С. 658-660.

В. Ф. Семиглазов, Р. М. Палтуев, В. В. Семиглазов, Г. А. Дашян, Т. Ю. Семиглазова, П. В. Криворотько, К. С. Николаев. Общие рекомендации по лечению раннего рака молочной железы St. Galle- 2015, адаптированные экспертами Российского общества онкомаммологов. Опухоли женской репродуктивной системы, 2015; 3: 43-60.

Более ста лет назад было показано, что удаление яичников, являющихся основным источником эстрогенов у женщин в пременопаузе, оказывает противоопухолевый эффект у больных с распространенным РМЖ.

Как остановить выработку гормонов?

Остановка функции яичников у женщины (хирургическая, лучевая, гормональная) приводит к снижению уровня эстрогенов крови с 1000-100 до 100-10 ммоль/л, т. е. в 10 раз. Остаточный уровень эстрогенов обеспечивается превращением андростендиона, вырабатываемого корой надпочечников, в эстрогены за счет реакции ароматизации, протекающей в жировой и некоторых других тканях.

В постменопаузе главным путем образования эстрогенов является ароматизация андрогенов, продуцируемых надпочечниками. Таким образом, блокада яичников не обеспечивает полной остановки образования этих гормонов, и требуется дополнительное воздействие, чтобы прервать стимуляцию опухоли.

Спросите вашего врача: Какое значение имеет определение рецепторов к эстрогенам и прогестерону в лечении рака молочной железы?

Определение рецепторов к эстрогену и прогестерону в опухоли молочной железы является на сегодняшний день стандартным мероприятием, позволяющим планировать объем лечение, определять в нем роль гормонотерапии, а также определять риск возникновения рецидива заболевания.

Определение рецепторов к эстрогенам и прогестерону проводится с помощью иммуногистохимического исследования. Материалом для исследования обычно являются блоки препарата (кусочек опухоли, специально обработанный и залитый в парафин). Исследование проводится в специальных лабораториях.

Значительный прогресс в лечении рака молочной железы внесли исследования по выявлению и количественному определению в опухолевых клетках стероидных рецепторов к эстрагену и прогестерону. Пациентки, опухоли которых содержали рецепторы к эстрогену и прогестерону, в 50-65% случаев оказались чувствительными к гормональной терапии. В то же время, если опухоль содержала один тип рецептора, чувствительность к гормональной терапии значительно снижалась. В случае если опухолевые клетки не содержали рецепторов, то эффективность гормонотерапии не превышала 10%.

В настоящее время общепринято, что если более 10% опухолевых клеток содержат рецепторы к эстрогену или прогестерону, то опухоль следует считать гормоночувствительной. В Израиле гормональные препараты применяются на различных этапах комбинированного и комплексного методов лечения операбельных форм рака молочной железы, а также в случаях генерализации опухолевого процесса.

Следует признать, что первичная опухоль молочной железы состоит из биологически различных популяций клеток. Они различаются по многим параметрам, в частности по скорости роста, кариотипу, наличию или отсутствию гормональных рецепторов, продукции опухоль-ассоциированных белков, иммуногенности, чувствительности к гормоно- и химиотерапии.

Эффективной последующей антиэстрогенной стратегией явилась блокада рецепторов этих гормонов. С этой целью были синтезированы селективные модуляторы рецепторов к эстрогенам (SERM) тамоксифен и торимефен. Назначение тамоксифена в течение пяти лет у пациенток с рецептор-позитивными опухолями в менопаузе позволило сократить частоту рецидивов и возникновения рака контралатеральной молочной железы на 50%, уменьшить смертность на 28%.

Помимо этих препаратов есть и новые, не упомянутые в статье, созданные по тому же принципу - блокировке рецепторов опухоли к гормонам женщины или же подавлению функции яичников. Спросите у нашего консультирующего врача о новых направлениях лечения гормоно-зависимых опухолей груди и какие успехт уже достигнуты в лечении не чувствительных к гормонам опухолей. Мы можем помочь вам - не тяните время, оно не ждет.

16 октября 2015

3940
3,2
2
4

Анна Петренко

Биотехнологии
Онкология
Стволовые клетки

Клетки многоклеточного организма существуют не сами по себе, а в создаваемом ими самими тканевом окружении, подобно людям, являющимся элементами общества. Клеточная микросреда не только играет важнейшую роль в поддержании функционирования клетки, но и сама активно на него влияет. Реципрокные динамические взаимодействия между клеткой и ее окружением играют решающую роль в развитии онкологических заболеваний, ставших бичом нашего времени. Развитие современных технологий лабораторного изучения клеток и их микроокружения позволяет отследить эти процессы в беспрецедентных деталях и даже смоделировать в лаборатории микросреду по своему желанию.

Жизнь на Земле начиналась с простейших организмов, состоящих из одной клетки, которой приходилось быть самостоятельной и самодостаточной. Однако со временем начали появляться и более сложные существа. Клетки в них уже различались внешне и отвечали за разные функции организма, хотя всё еще могли быть не разнесены в пространстве. Что же касается современных многоклеточных организмов — тут уже не скроешь высокую сложность их устройства и сотни типов клеток, образующих ткани, складывающие всё тело: от носа до кончика хвоста. И здесь клетки должны работать особенно слаженно.

Специализированную физиологическую микросреду, в которой находится СК, называют тканевой нишей. Она поддерживает основные характеристики, отличающие стволовую клетку от всех остальных: плюрипотентность и способность самообновляться [1]. Начнет ли клетка делиться либо останется в покоящемся состоянии, тоже во многом зависит от среды вокруг нее [2, 3].

Более того, раковые клетки (РК), выделяя сигнальные молекулы, подготавливают специальные ниши для будущих метастазов. В этой связи крайне перспективной становится возможность манипулировать раковыми стволовыми клетками, влияя не на них самих, а на их микросреду или на окружение метастазов. Некоторые исследователи утверждают, что будущее противоопухолевой терапии — это разработка препаратов, направленных на РСК и метастатические ниши.

Структура микроокружения

Рисунок 3. Регуляция ниши стволовых клеток нормального кишечного эпителия и колоректального рака. Слева — Сигнальные молекулы, секретируемые кишечными субэпителиальными миофибробластами (ISEMFs) и клетками Панета (Paneth), способствуют обновлению пула СК и нормальной кишечной пролиферации. Справа — Состав микроокружения способствует размножению клеток колоректального рака (КРР) либо их переходу в состояние покоя, из которого они — под влиянием того же микроокружения — могут выйти и восстановить свой онкогенный потенциал. Рисунок из [17], адаптирован.

Роль воспалительных реакций

Микроокружение опухоли характеризуется постоянным воспалением. М2-макрофаги, нейтрофилы, тучные клетки, повышенная концентрация медиатора воспаления оксида азота (NO), многие провоспалительные цитокины — всё это способствует процветанию РК и увеличению агрессивности рака [19]. Поддерживают развитие опухоли также регуляторные Т-клетки и Т-хелперы 2 типа.

Среди сложнейшей сети сигнальных путей особое место по отношению к раку отводится двум системам, приводящим к активации генов, — NF?B и STAT3. Эти факторы транскрипции могут начать работу в ответ на многое: воспаление, бактериальные или вирусные антигены, стресс, свободные радикалы. Используя эти пути, опухоль образуется, пролиферирует, активирует процессы ангиогенеза и инвазии, метастазирует — в общем, делает практически всё для собственного развития. Как оказалось, активация NF?B задействована даже в формировании резистентности рака к химиотерапии и облучению. Эти виды лечения эффективно убивают дочерние раковые клетки, но редко уничтожают сами РСК [19], что обычно имеет печальные последствия в форме обострения болезни спустя какое-то время.

Однако иммунное микроокружение опухоли может оказывать и обратное влияние. Тогда в него включены другие клетки: M1-макрофаги, Т-хелперы 1 типа, цитотоксические Т-клетки, АПК и естественные киллеры [20]. Переключение с антиопухолевого режима на проопухолевый сейчас активно изучается. К примеру, недавно показано, как рак подавляет нормальные функции эффекторных Т-клеток [21].

Внеклеточный матрикс

Внеклеточный матрикс — это каркас микроокружения, формирующий его механическую структуру*. Его создают мезенхимальные клетки: фибробласты, хондроциты, остеобласты. Состав внеклеточного матрикса очень сложен и многообразен: в него входят коллагены — основные белки соединительной ткани (например, коллаген типа IV), протеогликаны, гликопротеины (фибронектин и ламинин-1) и другие компоненты. Ключевые ферменты матрикса — матриксные металлопротеиназы (ММП), разрушающие практически любой белок внеклеточного пространства и тем самым преобразующие его структуру. Двунаправленное влияние ВКМ и РК при некоторых условиях может способствовать прогрессированию опухоли, влиять на ее агрессивность и способность расселяться по всему организму [20]. Например, не только опухолевая клетка для своего роста ремоделирует матрикс, выделяя ММП, но их могут выделять и стромальные клетки микроокружения, облегчая инвазию РК.

Метастазирование и метастатические ниши

Модели изучения микроокружения

Сегодня существует множество моделей изучения того, как микросреда изменяет отдельные клетки и их ДНК, и сопутствующее оборудование становится всё более компактным, автоматизированным и многофункциональным.

Раньше для выращивания клеток в культуре преимущественно использовались двухмерные (плоские) матрицы. На них было показано, что ограничением формы или подвижности клетки можно спровоцировать деление, апоптоз или даже дифференцировку мезенхимальных СК человека. Сейчас к этим моделям добавились и трехмерные модели из синтетических гидрогелей и матриц, основанных на коллагеновых волокнах. С их помощью удалось обнаружить, что у клеток, культивируемых в 2D- или 3D-окружении, различаются* фенотип, клеточно-матриксная адгезия и даже экспрессия генов.

* — О том, как чипы различных размеров и разной архитектурной сложности направляют дифференцировку мышиных нейрональных клеток-предшественниц в нейроны либо глию, можно прочитать в статье [24].

Для более корректного сравнения клеток, выращенных в двух- и трехмерной среде, разработаны специальные микролунки: одиночная клетка контактирует с плоской поверхностью, на которую нанесены адгезивные лиганды. Так, изменяя упругость подложки, можно манипулировать формой клетки в пространстве [25].

На похожей модели другая группа исследователей показала, что фармакологическое ингибирование сигналинга киназ определенного семейства не дает спящим клеткам рака груди вновь начать делиться. Поскольку для пролиферации нужна также активация другого гена, то параллельная терапия двумя ингибиторами вызывает апоптоз и задерживает рост метастазов. Авторы указывают, что такое комбинированное лечение может предотвратить повторное развитие рака молочной железы [27].

Комбинированная система Polaris от Fluidigm Corp.

Микрофлюидика на службе исследователей клеточных ниш

Изучение единичных клеток с помощью биочипов на основе технологий микрофлюидики впервые было предложено в 2013 году, когда компания Fluidigm Corp. (США) анонсировала первый чип для профилирования гетерогенных популяций клеток [29]. Чип С1 TM позволил исследователю объединить захват отдельных клеток, лизис, обратную транскрипцию и амплификацию в единый автоматический протокол, тем самым решая большинство существующих проблем со скоростью эксперимента и надежностью и воспроизводимостью получаемых данных.

Довольно быстро биочипы заняли свою нишу во многих областях науки и медицины: изучении стволовых клеток, иммунологии, эпигенетике и, конечно, в онкологии. Так, с помощью биочипов была проведена одна из самых масштабных работ по определению клональности мутаций у пациентов с острым лимфобластным лейкозом. Результаты дали основания полагать, как именно происходило развитие заболевания в каждом конкретном случае [30].

В 2015 году Fluidigm Corp. анонсировала новую комбинированную систему Polaris TM , которая позволяла не только профилировать популяцию в целом, но и изучать влияние микроокружения на конкретные единичные клетки. На одном чипе теперь можно было выбрать клетки с интересующим иммунофенотипом, изолировать их в индивидуальных камерах и задать определенные параметры клеточной ниши.

Помимо манипуляций с потоками среды и газа, температурой и влажностью, в камеры клеток можно вводить дополнительные факторы, в том числе сигнальные молекулы, РНК, вирусы и бактерии. Такая свобода действий позволяет, во-первых, смоделировать практически любое клеточное состояние — апоптоз ли, пролиферацию, воспаление, гипоксию, дифференцировку или синтез специфических белков, а во-вторых, получать воспроизводимые и надежные результаты, гарантировать которые могут только приборы с высоким уровнем автоматизации. Более того, с того момента, как клетка попадает на чип, за каждым мгновением ее жизни ведется наблюдение, что позволяет напрямую соотносить изменения в микроокружении с фенотипом и экспрессией генов конкретной клетки.

Приборы типа Polaris TM открывают огромные перспективы в области изучения клеточного микроокружения, какую бы конечную цель не ставил перед собой исследователь — проверить эффективность нового лекарства, изучить новый сигнальный каскад или посмотреть, как меняется фенотип клетки в тех или иных условиях [31, 32].

Читайте также: