ещё
свернуть
Все статьи номера
статья 6 из 7
Не прочитано
9
Август 2016года
Повышение квалификации

Факторы роста, их рецепторы и нижележащие сигнальные белки в клинической онкологии: достижения, проблемы, перспективы

В обзоре представлены основополагающие данные современной литературы и результаты собственных многолетних исследований роли ауто/паракринных факторов роста, их рецепторов и некоторых нижележащих сигнальных белков (PI3K, Akt, NFĸВ) в клиническом течении, прогнозе и формировании гормональной и/или лекарственной чувствительности различных опухолей человека. Суммированы также данные о ключевых «таргетных» препаратах, направленных на подавление различных компонентов сигнальных путей факторов роста, критериях оценки индивидуальной чувствительности к этим препаратам, в т. ч. с использованием современных молекулярно-биологических технологий.

Е.С. Герштейн, д-р биол. наук, проф., ведущ. науч. сотр. лаборатории клинической биохимии НИИ клинической онкологии ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» Минздрава России

Современный уровень знаний о молекулярных механизмах возникновения и развития опухолей, их чувствительности или резистентности к различным препаратам и воздействиям позволяет в определенных случаях осуществить переход от усредненных стандартных схем лечения к т. н. персонализированной, или «точной» (precise), медицине, т. е. назначению терапии в соответствии с индивидуальными особенностями больного и биологическими характеристиками опухоли. Тем не менее нерешенных вопросов в этой области все еще гораздо больше, чем убедительных ответов, а перенос результатов экспериментальных исследований в клиническую практику требует большой осторожности и масштабных клинико-лабораторных испытаний.

Одним из наиболее перспективных подходов к индивидуализации и повышению эффективности лечения онкологических больных считается определение молекулярных маркеров, характеризующих фундаментальные свойства опухолей и особенности их биологического поведения. Хорошо известно, что ключевой характеристикой злокачественных опухолей является способность к неограниченному автономному росту. В ее основе лежат эффекты факторов роста — белков или полипептидов, продуцируемых опухолевыми клетками или другими компонентами опухолевой ткани (фибробластами, инфильтрирующими опухоль макрофагами и лимфоцитами, эндотелиоцитами) и взаимодействующих со специфическими рецепторами на поверхности самих клеток-продуцентов и/или соседних клеток, стимулируя в результате последующей сложной цепи реакций клеточное деление (рис. 1). В первом случае механизм действия факторов роста является аутокринным, во втором — паракринным. Цепь внутриклеточных событий, инициируемых факторами роста, влияет и на другие фундаментальные свойства злокачественных опухолей — способность противостоять программируемой клеточной гибели (апоптозу), инвазию в окружающие ткани и метастазирование в отдаленные органы, активацию ангиогенеза и др.

Рис. 1. Схема основных сигнальных путей факторов роста на примере рецептора эпидермального фактора роста [http://www.cancergenome.ru/page87].

Рецепторы семейства c-erbB (рецепторы эпидермального фактора роста)

К настоящему времени известны несколько десятков факторов роста, принадлежащих к различным семействам. Наиболее изученной и клинически реализованной является сигнальная система рецепторов эпидермального фактора роста (РЭФР) и родственных ему рецепторов семейства c-erbB или HER (human epidermal growth factor receptor) [3]. В это семейство входят четыре белка — продукта онкогенов группы c-erbB: собственно РЭФР (ЕrbB-1, HER1), а также ЕrbB-2 (HER2/neu), ЕrbB-3 (HER3) и ЕrbB-4 (HER4) — сходные по структуре трансмембранные рецепторы, внутриклеточная часть которых обладает тирозинкиназной активностью. Известно довольно много лигандов — белков, специфически взаимодействующих с рецепторами семейства c-erbB. Наиболее значимыми являются эпидермальный и α-трансформирующий факторы роста, амфирегулин и cripto, взаимодействующие только с РЭФР, а также херегулины (неурегулины), взаимодействующие с ЕrbB-3 и ЕrbB-4. Все они представляют собой небольшие пептиды (мол. массой около 6000 D), в большей или меньшей степени гомологичные друг другу по первичной структуре. Ни одного лиганда, взаимодействующего с рецептором ЕrbB-2 (HER2/neu), до настоящего времени не обнаружено, что связано, по-видимому, с дефектом внеклеточного связывающего лиганды участка этого рецептора.

Классический рецептор эпидермального фактора роста (РЭФР) и анти-РЭФР-препараты

Практическим результатом определения любого биологического маркера является либо выявление подгруппы с повышенным риском возникновения рецидива и/или метастазов среди больных ранними стадиями, не подлежащих адъювантной терапии по основным клиническим и лабораторным показаниям (прогностические маркеры), либо оценка чувствительности опухоли к определенным видам терапии и индивидуализация схем адъювантного лечения больных с распространенным процессом или входящих в прогностически неблагоприятную подгруппу при ранних стадиях (предсказательные маркеры).

На первом этапе клинико-лабораторного изучения в 1980–1990-х гг. классический РЭФР изучали в качестве прогностического маркера, а также как возможный дополнительный критерий гормонорезистентности рака молочной железы (РМЖ). Многими исследователями, в т. ч. и в нашей лаборатории, было показано, что наличие в опухоли этого рецептора, в особенности в отсутствие рецепторов стероидных гормонов, свидетельствует о неблагоприятном прогнозе РМЖ даже на ранних стадиях и о его резистентности к эндокринной терапии.

Из-за неоднозначности результатов, полученных разными авторами, определение РЭФР в качестве маркера общего прогноза или гормоночувствительности РМЖ в рутинную клиническую практику не вошло.

Помимо РМЖ РЭФР были обнаружены в опухолях самых разных локализаций. Так, в серии работ, проведенных радиолигандным методом с использованием 125I-меченного ЭФР с последующим разделением на гидроксилапатите, являвшимся международно принятым «золотым стандартом» определения РЭФР в мембранной фракции тканей, мы показали, что эти рецепторы присутствуют в 32–75% различных злокачественных опухолей [3]. Чаще всего они выявлялись в ткани немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ), для которого было продемонстрировано также значительное снижение безрецидивной и общей выживаемости больных при уровне РЭФР более 20 фмоль/мг белка.

Эти данные приобрели новое практическое значение, когда на стадию клинических испытаний, а затем и практического использования вышли препараты, специфически блокирующие активность РЭФР, — моноклональные антитела к внешнему домену рецептора (эрбитукс®, вектибикс®), подавляющие его взаимодействие с лигандом, и ингибиторы его внутренней тирозинкиназы (ИТК — Iressa®, Tarceva®, Tayverb® и др.), реализующей первый этап передачи митогенного сигнала. В настоящее время эти препараты уже рекомендованы для лечения НМРЛ, а также опухолей головы и шеи, колоректального рака (КРР) и рака поджелудочной железы. Однако первые клинические испытания показали, что далеко не все РЭФР-положительные опухоли чувствительны к анти-РЭФР направленным препаратам (в частности, к ингибиторам тирозинкиназы), что вызвало определенное разочарование исследователей. В дальнейшем выяснилось, что для проявления эффекта этих препаратов (в частности, ИТК при НМРЛ) необходимо наличие в опухоли делеционной мутации L858R в тирозинкиназном домене гена РЭФР. Такая мутация была выявлена примерно у 5% курящих и у 40% некурящих РЭФР -больных НМРЛ, чаще выявлялась у женщин, чем у мужчин, и была характерна для опухолей, имеющих строение аденокарциномы [11]. Позднее были выявлены дополнительные мутации гена РЭФР, способствующие проявлению активности ИТК. Общим для значимых мутаций гена РЭФР является то, что они приводят к его постоянной активации, независимой от связывания лиганда, что усиливает воздействие ИТК. Около 90% больных НМРЛ с активирующими мутациями в гене РЭФР чувствительны к ИТК, поэтому тестирование мутационного статуса гена РЭФР у больных НМРЛ является обязательным при решении вопроса о назначении этих препаратов [6].

В то же время эффективное использование препаратов на основе моноклональных антител к РЭФР при КРР ограничено только теми опухолями, в которых отсутствуют специфические мутации в гене KRAS, кодирующем один из ключевых нижележащих сигнальных белков, осуществляющих передачу митогенного сигнала от поверхности клетки к ядру (рис. 1). Только опухоли с «диким» (неизмененным) типом этого гена чувствительны к данной группе препаратов [19]. Постоянная, независимая от лиганд-рецепторного взаимодействия активация kras, возникающая в результате мутационного изменения структуры соответствующего гена, приводит к тому, что опухоль не реагирует на подавление связывания лиганда. Известно уже около десятка различных мутаций KRAS, приводящих к постоянной активации kras сигнального пути, однако наиболее значимыми для ответа на анти-РЭФР-препараты являются мутации в 12-м, 13-м и 61-м кодонах, выявление которых стало обязательным при назначении соответствующего лечения. Ген KRAS мутирован примерно у 40% больных КРР, но далеко не все больные с геном «дикого» типа чувствительны к моноклональным антителам к РЭФР, что может быть связано с изменениями (в т. ч. и мутационными) в других звеньях сигнальной цепи, например в нижележащем эффекторе BRAF [22]. В настоящее время становится обязательным также тестирование мутационного статуса гена NRAS.

HER2/neu — одна из первых мишеней успешной молекулярно-направленной («таргетной») терапии

Огромный прорыв в области практического использования маркеров, связанных с РЭФР-зависимой регуляцией роста опухолей, произошел после появления препарата герцептин, представляющего собой гуманизированные моноклональные антитела к рецептору 2-го типа (HER2/neu) — уникальному представителю семейства, который имеет дефект в лиганд-связывающем домене, не взаимодействует ни с одним из известных факторов роста, активирующих родственные рецепторы, но является, тем не менее, ключевым звеном передачи митогенных сигналов всех ЭФР-подобных пептидов и необходим для успешного функционирования всей системы. Ключевая роль HER2/neu объясняется тем, что основной особенностью всех трансмембранных рецепторных тирозинкиназ является необходимость димеризации после связывания активирующего лиганда для реализации киназной активности и последующих биологических эффектов. При этом рецепторы семейства ErbB могут образовывать как гомо-, так и гетеродимеры, а наиболее активными являются гетероструктуры с участием рецептора HER2/neu.

Блокирование HER2/neu может существенно замедлить или остановить рост опухолей, зависимых от подобных стимулов, однако эффективное использование биологически активных препаратов предусматривает предварительную оценку индивидуальной чувствительности больных к данному виду лечения. Общепринятым методом оценки чувствительности к герцептину является использование иммуногистохимического (ИГХ) окрашивания опухолевых тканей на белок HER2/neu с последующей оценкой амплификации гена c-erbB2 с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), которая проводится в спорных случаях, когда ИГХ метод не дает строго положительного или строго отрицательного ответа. Подобный подход хорошо зарекомендовал себя в лечении больных РМЖ, позволяя обеспечить максимальную эффективность герцептина и избежать неоправданных затрат и осложнений.

Что касается прогностического значения гиперэкспрессии или амплификации гена HER2/neu, то, несмотря на гигантский материал (к настоящему времени в различных лабораториях мира обследовано уже несколько десятков тысяч больных РМЖ), единого мнения о прогностической ценности этого маркера до недавнего времени не было, однако с 2005 г. рекомендовано исследовать экспрессию (лучше — амплификацию) HER2/neu в числе других факторов для формирования групп риска среди больных ранними стадиями [14]. Есть также данные о том, что опухоли с гиперэкспрессией или амплифицированным геном HER2/neu слабо реагируют на эндокринную терапию, но чувствительны к последующей химиотерапии, при этом считается, что больным с HER2/neu-положительными опухолями следует рекомендовать более интенсивные режимы химиотерапии.

В настоящее время ИГХ оценка экспрессии HER2/neu в комплексе с исследованием рецепторов стероидных гормонов и связанного с пролиферацией белка Ki-67 является основой современной молекулярной классификации РМЖ, лежащей в основе планирования адекватного адъювантного лечения.

Наличие у HER-2/neu как внутри-, так и внеклеточной части приводит к тому, что в процессе димеризации может происходить деградация молекулы рецептора и миграция его внешнего домена в межклеточную среду. Эта особенность легла в основу разработки иммуноферментных систем для определения растворимого HER2/neu в сыворотке или плазме крови. Опубликованы данные, свидетельствующие о перспективности этого теста, в первую очередь для мониторинга эффективности лечения герцептином [9]. Тем не менее признается необходимость дальнейшего набора материала и выработки четких количественных критериев для реального использования сывороточных показателей.

Многочисленные клинические испытания герцептина в различных схемах лечения РМЖ показали его высокую эффективность у больных с высокой экспрессией белка и/или амплификацией гена HER2/neu в опухоли. Однако оказалось, что существуют пациенты, исходно резистентные к этому препарату, несмотря на положительный HER2-статус опухоли, а также достаточно часто и быстро (в течение 1 года) резистентность к герцептину развивается в процессе лечения. Все это стимулировало интерес к изучению механизма действия этого препарата и поиску возможных причин исходной и приобретенной резистентности. Некоторые достижения в этой области мы рассмотрим в последней части статьи.

Сигнальная система инсулиноподобных факторов роста

Другой важнейшей системой, участвующей в ауто/паракринной регуляции роста опухолей, является сигнальная система инсулиноподобных факторов роста (ИФР). В норме она занимает одно из ключевых мест в регуляции эмбрионального роста и специфической дифференцировки большинства тканей взрослого организма, а также играет значимую роль в возникновении и прогрессии различных злокачественных новообразований [4].

Основные лиганды данной системы — инсулиноподобные факторы роста I и II типа (ИФР-I и ИФР-II) — представляют собой полипептиды, высокогомологичные друг другу и инсулину. Они синтезируются в печени и некоторых других тканях под влиянием соматотропного гормона гипофиза и воздействуют на периферические ткани, распространяясь по организму с кровью (центральный или эндокринный механизм действия). ИФР-I и ИФР-II синтезируются также клетками различных опухолей и являются ауто/паракринными медиаторами, опосредующими рост, метастазирование и антиапоптотические ответы злокачественных клеток. Система реализации эффектов ИФР, помимо самих ИФР-лигандов, включает трансмембранные рецепторы и шесть типов связывающих белков крови (ИФР binding proteins — ИФРСБ), которые образуют сложно регулируемую сеть взаимодействий как между собой, так и с другими биологическими регуляторами роста и выживаемости клеток (рис. 2).

Рис. 2. Основные компоненты системы инсулиноподобных факторов роста [23]

Клеточные эффекты ИФР опосредуются двумя типами специфических ИФР рецепторов, а также рецепторами инсулина. Медиатором первичного ответа обоих ИФР считают рецептор ИФР-I (ИФР-IR), который экспрессируется на всех типах клеток, кроме гепатоцитов и Т-лимфоцитов, и является важным элементом обеспечения нормального развития организма. Показано, что ИФР-IR вовлечен и в механизмы злокачественного роста [20]. Он действует различными способами, контролируя специфические функции клеток (митоз, поглощение субстрата, метаболическую активность, апоптоз).

ИФР-IR принадлежит к большому семейству рецепторных тирозинкиназ (R-TK), но отличается от других R-TK тем, что он изначально существует на поверхности клетки как ковалентная димерная структура и при активации нуждается только в перестройке доменов, в то время как другие R-TK для запуска активации димеризуются или олигомеризуются при связывании с лигандом. Лиганды ИФР-IR (ИФР-I, ИФР-II, инсулин) связываются с ним конкурентно с разным сродством.

Так же как и ИФР-I, ИФР-II имеет собственный рецептор ИФР-IIR, который, однако, не является R-TK и представляет собой катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор (M6P/ИФР-IIR). Роль ИФР-IIR в реализации эффектов ИФР пока неясна, хотя известно, что ИФР-IIR не только не является медиатором митогенного сигнала, но и участвует в интернализации и деградации ИФР-II, снижая таким образом его потенциальный митогенный эффект. ИФР-IIR может также действовать как ИФРСБ для ИФР-II, т. к. расщепленную форму ИФР-IIR находят в кровотоке. Инсулин не может связываться с ИФР-IIR, а ИФР-I может, но с меньшим сродством, чем ИФР-II.

Важной составляющей рецепторной системы ИФР является гибридный рецептор, представляющий собой димер, состоящий из одной субъединицы ИФР-IR и одной субъединицы рецептора инсулина. Наличие такой гибридной структуры значительно усложняет регуляцию опухолевого роста и влияет на возможность его подавления с помощью анти-ИФР-IR препаратов.

ИФР, циркулирующие в периферической крови, взаимодействуют с высокоаффинными связывающими белками (ИФРСБ), модулирующими их биологическую доступность и активность несколькими способами: они осуществляют перенос ИФР из периферической крови к тканям-мишеням, поддерживают резервный уровень ИФР в крови, усиливают или ингибируют эффекты ИФР, а также опосредуют ИФР-независимые биологические эффекты [17]. ИФРСБ также обеспечивают сохранение резервного уровня ИФР во внеклеточном матриксе некоторых тканей.

В различных физиологических условиях ИФРСБ могут как стимулировать, так и подавлять эффекты ИФР, либо продлевая время полужизни факторов роста, либо конкурируя с рецепторами за их связывание. Активность самих ИФРСБ и опосредованно клеточные эффекты ИФР регулируются специфическими протеазами, в частности сериновыми протеазами и матриксными металлопротеиназами, которые увеличивают биодоступность ИФР, гидролизуя ИФРСБ до небольших фрагментов, обладающих меньшим сродством к ИФР.

Клиническое значение исследования системы ИФР в онкологии

Благодаря активным исследованиям системы ИФР в последние 10–15 лет были выявлены взаимосвязи между уровнями и соотношениями ИФР-I и ИФРСБ в периферической крови и риском развития злокачественных опухолей. Так, было показано, что ИФР-I играет определенную роль в развитии рака предстательной железы, молочной железы, толстой кишки, яичников, легкого, шейки матки, поджелудочной железы [12]. Однако углубление этих исследований, расширение и более четкий отбор сравниваемых групп ставит под сомнение некоторые из выявленных эпидемиологических закономерностей.

Помимо исследования роли компонентов системы ИФР в этиологии и патогенезе злокачественных опухолей, большое внимание уделяется изучению этих биологически активных молекул как потенциальных диагностических, прогностических и предсказательных маркеров, а также значимых мишеней для молекулярно-направленной терапии.

В лаборатории клинической биохимии ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» на протяжении многих лет проводятся исследования клинического значения определения различных компонентов системы ИФР у больных различными злокачественными новообразованиями. Обследовано 104 больных опухолями яичников, 95 — раком толстой кишки, 79 — РМЖ, 64 — раком и интраэпителиальной гиперплазией шейки матки, 113 больных опухолями и опухолеподобными поражениями костей.

В результате этих исследований продемонстрированы существенные нарушения баланса ИФР/ИФРСБ, свидетельствующие об увеличении биодоступности ИФР для опухолевых клеток. Показано, что направление и степень изменений концентраций отдельных компонентов системы ИФР в сыворотке крови зависят от вида опухоли, ее распространенности и некоторых других клинико-морфологических характеристик. В частности, уровень ИФР-I снижается в сыворотке крови больных опухолями женской репродуктивной системы (РМЖ, рак яичников, рак шейки матки), но повышается у больных раком толстой кишки и некоторых других локализаций.

Предложен комплекс диагностических тестов (ИФР, ИФРСБ-1, ИФРСБ-2), позволяющих с высокой чувствительностью и специфичностью выявлять злокачественные, а в некоторых случаях и пограничные опухоли яичников, а также проводить предварительную дифференциальную диагностику между раком яичников и раком толстой кишки у женщин [1]. Показано, в частности, что ИФРСБ-2 является маркером рака яичников, концентрация которого зависит от стадии заболевания и других показателей распространенности процесса и коррелирует с уровнем классического сывороточного маркера рака яичников СА125. Чувствительность ИФРСБ-2 в диагностике рака яичников составляет 87%, специфичность — 76% (пороговый уровень — 370 нг/мл), причем превышение этого порога выявлено у всех обследованных больных I—IIa стадии. Хорошие диагностические характеристики обнаружены также для ИФРСБ-1 (чувствительность — 72%, специфичность — 70% при превышении порогового уровня 4,8 нг/мл) и ИФР-I (чувствительность — 70%, специфичность — 68% при уровне маркера ниже 125 нг/мл).

На основании однофакторного анализа продемонстрировано неблагоприятное влияние высоких уровней ИФРСБ-1 и ИФРСБ-2 и низкого уровня ИФР-I в сыворотке крови, а также высокого содержания ИФР-II и ИФРСБ-1 в ткани опухоли на прогноз общей выживаемости больных раком яичников. По результатам 5-летнего наблюдения показано также неблагоприятное влияние высоких уровней ИФР-I и II и ИФРСБ-1 и 3 на безрецидивную и общую выживаемость больных саркомами костей [5].

(Продолжение следует)

Внелабораторные проблемы качества лабораторных результатов
№ 9, 2016
Реформирование практики бактериологических исследований: новый уровень микробиологической диагностики