По каким законам живет рак?

— Прежде чем лечить раковую опухоль, мы должны понять, по каким законам она существует, — сразу же сформулировала суть своей научной работы ассистент кафедры патологической анатомии БГМУ Марина Пучинская. 

Ключ к этой загадке она начала искать еще в студенческие годы, с первых курсов отдав приоритет онкологии. К научному поиску золотая медалистка 25-й гимназии Минска, как и ко всему, за что когда-либо бралась, отнеслась со всей серьезностью. «Студентка М. В. Пучинская, единственная в университете за последние годы, трижды становилась лауреатом Республиканского смотра-конкурса студенческих научных работ (в 2009, 2010 и 2011 гг.)», — написано на сайте кафедры. 

Ее диссертационное исследование также посвящено раку, правда тематику пришлось взять новую. Первый шаг в подготовке научного труда удалось сделать благодаря гранту Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований, открывшего в 2014 году финансирование ее работы, где оценивалась экспрессия молекул клеточной адгезии — Е- и N-кадгеринов при раке простаты. 

Сейчас тема закончена, но поиск все еще ведется. Марина Владимировна считает, что, исследовав процесс т. н. эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), она только на треть приблизилась к цели. А чтобы получить ответ на все вопросы, нужно как минимум изучить на тех же биообразцах еще и маркеры опухолевых стволовых клеток, а также выяснить их связь с уровнем экспрессии рецепторов половых гормонов. Только тогда удастся предложить новые подходы, прежде всего к диагностике, но не первичной, когда выясняют, есть рак или нет, а к оценке степени агрессивности обнаруженной опухоли. Плюс появится возможность развивать методики поиска мишеней для разработки новых противоопухолевых препаратов. 

— РНПЦ онкологии и медрадиологии им. Н. Н. Александрова ввел в ряде регионов программу ПСА-скрининга, позволяющего на ранней стадии выявлять патологию, — рассказывает Марина Пучинская.

— У пациентов без симптомов берут кровь на простат-специфический антиген. Если уровень оказывается выше порогового значения, то с большой долей вероятности можно говорить о раке. В таком случае обследование продолжается — делается биопсия. Но проблема в том, что скрининг зачастую не дает ответа на очень важный вопрос: насколько опасна выявленная опухоль. Они бывают очень разными по своей природе даже при сходных клинических и морфологических признаках. Одни требуют немедленного вмешательства, т. к. развиваются стремительно, а с другими, не испытывая большого дискомфорта, можно жить долгие годы. Цель моего исследования состоит в том, чтобы найти «разграничители» — те характеристики опухоли, которые помогли бы отделить неактивные формы от активных, быстро прогрессирующих на ранних стадиях. Это особенно важно потому, что неоправданное лечение, равно как и не имеющая в отдельных случаях смысла биопсия, могут навредить.

Поиском биологических маркеров, которые помогали бы на ранних стадиях прогнозировать  степень агрессивности рака простаты, во многих исследовательских центрах мира занимаются давно. Но беда в том, что раковые клетки очень отличаются от нормальных, потому количество выявленных маркеров огромно. В итоге сделать точное предсказание затруднительно. Отличий между раковыми и нормальными клетками настолько много, что трудно определить, какие из них наиболее важны. Полезной в этой ситуации может оказаться интегральная оценка сигнальных каскадов или молекулярных программ, показывающих изменения в биологическом потенциале клеток. 

— Что представляет собой сам процесс ЭМП? — издалека начинает объяснять суть вопроса Марина Владимировна.

— У нас в организме есть две популяции клеток, которые в норме у взрослого человека сильно различаются. Это клетки эпителиальные, имеющие кубическую или призматическую форму, лежащие на базальной мембране и связанные между собой (кожа, слизистая оболочка), и мезенхимальные. Вторые не связаны друг с другом, мобильны, подвижны, способны перемещаться в тканях, проходить через какие-то барьеры. Они могут образовывать кратковременные точечные контакты между собой. Так вот, достаточно долго бытовало мнение, что во взрослом организме эти клетки не могут друг в друга переходить. Считалось, это возможно лишь в ранние сроки эмбриогенеза, когда органы только формируются. Но впоследствии было показано, что и у взрослых переходы вероятны, правда чисто фенотипически, т. е. речь идет не об окончательном превращении одних клеток в другие, а об обратимом приобретении ими функциональных и морфологических свойств другой клеточной популяции. Затем было установлено, что сходные изменения наблюдаются также при заживлении ран и при развитии патологии. В частности, определили две основные категории болезней, которые связаны с этим переходом: 

• сопровождающиеся фиброзом и склерозом органов (например, почечный фиброз, кардиосклероз, цирроз печени);

• злокачественные новообразования эпителиального происхождения — составляют абсолютное большинство опухолей у взрослых. 

Если из эпителиальных клеток развивается опухоль, то ее клетки из-за неадекватной активации молекулярных программ ЭМП могут приобретать некоторые свойства мезенхимальных. 

Почему это важно? Нормальные эпителиальные клетки со своего места не трогаются, а мезенхимальные способны передвигаться. И если эпителиальная раковая клетка обретает свойства мезенхимальной, то она получает возможность перемещаться и проникать в окружающие ткани, что становится одним из начальных этапов метастазирования. 

При изучении опухолей также следует уделять внимание выявлению опухолевых стволовых клеток (ОСК). Они в чем-то могут быть похожи на нормальные стволовые клетки тканей, но, как говорится, играют на стороне зла и способны давать начало только опухоли. При этом существуют данные, свидетельствующие о том, что ЭМП может быть механизмом приобретения опухолевыми клетками свойств стволовых, или, по крайней мере, что ЭМП и ОСК тесно взаимосвязаны.

Но как сделать происходящие при ЭМП процессы «видимыми»? 

— Дело в том, — поясняет Марина Пучинская, — что неадекватная активация генетических программ при ЭМП дает клетке не только новые функциональные свойства, но и определяет новую морфологию, т. е. иной внешний вид. Соответственно, именно это и можно изучать в патологической анатомии — отслеживать изменение внешнего вида, анализируя микрофотографии. Причем оценивать переход, как показали проведенные мной исследования препаратов опухолевых тканей 40 прооперированных в Минском городском клиническом онкодиспансере, удается с высокой точностью. Все этапы превращения в процессе ЭМП, спектр изменений четко прослеживаются, и раковая клетка во время этого перехода способна в различной степени экспрессировать эпителиальные и мезенхимальные маркеры. В проведенном исследовании эти морфологические изменения оценивались по экспрессии маркеров с помощью иммуногистохимии. В качестве эпителиального маркера использовался Е-кадгерин, и было достоверно установлено: для рака предстательной железы характерно снижение экспрессии этого маркера (признак ЭМП) и выявлена связь его с рядом особенностей роста опухолевых очагов. При этом доказано: при раке отмечается преимущественно диффузное снижение уровня Е-кадгерина. Что касается мезенхимальных маркеров, то был использован N-кадгерин, экспрессия которого носила обычно мозаичный характер, причем в одном образце выявлялись как отрицательные по данному белку клетки, так и те, в которых он присутствовал в большом количестве. 

Изученный эффект известен как «переключение кадгеринов» и четко показывает, что если в норме в клетке может присутствовать маркер только одного типа, то при раке — оба. Было также отмечено, что выявлять состояние ЭМП желательно с использованием двух маркеров одновременно.

— Думаю, на основании проведенной работы с учетом ограничения морфологических методов исследования нельзя достоверно говорить о причине превращений в процессе ЭМП, — признается Марина. — Можно лишь предположить, что генетические программы подавления экспрессии Е-кадгерина и запуска экспрессии N-кадгерина активируются в клетках раздельно и не одновременно. Нельзя исключить наличия у них различных индукторов, в т. ч. имеющих разное пространственное расположение в опухоли. Однако пока это лишь теоретические предположения, требующие дальнейших экспериментальных работ для подтверждения. На данном этапе проведенное исследование носит скорее поисково-фундаментальный характер и, пожалуй, еще довольно далеко от внедрения в клиническую практику.

Многое еще предстоит понять

Чтобы лучше выявлять работу «тандема маркеров», Марина Пучинская осваивает технологию т. н. двойной иммунофлюоресценции. В ближайших планах — исследование на тех же образцах тканей еще и маркеров опухолевых стволовых клеток. Кроме того, не стоит забывать, что новообразование предстательной железы — пример гормонозависимой опухоли. Поэтому сейчас активно используются различные подходы к гормональной терапии этого заболевания. В частности, т. н. андрогендепривация, когда пациенту, у которого опухоль прогрессирует после операции (либо вмешательство невозможно), удаляют гонады, чтобы снизить уровень тестостерона (он посредством действия на рецепторы андрогена стимулирует рост рака простаты). 

Такая терапия проводится давно, обоснование было дано еще в 40-х годах прошлого века, за ее разработку авторами получена Нобелевская премия. Но беда в том, что после гормональной терапии опухоль у большинства пациентов все равно прогрессирует.

Развивается т. н. состояние кастрационной резистентности: опухоль при низких кастрационных уровнях тестостерона находит способы выживания в этих тяжелых условиях и все равно продолжает расти. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно изучить влияние экспрессии рецепторов гормонов, в частности андрогенов и эстрогенов, на ЭМП, опухолевые стволовые клетки и, соответственно, на их взаимодействие, чем диссертант и планирует заняться.

— Это очень интересное направление, — говорит Марина Пучинская, — т. к. за рубежом уже доказано, что в эксперименте удаление андрогена из организма через некоторое время может парадоксально стимулировать ЭМП, т. е. как бы повышать метастатический потенциал клеток. Может быть, лечение приводит в отдаленной перспективе к прогрессированию опухоли?

Допустим, включаются механизмы, которые до этого не были активны, и в итоге опухоль становится более агрессивной. Дело в том, что, как ни странно, мы изучаем рак и при этом не так уж хорошо понимаем, как все происходит в норме. Ведь часто о нормальных тканях мы начинаем что-то выяснять лишь тогда, когда понимаем, что в раковых клетках эти процессы, явления или структуры выглядят иначе. Взаимодействий между различными молекулами и сигнальными каскадами настолько много, что мы не можем все охватить. И если мы воздействуем на одну точку, то никогда не можем сказать, как это воздействие отразится на других молекулах, сигнальных каскадах и какой конечный суммарный эффект мы получим. Возможно, удаляя из организма гормоны, мы получаем выигрыш в выживаемости, облегчаем симптомы, но как это влияет на опухолевые клетки, которые остаются? Как они приспосабливаются к новой ситуации, с помощью каких механизмов — об этом известно мало. Поэтому можно предположить, что если мы научимся еще и блокировать ЭМП, то это принесет большую пользу пациентам в плане здоровья и долголетия. 

Собственно говоря, даже несмотря на неокончательное понимание механизмов, регулирующих ЭМП, за рубежом на различных этапах доклинических исследований, а также в ранних фазах (преимущественно I–IIA) клинических испытаний сегодня проверяют действие на него более десятка различных препаратов. Причем это не только химические соединения хорошо изученных классов (например, малые молекулы-ингибиторы сигнальных каскадов), но и препараты, представляющие абсолютно новые подходы к терапии опухолей (скажем, воздействующие на ЭМП микроРНК, антагомиры, микроРНК-губки).

На фоне этих высокотехнологичных и дорогостоящих разработок очень привлекательными кажутся исследования, показывающие возможность подавления ЭМП веществами природного происхождения. В отношении рака простаты (и многих других опухолей) такие работы есть, например, по ресвератролу, содержащемуся в винограде, ягодах и красном вине, и эпигаллокатехина галлату (имеется в зеленом чае). Причем, что любопытно, изучаемые разными авторами молекулярные механизмы действия этих веществ в разных опухолях могут различаться. О потенциальном противоопухолевом эффекте продуктов, содержащих эти вещества, было известно давно, а современные исследования лишь определяют молекулярные механизмы эффекта. 

Также очень интересны работы по тормозящему влиянию на ЭМП широко применяемого противодиабетического препарата метформина. Он оказывает влияние и на механизмы образования опухолевых стволовых клеток. Таким образом, появляются основания использовать метформин по новым показаниям — как противоопухолевое средство, и это, несомненно, будет намного дешевле внедрения в практику нового препарата.

— Список воздействующих на ЭМП и в целом противоопухолевых лекарств может быть гораздо шире, если поиском заниматься более осмысленно, — считает Марина Пучинская. — Мы должны понять, как возникает и развивается опухоль, нельзя бить по ней наугад. Вот говорят, что опухоль организована хаотически. Думаю, что хаотически организованное не может быть настолько устойчивым. Ведь опухолевые клетки устойчивы к различным воздействиям в гораздо большей степени, нежели здоровый организм.

И какие-то правила ее внутренней организации наверняка есть. Если мы поймем механизмы, по которым опухоль развивается, мы будем знать, куда направлять воздействие. Поэтому для себя я вижу цель исследования в изучении этих механизмов. Например, выяснилось, что ЭМП связан со свойствами опухолевых стволовых клеток. Как же эта связь работает в нормальном организме, где есть тестостерон, и как — при отсутствии тестостерона? Если мы сделаем человеку андрогендепривацию, то сможет ли это стимулировать процесс ЭМП и изменение свойств опухолевых стволовых клеток? Разные препараты, которые мы используем для андрогендепривации, имеют одинаковый механизм воздействия на ЭМП и ОСК или разный? Вопросов много, т. к. эта сфера достаточно новая. Только в 2000-х годах началась активная разработка теории ЭМП, в 2003 году открыты опухолевые стволовые клетки в солидных новообразованиях. В настоящее время все это — передний край науки. И поучаствовать в таких исследованиях на раннем этапе, сделать что-то свое — захватывающе интересно.

Дмитрий Патыко
Фото: Евгений Креч
Медицинский вестник, 2 декабря 2016