Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

MODERN ADVANCES IN THE DIAGNOSIS AND TREATMENT OF CHILDREN WITH GLIAL TUMORS

Soltan P.S. 1 Moiseenko F.V. 2 Startsev V.Y. 3
1 BioVitrum Ltd.", Saint-Petersburg, Russia
2 St. Petersburg national research academic university of Russian academy of sciences
3 St.-Petersburg State Pediatric Medical University, Saint-Petersburg, Russia
Glioblastomas among childhood patients are the largest part of the malignant tumors of the central nervous system. Despite the development of an integrated therapeutic approach for this disease, including neurosurgical techniques, radiotherapy and chemotherapy, the overall survival of patients with newly diagnosed neoplasms does not exceed 14 months. In contrast with the brain tumors in adults, therapeutic approaches in pediatric patients are still not standardized. The article provides an overview of the results of the use of modern diagnostic and treatment interventions in those patients. We present the results of the use of tumors neoangiogenesis theory and the results of molecular genetics examination of patients, allowing individualize curative plan on each patient, according to the genetic profile of the neoplasia. Conclusions: The analysis of the results of international experience provides insights into the potential development and use of targeted therapies, including BRAF inhibitors for the treatment of children with glial brain tumors.
children glial tumors
mutations
targeted therapy
temozolomide

Из всех злокачественных новообразований центральной нервной системы наиболее часто (до 90 %) верифицируют глиальные опухоли головного мозга (ОГМ) [8,29]. В 2010 г. в мире зафиксированы 176 тыс. новых случаев ОГМ, число случаев летальных исходов составило 128 тыс. человек [16]. В Северной Америке показатель заболеваемости глиомами среди больных детского возраста достигает 3 случаев на 100 тыс. детей, в России этот показатель составляет 4–6 случаев на 100 тыс. детей [1]. Рост заболеваемости и смертности больных глиальными ОГМ представляет сложную проблему для современной клинической онкологии.

По классификации ВОЗ, ОГМ подразделяют на доброкачественные (GI), умеренно- (GII) и высокозлокачественные варианты (GIII-IV) [20]. У детей наиболее часто (50 %) верифицируют астроцитомы [3]. Классификация ОГМ включает локализацию неоплазмы и особенности ее взаимоотношения с другими структурами мозга, что определяет прогноз и течение болезни [36]. Впервые выявленные ОГМ у пациентов детского возраста различаются локализацией от аналогичных заболеваний у взрослых: большинство опухолей у взрослых больных локализуются в гемисферах, а у 50 % пациентов детского возраста – инфратенториально [15,19]. Определены два пика заболеваемости глиобластомой: (1) дети в возрасте от 1 года до 8 лет; (2) пожилые пациенты старше 60 лет [26]. Поиск путей совершенствования диагностики и оптимального прогнозирования поведения неоплазм у детей имеет высокую медико-социальную значимость.

Несмотря на совершенствование лечебного подхода, медиана общей выживаемости детей с высокозлокачественными ОГМ составляет 4,9 месяца: до 12 месяцев доживают 17,7 % пациентов, а до трех лет – не более 1,7 % [2,26]. Это свидетельствует о крайне высокой агрессивности глиобластом, о поздней верификации этих новообразований и о недостаточной эффективности оказания медицинской помощи таким пациентам.

Основой лечения больных детского возраста с впервые выявленными ОГМ принято считать хирургический метод. Доказана прямая связь между объемом резекции опухоли и общей выживаемостью больных: после радикальных операций показатель пятилетней выживаемости у детей составил 35 %, а после неполной циторедукции, на фоне лучевой (ЛТ) и лекарственной терапии – только 17 % (p<0,01) [37]. После завершения комплексного лечения больных злокачественными глиомами лишь 15 % пациентов остаются живы в течение последующих 2-х лет, что связано с инвазивной природой опухолей [34].

Другим стандартизованным методом лечения детей старше 3-х лет является послеоперационный курс ЛТ. Стандартным объемом облучения считается разовая очаговая доза 1,8 Гр в 30 фракциях. Применение 3-D конформной ЛТ позволяет улучшить переносимость лечения и уменьшить число ближайших и отдаленных осложнений [34]. У большинства детей с глиобластомой, особенно при ее расположении в зонах ствола головного мозга или варолиевого моста и при высокой степени злокачественности, в течение 1–2 лет проявляются признаки продолженного роста опухоли, а показатель одногодичной летальности достигает 75 % [4,21].

Одним из наиболее активно развивающихся методов лечения больных злокачественными ОГМ остается химиотерапия (ХТ) [34]. После проведения ХТ показатель общей выживаемости больных злокачественной глиобластомой значительно (на 36 %) возрастает [10]. Однако проведение системной ХТ сопровождается осложнениями с токсичностью GradeIII-IV более чем в 50 % случаев [26]. Определены причины низкой эффективности ХТ: снижение доставки препаратов к опухолевой ткани за счет гемоэнцефалического барьера у неоперированных больных, а также гетерогенность активирующих молекулярных каскадов.

К наиболее эффективному современному варианту лечения больных детского возраста при ОГМ относят проведение комплексного лечения (хирургическое удаление неоплазмы + ЛТ + ХТ темозоломидом). Несмотря на то, что результаты исследования алкилирующего агента темозоломида у детей с глиомами оказались скромнее, в сравнении с его использованием у взрослых пациентов, подобный комплексный подход позволяет улучшить общую 5-летнюю выживаемость детей на 9,8 %, в сравнении с аналогичными показателями после монорежима ЛТ [30].

Накопленные данные о молекулярных альтерациях и механизмах пролиферации, возникновении и блокировании апоптоза, проявлении инвазивных свойств опухолевой клетки, а также о возникновении опухоли вдали от первичного очага позволили выделить основные молекулярные каскады, измененные при глиальных ОГМ. В 90-х годах ХХ века было показано, что делеция длинного плеча XIX хромосомы при анапластической олигодендроглиоме в значительной степени коррелирует с высокой выживаемостью и эффективностью ХТ, а в сочетании с делецией короткого плеча I хромосомы – еще и с большим периодом времени до прогрессирования опухоли [38]. Механизмы влияния этих геномных изменений пока не объяснены.

Предлагаем рассмотреть данные об основных участниках патогенеза злокачественных высокоагрессивных ОГМ. Рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) – одна из наиболее притягательных мишеней для изучения. Синтезировано более десятка веществ, блокирующих передачу сигналов по каскаду, активируемому этим рецептором: например, гефитиниб и эрлотиниб прочно вошли в клиническую практику лечения аденокарциномы легкого, в случае выявления мутации гена EGFR[13]. Наиболее часто усиление стимуляции на уровне рецептора реализуется за счет повышения количества рецепторных молекул на поверхности клеток. На молекулярном уровне данный механизм реализуется, в том числе за счет усиления синтеза и увеличения копий м-РНК.

Одним из участников сигнального каскада EGFR является опухолевый супрессор и липидная фосфатаза PTEN (гомолог фосфатазы и тензина). Роль PTEN сводится к отрицательному контролю над активностью сигнального каскада EGFR. Снижение экспрессии этого белка, а соответственно и его функции чаще всего происходит за счет метилирования промоторой части гена, кодирующего этот белок, показали относительную редкость амплификации и делеции гена, кодирующего PTEN, у больных детского возраста с глиомами [26]. Этой группой авторов показано, что увеличение частоты гиперэкспрессии EGFR с ростом степени злокачественности глиальной опухоли. В настоящий момент различия уровней экспрессии EGFR в опухолях взрослых и детей однозначно доказаны, однако точная роль этого рецептора в патогенезе неоплазм пока неясна. Нарушение функции PTEN в глиобластомах связывают с наличием мутации и потерей гетерозиготности в Хq хромосоме [12].

Опухолевая трансформация при ОГМ затрагивает и внутриклеточных участников передачи сигнала: встречаются изменения тирозинкиназ, гомозиготная делеция PTEN, NF1, мутации AKT [7]. При глиобластомах мутации RAS встречаются в 2 % случаев, а PI3K – в 15 %. Ген нейрофиброматоза-1 (NF1) при глиальных опухолях является супрессором [7]. По результатам проведенных исследований данный участник сигнального каскада EGFR, важный опухолевый супрессор, не проявляется в 23 % опухолей.

Параллельно с изучением факторов чувствительности и резистентности к цитостатическим препаратам, получила развитие т.н. «таргетная» терапия. Изучение механизмов патогенеза глиальных опухолей, и, в частности, молекулярных мишеней для таргетных препаратов, привело к появлению большого числа лекарств этого класса. Первыми препаратами, изученными в нескольких клинических исследованиях, были гефитиниб и эрлотиниб, продемонстрировавшие незначительный эффект [30]. Однако выявлена зависимость между экспрессией PTEN и общей эффективностью лекарственного лечения. До настоящего момента подобный подход остается экспериментальным, а любые положительные результаты приветствуются учеными всего мира [31].

Подобно другим солидным опухолям, патогенез глиом обусловлен активацией сигнальных каскадов рецепторов факторов роста и неоангиогенезом. Выявлены генетические и экспрессионные изменения гена супрессора р53 и гена белка ретинобластомы Rb-1, в сигнальных каскадах рецепторов эпидермального (EGFR) и тромбоцитарного фактора роста (PDGFR) [28].

У детей с впервые выявленными высокозлокачественными ОГМ невозможно однозначно судить о наличии определенных молекулярных изменений: на сегодня мутации гена p53 выявлены у 27 % пациентов, EGFR – у 5 %, PDGFR – менее чем в 5 %, а в гене ретинобластомы (Rb-1) – лишь в 20–25 % случаев [25,26]. Активация EGFR в глиобластомах у детей связана с гиперэкспрессией рецептора на поверхности клетки в 80–85 % случаев, а с амплификацией гена – у 5–6 % больных [23].

Основным механизмом изменения функциональной активности внутриклеточных сигнальных каскадов признаны мутации генов [18]. Сравнительная характеристика данных о молекулярно-генетических изменениях в глиальных опухолях у больных детского возраста и у взрослых представлена в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика молекулярных изменений

в глиальных опухолях

Вариант молекулярного изменения

Число образцов, полученных у больных

Ссылка на источник литературы

взрослых

детей

Амплификация EGFR

15% АА (n=59)

40% GB (n=46)

LGG 0% (n=24)

HGG 5-6% (n=14)

Di Sapio et al., 2002

Гиперэкспрессия EGFR

LGG + HGG 30-40% (n=105)

LGG – нет данных

HGG – 80-85% (n=27)

Bredel et al., 1999; TCGA, 2008

EGFR vIII

LGG + HGG 10-30% (n=105)

LGG – нет данных

HGG – 17% (n=35)

Aldape et al., 2004; Bax et al., 2009

Мутации EGFR (внеклеточный домен)

LGG + HGG

13,6% (n=132)

LGG – нет данных

HGG – 0% (n=35)

Lee et al., 2006; Bax et al., 2009

Амплификация PDGFRa

LGG + HGG 10-15% (n=103)

LGG – 0% (n=24)

HGG – 8% (n=14)

Knobbe and Reifenberger, 2003; Di Sapio et al., 2002

Экспрессия

PDGFRa

PDGFRb

LGG + HGG

75% (n=103)

24% (n=103)

Нет данных

Knobbe and Reifenberger, 2003

Мутации PTEN

LGG + HGG

20-30% (n=123)

LGG – нет данных

GB 0-17% (n=6)

Rasheed et al., 1997; Kraus et al., 2002

Мутации BRAF (V600E)

LGG + HGG 6% (n=34)

LG 6-14% (n=94)

HGG - нет данных

Basto et al., 2005; MacConaill et al., 2009

Мутации nRAS

LGG + HGG 2% (n=93)

LGG– 0% (n=94)

HGG - нет данных

Jeuken et al., 2007; MacConaill et al., 2009

Мутации CDK4

16% (n=500)

нет данных

{ TCGA, 2008}

Список условных сокращений к таблице 1: AA – анапластические астроцитомы; GB – глиобластома; LGG – низкозлокачественные ОГМ; HGG – высокозлокачественные ОГМ; EGFR – рецептор эпидермального фактора роста; PDGFRa(в) – рецептор тромбоцитарного фактора роста альфа (бета); PTEN – гомолог фосфатазы и тензина; BRAF – гомолог вирусного онкогена саркомы v-Raf В1 у млекопитающих; nRAS – гомолог вирусного онкогена нейробластомы; CDK4 – циклинзависимая киназа 4.

Анализ мутационных изменений в доброкачественных опухолях показал: (1) у детей чаще, чем у взрослых, изменен сигнальный каскад BRAF (в 14 % случаев); (2) мутации гена RAS у детей с ОГМ не обнаружены; (3) наиболее часто у детей и у взрослых отмечаются мутации BRAF – V600E (14 %). В настоящее время имеется существенный недостаток сведений о мутациях сигнальных каскадов факторов роста в ОГМ у больных детского возраста.

При глиальных опухолях разной степени злокачественности установлен высокий уровень ангиогенеза, в том числе за счет повышенной экспрессии сосудисто-эндотелиального фактора роста (VEGF), напрямую коррелирующего с градацией злокачественности опухоли, потенциалом метастазирования и с плохим прогнозом [11]. Неоваскуляризация при злокачественных ОГМ соотносится с агрессивным течением неоплазии, степенью ее злокачественности, худшим клиническим прогнозом, а также с уменьшением периода времени до прогрессирования опухоли после радикального хирургического лечения [17]. Формирование сосудов denovo при неоплазиях головного мозга приводит к формированию неполноценного гемато-энцефалического барьера, который определяет патогенетические особенности поведения этих новообразований, в частности наличие интерстициального отека [35].

Несмотря на формирование разветвленной сети капилляров в опухолевой ткани, их общая функциональная активность резко снижена. Это проявляется повышенной секрецией факторов, индуцированных гипоксией (в том числе, HIF-1). Повышенная экспрессия HIF-1 приводит к усилению транскрипционной активности VEGF, фактора роста, стимулирующего пролиферацию и выживание клеток в условиях гипоксии и при нормальном обеспечении опухоли кислородом [11]. Усиление экспрессии VEGF может быть достигнуто с помощью и других механизмов: например, при потере функции опухолевых супрессоров и активации онкогенов [39]. Можно однозначно говорить о тесном взаимодействии клинических и морфологических особенностей глиом с их молекулярными изменениями (с мутациями сигнальных молекул опухолевых тканей).

Известен инвазивный характер развития ОГМ, поэтому для препаратов, направленно подавляющих образование и формирование сосудов, не требуется преодоления гематоэнцефалического барьера, который зачастую ограничивает возможности использования моноклональных антител для блокирования роста опухоли в тканях головного мозга. Первым антиангиогенным препаратом, зарегистрированным в США при солидных опухолях и использованным позднее при ОГМ у взрослых больных, явился бевацизумаб [22,24], изучили эффективность и безопасность этого препарата у небольшой группы детей (12 человек) с высокоагрессивными глиальными опухолями. Эффективность бевацизумаба у пациентов этой группы оказалась значительно ниже, в сравнении с результатами в аналогичной популяции взрослых пациентов. Несмотря на доказанный феномен лекарственного блокирования неоангиогенеза в глиальных опухолях, количество исследований у пациентов детского возраста явно недостаточно.

Низкомолекулярные ингибиторы тирозинкиназных рецепторов (ИТК) – относительно новый класс лекарственных препаратов синтетического происхождения. Низкая молекулярная масса позволяет этим веществам легко проникать через клеточную мембрану в цитоплазму, а затем и в ядро клетки, специфически связываться с необходимым ферментом и блокировать дальнейшую передачу сигнала. В нейроонкологии наиболее изученные ИТК эрлотиниб и гефитиниб, блокирующие тирозинкиназный домен EGFR. Сотрудниками EORTC в 2009 г. проведено крупное рандомизированное исследование по изучению результатов монотерапии эрлотинибом, в сравнении с использованием темозоломида [33]. В группе монотерапии эрлотинибом безрецидивный период в течение 6 месяцев отмечен всего у 11,4 % больных, в то время как на фоне темозоломида – у 24 % пациентов. Ретроспективный анализ образцов опухоли в этом исследовании показал, что пациенты, чьи опухоли обладали высокой экспрессией EGFR, значительно лучше переносили и отвечали на терапию ИТК, нежели больные с нормальным уровнем экспрессии [33].

Дополнительной и существенной причиной неэффективности ИТК при новообразованиях головного мозга считается недостаточное блокирование только одной составляющей единого сигнального каскада. Stommel J. et al. (2007) показали, что PDGFR и рецептор c-MET поддерживают активность важного патогенетического сигнального каскада. Применение моноклонального анти-EGFR антитела нимотизумаба, характеризующегося промежуточной аффинностью к рецептору, относительно цетуксимаба и панитумумаба, а также накоплением в первичных и вторичных опухолевых очагах в органах ЦНС, привело к объективному ответу у 12 / 23 детей с высокоагрессивными глиальными опухолями, и еще у 4-х к стабилизации болезни [6]. Данные закономерности позволяют предположить, что тщательный подбор комбинации таргетных препаратов на основании молекулярного профиля опухоли способен существенно повысить эффективность лечения больных [14].

Эрлотиниб в комбинации с ингибитором mTOR-PI3K (PI-103) показал in vitro большую активность на клеточных линиях глиобластомы с мутированным PTEN, при сравнении с изолированной блокадой PI3K или mTOR[9]. В ряде клинических исследований гефитиниб и эрлотиниб использованы в комбинации с ингибиторами mTOR – сиролимусом, эверолимусом. Однако эффективность комбинированного режима ХТ оказалась сравнима с результатами монотерапии темозоломидом, а период времени до прогрессирования не превысил аналогичный показатель для монотерапии гефитинибом [27]. Broniscer A. et al. (2009) изучили переносимость и безопасность применения эрлотиниба и курса ЛТ у больных первичными глиальными ОГМ GIII-IV (исследование I фазы), в результате чего достигнута высокая одногодичная выживаемость пациентов – 56 %, а 24 месяца прожили 40 % больных. Подобные результаты зарождают уверенность в возможности более качественного управления продолжительностью жизни детей с высокозлокачественными ОГМ и обнадеживают других исследователей в этой области.

Заключение. Результаты лечебных мероприятий у больных детского возраста при впервые выявленных злокачественных ОГМ трудно характеризовать удовлетворительно, в этом направлении так и не получено значимых результатов, что сказалось на отсутствии увеличения показателей безрецидивной и общей выживаемости пациентов.

Исследование молекулярных механизмов, лежащих в основе возникновения и прогрессии опухолей, привело к появлению нового класса препаратов с таргетным эффектом, в том числе низкомолекулярных ингибиторов тирозинкиназ. Использование этого класса лекарств позволяет воздействовать на ключевые механизмы патогенеза: ангиогенез, инвазия опухолевых клеток и, соответственно, управлять темпами прогрессирования опухоли. Торможение развития высокозлокачественной ОГМ способно привести к увеличению общей выживаемости больных детского возраста.

На сегодняшний день наиболее перспективно выявить специфические молекулярные пути, определить онкогенные механизмы резистентности опухолей и возникновения рецидивов. По результатам клинических исследований удалось создать ряд препаратов, успешно ингибирующих важнейшие элементы сигнальных путей в злокачественных опухолях. Это дает шанс в регулировании поведения этих агрессивных опухолей у больных детского возраста.

Анализ генетических особенностей глиом у детей позволит основательно подойти к вопросу организации новых исследований для поиска оптимальных методов лечения этой категории больных. Дальнейшее исследование ключевых ферментов сигнальных путей позволит применить арсенал таргетных препаратов для терапии глиальных опухолей, что, несомненно, обеспечит управляемую общую выживаемость у детей с агрессивными неоплазиями головного мозга.

Список условных сокращений:

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения (World Health Organization)

ИТК – низкомолекулярные ингибиторы тирозинкиназных рецепторов (low molecular weight in hibitors of receptorty rosinekinases)

ЛТ – лучевая терапия (beam therapy)

м-РНК – матричная рибонуклеиновая кислота (messenger ribonucleic acid)

ОГМ – опухоли головного мозга (brain tumors)

ХТ – химиотерапия (chemotherapy)

ЦНС – центральная нервная система (central nervous system)

AKT – Внутриклеточный фермент сигнального пути

(RAC-alphaserine/threonine-proteinkinase)

BRAF – гомолог вирусного онкогена саркомы v-Raf В1 у млекопитающих (homologue of sarcoma’sviraloncogenev-RafB1 inmammals)

EGFR – эпидермального фактора роста (epidermal growth factor)

EORTC – Европейское организация по изучению и лечению рака (European Organisation for Research and Treatment of Cancer)

G – степень злокачественности опухоли (grade)

HIF-1 – Фактор индуцируемый гипоксией (Hypoxia-inducible factors)

mTOR – Мишень рапамицина (mammalian target of rapamycin)

NF1 – геннейрофиброматоза-1 (neurofibromatosis gene-1)

р53 – генсупрессор (suppressor gene)

PDGFR – тромбоцитарный фактор роста (platelet derived growth factor)

PI3K – Фосфатидилинозитол-3-киназы (Phosphoinositide 3-kinases)

PTEN – гомологфосфатазы и тензина (phosphatase and tensin homologue)

RAS – Протоонкоген, представитель семейства белков Ras

Rb-1 – ген белка ретинобластомы (retinoblastoma a protein gene)