Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,120

MOLECULAR MARKERS OF ESOPHAGEAL SQUAMOUS CELL CARCINOMA

Kit O.I. 1 Vodolazhskiy D.I. 1 Bazaev A.L. 1 Zlatnik E.Yu. 1 Kolesnikov E.N. 1 Trifanov V.S. 1 Kharin L.V. 1 Kutilin D.S. 1
1 Rostov Research Institute of Oncology
In the world, more than 450,000 new cases of esophageal cancer are annually recorded, with squamous cell carcinoma of the esophagus accounting for about 80 % of all cases of the disease. This review analyzes modern literature reflecting molecular changes in tissues in squamous cell carcinoma of the esophagus. The paper considers the predictive (SPRR3) and prognostic (MIB1, NF-κb, HER2 and ER) values of some molecular markers of esophageal cancer. Epigenetic changes taking part in the tumor progression - hypermethylation of BSL3, hypolemation of LINE1, hypomethylation of Alu repeats are described. Present-day data on the effect of micro RNA on the development of squamous cell carcinoma of the esophagus are presented. A panel of molecular markers whose expression serves as a predictor of the effectiveness of neoadjuvant chemoradiotherapy and the role of the expression of pro-inflammatory interleukin-6 in the development of squamous cell carcinoma of the esophagus against platinum drugs is described.
squamous cell carcinoma of the esophagus
methylation
micro rna
tp53
IL-6
resistance to chemotherapy

Рак пищевода (РП) занимает 6 место в структуре онкологической смертности во всем мире. В мире ежегодно регистрируется более 450 тысяч новых случаев рака пищевода и 400 тысяч смертей от этого заболевания [1]. Традиционно выделяют два основных пато-гистологических типа РП: плоскоклеточный рак пищевода (ПРП) и аденокарциному пищевода (АП), которые существенно отличаются по этиологии и географическому распространению, при этом ПРП составляет приблизительно 80 % от всех случаев заболевания [2, 3]. 5-летняя общая выживаемость при ПРП резко падает, если опухоль не диагностирована на ранних стадиях [4]. Плоскоклеточная дисплазия эпителия – признанное предраковое поражение, как правило, не выявляется при простой эндоскопии. После внедрения хромоэндоскопии с раствором Люголя (проба Шиллера) стало возможным обнаружение неокрашенных диспластических участков эпителия [5]. Хромоэндоскопия – дорогостоящий метод, а наличие Люголь-негативного окрашивания воспаленной слизистой оболочки  вдоль пищевода компрометирует чувствительность и специфичность, что затрудняет использование методики при скрининге. Поэтому актуальная задача улучшения качества лечения пациентов – поиск предиктивных чувствительных и специфичных маркеров малигнизации тканей пищевода для своевременного проведения лечебных мероприятий.

Теория развития ПРП основана на модели, используемой для других злокачественных заболеваний, описывающей различные стадии прогрессирования опухолевого процесса. После длительного воздействия этиологических факторов происходит неопластическая трансформация эпителиальных клеток слизистой пищевода, которая редко обнаруживается на ранних стадиях. Хирургическое вмешательство является основным методом лечения. Однако у большинства пациентов опухоль выявляется на поздних стадиях, когда, как правило, применяется неоадъювантная  химиолучевая терапия с последующим оперативным вмешательством. К сожалению, большинство из них не имеют шансов на долгосрочное выживание. Вмешательство в естественное течение ПРП в качестве первичной профилактики происходит посредством отказа от вредных привычек или снижения интенсивности воздействия основных таких этиологических факторов, как курение и употребление алкоголя; вторичная профилактика может осуществляться в рамках программ скрининга. Далее следуют ранняя диагностика и радикальное хирургическое лечение и, наконец, лечебные мероприятия, обеспечивающие паллиативную помощь хорошего качества [6]. В данном обзоре представлены данные о молекулярных особенностях ПРП и его маркерах, определяющих тактику лечения на разных этапах развития заболевания.

Этиология и патогенез. Этиология и патогенез плоскоклеточной карциномы весьма сложны, так как связаны с многоступенчатым воздействием разных факторов на разнородные группы населения, что отражается в поразительной разнице показателей заболеваемости, наблюдаемой в мире [2]. Регион, известный как «Среднеазиатский пояс рака пищевода», простирающийся от Каспийского моря до центральной части Китая, вместе с Южной и Восточной Африкой и частью Южной Америки характеризуется высоким риском развития заболевания, где показатели заболеваемости доходят до 150 человек на 100000 населения [2, 3]. В странах Азии и Африки не обнаружено различий в показателях заболеваемости и влияющих на это этиологических факторов, у мужчин и женщин [7, 8]. Привычка пить очень горячие напитки, пища, содержащая нитросоединения и микотоксины, недостаток антиоксидантов и потребление опиума – вот некоторые из этиологических факторов [9,10]. В Западных странах, где показатели заболеваемости значительно ниже, злоупотребление алкоголем и курение являются основными факторами риска ПРП, увеличивающими заболеваемость мужчин в 5 раз по сравнению с женщинами, что отражает преобладание вредных привычек среди мужчин [8,10].

Генетические и эпигенетические изменения при ПРП. Эпидемиологические исследования демонстрируют связь между воздействием канцерогена и раком в человеческой популяции. Специфические канцерогены окружающей среды влияют на спектр генетических, геномных и эпигенетических изменений. Мутации гена опухолевого супрессора ТР53 (р53) являются наиболее частыми генетическими изменениями при ПРП, присутствие которых обнаруживается примерно в 45 % опухолей [11] на ранней стадии опухолевой прогрессии и в окружающей здоровой эпителиальной ткани пищевода [12]. Около половины всех раковых опухолей человека содержат соматические мутации гена ТР53, и уже описано более 15000 мутаций, приводящих к потере функциональной активности данного гена [13]. Анализ спектра мутаций ТР53 полезен в понимании происхождения мутаций и может помочь выявить этиологические факторы, участвующие в возникновении ПРП. Исследования показывают, что распространенность мутаций ТР53 при ПРП варьирует от 35 % до 89 %, в зависимости от географического региона. В Юго-Восточной Бразилии и Юго-Восточной Франции – двух областях со средней заболеваемостью ТР53-мутации наблюдались с частотой около 34 %, и мутационный профиль показал высокий процент изменений в паре оснований А:Т [14]. Считается, что данная разновидность мутации возникает под действием ацетальдегида, первого продукта метаболизма этанола [15], что отражает важную роль алкоголя как фактора риска ПРП. Частота мутаций ТР53 неизменно увеличивается в областях с высокой заболеваемостью, превысив 80 % в Нормандии (Франция) [16], 70 % в Китае [17] и 65 % в Северном Иране [18,19]. Структура мутаций является достаточно сложной и неоднородной, что предполагает многообразие видов и механизмов воздействия, участвующих в инициации и прогрессировании ПРП в районах с высокой заболеваемостью. Отличительной особенностью профиля мутаций ТР53, характерных для ПРП, в географических областях с высокой заболеваемостью, является большая доля изменений CpG-островков. Исследования, проведенные в Иране и Бразилии, показали весьма значительный уровень – 33 % и 18 %, соответственно, G→А замен на CpG участках среди всех мутаций, выявленных в гене ТР53 [18,19]. Замены в CpG сайтах могут быть следствием спонтанного дезаминирования 5-метилцитозина с образованием тимина, а также могут вызываться высоким уровнем оксида азота при хроническом воспалительном процессе [20], который часто присутствует при опухолевом росте [21]. Термическое повреждение хронически раздражает слизистую оболочку пищевода, вызывая воспалительный процесс, и снижает барьерную функцию эпителия к воздействию канцерогенов [22].

В исследовании Sitas F. и соавт. [23] сделано предположение, что инфекция вирусом папилломы человека (ВПЧ) играет этиологическую роль в развитии ПРП. Однако анализ, проведенный на большом количестве пациентов с применением методик, включающих использование таких маркеров, как мутации гена ТР53 и гиперэкспрессия CKI2A (p16), показали, что ВПЧ играет незначительную роль в развитии ПРП [24,25]. Кроме того, в отличие от рака ротоглотки [26], пациенты с ВПЧ положительными плоскоклеточными карциномами пищевода не имеют лучшего прогноза по сравнению с больными с ВПЧ отрицательными опухолями [27].

Обнаружены предиктивные молекулярные маркеры развития ПРП, например SPRP3 (SmallProline-RichProtein 3). Экспрессия SPRP3 индуцируется в процессе дифференцировки эпидермальных кератиноцитов и рассматривается как маркер дифференциации плоскоклеточного эпителия [28,29]. Данное явление особенно ярко выражено в эпителии ротовой полости и пищевода, а изменения в уровне экспрессии мРНК или белка SPRR3, первоначально наблюдаемые в окружающей слизистой оболочке, представляют  собой ранние молекулярные события, относящиеся к злокачественной трансформации [30,31].

Кроме генетических аберраций, эпигенетические изменения также вносят важный вклад в развитие ПРП. Эпигенетические изменения происходят на ранних стадиях процесса прогрессирования опухоли, и, следовательно, рассматриваются в качестве потенциальных предиктивных диагностических биомаркеров для ПРП. Несколько исследований сосредоточились на роли изменений паттернов метилирования промоторов определенных генов, участвующих в развитии ПРП.  Показано, что промотор гена, кодирующего LMP7 (lowmolecular-massprotein 7), гиперметилированв опухолевой ткани по сравнению с близлежащими нормальными тканями. Отмечено, что паттерны метилирования гена BCL3, способного к активации транскрипции путем ассоциации с NF-kB, и протектора слизистой оболочки TFF1 (trefoilfactor1), нарушаются при плоскоклеточной карциноме и в окружающих здоровых тканях [32]. Еще одна важная эпигенетическая особенность ПРП – распространенное гипометилирование повторов в геноме. Различные исследования продемонстрировали гипометилирование LINE1 (long interspersed nucleotide element 1) при ПРП [32,33]. Хотя профиль метилирования не коррелировал со стадией заболевания [33], S. Iwagami с коллегами [34] показали, что существует корреляция с прогнозом заболевания. Кроме LINE1, при плоскоклеточной карциноме было исследовано состояние статуса метилирования Alu-повторов [35]. В данном исследовании выявлены более низкие уровни метилированияне только в опухолях, но и нормальных образцах эпителия, в сравнении со слизистой оболочкой пищевода у здоровых людей. Полученные результаты позволяют предположить, что гипометилирование Alu-повторов является ранним изменением эпителия пищевода в процессе канцерогенеза.

Нарушение регуляции экспрессии микроРНК, вероятно, происходит на каждом этапе развития ПРП. M.Yang и соавт. [36] показали, что уровни микроРНК-338-3р, микроРНК -218 и микроРНК-139-5р при развитии ПРП снижены по сравнению с прилегающими неопухолевыми тканями, в то время как уровни микроРНК-183, микроРНК-574-5р, микроРНК-21 и микроРНК-601 были повышены. Множественный регрессионный анализ показал, что аберрантная экспрессия микроРНК-338-3р, микроРНК -139-5р, микроРНК -574-5р и микроРНК-601 повышают риск развития РП. Доказано, что определенные дифференциально экспрессирующиеся микро РНК могут быть связаны с заболеваемостью и развитием ПРП. Различные микроРНК, такие как микроРНК-375, микроРНК-192, микроРНК-21, микроРНК-181b, микроРНК-146b и микроРНК-150, в частности, способны предсказывать прогноз приПРП [37,38]. Данный факт представляет особый интерес, поскольку микроРНК могут быть обнаружены в сыворотке, так как они секретируются в экзосомы и представляют собой не инвазивный способ прогнозирования течения ПРП. Y.Tanaka и соавт. [39] исследовали экзосомальные уровни микро-РНК-21 у больных ПРП и обнаружили, что её экспрессия значительно выше в группе больных раком, чем у больных с доброкачественными заболеваниями с наличием либо без системного воспалительного ответа – СРБ <0,3 мг/дл. Кроме того, микро-РНК-21 не обнаружена в сыворотке, оставшейся после экстракции экзосом, а экзосомальная экспрессия микроРНК-21 коррелирует с запущенными стадиями опухоли, метастазированием в лимфатические узлы, наличием метастазов с воспалением или без воспаления (СРБ <0,3 мг/дл). Это один из первых шагов в направлении использования эпигенетических маркеров в диагностике РП и определении прогноза. Параллельно с диагностикой прилагаются усилия для улучшения результатов лечения ПРП.

Влияние молекулярных особенностей ПРП на тактику лечения. Тактика лечения ПРП определяется распространенностью первичной опухоли и вовлеченностью в опухолевый процесс регионарных лимфатических узлов [40]. Прогноз у больных с РП остается малоудовлетворительным, даже после радикальной операции. Плохие результаты хирургического лечения объясняются ранним системным распространением РП из-за морфологических особенностей, строения и локализации пищевода, обладающего богатой системой лимфатического дренажа в подслизистом слое, допускающей обширное микрометастазирование на ранних стадиях развития опухоли [41].

Таким образом, ввиду низкой эффективности хирургического лечения изучаются адъювантная и неоадъювантная химиолучевая терапия в качестве компонентов мультимодальной стратегии эрадикации опухоли. В настоящее время принятым стандартом медицинской помощи при распространенном РП является неоадъювантная химиолучевая терапия с последующим хирургическим вмешательством, хотя данный подход остается спорным [42]. Совсем недавно исследования показали значительное увеличение общей выживаемости у пациентов с ПРП после химиолучевой терапии спаклитакселом и цисплатином [43] или карбоплатином [44].

Несколько молекулярных маркеров в определенной степени способны прогнозировать ответ ПРП на лечение, наиболее значимым из которых является статус гена ТР53. H.Okumura и соавт. [45] показали, что в большинстве случаев, когда обнаружено отрицательное иммуно-гистохимическое окрашивание на р53, можно предсказать ответ на неоадъювантную химиолучевую терапию. Кроме того, мета-анализ 28 исследований показал, что дикий тип ТР53, низкий уровень экспрессии белка p53 или его отсутствие, связан с хорошим ответом на химиотерапию РП [30]. Оба исследования однозначно показали актуальность изучения ТР53 статуса для прогнозирования ответа на лечение ПРП, хотя в настоящее время маркер не используется в клинической практике.

В стремлении выявить более широкую панель биомаркеров-предикторов эффективности лечения ПРП, был оценен уровень экспрессии 16 белков, в том числе, P53, при проведении одновременной химиолучевой терапии [40]. Авторы показали, что высокие уровни MIB1 (mindbombE3 ubiquitinproteinligase1), низкие уровни NF-κb, HER2 и ER являются хорошими прогностическими факторами для завершающей химиолучевой терапии ПРП.

Помимо генетических маркеров, эпигенетические изменения также способны предсказать ответ на лечение. K.Sugimura и соавт. [46] провели оценку профиля экспрессии микроРНК из 365 резистентных к цисплатину клонов клеток и нашли паттерн из 15 микроРНК, которые могут быть вовлечены в развитие резистентности. Данный паттерн оценивался в биоптатах опухолевой ткани 98 нелеченых больных РП, которые затем получали предоперационную химиотерапию. Интересно, что низкая экспрессия let-7b и let-7c в биоптатах от 74 пациентов коррелировала с плохим ответом на химиотерапию, как клиническим, так и патогистологическим. Данное соотношение было подтверждено у остальных 24 больных тестовой группы. Авторы также показали, что резистентность к цисплатину опосредована, по крайней мере, частично, цитокином IL-6 (интерлейкин 6), который продуцируют клетки плоскоклеточной карциномы после воздействия цисплатина; IL-6активирует JAK/STAT3 сигнальный путь по принципу аутокринной регуляции. В этом контексте, трансфекция let-7 cиндуцировала восстановление чувствительности к препарату и интенсификацию апоптоза, непосредственно подавляемого цисплатин-активированным IL6/STAT3 сигнальным путем [44].

В подобном контексте, M. F.Chen и соавт. [47] оценивали потенциальную возможность использования IL-6 в качестве биомаркера ответа на лечение ПРП. Среди изученных 173 образцов ткани РП 51 % оказался IL-6 иммунопозитивными, и была выявлена положительная корреляция между гиперэкспрессией IL-6 и опухолями, имеющими локорегионарные или отдаленные метастазы. Кроме того, экспрессия  IL-6 была связана со значительно более слабым ответом на лечение. Авторы также показали, что IL-6 значительно подавлял чувствительность клеток плоскоклеточной карциномы пищевода к облучению invitro. Наконец, уровень IL-6 в сыворотке крови был достоверно повышен у больных с регионарными и отдаленными метастазами по сравнению с теми пациентами, у которых они не выявлялись [47]. Все представленные данные свидетельствуют о важной роли IL-6 в образовании и прогрессировании ПРП. Таким образом, раскрывается потенциал IL-6 не только как предиктора ответа на лечение, но и в качестве новой терапевтической мишени. Поиск новых мишеней для терапии ПРП остается приоритетным, потому что, несмотря на все последние достижения в идентификации биомаркеров ответа на лечение, группа больных, не ответивших на традиционную терапию, не имеет никакого альтернативного варианта лечения.

Возможной мишенью для лечения ПРП может стать гиперэкспрессированный EGFR, который по данным ряда авторов [48] обнаруживается в 90 % случаев и, следовательно, эти пациенты могут быть кандидатами для эффективной EGFR-таргетной терапии. Напротив, в другом исследовании показно, что гиперэкспрессия EGFR и HER2 – не являются распространенными событиями при ПРП, как и активирующие мутации EGFR,KRAS и BRAF [49]. Поэтому большинство больных ПРП не имеют молекулярного профиля, подходящего для анти-HERтаргетной терапии, ввиду чего необходимо изучать другие маркеры. Подобного рода «разночтения» могут быть объяснены тем, что исследования проводились на различных популяциях пациентов, и поэтому данный аспект требует дополнительных исследований.

Проходит клинические испытания на различных злокачественных опухолях новый класс лекарственных средств -эпигенетических препаратов, который пока включает: ингибитор ДНК метил-трансферазы- DNMTi (inhibitor of DNAmethyl-transferases) и ингибитор гистоновой деацетилазы-HDACi (inhibitor of histonedeacetylases) [50]. Эпигенетический сайленсинг генов опухолевых супрессоров является распространенным событием при различных злокачественных опухолях. Если эпигенетические изменения, такие как гиперметилирование ДНК или модификации гистонов, обратимы, то, обращая вспять такие состояния, возможно, удастся восстановить нормальный профиль экспрессии генов. Хотя сказанное может восприниматься как далекое будущее, больные миелодиспластическим синдромом уже получают пользу от назначения новых препаратов, и в ближайшее время эти новые направления лечения станут реальными для пациентов с онкологическими заболеваниями, в том числе с ПРП.

Заключение. Многие из представленных в обзоре маркеров должны быть валидизированы в конкретных клинических исследованиях, прежде чем они могут быть включены в повседневную клиническую практику. Однако в наметившемся потенциале воздействия на естественное течение ПРП, включение молекулярных маркеров в клиническую практику открывает широкие горизонты для улучшения исходов заболевания у больных плоскоклеточной карциномой пищевода.