Таргетная доставка препаратов на протяжении многих лет считается одним из наиболее перспективных подходов для терапии онкологических заболеваний благодаря высокой эффективности при минимизации побочных эффектов. Одним из наиболее распространенных способов обеспечения направленности доставки активных молекул служит нацеливание токсического препарата с помощью моноклональных антител на один рецептор, наиболее высокоэкспрессированный на поверхности опухолевых клеток данного вида рака. Существенным ограничением такого подхода является феномен внутриопухолевой гетерогенности, при которым различные клоны клеток, присутствующие в пределах одного опухолевого узла, несут на своей поверхности разные наборы антигенов и, следовательно, могут не распознаваться таргетированным к определенному рецептору препаратом [1]. Поиск универсальных мишеней на опухолевых клетках, клетках микроокружения сосудистой сети опухоли для направленной терапии является актуальной задачей для разработки новых лекарств. Примером мишени такого рода могут служить селектины – молекулы клеточной адгезии, способные распознавать и специфически связывать тетрасахарид Sialyl Lewis X (SiaLex). SiaLex был предложен в качестве потенциального вектора для наночастиц, содержащих активный в отношении раковых клеток препарат [2]. Нацеливание цитотоксических липосом с помощью SiaLex привело к замедлению роста рака молочной железы и увеличению выживания как по сравнению с интактным цитотоксическим препаратом, так и по сравнению с ненацеленными липосомами в мышиной модели, однако механизм терапевтического эффекта не был раскрыт [3].
В данном обзоре мы рассмотрим перспективы применения SiaLex в качестве системы доставки для таргетной терапии трех видов рака – рака молочной железы, рак поджелудочной железы и рака толстого кишечника.
Селектины в норме и при патологии
Описаны три вида селектинов, широко представленных на поверхности клеток и тканей. L-селектины экспрессированы на поверхности лимфоцитов и отвечают за их хоуминг в лимфоидные органы (в том числе лимфатические узлы) путем взаимодействия с лигандом на эндотелии сосудов, а также представлены на поверхности нейтрофилов и моноцитов, обеспечивая их миграцию в участки воспаления [4]. P-селектины встречаются на поверхности эндотелия сосудов, обеспечивая рекрутинг лейкоцитов в место воспаления [5], а также на поверхности тромбоцитов, где участвуют в процессе тромбообразования [6]. При онкологии P-селектины обеспечивают взаимодействие раковых клеток с тромбоцитами, способствуя метастазированию [7]. E-селектины обнаруживаются на поверхности эндотелия сосудов, обеспечивая рекрутинг лейкоцитов в место воспаления [8]. Роль E-селектинов в метастазировании заключается в обеспечении взаимодействия клеток эндотелия с углеводными лигандами на циркулирующих опухолевых клетках (ОК) и проникновения ОК из сосудов в ткани [9]. Экспрессия селектинов увеличивается при воспалительных заболеваниях внутренних органов: увеличение концентрации растворимых селектинов в сыворотки крови, а также повышенная экспрессия селектинов в тканях отмечаются при воспалении кишечника [10], печени [11], почек [12]. Также при некоторых видах рака в сыворотке крови пациентов наблюдается повышенная концентрация растворимого E-селектина, что ассоциировано с плохим прогнозом [13, 14].
Лиганд селектинов SiaLex также повсеместно встречается на поверхности различных типов клеток как в норме, так и при патологии. SiaLex экспрессируется на 99% гранулоцитов, 20–40% натуральных киллеров в крови, до 10% макрофагов в невоспаленной ткани [15, 16]. Показано, что в ткани воспаленного аппендикса (удаленного у пациента с аппендицитом) около 50% макрофагов имели высокую экспрессию SiaLex. При этом экспрессия SiaLex была меньше выражена в макрофагах при аутоиммунных (а не инфекционных) воспалительных заболеваниях (таких как ревматоидный артрит, псориаз, хронический дерматит) [15]. У пациентов с ревматоидным артритом уровень IgG, гликозилированных SiaLex, существенно превышал таковой у здоровых доноров [17]. Другие сывороточные белки также могут быть гликозилированы SiaLex (например, церулоплазмин при раке поджелудочной железы [18]).
Таким образом, как в норме, так и при воспалении экспрессия селектинов и их лиганда SiaLex в тканях и крови встречается повсеместно.
Селектины и SiaLex при раке молочной железы
Ряд публикаций демонстрируют наличие клеток, экспрессирующих SiaLex в тканях рака молочной железы (РМЖ), полученных от пациентов, и в клеточных линиях РМЖ [19–22] и экспрессию селектинов на сосудистой сети опухоли [23, 24], наличие селектинов на поверхности самих опухолевых клеток было выявлено отдельными авторами [25]. С точки зрения использования селектинов при РМЖ в качестве молекул-мишеней для направленной доставки лекарств, критически важно оценивать их локализацию и уровень экспрессии как непосредственно на раковых клетках молочной железы, так и на опухолевом микроокружении (сосудах и лейкоцитах, инфильтрирующих опухоль). В таблице 1 представлены данные об экспрессии селектинов и их лиганда SiaLex в хирургическом материале пациентов с РМЖ и клеточных культурах РМЖ человека и лабораторных мышей.
Таблица 1
Данные, свидетельствующие об экспрессии селектинов и SiaLex в раковой опухоли молочной железы (РМЖ)
|
Источник материала |
Метод* |
Результат |
Ссылка |
|
Хирургический материал пациентов с РМЖ |
ИГХ** |
Экспрессия P-селектина на опухолевых клетках и клетках сосудов |
[25] |
|
Хирургический материал пациентов с РМЖ |
ИГХ |
Высокая экспрессия P- и E-селектинов и их лиганда SiaLex в эндотелии сосудов опухоли. В клетках РМЖ – высокая экспрессия SiaLex, причем в метастазах экспрессия была выше, чем в первичной опухоли |
[23] |
|
Хирургический материал пациентов с РМЖ |
ИГХ |
Экспрессия E- и P-селектинов на сосудах повышена в раковой опухоли молочной железы по сравнению с доброкачественной и отсутствует в нормальной ткани |
[24] |
|
Хирургический материал пациентов с РМЖ |
ИГХ |
Экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РМЖ была выше при инвазивной микропапиллярной карциноме по сравнению с протоковым раком |
[21] |
|
Хирургический материал и клеточные линии: MDA-MB-231, BT-20 и ZR-75-1 |
ИГХ + ПЦР*** |
Экспрессия SiaLex была более выражена в ER- раке. При этом в ER+ раке высокая экспрессия SiaLex была связана с метастазированием в кости. В клеточных линиях ZR-75-1 (ER+) и BT20 (ER-) выявлена экспрессия SiaLex. Примечательно, что BT-20 не связывались с E-селектином, лигандом SiaLex |
[22] |
|
Клеточная линия BT-20 |
FACS**** |
Экспрессия SiaLex на клетках BT-20, а также способность связываться BT-20 с E-селектином |
[19] |
|
Клеточные линии: MCF10A, ZR-75.1, BT-549, MDA-MB-231, MCF-7, T47D, CAL-51 |
FACS |
В клеточных линиях MCF10A, ZR-75.1, BT-549, MDA-MB-231 была выявлена экспрессия SiaLex, при этом в линиях MCF-7, T47D, CAL-51 – экспрессия не выявлена |
[20] |
*Метод дифференцировки опухолевых клеток от клеток микроокружения (эндотелия и инфильтрующих опухоль лейкоцитов), **ИГХ – иммуногистохимический метод исследования, визуальная дифференцировка. ***ПЦР – полимеразная цепная реакция, ****FACS – проточная цитометрия
Таким образом, в большинстве работ приводятся данные об экспрессии P- и E-селектинов на клетках сосудистой сети опухоли, в то время как сами опухолевые клетки рака молочной железы экспрессируют лиганд SiaLex. По-видимому, взаимодействие SiaLex опухолевых клеток с селектинами опухоль-ассоциированных de novo прорастающих в опухоль сосудов является одним из ключевых механизмов метастазирования. Следовательно, цитотоксические препараты, обеспечивающие направленную доставку цитотоксических агентов с использованием SiaLex в качестве вектора, могут обладать терапевтическим эффектом в основном за счет подавления сосудистой сеть опухоли, что приводит как к замедлению роста самой опухоли, так и метастазирования независимо от выраженности гетерогенности опухоли.
Селектины и SiaLex при раке поджелудочной железы
В тканях рака поджелудочной железы (РПЖ), полученных от пациентов хирургическим путем, а также в клеточных линиях РПЖ была обнаружена экспрессия SiaLex на поверхности клеток опухоли [26–30]. На клетках сосудистого окружения опухоли была обнаружена высокая экспрессия P-селектина [31, 32], что делает возможным его использование в качестве мишени для направленной терапии. Данные об экспрессии P-селектина и SiaLex на поверхности клеток РПЖ представлены в таблице 2.
Таблица 2
Данные, свидетельствующие об экспрессии селектинов и SiaLex в опухоли поджелудочной железы
|
Источник материала |
Метод* |
Результат |
Ссылка |
|
Хирургический материал пациентов с РПЖ |
ИГХ** |
Высокая экспрессия P-селектина на сосудах опухоли |
[31] |
|
Клеточная линия SUIT-2 |
ИГХ |
Экспрессия P-селектина на опухолевых клетках линии, изначально полученной из печеночного метастаза РПЖ человека |
[32] |
|
Хирургический материал пациентов с РПЖ |
ИГХ |
Показана экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РПЖ |
[30] |
|
Хирургический материал пациентов с РПЖ |
ИГХ |
Экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РПЖ |
[26] |
|
Хирургический материал пациентов с РПЖ |
ИГХ |
Экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РПЖ. Высокий уровень экспрессии SiaLex коррелировал с наличием печеночных метастазов |
[27] |
|
Хирургический материал пациентов с РПЖ |
ИГХ |
Показана экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РПЖ при отсутствии экспрессии в нормальной ткани |
[28] |
|
Клеточная линии ASPC1, MiaPaCa-2, и первичная культура из РПЖ человека |
ИГХ, FACS |
Экспрессия SiaLex на клетках культуры РПЖ, способность SiaLex активировать дифференцировку макрофагов |
[29] |
*Метод дифференцировки опухолевых клеток от клеток микроокружения (эндотелия и инфильтрующих опухоль лейкоцитов), **ИГХ – иммуногистохимический метод исследования, визуальная дифференцировка. ***FACS – проточная цитометрия
Таким образом, в большинстве работ показана экспрессия SiaLex на опухолевых клетках РПЖ из ткани пациентов и клеточных культур, а экспрессия селектинов – на клетках сосудистой сети опухоли. Следовательно, действие препаратов для лечения РПЖ, использующих SiaLex в качестве вектора, может быть в основном опосредовано разрушением сосудистой сети опухоли.
Селектины и SiaLex при раке толстого кишечника
Многочисленные данные, полученные на хирургическом материале пациентов с раком толстого кишечника (РТК) и клеточных линиях РТК человека (HT29, KM12) и мыши (CT26), свидетельствуют об экспрессии SiaLex на поверхности клеток опухоли [33–35]. Экспрессия E- и P-селектинов была обнаружена как непосредственно на раковых клетках, так и на сосудистом микроокружении [36–38]. Данные об экспрессии селектинов и их лиганда SiaLex в тканях при РТК представлены в таблице 3.
Таблица 3
Данные, свидетельствующие об экспрессии селектинов и SiaLex при РТК
|
Источник материала |
Метод* |
Результат |
Ссылка |
|
Хирургический материал |
ИГХ**, ПЦР*** |
Экспрессия E-селектина на клетках РТК, которая повышается по мере прогрессии опухоли |
[36] |
|
Клеточная линия CT26 |
Вестерн-блот, ПЦР |
Экспрессия P-селектина на опухолевых клетках и их способность связываться с тромбоцитами |
[37] |
|
Мышиная модель РТК (клеточная линия HT29) |
ФМ**** |
Высокая экспрессия P-селектина на сосудах опухоли при незначительной экспрессии в сосудах нормальной ткани кишечника |
[38] |
|
Хирургический материал: ткани вокруг печеночных метастазов |
ИГХ |
Высокая экспрессия P- и E-селектинов и их лиганда SiaLex в эндотелии сосудов печени после обработки IL-2b. Клеточная линия РТК KM2, экспрессирующая SiaLex, связывается с клетками эндотелия из ткани печени |
[33] |
|
Хирургический материал |
ИГХ |
Экспрессия SiaLex в тканях РТК была выше, чем в здоровой слизистой, и возрастала по мере прогрессии опухоли при максимуме в печеночных метастазах |
[34] |
|
Хирургический материал и клеточная линия KM12 |
ИГХ |
Экспрессия SiaLex в тканях РТК была связана с плохим прогнозом. In vitro связывание Sialex на клетках KM12 с селектинами на клетках эндотелия (линия HUVEC). |
[35] |
*Метод дифференцировки опухолевых клеток от клеток микроокружения (эндотелия и инфильтрующих опухоль лейкоцитов), **ИГХ – иммуногистохимический метод исследования, визуальная дифференцировка, ***ПЦР – полимеразная цепная реакция, ****ФМ – флуоресцентная микроскопия
Проведенный анализ литературы показал, что на опухолевых клетках пациентов с РТК, в мышиной модели с использованием клеточной линии РТК человека HT29 и в клеточной линии РТК мыши CT26 обнаруживается экспрессия P- и E-селектинов, а также их лиганда SiaLex, который ассоциирован с плохим прогнозом и играет ключевую роль в метастазировании за счет связывания с селектинами эндотелия.
Заключение
Таким образом, анализ литературы показал, что многокомпонентные ткани опухоли при РМЖ, РПЖ и РТК, которые состоят как из разных клонов опухолевых клеток, так и из микроокружения (стромы, эндотелия кровеносных и лимфатических сосудов, опухоль-ассоциированных лейкоцитов), экспрессируют P- и E-селектины, а также их лиганд SiaLex, который обеспечивает взаимодействие между клетками опухоли и микроокружения и играет важную роль в метастазировании. Экспрессия селектинов на клетках опухоли может свидетельствовать о терапевтическом потенциале таргетной доставки цитотоксических препаратов с использованием SiaLex в качестве вектора на поверхности липосомы. Такие препараты, испытанные пока только в лабораторных условиях и на мышиных моделях РМЖ [3], могут быть активны и в клинике за счет воздействия на сосудистую сеть опухоли и непосредственно на раковые клетки. Ограничением для терапии такого рода является повсеместная экспрессия селектинов в нормальных тканях организма, особенно при воспалительных процессах в различных органах. Несмотря на воодушевляющие результаты таргетной доставки цитотоксических препаратов с использованием SiaLex в качестве вектора в ряде исследований с использованием мышиной модели РМЖ, для выявления терапевтического потенциала такого подхода потребуются дополнительные эксперименты. В мышиных моделях необходимо адекватно воспроизвести возраст-ассоциированные изменения и хронические воспалительные процессы онкологических пациентов и разработать простые тесты, позволяющие измерять индивидуальный уровень воспаления. На таких моделях следует продемонстрировать целевую доставку векторного препарата в опухоль, а не в очаг хронического воспаления. Если это окажется невозможным, нужно разработать систему предсказания, определяющего максимальный уровень хронического воспаления для каждого пациента, который позволяет назначить ему данный вид терапии.