В течение многих лет рак молочной железы представляется наиболее распространенным онкологическим заболеванием у женщин во всем мире [1, 2], затрагивающим примерно 12% женщин и являющимся причиной почти 14% всех смертельных случаев, связанных с раком [3]. Рак молочной железы представляет собой гетерогенную совокупность различных злокачественных новообразований с различными подтипами, основанными на их молекулярном профиле [4, 5]. Существуют убедительные доказательства того, что паратгормон-родственный протеин (ПТГрП) вносит очень значительный вклад в патофизиологию рака молочной железы [6]. Рак молочной железы был одной из исходных опухолей, из которых был очищен и секвенирован ПТГрП, из-за повышенной концентрации его циркулирующей формы [7]. Обнаружено, что ПТГрП экспрессируется примерно в двух третях первичного рака молочной железы [8]. Исследования клеточных линий рака молочной железы человека (и иммунологические, и in situ гибридизационные) показали, что неоплазированные эпителиальные клетки экспрессируют как ПТГрП, так и рецептор PTH1R [9]. Установлено, что 100% обследованных инвазивных карцином молочной железы имели иммунореактивность ПТГрП, а 96% реагировали с антителами против рецептора PTH1R [10]. Недавние исследования показали критическую роль ПТГрП в инициации, росте и метастазировании рака молочной железы [11]. Многими иммуногистохимическими исследованиями выявлено значительное количество клеток, окрашенных положительно на ПТГрП, при карциноме молочной железы [12]. В исследованиях с использованием моноклональных антител обнаружены значительные количества иммунореактивного ПТГрП в 100% протестированных инвазивных карцином [13]. Аналогичным образом при раке молочной железы был обнаружен рецептор PTH1R [9, 14].
Во многих исследованиях продемонстрирована роль ПТГрП в пролиферации клеток и апоптозе [15, 16, 17]. Полагают, что пролиферативные эффекты ПТГрП в клетках рака молочной железы опосредованы регуляцией клеточного цикла и апоптоза и что контроль продукции ПТГрП при раке молочной железы может быть терапевтически полезным [18]. Присутствие иммунореактивности ПТГрП при многих видах рака молочной железы обусловило предположение, что данный белок обладает аутокринным эффектом на рост опухоли. Исследования in vitro идентифицировали ПТГрП в первичных культурах опухолей молочной железы и в клеточных линиях рака молочной железы [19, 20, 21]. Эндогенный ПТГрП, по-видимому, стимулирует пролиферацию различных клеточных линий карциномы [22]. Влияние различных доменов ПТГрП на пролиферативное поведение клеток линии 8701-BC, происходящей от первичной протоковой инфильтрирующей карциномы молочной железы человека, протестировали [23, 24]. Полученные результаты показали, что ПТГрП (67–86) и, что более заметно, ПТГрП (107–138) и ПТГрП (1–34) в разной степени проявляли антипролиферативные, но проинвазивные эффекты, которые были отменены при инкубации с антителом против ПТГрП. Предполагают, что злокачественная трансформация клеток молочной железы может индуцироваться фрагментом ПТГрП, содержащим последовательность ядерной локализации (NLS) [18, 25, 26]. Митогенные эффекты ПТГрП связывают с интракринным действием, поскольку мутация NLS-области ПТГрП устраняет апоптотический и пролиферативный ответ, а экзогенный ПТГрП не оказывает влияния [15]. Кроме того, эксперименты с клональными клеточными линиями, которые были выделены из родительской линии 8701-BC и наделены различными пролиферативными и инвазивными свойствами, in vitro продемонстрировали гетерогенность роста и инвазивного ответа различных субпопуляций на введение фрагментов ПТГрП, что свидетельствует о существовании сложных взаимодействий ПТГрП с клетками рака молочной железы в пораженной ткани [27]. В работе [28] было доказано, что введение фрагмента срединного региона ПТГрП (38–94) заметно снижает пролиферацию, инвазивность и рост клеток рака молочной железы in vitro и in vivo, тем самым представляя привлекательную мишень для молекулярного моделирования активных противоопухолевых агентов. Противоположные результаты, т.е. стимулирование роста, было обнаружено с использованием ER-позитивной линии клеток MCF-7. В частности, исследование влияния различных N-концевых доменов ПТГрП на клетки, трансфицированные рецептором эпидермального фактора роста (EGFR), продемонстрировало, что рецептор индуцирует активацию ERK через ерегулин β1 и ПТГрП, а также ERK и PKC индуцирует митогенные эффекты через MAPKs, таким образом, потенциально объясняющие ПТГрП-зависимые пролиферативные эффекты [29].
Предполагают, что клетки рака молочной железы могут способствовать собственному росту путем продукции ПТГрП с помощью положительного механизма обратной связи. Роль экспрессии ПТГрП в модели рака молочной железы на животных, индуцированного онкогеном полиомавируса со средним Т-антигеном (PyMT), который может индуцировать различные подтипы опухоли, когда широко экспрессируется в эпителиальных клетках молочной железы мыши, изучили [30]. Авторы использовали вирус опухоли молочной железы мыши (MMTV) / neu трансгенных мышей (трансген MMTV-Cre) для нацеливания на ген ПТГрП в эпителиальных клетках молочной железы и обнаружили, что, хотя потеря экспрессии ПТГрП не влияет на частоту возникновения опухоли, она значительно увеличивает латентность опухоли, замедляет рост опухоли и уменьшает метастазы. Сдерживание роста опухоли коррелировало с уменьшением пролиферации и повышенным апоптозом, возможно, из-за изменений в циклине D1, протеинкиназы B 1 и 2 и экспрессии В-клеточной лимфомы 2. Снижение метастазов, возможно, было связано со снижением экспрессии CXC-хемокинового рецептора 4 и ингибированием ангиогенеза. Авторы разработали блокирующее антитело к ПТГрП и продемонстрировали, что оно может ингибировать рост первичной опухоли и метастазы в легких на модели ксенотрансплантата. Эти данные свидетельствуют о том, что ПТГрП в существенной мере способствует образованию опухолей при раке молочной железы, и помогают пониманию того, как ПТГрП может изменять восприимчивость к онкопатологии. В аналогичном исследовании [31] получены противоположные результаты, демонстрирующие, что разрушение гена ПТГрП увеличивало частоту опухолей у мышей MMTV-Neu, что согласуется с клиническим исследованием из Австралии [32]. Полагают, что молекулярный контекст, по-видимому, имеет решающее значение для определения действий ПТГрП. Хотя и MMTV-Neu, и MMTV-PyMT являются моделями рака люминального типа, пути их трансформации существенно различаются, и другие молекулы также оказывают различное влияние на формирование этих двух вариантов опухоли [33, 34]. Выяснение, почему ПТГрП производит противоположные эффекты в этих двух моделях, вероятно, даст важные подсказки для понимания молекулярной природы его эффектов при раке молочной железы [6].
ПТГрП может изменять восприимчивость клеток к апоптозу путем изменения соотношения анти- и проапоптотических факторов, включая членов семейства генов Bcl-2.Было показано, что ПТГрП индуцирует активацию проапоптотических генов Bcl-xS, Bad, Rip1 и активирует экспрессию каспаз -2, -5, -6, -7 и -8 в клетках линии MDA-MB-231 [17]. Соотношение белков, регулирующих апоптоз, Bcl-2 к Bax и Bcl-XLк Bax было выше в клетках рака молочной железы, сверхэкспрессирующих ПТГрП [18]. Показано, что интракринный ПТГрП защищает от апоптоза, вызванного голоданием, в клетках рака молочной железы линии MCF-7 [18]. Сверхэкспрессия ПТГрП защищает эпителиальные клетки молочной железы от апоптоза, вызванного активацией чувствительного к кальцию рецептора [35]. Избыточная экспрессия ПТГрП повышает чувствительность клеток рака молочной железы к апоптозу, вызванному связыванием апоптоз-индуцирующего лиганда Apo2L / TRAIL с рецептором TRAIL-R2.
Паратгормон-родственный протеин при инвазивном раке молочной железы
Рак молочной железы, как и многие другие солидные опухоли, начинается как местное заболевание, но может распространяться на лимфатические узлы и отдаленные органы, формируя метастатический рак молочной железы [36]. Метастазы в кости, легкие и другие органы являются распространенными и катастрофическими последствиями прогрессирования рака молочной железы. Большинство пациентов умирают не от первичной опухоли, а от раковой инвазии в дистальные участки [37]. Отдаленные метастазы развиваются у 10–15% пациентов с раком молочной железы в течение 3 лет после выявления первичной опухоли. Зафиксированы случаи проявления метастазов на отдаленных участках через 10 и более лет после постановки первоначального диагноза. Таким образом, пациенты с раком молочной железы подвергаются риску развития метастазов в течение всей своей жизни [36, 38]. При раке молочной железы характерно преимущественное метастазирование в кость (частота встречаемости на уровне 47–60%), печень (частота встречаемости на уровне 19–20%), легкое (частота встречаемости на уровне 16–34%) и мозг (частота встречаемости на уровне 10–16%) [39, 40, 41].
Детальные механизмы, лежащие в основе метастазирования рака молочной железы, не вполне понятны, но существующие данные свидетельствуют о взаимосвязи между распространением опухолевых клеток и микроокружением тканей органов, которые они колонизируют. Этот фактор играет ключевую роль в определении того, могут ли распространяющиеся опухолевые клетки выживать и расти с образованием метастатических опухолей [36, 38, 42]. Диссеминированные клетки, которые выживают после воздействия проапоптотических сигналов в их новой среде, часто остаются в состоянии покоя во вторичных органах, выходя из пролиферативного цикла на неопределенный период или достигая сбалансированного состояния пролиферации и апоптоза. Последующий выход из состояния покоя является результатом дальнейшей эволюции выживших диссеминированные клеток, накапливающих молекулярные изменения. Приобретая эти характеристики, метастатические популяции могут оптимально адаптироваться к микросреде хозяина и инициировать колонизацию [43]. Предполагается, что латентная фаза онкогенеза молочной железы может включать распространение клеток рака молочной железы на ранней, предсимптомной стадии развития первичной опухоли, когда диссеминированные раковые клетки остаются необнаруженными в костном мозге в течение многих лет, прежде чем начнут проявлять клинически идентифицируемые признаки [44, 45].
Клетки рака молочной железы продуцируют хемокиновые рецепторы, которые способствуют адгезии к специфическим клеткам, представляющим соответствующий поверхностный лиганд (известный лиганд для CXCR4 – это CXCL12). Органы с самой высокой экспрессией CXCL12 коррелируют с наиболее распространенными участками метастазирования рака молочной железы [46]. CXCR4 был идентифицирован в качестве сигнатурного гена при первичном раке молочной железы, экспрессирующего метастазирование кости [47, 48]. Исследование пациентов с раком молочной железы, у которых развились метастазы в скелет, подтвердило общую повышенную экспрессию как ПТГрП, так и CXCR4 [49]. Исследования с использованием анти-ПТГрП антител показали угнетение костного обмена и остеолитических метастазов [20]. У мышей, несущих ПТГрП-положительные ксенотрансплантаты рака молочной железы человека, антитела против ПТГрП снижали как первичный рост, так и развитие метастатической опухоли в легких. Представленные данные [30] демонстрируют, что в модели рака молочной железы ПТГрП играет роль фактора, способствующего инициации, прогрессированию и метастазированию опухоли, частично через активацию путей CXCR4 и PKB (протеинкиназа B), которые имеют решающее значение при множестве клеточных процессов, включая апоптоз, пролиферацию клеток, транскрипцию и миграцию клеток.
Роль паратгормон-родственного протеина в развитии метастазов рака молочной железы в кости
Кость является основным участком метастазирования рака молочной железы [50]. Механизмы, лежащие в основе этого остеотропизма, включают в себя некоторые характеристики как клеток рака молочной железы, так и костного матрикса, в который метастазируют эти опухоли. Клетки рака молочной железы должны обладать определенными свойствами, которые позволяют им расти в кости, а костный матрикс обеспечивает подходящую микросреду, которая способствует росту этих клеток. На всех этапах в развитии метастазов участвуют различные молекулы, в том числе: молекулы инициации метастазирования, такие как матриксные металлопротеиназы и фактор роста эндотелия сосудов [38, 51], и молекулы вирулентности метастазирования, такие как ПТГрП, интерлейкин 8 (IL-8), молекула 1 адгезии сосудистых клеток (VCAM-1) [20, 52, 53]. Среди этих молекул IL-8, VCAM-1 и ПТГрП являются факторами, участвующими в формировании и развитии костных метастазов. Определенные особенности раковых клеток считаются необходимыми для метастатического поражения кости. Одна из наиболее важных характеристик – это способность вырабатывать ПТГрП [37, 54, 55]. ПТГрП играет значительную роль в патофизиологических механизмах костного метастазирования. Существуют убедительные доказательства того, что ПТГрП способствует метастазированию в кости [20]. При раке молочной железы ПТГрП был обнаружен у 92% пациентов с метастатическим поражением костей [56, 57], что указывает на важность ПТГрП для прогрессирования метастазирования в кости [8, 56]. В многочисленных исследованиях зафиксирована продукция ПТГрП клетками костных метастазов рака молочной железы. ПТГрП был обнаружен иммуногистохимией [56] и гибридизацией in situ [58] в 92% костных метастазов рака молочной железы по сравнению только с 17% метастазов, локализованных вне кости. Клинические и экспериментальные данные указывают на то, что опухолевый ПТГрП является основным фактором, индуцирующим остеокластическую резорбцию кости в локусах метастатического рака молочной железы [56, 59]. Это позволило предположить, что выработка ПТГрП может способствовать возникновению остеолитических метастазов рака молочной железы и активировать локальный остеолиз в участках кости, прилегающих к костным метастазам, что создает благоприятные условия для развития, и таким путем ПТГрП участвует в аутокринной регуляции роста опухоли.
Костный метастаз рака молочной железы может развиваться через ряд взаимодействий в микроокружении опухоли, известных как «порочный круг»: в этом цикле ПТГрП играет важную роль. Опухолевые клетки секретируют факторы, которые стимулируют активацию остеобластов и остеокластов. Костный матрикс содержит множество факторов роста, высвобождающихся при резорбции кости. Среди них трансформирующий фактор роста β (TGF-β) и Ca2+ связываются соответственно с рецептором TGF-β и кальций-чувствительным рецептором раковых клеток, стимулируя выработку ПТГрП [60, 61]. Секретируемый опухолевыми клетками ПТГрП стимулирует производство остеобластами одного из ключевых активаторов остеокластов мембранно-связанного цитокина – лиганда рецепторного активатора экспрессии ядерного фактора κ β (RANKL), который связывается с рецепторным активатором экспрессии ядерного фактора κ β (RANK) и тем самым способствует дифференцировке незрелых остеокластов в зрелые остеокласты [62]. Наконец, резорбция кости осуществляется зрелыми активированными остеокластами, завершая «порочный круг», который ускоряет резорбцию кости, что совпадает с ростом метастатического поражения кости, стимулируемого также и другими факторами [63, 64]. Активированные остеокласты деградируют матрицу кости, продуцируя в местное микроокружение факторы роста, стимулирующие опухолевые клетки для продолжения секреции ПТГрП. Резорбированная кость высвобождает TGF-β, который стимулирует пролиферацию опухолевых клеток и, следовательно, увеличивает секрецию ПТГрП, тем самым возобновляя пул взаимодействий в микроокружении опухоли и продолжая формирование нового цикла «порочного круга» [60].
Показано, что ПТГрП может участвовать в метастазировании рака молочной железы независимо от его роли в усилении остеокластической функции. ПТГрП играет важную роль в модулировании ангиогенного и костного остеолитического действия VEGF [65]. Кроме того, ПТГрП усиливает экспрессию в клетках рака молочной железы матриксной металлопротеиназы-13, которая может разрушать костный матрикс, таким способом добавляя дополнительные инвазивные признаки метастатическому процессу в кости [66]. Эти данные демонстрируют, что ПТГрП представляет собой рациональную цель для исследования возможностей лечения метастазов в кости при раке молочной железы. В мышиной модели нейтрализующие антитела против ПТГрП уменьшали как размер остеолитических повреждений, так и площадь опухоли в кости [67]. Гуманизированное моноклональное антитело, нацеленное на ПТГрП, находилось в разработке в Японии [68]. В экспериментах с использованием линии клеток рака молочной железы человека MDA-MB-231 показано [69], что лигнаны тетрагидрофурофуранового типа, полученные из цветков магнолии, обычно используемых в традиционной азиатской медицине для лечения воспалительных заболеваний, могут блокировать опосредованную раком молочной железы потерю костной массы. Асхатин, фаргезин, диметиловый эфир лириорезинола B и магнолин в нецитотоксических концентрациях подавляли экспрессию мРНК и секрецию ПТГрП в метастатических клетках рака молочной железы человека MDA-MB-231. Асхатин, магнолин, фаргезин и диметиловый эфир лириорезинола В существенно снижали остеорезорбирующую активность остеокластов, ингибируя активность ММР-9 и катепсина К, блокировали инициацию и прогрессирование «порочного цикла» между метастазами рака молочной железы и микроокружением кости путем ингибирования продукции ПТГрП в клетках рака молочной железы и остеокластической резорбции кости. Следовательно, эти лигнаны тетрагидрофурофуранового типа могут служить полезными агентами для предотвращения и лечения вызванного раком разрушения кости у пациентов с раком молочной железы. В другом исследовании с использованием той же клеточной культуры продемонстрировано, что нокдаун экспрессии ПТГрП в клетках рака молочной железы поразительно ингибирует образование опухолей у мышей [70]. Нокдаун ПТГрП резко снизил уровни циклинов D1 и A1 и остановил прогрессию клеточного цикла на стадии G1, индуцировал апоптоз опухолевых клеток и способствовал формированию автофагосомы. Ингибирование продукции ПТГрП значительно уменьшило способности клеток рака молочной железы для торможения дифференцировки остеобластов. В совокупности эти исследования показали, что таргетинг ПТГрП в опухолевых клетках может быть потенциальной терапевтической стратегией для рака молочной железы, особенно с костными метастазами.
Библиографическая ссылка
Курзанов А.Н., Быков И.М., Ледванов М.Ю., Филиппов Е.Ф., Шатохина А.С., Цымбалов О.В. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННОГО ПРОТЕИНА И РАКА МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2021. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=31284 (дата обращения: 19.04.2024).