Angiogenesis as a target for cancer therapy

Full Text

Введение Длительное время опухолевым клеткам приписывалась полная самодостаточность. Предполагалось, что транс- формированный клон пролиферирует сам по себе, а все остальные элементы опухоли (строма, сосуды, фибробла- сты) являются лишь пассивными вспомогательными ком- понентами. Изменение этих представлений связано с именем выдающегося американского ученого Джуды Фолкмана (Judah Folkman, 1933-2008), который умудрял- ся совмещать повседневную работу врача-хирурга с осно- вополагающими, фундаментальными исследованиями в области экспериментальной онкологии. Дж.Фолкман предположил и экспериментально доказал, что опухоле- вые клетки могут сформировать клинически распозна- ваемое новообразование лишь в том случае, если они продуцируют факторы неоангиогенеза [11]. Таким обра- зом, создание сосудистой сети опухоли происходит не са- мо по себе, а за счет активных, управляемых трансформи- рованными клетками биологических процессов. К настоящему времени идентифицированы десятки факторов, провоцирующих или, наоборот, ингибирую- щих ангиогенез (рис. 1, 2). Примечательно, что разработ- ка антиангиогенных препаратов считается одним из са- мых перспективных направлений в онкологии. Считает- ся, что во взрослом организме практически не происхо- дит формирования новых сосудов (исключение состав- ляют посттравматическая регенерация тканей и некото- рые процессы, связанные с репродуктивным циклом у женщин). Предполагается, что антиангиогенные препа- раты должны обладать прекрасным терапевтическим ин- дексом, т.е. способны эффективно тормозить рост опухо- левой массы без каких-либо побочных воздействий на организм. Помимо этого от ингибиторов ангиогенеза ожидается более длительный эффект, чем от применения цитостати- ческих препаратов: подразумевается, что клетки эндотелия, в отличие от опухолевых клеток, не являются транс- формированными, не обладают геномной нестабиль- ностью, не характеризуются повышенной частотой на- копления мутаций и, следовательно, не демонстрируют склонности к адаптивной эволюции и селекции рези- стентных к терапии клонов [3, 36]. Молекулярные механизмы регуляции ангиогенеза Сосудистое русло выполняет целый ряд функций, без которого невозможно представить нормальное функ- ционирование клеток. Именно с кровотоком достав- ляются кислород, питательные вещества, регуляторные молекулы (гормоны, факторы роста), иммунные клетки; кровь также служит переносчиком вредных веществ и продуктов распада, которые выделяются клетками и вы- водятся из организма. Протяженность сосудов взрослого человека достигает 150 тыс. километров. Неудивительно, что к управлению процессами ангиогенеза привлечены десятки биологически активных молекул, причем их дей- ствие распространяется не только на клетки внутренней выстилки сосудов - эндотелиоциты, но и на «вспомога- тельные» структуры - перициты, гладкомышечные клет- ки и т.д. [2]. Наиболее изученным компонентом регуляции сосудо- образования является сигнальный каскад эндотелиально- го фактора роста (vascular endothelial factor, VEGF). Лиган- ды этого каскада представлены факторами роста эндоте- лия А, B, C и D, а также плацентарным фактором (placental growth factor, PlGF). Примечательно, что для наиболее из- ученной молекулы - VEGF-А - идентифицировано не- сколько изоформ, которые образуются посредством аль- тернативного сплайсинга (VEGF-A121, VEGF-A145, VEGF- A165, VEGF-A183, VEGF-A189, VEGF-A206); они различаются между собой по размеру и составу аминокислот- ной последовательности 3'-концевых фрагментов белка. КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В ОНКОЛОГИИ Молекулы, взаимодействующие с факторами роста эндо- телия, также характеризуются значительным разнообра- зием. Три из них - vascular endothelial factor receptors 1, 2, 3: VEGFR1 (FLT1), VEGFR2 (FLK1/KDR), VEGFR3 (FLT4) - представлены трансмембранными тирозинкиназными Рис. 1. Регуляция ангиогенеза осуществляется множеством факторов. FGF2 Воспалительная клетка рецепторами. Еще 2 белка (neuropilins 1, 2: NRP1, NRP2) являются так называемыми корецепторами, т.е. они моду- лируют связывание лигандов с молекулами VEGFR. Каж- Опухолевая клетка PlGFs IL-8 IL-8 IL-8 IL-8 IL-8 IL-8 дый из перечисленных факторов может взаимодействовать с белками из семейства нейропилинов. VEGF-A яв- ляется специфическим лигандом для VEGFR1 и VEGFR2, VEGF-B - для VEGFR1, VEGF-С и VEGF-D - для VEGFR2 и VEGFs Ang-2 ECM MMPs Высвобождение VEGF Ang-1 TNFα Белки клеточной адгезии Интегрины VEGFR3, а PlGF - для VEGFR1. Рецепторы VEGFR1 и VEG- FR2 принимают непосредственное участие в ангиогенезе, VEGFR Пролиферация Tie-2 NF-κB TNFαR а VEGFR3 - в образовании лимфатических сосудов [27, эндотелиальных клеток Стабилизированные зрелые кровеносные сосуды 29, 36]. Установлено, что многие трансформированные клетки активно продуцируют факторы роста эндотелия, что и яв- ляется причиной сосудообразования и, соответственно, роста опухоли. Тем не менее роль рецепторов семейства VEGFR не ограничивается ангиогенезом: установлено, что они могут активироваться непосредственно в опухолевых клетках и обеспечивать генерацию аутопролиферативно- Кровеносный сосуд/эндотелиальные клетки IL - интерлейкин FGF - фактор роста фибробластов; MMPs - матриксные металлопротеиназы TNF - фактор некроза опухоли; VEGFR - рецептор VEGF PlGF - плацентарный фактор роста Рис. 2. Ингибиторы ангиогенеза: различные мишени и механизмы действия. го сигнала. Таким образом, по крайней мере в некоторых случаях молекулы VEGFR выступают в роли онкогенов [30]. Модуляция ангиогенеза не ограничивается сигналь- ным каскадом VEGF. К другому модулю регуляции отно- Афлиберцепт Рекомбинантный белок / «ловушка» VEGF Бевацизумаб Анти-VEGFA антитело сятся лиганды - ангиопоэтины Ang-1, Ang-2 и Ang-4, ко- торые взаимодействуют с рецепторными тирозинкина- зами Tie1 и Tie2. Еще одним компонентом управления сосудообразованием является система рецепторов Notch. Помимо перечисленных молекул в формирова- нии сосудов могут принимать участие белки семейства интегринов. Комплексность процессов сосудообразова- ния объясняет феномен исходной или приобретенной резистентности к антиангиогенной терапии: практиче- ски все воздействия, направленные против отдельных ангиогенных молекул, как правило, оказывают противо- опухолевый эффект лишь в течение ограниченного ин- тервала времени, а иногда и вовсе не приносят ожидае- мого результата. Именно поэтому современные подхо- PIGF VEGF-B VEGF-A P P P P P P VEGFR-1 P P Lymphangiogenic factors VEGF-C VEGF-D ды к направленной модуляции ангиогенеза не огра- ничиваются инактивацией единичных белков, а пред- Низкомолекулярные ингибиторы VEGFR-3 P P P P VEGFR-2 усматривают комплексное воздействие на несколько ключевых участников процессов сосудообразования [27, 29, 36]. Концепция нормализации внутриопухолевого кровотока под воздействием антиангиогенной терапии Изначально сама идея ангиогенной терапии рассмат- ривалась исключительно в контексте упрощенных, меха- нистических представлений о биологии опухолевого ро- ста: ожидалось, что угнетение ключевых факторов ангио- генеза и, следовательно, негативное воздействие на про- цессы сосудообразования само по себе замедлит рост опухолей. К сожалению, клинические исследования не подтвердили эту гипотезу. Например, попытки примене- ния первого противоопухолевого антиангиогенного препарата - бевацизумаба (Авастина) - в качестве моно- терапии при метастатическом раке толстой кишки оказа- лись практически безрезультатными [13]. Неудачи этих клинических исследований связывали с тем, что инакти- вация фактора роста эндотелия A (VEGF-A) может ока- заться недостаточной для уничтожения уже сформиро- вавшейся карциномы. Предполагалось, что значительно больший эффект может быть достигнут на том этапе, ко- гда опухоль представлена лишь единичными клетками, например, при сдерживании роста трансформирован- ных клонов в ходе адъювантной терапии рака толстой кишки. Однако адъювантные исследования бевацизумаба не смогли подтвердить и эту гипотезу [7]. В то же время бевацизумаб, а также мультитаргетная «ловушка» лиган- дов семейства VEGF - афлиберцепт, оказались безуслов- но эффективными при сочетании с цитостатическими тирозинкиназных рецепторов Регорафениб препаратами (см. таблицу). В чем заключаются механиз- мы подобного эффекта? В норме сосудистое русло формируется по запрограм- мированному в процессе онтогенеза «плану», причем его архитектура отличается высочайшей степенью упорядо- ченности: именно это обеспечивает беспрепятственное однонаправленное движение крови по артериям, арте- риолам, капиллярам, венулам и венам. В отличие от нор- мального, опухолевый кровоток формируется «наспех», причем локальный баланс различных факторов ангиоге- неза зависит не столько от какой-либо программы, сколь- ко от экспрессионных характеристик самих трансфор- мированных клеток. В результате сосудистая сеть опухоли имеет запутанную, причудливую структуру, напоминаю- щую лабиринт - это приводит к нарушению прохожде- ния крови по опухолевой ткани. Последствия беспорядочного накопления новых сосу- дов оказывают серьезное воздействие на физиологию опухоли: образуется локальный отек, возникает приводя- щая к остановке клеточной пролиферации гипоксия, про- исходит сдвиг рН в кислую сторону. Все эти факторы спо- собствуют приобретению опухолевыми клетками рези- стентности к химиотерапии. В частности, вследствие отека затрудняется доставка лекарственных препаратов к опухолевым клеткам. Следует также помнить, что цито- статики, будучи ДНК-повреждающими агентами по своей природе, могут воздействовать только на делящиеся клет- ки, поэтому замедление пролиферации из-за гипоксии также негативно влияет на лечебный эффект [14, 18-20]. СОВРЕМЕННАЯ ОНКОЛОГИЯ №2 | ТОМ 16 | 2014 29 В этой ситуации назначение ингибиторов ангиогенеза может оказать положительное влияние на состояние опухолевого кровотока. Уничтожение опухольиндуци- рованных сосудов, которые в отличие от нормальных капилляров не отличаются налаженным взаимодействи- ем эндотелиальных и стромальных клеток, возвращает систему кровотока к правильной архитектуре - этот фе- номен в специальной литературе принято обозначать термином «нормализация». В результате разрешается отек, восстанавливается оксигенация трансформирован- ных клеток, нормализуется рН. Все это улучает условия для доставки цитостатических препаратов непосред- ственно в опухоль, при этом трансформированные клет- ки-мишени начинают делиться и, следовательно, стано- вятся чувствительными к воздействию ДНК-повреждаю- щих агентов [4, 14, 18-20]. Таким образом, главный парадокс существующих тера- певтических подходов к применению ингибиторов ан- гиогенеза - полное несоответствие между первоначаль- ной концепцией и полученным результатом. Энтузиасты антиангиогенной терапии задумывали это направление как способ лишить опухоль кровотока и именно таким образом уничтожить опухолевые клетки. Тем не менее, су- ществующая практика применения антиангиогенных препаратов эксплуатирует совершенно противополож- ный механизм: по сути уничтожаются не все, а лишь не- зрелые сосуды опухоли. Это приводит не к угнетению, а к улучшению внутриопухолевого кровотока. В результате опухолевые клетки не прекращают, а, наоборот, начи- нают делиться, однако именно пролиферация делает их уязвимыми к химиотерапевтическим воздействиям. Именно поэтому терапевтическое применение ингибито- ров ангиогенеза для большинства разновидностей опухо- лей имеет биологические предпосылки только в случае использования комбинаций с цитостатическими препа- ратами. Следует оговориться, что особую группу неоплазм со- ставляют карциномы почки и глиобластомы. Эти разно- видности новообразований характеризуются не физио- логической (адаптивной), а патологической активацией процессов ангиогенеза. Именно это объясняет успех ан- тиангиогенной монотерапии для лечения упомянутых за- болеваний [23, 32]. Антиангиогенные лекарственные препараты Прототипом ингибиторов ангиогенеза стало антитело бевацизумаб (Авастин). Данный препарат представляет из себя гуманизированное моноклональное антитело, взаимодействующее с фактором роста эндотелия A (VEGF-A). Применение бевацизумаба сопровождается нормализацией кровотока опухоли, улучшением условий для доставки цитостатических препаратов, угнетением образования новых сосудов и т.д. Наиболее общеизвест- ным показанием для назначения бевацизумаба является метастатический рак толстой кишки (см. таблицу). Поми- мо этого, данный препарат рекомендован для терапии 1-й линии неплоскоклеточного рака легкого в комбина- ции с карбоплатином и паклитакселом, а также для лече- ния рака почки и глиобластомы. В Европе показания для Противоопухолевые препараты с антиангиогенным механизмом действия Названия препарата, производитель Действующая субстанция Молекулярные мишени Показания (FDA*, январь 2014 г.) Литература Бевацизумаб/Авастин (Bevacizumab/Avastin), Roche/Genentech Гуманизированное моноклональное ан- титело VEGF-A Метастатический рак толстой кишки (1 и 2-я линии терапии; в комбинации с цитостатическими препара- тами); метастатический неплоскоклеточный рак лег- кого (1-я линия терапии; в комбинации с карбоплати- ном и паклитакселом); метастатический рак почки (в комбинации с интерфероном α); глиобластома, прогрессирующая на фоне предшествующей терапии [26] Афлиберцепт/ Залтрап (ziv-Afliber- cept/Zaltrap), Sanofi-Aventis Химерный рекомби- нантный белок, вы- полняющий роль«ловушки» для мо- лекул мишеней VEGF-A, VEGF-B, PlGF Метастатический рак толстой кишки (в комбинации с FOLFIRI; назначается пациентам, у которых уже проводилась оксалиплатинсодержащая терапия) [9] Регорафениб/ Стиварга (Rego- rafenib/Stivarga), Bayer Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор VEGFR-1, VEGFR-2, Метастатический рак толстой кишки (поздние линии [28] VEGFR-3, PDGFR-α, терапии: назначается пациентам, у которых уже про- PDGFR-β, KIT, RET,FGFR1, FGFR2, TIE2, DDR2, TrkA, Eph2A, RAF1, BRAF, водилось лечение стандартными цитостатическимипрепаратами, бевацизумабом и в случае нормального статуса KRAS антителами к EGFR); гастроинтести- нальные стромальные опухоли (поздние линии тера- BRAFV600E, SAPK2, пии: назначается пациентам, у которых уже проводи- PTK5, ABL лось лечение иматинибом и сунитинибом) Сунитиниб/Сутент (Sunitinib/Sutent), Pfizer Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор VEGFR1, VEGFR2, VEGFR3, PDGFR-α, PDGFR-β, KIT, FLT3, CSF-1R, RET Метастатический рак почки; прогрессирующие ме- тастатические или нерезектабельные высокодиф- ференцированные нейроэктодермальные опухоли поджелудочной железы; гастроинтестинальные стромальные опухоли (назначается пациентам, у ко- торых уже проводилось лечение иматинибом) [22] Сорафениб/Нексавар (Sorafenib/Nexavar), Bayer Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор CRAF, BRAF, мутантный BRAF, VEGFR1, VEGFR2, VEGFR3, PDGFR-β, KIT, FLT3, RET Метастатический рак почки; нерезектабельная ге- патоцеллюлярная карцинома; прогрессирующие ме- тастатические или местно-рецидивирующие диф- ференцированные карциномы щитовидной железы, рефрактерные к терапии радиоактивными препара- тами йода [8] Пазопаниб/Вотриент (Pazopanib/Votrient), GSK Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3, PDGFR-α, PDGFR-β, FGFR1, FGFR3, KIT, Itk, Lck, Fms Метастатический рак почки; распространенная мяг- котканная саркома (назначается пациентам, у кото- рых уже проводилась цитостатическая терапия) [34] Акситиниб/Инлита (Axitinib/Inlyta), Pfizer Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3 Метастатический рак почки (2-я линия терапии) [15] Вандетаниб/Капрелса (Vandetanib/Caprelsa), AstraZeneca Низкомолекулярный мультитаргетный ки- назный ингибитор Метастатические или местно-распространенные ме- дуллярные карциномы щитовидной железы, харак- теризующиеся прогрессией заболевания или нали- чием симптомов [5] *Управление по контролю пищевых продуктов и лекарств в США (Food and Drug Administration). назначения бевацизумаба несколько шире, чем в США, и включают, в частности, терапию рака молочной железы и яичника [1, 26]. Принципиально новым шагом в развитии антиангио- генной терапии стало появление мультитаргетной «ло- вушки» для лигандов VEGFR (VEGF Trap) - препарата аф- либерцепт (Залтрап); см. таблицу. В основу его создания положена совершенно иная технология получения ре- комбинантных противоопухолевых белковых лекарст- венных препаратов: в качестве компонентов, инактиви- рующих факторы ангиогенеза, используются не антите- ла, а лигандсвязывающие фрагменты человеческих ре- цепторов VEGFR1 и VEGFR2; при этом встроенный фраг- мент иммуноглобулина G1 выполняет роль каркаса для молекулярных ловушек. Подобный подход обеспечивает сразу два существенных преимущества: во-первых, при- мерно в 100 раз возрастает эффективность связывания с факторами ангиогенеза, в частности с VEGF-A; во-вто- рых, инактивации подвергается не только мишень для бе- вацизумаба - VEGF-A, но и другие существенные для ан- гиогенеза лиганды VEGFR-каскада, в частности VEGF-B и PlGF. Предклинические исследования афлиберцепта под- твердили, что этот препарат обладает высокой анти- ангиогенной активностью. Существенно, что афлибер- цепт не только рассматривается как антиангиогенное средство нового поколения, но и обладает способностью преодолевать приобретенную резистентность к терапии бевацизумабом [12, 25, 27]. Регистрационное исследование афлиберцепта включа- ло пациентов с метастатическим колоректальным раком, у которых уже возникла резистентность к оксалиплатину (n=1226); в данное клиническое исследование были включены как больные, получавшие бевацизумаб (n=373), так и пациенты, проходившие терапию 1-й линии без ис- пользования антиангиогенных препаратов (n=853). В ка- честве лечения 2-й линии применялась комбинация FOLFIRI (5-фторурацил, лейковорин, иринотекан), при этом пациенты были рандомизированы в отношении до- бавления к цитостатической терапии афлиберцепта. Значимым результатом данного исследования является не только достоверное увеличение общей продолжительно- сти жизни (13,50 мес vs 12,06 мес) и времени до прогрес- сирования (6,90 мес vs 4,67 мес) в случае применения аф- либерцепта, но и демонстрация его эффективности даже у пациентов с предшествующей терапией бевацизумабом [21, 31, 33]. Другие антиангиогенные препараты представлены мультитаргетными пероральными низкомолекулярными ингибиторами протеинкиназ (см. таблицу). Эти вещества являются аналогами эндогенного источника фосфатных групп - молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Они кон- курируют с внутриклеточным АТФ за связывание с кина- зой, которая выбрана в качестве мишени. В клетке суще- ствует около 1 тыс. различных киназ, поэтому полной специфичности для молекул этого класса достичь, как правило, не удается. Подобный «недостаток» при некото- рых обстоятельствах может рассматриваться как опреде- ленное преимущество - поражение нескольких схожих молекул, как в случае с афлиберцептом, зачастую усиливает противоопухолевый потенциал ингибиторов киназ. Основные низкомолекулярные ингибиторы ангиогенеза перечислены в таблице. В дополнение к этим сведениям целесообразно пред- ставить несколько комментариев. Обращает на себя вни- мание, что наибольший прогресс антиангиогенной тера- пии достигнут в отношении опухолей почки; если всего несколько лет назад данное заболевание считалось абсо- лютно бесперспективным для системных воздействий, то сейчас стандарты лекарственного лечения этой разно- видности новообразований предусматривают несколько линий терапии и возможности выбора препарата [10]. Следует оговориться, что угнетение ангиогенеза является не единственным, а зачастую и не главным механизмом действия ингибиторов киназ: так, успешное применение вандетаниба при медуллярном раке щитовидной железы связано с угнетением онкогенного действия тирозинки- назы RET, а применение сунитиниба при гастроинтести- нальных стромальных опухолях обусловлено активацией в трансформированных клетках рецептора KIT [17, 35]. Отдельно следует выделить препарат регорафениб - он продемонстрировал достоверную эффективность даже у тех пациентов с карциномами толстой кишки и гастроин- тестинальными стромальными опухолями, которые полу- чили несколько линий терапии и исчерпали абсолютно все возможности для лекарственного лечения [16]. Молекулярные маркеры Главным ограничением применения ингибиторов ангиогенеза является отсутствие предиктивных маркеров, позволяющих предсказывать эффект от назначения пре- парата у каждого конкретного пациента и таким образом отбирать больных на лечение данными препаратами. Все попытки поиска подобных маркеров не привели к клини- чески значимым результатам, поэтому ни один из молеку- лярных тестов не получил рекомендации на практиче- ское использование [6, 24]. Тем не менее на тактике на- значения антиангиогенных препаратов могут отразиться результаты клинических исследований лекарственных анти-EGFR антител - цетуксимаба и панитумумаба - у па- циентов с метастатическим раком толстой кишки. Результаты, доложенные в виде тезисов и устных пре- зентаций на конференциях ASCO и ESMO в 2013 г., свиде- тельствует о том, что при правильном использовании именно анти-EGFR антитела могут являться препаратами выбора для терапии 1-й линии. К сожалению, на инакти- вацию EGFR могут реагировать не более 1/3 больных ко- лоректальным раком - обязательным условием для на- значения цетуксимаба или панитумумаба является отсут- ствие мутаций в генах KRAS, NRAS и, возможно, BRAF. Таким образом, современная молекулярная диагностика позволяет исключить из заведомо безрезультатной анти- EGFR терапии примерно 70% пациентов с опухолями тол- стой кишки. Единственной группой таргетных препара- тов, эффективных в отношении KRAS-, NRAS- и BRAF-му- тированных карцином, являются антиангиогенные аген- ты. Именно поэтому ингибиторы ангиогенеза остаются доминирующим компонентом современного лечения ко- лоректального рака.

About the authors

E N Imyanitov

References

Supplementary files