Молекулярно-биологический маркер Bcl-2 при колоректальном раке: характеристика, роль в механизмах регуляции апоптоза, влияние на прогноз (обзор литературы)

Полный текст

Введение За последние десятилетия достигнут значительный прогресс в понимании молекулярной биологии клетки. Интенсивно изучаются механизмы контроля клеточного деления и смерти, поддержания генетической стабильности, путей передачи сигнала от рецепторов в ядро и т.д. [1]. Оказалось, что структурные и функциональные изменения некоторых белков, участвующих в этих процессах, могут приводить к трансформации клеток. Стало известно, что злокачественный фенотип опухоли определяется сочетанием множества молекулярных изменений, накопление которых в процессе развития и прогрессии опухоли обусловлено нарушением активности и функционирования целого ряда генов, в частности протоонкогенов, генов-супрессоров опухолевого роста (антионкогенов) и продуктов их экспрессии [2-6]. Обнаружено, что существует большая группа генов-модуляторов, не отвечающих за злокачественную трансформацию клеток, но способствующих распространению опухоли. Сведения о структурных и функциональных изменениях в генах послужили основой для выделения клинически значимых молекулярных факторов. Особенности экспрессии кодируемых этими генами белков могут выявляться иммуногистохимическими (ИГХ) методами в клетках рака толстой кишки (РТК) и служить специфическими показателями биологической активности раковых клеток. Исследование особенностей биологического поведения опухоли является в настоящее время одной из наиболее актуальных проблем онкологии [7-11]. Общие представления о молекулярно-биологических маркерах На сегодняшний день известно более 100 белков и/или генов, изменения которых ассоциированы с ростом злокачественных клеток. Каждая опухоль является уникальной по набору нарушений, вовлеченных в процессы канцерогенеза. Такие нарушения, определяемые в опухолевой ткани, и получили название молекулярно-биологических маркеров (МБМ) [12]. Другими словами, МБМ опухолей - это определенные хромосомные и генные мутации, а также экспрессия различных молекул клеточного и иного происхождения, подвергающихся качественным или количественным специфическим изменениям и участвующих в развитии и прогрессии злокачественных заболеваний [1]. Основная цель исследования МБМ, наряду с улучшением понимания механизмов патогенеза болезни, - это анализ возможности их использования для определения индивидуального риска развития злокачественных новообразований, диагностики болезни в ранние сроки развития, оценки прогноза заболевания, для определения больных с достаточно высоким риском рецидива болезни и/или метастазирования, обоснования выбора индивидуальной тактики лечения, а также для предсказания эффективности проводимого лечения. Основные методы определения статуса белков в ткани опухоли основаны на двух подходах: определении изменений на геномном уровне (по амплификации гена, увеличению числа копий мРНК, наличию мутантного гена) или на белковом уровне (по гиперэкспрессии белка в опухоли, экспрессии мутантного белка) [13]. Большинство изучаемых на сегодняшний день МБМ контролируют 6 основных патологических клеточных процессов, которые совместно определяют способность клетки к злокачественному росту: независимость от ростовых сигналов; нечувствительность к сигналам, блокирующим деление; уклонение от программированной клеточной гибели (апоптоза); возможность неограниченного деления; адекватный ангиогенез; способность опухолевых клеток к инвазии и метастазированию. Каждое из этих изменений в физиологии клетки представляет собой успешное преодоление противоопухолевых защитных механизмов, действующих в клетках и тканях. Все эти 6 изменений должны иметь место для превращения нормальной клетки в опухолевую. И только суммированные данные о статусе ключевых белков, участвующих в канцерогенезе, дают представление о злокачественном потенциале каждой отдельной опухоли [14, 15]. Большое внимание онкологов сегодня привлекают новые терапевтические подходы, базирующиеся на достижениях молекулярной биологии. Появилось множество сообщений, что определение экспрессии МБМ в опухоли может не только давать дополнительную информацию о клиническом течении злокачественного процесса независимо от лечебного воздействия, о биологическом поведении опухоли: быстроте роста, способности к инвазии и метастазированию (т.е. о прогнозе заболевания - прогностическая роль МБМ), но и предсказывать чувствительность/резистентность конкретного новообразования к специфической противоопухолевой терапии (предиктивная роль) [1]. МБМ, которые могли бы использоваться для прогнозирования течения опухолевого процесса, должны соответствовать определенным критериям [16]. Маркер должен иметь ясную биологическую значимость (прогностическое значение маркера может быть объяснено его механизмом действия в клетке), тестироваться стандартизованными методами (в том числе ИГХ), иметь оптимальную точку разделения опухолей на (+) и (-) - так называемая «разграничительная» (cut-off) точка. Результаты тестирования маркера должны воспроизводиться в различных лабораториях. Должна быть определена группа больных, для которых маркер имеет прогностическое значение, а прогностическая значимость - подтверждена в достаточном количестве ретро- и проспективных исследований. Правильная оценка биологических факторов, коррелирующих с прогнозом заболевания и продолжительностью жизни пациентов, важна как при локализованных формах РТК, так и при наличии отдаленных метастазов [17, 18]. Некоторые молекулярные факторы коррелируют с прогнозом заболевания не только после удаления первичной опухоли, но и после резекции печени по поводу метастазов [17-20], а также необходимы для планирования лекарственной терапии и эффекта от ее проведения [7, 8, 12, 21-24]. Очевидно, что несостоятельность сложившихся систем выявления прогностически неблагоприятных групп больных колоректальным раком (КРР) обусловлена биологической гетерогенностью опухолей [25, 26]. Именно данная разнородность обусловливает возможные неблагоприятные исходы лечения КРР, стандартизованного по системе TNM, что может выражаться в «перелечивании» больных (проведение адъювантной терапии при заведомо благоприятном прогнозе) или «недолечивании» пациентов (отсутствие адъювантного лечения при ожидаемом плохом исходе) [27, 28]. В мире предпринимаются попытки изменения сложившейся ситуации и разработки линеек МБМ, которые могут использоваться для более точного определения прогноза заболевания и выработки показаний для проведения дополнительных методов лечения у больных КРР. За последнее десятилетие проведено большое количество исследований, посвященных изучению МБМ при КРР [1, 29, 30]. Появились новые возможности прогнозирования течения болезни и выбора обоснованной терапии [1]. Большинство работ, посвященных изучению клинической значимости МБМ при РТК, сосредоточено на факторах, ответственных за пролиферацию и апоптоз: Ki-67, Bcl-2 (B-cell lymphoma-2), Bax (bcl-2-associated X-protein), p53 и др. Роль МБМ Bcl-2 в механизмах регуляции апоптоза, его влияние на прогноз у больных КРР Апоптоз, или программированная гибель клетки, - это активная форма гибели клетки, являющаяся результатом реализации ее генетической программы, проявляющаяся морфологически в уменьшении размера клетки, конденсации и фрагментации хроматина, уплотнении цитоплазматической мембраны без выхода содержимого клетки в окружающую внеклеточную среду [31]. Баланс между пролиферацией и гибелью клеток является основополагающим процессом в жизнедеятельности организма [32]. Известно, что для опухолей характерен дисбаланс между процессами пролиферации и апоптоза [33, 34]. Увеличение популяции опухолевых клеток происходит не только за счет увеличения фракции делящихся клеток, но и за счет блокирования механизмов нормальной гибели клеток (апоптоза) [1]. Способность раковых клеток избегать программированной гибели является важным механизмом опухолевой прогрессии, который резко увеличивает жизнеспособность опухолевых клеток и ведет к значительному повышению риска метастазирования [35, 36]. Соотношение скорости клеточной пролиферации и активности индукторов и ингибиторов апоптоза не только обусловливает опухолевую прогрессию, но и влияет на развитие дополнительных компонентов злокачественного фенотипа клеток РТК [9, 11, 12, 22]. Из всего вышесказанного следует, что изучение апоптоза и его ключевых МБМ (Bcl-2, Bax и p53) дает ценную информацию об особенностях клинического течения опухолей человека [30, 37-39]. Процесс апоптоза условно разделяют на фазы инициации, проведения сигнала, активации каспаз и эндонуклеаз и специфической деградации ДНК, в результате чего наступает гибель клетки. Универсальный для большинства клеток этап деградации ДНК контролируют белки семейства Вcl-2 [30]. Каспазы (цистеинзависимые аспартат-специфические протеазы) играют центральную роль в апоптозе. Известно 3 пути активации каспаз: внутренний (митохондриальный) путь; внешний (рецепторзависимый) путь; общий (эффекторный) путь апоптоза. При митохондриальном пути активации апоптотические стимулы - гипоксия, повреждение ДНК (радиация, химические вещества, канцерогены) - приводят к снижению митохондриального мембранного потенциала, транслокации белков из митохондрий в цитоплазму и их последующей олигомеризации [40, 41]. Олигомеры Bax взаимодействуют с интегральным белком VDAC наружной мембраны митохондрий, встраиваются в наружную митохондриальную мембрану и стимулируют, таким образом, перемещение проапоптотических малых молекул (наиболее значимый из них - цитохром С) из межмембранного митохондриального пространства в цитоплазму клетки [42-46]. Также из митохондрий высвобождается AIF (апоптоз-индуцибельный фактор) [47-49]. Весь этот процесс регулируется белками семейства Bcl-2. Высвобождение цитохрома С из внутреннего митохондриального пространства и присутствие цитохрома С в цитоплазме активирует прокаспазу 9, запускающую каспазный каскад, и белок Apaf-1 (активирующийся под действием апоптотической протеазы фактор-1) [50-52]. В результате формируется апоптосома (цитохром С, Apaf-1, каспаза-9), которая активирует каспазу-3, что, в конечном итоге, приводит к гибели клетки. При активации внутреннего пути процесс клеточной гибели не может быть остановлен действием ингибиторов каспаз. Активация митохондрий рассматривается как «точка, из которой нет возврата» в процессе апоптоза [53]. На рисунке представлен механизм запуска апоптоза белками семейства Bcl-2. Белки этого семейства относятся либо к индукторам (проапоптотический белок Bax, стимулирующий высвобождение проапоптотических малых молекул из митохондрий), либо к ингибиторам апоптоза (антиапоптотический белок Bcl-2, предотвращающий транслокацию Bax за счет олигомеризации с этим белком и блокирующий, тем самым, высвобождение проапоптотических малых молекул из митохондрий, что предотвращает апоптоз) [42, 43, 54]. Важную роль в механизмах регуляции апоптоза при РТК играет белок Bcl-2 [протоонкоген Bсl-2 расположен на хромосоме 18 (18q21.3)], который в норме экспрессируется клетками, выстилающими донную часть крипт толстого кишечника, локализуется на внутренней митохондриальной мембране, эндоплазматическом ретикулуме, ядерной мембране (перинуклеарной зоне), в митотических хромосомах. Является супрессором апоптоза (путем олигомеризации Bax/Bсl-2), и, соответственно, его основное действие - пролонгировать жизнь клетки при остановке в G0, G1 фазах клеточного цикла. Про- и антиапоптотические белки семейства Bcl-2 находятся в постоянном динамическом равновесии. Соотношение активных форм этих белков определяет выбор между реализацией программы гибели и выживанием клетки: преобладание белка Bax способствует гибели клетки, а преобладание белка Bcl-2 блокирует апоптоз. Активация антиапоптотического гена Вcl-2 и инактивация проапоптотического гена Вах приводят к аномальной экспрессии внутриклеточных белков, контролирующих апоптоз [30]. Основным методом определения белков семейства Bcl-2 в опухоли является ИГХ-метод (основан на детекции уровня белка в клетке), который позволяет выявить экспрессию Вcl-2 в 10-35% случаев КРР [55]. Как правило, в клетках РТК - обратное соотношение уровней экспрессии Вcl-2 и Bax [70, 86]. Повышенное содержание белка Bсl-2 обнаруживается во многих злокачественных опухолях человека [56-59], в том числе при КРР. Вместе с тем нет единого мнения об экспрессии Bcl-2 и связи с молекулярно-биологическими и клинико-морфологическими параметрами. Получены данные, что для целого ряда опухолей различной тканевой принадлежности и любой локализации, в том числе КРР, существует корреляция между экспрессией Bcl-2 и прогнозом [60-63]. При этом необходимо подчеркнуть, что прогностическое значение Bcl-2 зависит от гистологического типа опухоли. Для некоторых солидных опухолей (рак молочной железы) гиперэкспрессия Bcl-2 - благоприятный фактор прогноза. В отдельных работах по КРР также показана корреляция повышенной экспрессии Bcl-2 с относительно благополучным течением заболевания и хорошей выживаемостью больных [55, 64-67]. Так, S.Meterissian и соавт. (2001 г.) показали, что экспрессия Bcl-2 при РТК стадии Dukes «В» ассоциируется с лучшей выживаемостью больных, и, соответственно, тем пациентам, чьи опухоли не экспрессируют Bcl-2, целесообразно проводить адъювантную терапию [65]. Некоторые авторы отмечают связь экспрессии белка со степенью дифференцировки опухоли и содержанием таких маркеров, как p53, Кi-67 и др. [68], и отсутствие взаимосвязи между экспрессией белка и полом, возрастом, размером и локализацией опухоли, стадией по Dukes [55, 68]. Показана обратная корреляция между экспрессией белка и вероятностью развития рецидива РТК [69]. В ряде из перечисленных исследований показано, что опухоли, высокоэкспрессирующие Bcl-2, являются более агрессивными по сравнению с таковыми без экспрессии маркера. Однако не все работы подтверждают прогностическое значение маркеров апоптоза (в том числе белка Bcl-2) [70-72]. Так, I.Bukholm и J.Nesland провели ИГХ-исследование маркеров апоптоза в первичных аденокарциномах (n=93) и не подтвердили самостоятельного прогностического значения ни одного из белков (в том числе Bcl-2), а также их взаимосвязи с развитием метастазов [70]. Ряд авторов предполагают, что наиболее информативным является определение соотношения экспрессии Вcl-2 и белка-супрессора опухолевого роста p53. Так, по данным N.Watson и соавт. [73], иммунофенотип опухоли с позитивной экспрессией мутантного супрессора опухолевого роста р53(+) и негативной экспрессией индуктора апоптоза Bcl-2(-) характеризуется быстрым прогрессированием заболевания и плохим прогнозом по сравнению с другими фенотипами. Приводятся результаты исследований, свидетельствующие, что белок Вcl-2 имеет также большое значение как фактор, предсказывающий эффективность химиотерапии при метастатическом КРР [74]. Таким образом, анализируя результаты всех вышеприведенных исследований, становится очевидно, что изучение экспрессии маркеров апоптоза (в том числе белка Вcl-2) дает ценную информацию об особенностях клинического течения различных новообразований человека, в том числе КРР [70, 75-82]. В научной литературе накапливаются данные о влиянии аномальной экспрессии маркеров апоптоза (в том числе белка Вcl-2) на клиническое течение и прогноз КРР [68, 74, 83-86], однако имеются лишь единичные работы, анализирующие взаимосвязь маркеров апоптоза (в том числе белка Вcl-2) с метастазированием КРР и факторами, влияющими на инвазивный потенциал опухолевых клеток. Заключение Среди большого количества молекулярно-биологических показателей, которые влияют на клиническое течение КРР, маркерам апоптоза (в частности, белку Вcl-2) уделяется особое внимание. Белок Вcl-2 - один из наиболее изучаемых МБМ и привлекает внимание исследователей многих специальностей как при изучении канцерогенеза, так и во взаимосвязи с прогнозом заболевания и ответом на терапию. Несомненно, что вопрос о предиктивной роли и прогностической значимости белка Вcl-2 в опухолевых клетках у больных КРР требует дальнейшего изучения. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interests. The authors declare that there is not conflict of interests. Информация об авторах / Information about the authors

Об авторах

Анна Дмитриевна Даренская

ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н.Блохина"

Email: darenskaya@bk.ru
канд. мед. наук, мл. науч. сотр. отд-ния химиотерапии и комбинированного лечения злокачественных опухолей НИИ клинической онкологии им. Н.Н.Трапезникова

Наталья Валериевна Доброва

ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н.Блохина"

канд. мед. наук, ст. науч. сотр. отд-ния химиотерапии и комбинированного лечения злокачественных опухолей НИИ клинической онкологии им. Н.Н.Трапезникова

Евгения Владиславовна Степанова

ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н.Блохина"

д-р мед. наук, вед. науч. сотр. лаб. биомаркеров и механизмов опухолевого ангиогенеза НИИ экспериментальной диагностики и терапии опухолей

Список литературы

Дополнительные файлы