Введение к работе
Актуальность темы
Злокачественные новообразования – одна из основных причин смертности во всем мире. В России ежегодно выявляются почти полмиллиона новых случаев раковых заболеваний. Из каждых 10 онкологических больных у 6 человек заболевание обнаруживается на поздней стадии [Чиссов и соавт., 2011].
Лечение и реабилитация больных раком требует значительных финансовых затрат и в ряде случаев не приносит желаемых результатов. В связи с этим, диагностика рака на начальной стадии является одним из приоритетных направлений медицины, а механизмы развития злокачественных новообразований являются одной из интенсивно изучаемых проблем в современной науке, привлекающей внимание ученых различных специальностей.
Формирование злокачественных новообразований и опухолевая прогрессия неразрывно связаны с процессом ремоделирования ткани, при котором нормальная ткань замещается малигнизированной [Diaz et al., 2005]. При этом большое значение имеет протеолитическая деградация внеклеточного матрикса (ВКМ) — сложно устроенной сети коллагенов различного типа, фибриллярных гликопротеинов и протеогликанов, которые определяют архитектуру ткани и модулируют различные виды активности клеток [Zucker and Cao., 2010].
Матриксные металлопротеазы (ММП) относятся к семейству цинковых кальций-зависимых ферментов, функция которых связана с расщеплением белков внеклеточного матрикса (ВКМ). Эти ферменты способны гидролизовать практически все компоненты ВКМ [Visse and Nagase, 2003]. Особое место отводится ММП в развитии процессов инвазии и метастазирования опухолей [Gialeli et al., 2010].
Показано, что ММП способствуют инвазии и диссеминации опухолевых клеток, а также развитию метастазов за счет деградации компонентов ВКМ [Lynch and Matrisian 2002; Diaz et al., 2005]. Кроме того, ММП определяют взаимоотношения ВКМ и клеток опухоли, влияя на миграцию, пролиферацию, апоптоз опухолевых клеток, неоангиогенез и реакцию иммунной системы [Sternlicht and Werb, 2001; Lynch and Matrisian, 2002; Kessenbrock et al., 2010]
Исследования на различных моделях опухолей у экспериментальных животных и при различных типах рака у людей показали, что прогрессирование рака (инвазия и метастазирование) положительно коррелирует с увеличенной экспрессией, секрецией и активностью ММП в опухолевых и/или стромальных клетках [Pavlaki and Zucker, 2003; Mason and Joyce, 2011]. В некоторых работах показано снижение опухолевого роста и количества метастазов in vivo при использовании натуральных тканевых ингибиторов матриксных металлопротеаз (ТИМП) и синтетических протеазных ингибиторов [Gomis-Rth et al., 1997; Pavlaki and Zucker, 2003; Zucker and Cao., 2010].
В связи с этим, различные ММП и ТИМП рассматриваются в качестве возможных биологических маркеров прогноза и лекарственной чувствительности злокачественных опухолей [Watson et al., 1999; Yonemura et al., 2001].
Несмотря на многочисленные исследования изменений экспрессии и концентрации ММП и ТИМП при различных опухолях у человека и животных, остается не выясненной зависимость активности ММП от конкретной нозологии, не описана динамика этих показателей в ходе опухолевой прогрессии, не определены изменения активности ММП в организме, происходящие при лечении опухолей. Также отсутствуют данные об изменениях латентных форм ММП (проММП), в виде которых они секретируются в ВКМ, и активных форм ММП в динамике развития и метастазирования опухолей.
В связи с этим, исследование изменений активности ММП (с учетом соотношения проММП и активных форм ММП) и концентрации ТИМП в динамике развития и метастазирования экспериментальных опухолей у мышей является важным и перспективным.
Для более детальной оценки роли матриксных металлопротеаз в патогенезе экспериментальных опухолей представляется целесообразным использование экспериментальной метастазирующей и неметастазирующей опухолей, позволяющих оценить активность ММП в динамике развития и метастазирования опухолевого процесса, а также при лечении этого злокачественного процесса.
Цель работы
Изучить изменения активности матриксных металлопротеаз с учетом соотношения проММП и активных форм ММП при развитии метастазирующей и неметастазирующей опухолей у мышей.
Задачи исследования
-
Исследовать изменения активности ММП с учетом соотношения проММП и активных форм ММП в гомогенатах опухоли и органов (легкие, селезёнка, печень) и в сыворотке крови мышей в динамике развития неметастазирующей опухоли Кребс-2.
-
Изучить изменения активности ММП с учетом соотношения проММП и активных форм ММП в гомогенатах опухоли и органов (легкие, селезёнка, печень) и в сыворотке крови мышей в динамике развития аденокарциномы легких Льюис (АЛЛ), которая метастазирует в легкие.
-
Оценить изменения активности ММП с учетом соотношения проММП и активных форм ММП в ткани опухоли и легких с метастазами при проведении цитостатической и иммуномодулирующей терапии.
-
Исследовать концентрацию тканевых ингибиторов матриксных металлопротеаз (ТИМП-1 и ТИМП-2) в сыворотке крови и легких с метастазами в динамике развития опухоли аденокарциномы легких Льюис.
Научная новизна
Впервые показано, что у мышей в динамике развития как метастазирующей (аденокарцинома легких Льюис), так и неметастазирующей (Кребс-2) опухолей происходит повышение проММП в ткани опухоли. При формировании и развитии метастазов в легких при аденокарциноме легких Льюис наблюдается увеличение активности активных форм ММП в ткани легких. В легких и печени без метастазов у мышей с экспериментальными опухолями (Кребс-2 и аденокарцинома легких Льюис) изменения как проММП, так и активных форм ММП не обнаружены.
Впервые обнаружено, что опухоленосительство сопровождается увеличением как проММП, так и активных форм ММП в селезёнке мышей с Кребс-2 и аденокарциномой легких Льюис, которое коррелирует с весом селезёнки.
Показано, что при лечении цитостатическим препаратом циклофосфаном (ЦФ, 100 мг/кг) мышей с аденокарциномой легких Льюис происходит снижение проММП и активных форм ММП как в ткани опухоли, так и в легких с метастазами. Однократное введение иммуномодулятора карбоксиметилированного -(13)-гликана (КМГ, 25 мг/кг) мышам с аденокарциномой легких Льюис приводит к повышению проММП и активных форм ММП в ткани опухоли и снижению активных форм ММП в легких с метастазами. Комбинированное лечение ЦФ (100 мг/кг) и КМГ (25 мг/кг) мышей с аденокарциномой легких Льюис характеризуется снижением проММП и активных форм ММП в легких.
Научно-практическая значимость
Данные об изменениях активности ММП при развитии аденокарциномы легких Льюис (метастазирует в легкие) и Кребс-2 (не метастазирует), подтверждают вовлечение ММП в развитие опухолевого процесса и метастазов.
Установленный факт увеличения активности ММП при развитии и метастазировании экспериментальных опухолей в ткани опухоли и легких с метастазами является основой дальнейшего изучения изменений активности ММП в качестве диагностического критерия развития и метастазирования злокачественного процесса. Наличие корреляционной зависимости между активностью ММП в селезёнке и весом опухоли свидетельствует об активном вовлечении селезёнки в опухолевый процесс и требует дальнейшего исследования.
Повышение концентрации ТИМП-1 в сыворотке крови с ранних сроков развития аденокарциномы легких Льюис может служить показателем развития данной опухоли.
Полученные результаты работы могут быть использованы в учебно-методическом процессе на биологических и медицинских факультетах ВУЗов.
Положения, выносимые на защиту
-
Матриксные металлопротеазы являются показателем развития опухолевого процесса при неметастазирующей опухоли Кребс-2 и метастазирующей опухоли аденокарциноме легких Льюис у мышей. Появление проформ матриксных металлопротеаз и увеличение активных форм матриксных металлопротеаз в опухолевой ткани в динамике развития экспериментальных опухолей указывает на продукцию матриксных металлопротеаз в ткани опухоли.
-
Активные формы матриксных металлопротеаз вовлечены в формирование и развитие метастазов в легких у мышей с аденокарциномой легких Льюис. В легких и печени без метастазов у мышей с экспериментальными опухолями (Кребс-2 и аденокарцинома легких Льюис) отсутствуют изменения как проформ матриксных металлопротеаз, так и активных форм матриксных металлопротеаз.
-
Увеличение концентрации тканевого ингибитора матриксных металлопротеаз 1-го типа в сыворотке крови, начиная с ранних сроков развития аденокарциномы легких Льюис, позволяет использовать его в качестве возможного показателя развития аденокарциномы легких Льюис, в то время как содержание тканевого ингибитора матриксных металлопротеаз 2-го типа не является таким показателем.
Апробация работы
Материалы, изложенные в диссертации, представлены на V Региональной конференции молодых ученых им. академика Н.В.Васильева “Актуальные вопросы экспериментальной и клинической онкологии” (г. Томск, 23 апреля 2010 г.), на XXI съезде Физиологического общества им. И.П.Павлова (г. Калуга, 19-25 сентября 2010 г.), на конференции “Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия” (г. Санкт-Петербург, 21-22 декабря 2010 г.), на VI Региональной конференции молодых ученых им. академика Н.В.Васильева “Актуальные вопросы экспериментальной и клинической онкологии” (г. Томск, 28 апреля 2011 г.), на 12th Bratislava Symposium on Saccharides (г. Братислава, 19-23 июня 2011 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ (из них – 2 статьи в центральной печати). Статья “Тканевые ингибиторы матриксных металлопротеаз 1-го и 2-го типов и активность матриксных металлопротеаз в сыворотке крови и легких мышей с аденокарциномой легких Льюис” принята в печать в Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.
Объем и структура диссертации
