Введение к работе
Актуальность темы
Опухоли самых различных гистологических типов должны индуцировать ангиогенез для того, чтобы выжить. Процесс ветвления близлежащих сосудов начинается с выбросом опухолью растворимых активаторов ангиогенеза. Концепция о том, что VEGFA-индуцируемый ангиогенез действительно является фактором, лимитирующим рост опухоли, сегодня принята всеми. Отличаясь друг от друга по очень многим параметрам, все опухоли используют одни и те же ангиогенные сигнальные пути для васкуляризации. Большое количество микрососудов в опухоли способствует ее быстрой пролиферации в результате постоянного поступления питания и выведения продуктов метаболизма. Эффективная антиангиогенная терапия имеет значительно более широкий спектр применения в качестве общего противоопухолевого воздействия, и этот подход должен минимизировать некоторые проблемы, связанные с химиотерапией, например, лекарственная резистентность. Казалось бы, в этом правиле не должно быть исключений. Но уже первые клинические испытания препаратов, потенциально направленных на снижение кровоснабжения опухоли, выявили, антиангиогенная терапия не всегда является эффективной, и что оказалось совершенно неожиданным, к антиангиогенной терапии может возникать резистентность. Более того, большинство опухолей практически не отвечают на эту терапию и антиангиогенная терапия опухоли сегодня не находит столь широкого применения, как цитотоксическая химиотерапия. Гетерогенность кровеносных сосудов может быть одной из причин выживаемости опухолевых клеток (ОК): формирование сосудов в опухолях происходит на фоне неконтролируемой митогенной стимуляции и измененного внеклеточного матрикса. Это приводит к развитию неполноценных сосудов, имеющих нередко нарушенную эндотелиальную выстилку. Эндотелий может замещаться ОК, а иногда и вовсе отсутствовать в сосудах опухоли.
Образование микроваскулярной сети агрессивными ОК получило название «васкулогенная мимикрия» (ВМ), которое подчеркивает образование таких каналов de novo без участия эндотелиальных клеток (ЭК), т.е. независимо от ангиогенеза. Образование таких структур является уникальной способностью клеток с высоко злокачественным клеточным фенотипом. Предполагается, что формирование сети таких каналов внутри опухоли может поддерживать гомеостаз и предотвратить ранний некроз внутри опухоли. Высокая статистическая корреляция между способностью опухоли к ВМ и частотой метастазирования подтверждает эту гипотезу. Тот факт, что наличие ВМ встречается в различных типах агрессивных опухолей – при раке молочной железы, простаты, яичника, легкого, почки, саркоме мягких тканей говорит о том, что мы имеем дело с новой характеристикой агрессивной опухоли.
Детальное исследование влияния широко используемых в клинике блокаторов ангиогенеза на модулирование ВМ in vitro показало, что эти препараты не оказывают влияния на формирование васкулярной сети ОК. По-видимому, нечувствительность многих типов опухоли к антиангиогенной терапии можно, по крайней мере, частично объяснить появлением в опухоли васкулярной сети, формированной ОК. Присутствие каналов, выстланных ОК, предполагает потенциально новый путь распространения метастазов.
Анализ исследований последних десяти лет, посвященных изучению механизмов развития опухоли и ее васкуляризации, дает основание к выбору меланомы кожи как оптимальной модели для изучения ВМ. Меланома – опухоль, резистентная к химио- и радиотерапии, что подтверждает высоко агрессивный фенотип опухоли, а значит и возможность формирования каналов ВМ. Меланома также резистентна к антиангиогенной терапии, что указывает на существование альтернативной, не зависимой от эндотелия, системы циркуляции крови в опухоли. Таким образом, меланома может явиться той идеальной моделью, которая позволит выявить молекулярные детерминанты формирования васкулярной сети каналов, выстланных ОК.
Становление ВМ – сложный биологический процесс, в который вовлекаются несколько сигнальных путей. Не определен ее вклад в общую циркуляцию крови в опухоли. Бесспорным остается то, что ВМ может иметь неоценимое значение для питания и доставки кислорода в опухоли солидного строения, растущих массивными опухолевыми узлами с небольшим количеством васкулярной стромы. Изучение молекулярных механизмов формирования каналов ВМ позволит не только лучше понять взаимодействия между метастатическими клетками, их микроокружением и переключением опухоли в агрессивную стадию роста, но и предложить новый подход к диагностике, прогнозированию течения болезни и рациональному лечению злокачественных заболеваний.
Цель исследования
Целью данной работы явилось изучение молекулярных механизмов феномена васкулогенной мимикрии.
Задачи исследования
-
Идентифицировать молекулярные детерминанты опухолевой клетки, позволяющие ей формировать васкулярные каналы в опухоли.
-
Изучить механизмы инициации формирования каналов васкулогенной мимикрии при меланоме.
-
Исследовать участие Са2+ сигнального пути в формировании каналов васкулогенной мимикрии.
-
Исследовать статус васкулогенной мимикрии в васкуляризации меланомы в условиях блокирования ангиогенеза анти-Notch терапией.
-
Охарактеризовать васкулогенную мимикрию при светлоклеточном раке почки.
Научная новизна
В работе впервые показано, что в условиях антиангиогенной терапии опухоли посредством подавления сигнального пути Notch активируется альтернативный, независимый от эндотелия путь васкуляризации – васкулогенная мимикрия, что и позволяет опухоли выживать.
Впервые показано, что присутствие сети каналов васкулогенной мимикрии в светлоклеточном раке почки служит независимым прогностическим маркером агрессивной опухоли (Р=0.05, 2=7.813).
Впервые показано, что васкулогенная мимикрия находится под контролем VEGFA/VEGFR1/РКС сигнального пути и не зависит от VEGFR2-тирозинкиназной активности.
Впервые на основе in vitro и in vivo экспериментов показано, что формирование каналов васкулогенной мимикрии зависит от клеточно-матриксной адгезии, которая обеспечивается интегринами 3 и 5. В процессе формирования каналов васкулогенной мимикрии происходит Са2+-зависимая перестройка актинового цитоскелета.
Впервые показано, что необходимым условием формирования каналов васкулогенной мимикрии является активация каспазы-3.
Впервые показано, что антиоксиданты снижают уровень экспрессии ангиогенных факторов, таких как VEGFA, VEGFR1, VEGFR2, и ингибируют активность каспазы-3, тем самым блокируя формирование каналов васкулогенной мимикрии.
Научно-практическая значимость
Результаты данной работы расширяют наши представления об особенностях формирования васкулярной сети каналов, выстланных ОК, в меланоме человека. Молекулярно-биологические мишени процесса васкулогенной мимикрии при меланоме, идентифицированные нами, могут быть использованы в различных научно-исследовательских институтах для создания лекарственных препаратов, направленных на ингибирование васкулогенной мимикрии.
Полученные нами результаты о прогностическом значении PAS-положительных структур при светлоклеточном раке почки в дополнение к применяемым диагностическим методам – гистологическому и биохимическому, могут служить основой для индивидуализации лечения больных раком почки в лечебных учреждениях РФ. Внедрение таких систем расширит возможность диагностики, в том числе дифференциальной, а также позволит определить риск метастазирования опухоли и выбрать верную тактику терапии.
Выявленная нами в экспериментах in vivо компенсаторная роль васкулогенной мимикрии в кровоснабжении опухоли в условиях блокирования ангиогенеза анти-Notch терапией может служить основой для оптимизации антиангиогенной терапии опухоли.
Основные положения, выносимые на защиту
Васкулогенная мимикрия при злокачественной меланоме находится под контролем VEGFA/VEGFR1 сигнального пути и не зависит от VEGFR2 киназной активности;
Присутствие сети каналов васкулогенной мимикрии в светлоклеточном раке почки служит независимым прогностическим маркером агрессивной опухоли (Р=0.05, 2=7.813);
В условиях антиангиогенной терапии посредством подавления сигнального пути Notch активируется альтернативный, независимый от эндотелия путь васкуляризации – васкулогенная мимикрия, что и позволяет опухоли выжить;
Васкулогенная мимикрия является неблагоприятным прогностическим фактором и, видимо, может быть индуцирована самим терапевтическим воздействием. Для повышения эффективности лечения злокачественных новообразований необходимым становится комбинирование антиангиогенных препаратов с ингибиторами васкулогенной мимикрии.
Апробация работы. Диссертация апробирована и рекомендована к защите 28 июня 2012 года на совместной научной конференции лабораторий биомаркеров и механизмов опухолевого ангиогенеза, экспериментальной диагностики и биотерапии опухолей, комбинированной терапии опухолей, клеточного иммунитета, трансгенных препаратов, экспериментальной химиотерапии, фармакологии и токсикологии и лаборатории лекарственных форм НИИ ЭДиТО ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» РАМН. Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Отечественные противоопухолевые препараты», Нижний Новгород, 2010г.; 20th International Congress on Anti-Cancer Treatment, Paris, France, 2009; National Cancer Research Institute Cancer Conference, Birmingham, UK, 2006, 2007, 2008 и 2009; National Cancer Research Institute Cancer Conference, Liverpool, UK, 2010, 2011 и 2012.
Структура и объем работы
