Введение к работе
Актуальность проблемы
Острые лейкозы относятся к наиболее злокачественной форме опухолевых заболеваний системы крови. Их доля в структуре распространённости злокачественных новообразований в России в 2009 г. составила 3%, заболеваемость (в зависимости от возрастных групп) — 3-17 новых случаев на 100 тыс. населения [Давыдов М.И., Аксель Е.М., 2011, с. 46]. Распространённость лейкозов (все формы, все возрастные группы) в популяции женщин составляет 1%, в популяции мужчин — 1,5% [Juliusson G. et al., 2012, p. 3891].
Значительные успехи последних десятилетий в диагностике и лечении острых лейкозов позволили достигать выздоровления 75–80 % детей. Однако частота резистентных форм и рецидивов лейкозов у взрослых остаются по-прежнему, высокими. Так, при острых миелоидных лейкозах общая 10-летняя выживаемость больных в возрасте моложе 60 лет составляет 28%, безрецидивная — 32%. Наиболее успешными являются результаты лечения острого промиелоцитарного лейкоза, при которых 5-летняя общая выживаемость составляет 75%, безрецидивная — 85% [Савченко В.Г. и др., 2010 с. 3].
Совершенствование химиотерапевтических и трансплантационных технологий, позволяет увеличивать эффективность программ лечения, однако необходимо признать, что дальнейшее увеличение доз цитостатических препаратов и интенсивности их применения не позволят добиться быстрейшей эрадикации опухолевых клеток. На определённом этапе наступает предел биологической переносимости лечения. Эти факты заставляют искать альтернативные пути воздействия на пролиферативную активность лейкозных клеток и пересматривать принципы лечения [Савченко В.Г. и др., 2005, с. 121].
Медико-социальная значимость болезни также состоит ещё и в том, что стоимость лечения растёт более быстрыми темпами, нежели его эффективность. Болезнь без лечения — абсолютно летальна [Савченко В.Г., 2005, с. 121]. Терапия острых лейкозов продолжается от полугода до двух с половиной лет. Показатели качества жизни пациентов снижены даже в период ремиссии болезни [Выборных Д. Э., 2012, с. 3].
Патогенез острых лейкозов ассоциируется с воздействием на организм различных стресс-факторов: биологических (экспансия опухолевого клона и инфекционных агентов); химических (воздействие цитостатических, противомикробных препаратов и др.); гипоксии (анемической и тканевой); психоэмоциональных [Грицай Л.Н. и др., 2010, с. 27; Юмачиков А.Н., 2004, с. 3].
При острых лейкозах развиваются анемия, гипоксия, метаболический стресс, посттрансфузионная перегрузка железом [Vagace J.M., Gervasini G., 2011, p. 391; [Gatterman N., Porter J.B., 2005, p. 19]. В таких условиях изменяется активность факторов межклеточного взаимодействия (HIF-1a, интерлейкинов, -эндорфина, шаперонов), поверхностных и растворимых рецепторов (к фолиевой кислоте, трансферрину и др). [Горшкова К.Г. и др., 2006, с. 46; Ciocca D., Calderwood S., 2005, p. 87; Kupsa T., Horacek J.M., 2012, p. 1]. Одним из главных факторов межклеточного взаимодействия является фактор индуцируемый гипоксией - HIF-1a [Серебровская Т.В., 2005, с. 77]. Экспериментальные исследования продемонстрировали, что HIF играет основную роль в системном ответе на гипоксию, и его активность можно проследить в каждой реакции, в результате которой высвобождается кислород. Повышенный уровень HIF-1a благоприятно действует на рост и развитие опухолей и в связи с этим ухудшает течение и прогноз болезни [Semenza G., 2008, p. 3836]. По данным литературы известно, что HIF при острых лейкозах, оказывает как антиапоптозный, так и проапоптозный эффекты [Sheffer M., Simon A.J., 2011, p. 1192]. Длительная анемия, и связанная с ней гипоксия тканей, инициирует выработку и других адаптивных белков. С повышенной экспрессией HIF-1a связан синтез эритропоэтина (ЭПО) и гепцидина [Weinstein D.A. et al., 2002, p. 3777]. А высокая экспрессия шаперонов (hsp 70) и рецепторов к фолиевой кислоте (FR-a и FR-b), увеличивают шансы к выживанию опухолевых клеток [Leamon C., Jackman A., 2008, p. 204; Wallin R., Lundqvist A. et al 2002; Sherman M., Multhoff G., 2007]. Эндогенные опиоидные пептиды, в частности -эндорфин стимулирует фагоцитарную активность клеток естественного иммунитета и оказывает модулирующее действие на цитокинпродуцирующую функцию моноцитов и нейтрофилов [К.Г. Горшкова, С.В. Гейн, С.П.Тендрякова 2007, с. 176; Sacerdote P., 2006, p. 9]. Изменения концентрации -эндорфина у больных острыми лейкозами на этапах терапии и в ремиссии заболевания, а также взаимосвязь с другими показателями, в частности с цитокинами, не исследованы.
Таким образом, разнообразие стресс-факторов и противоречивые изменения факторов межклеточного взаимодействия (HIF-1a, рецепторы к фолиевой кислоте, белки теплового шока (hsp 70) и -эндорфин) по данным литературы, доказывают необходимость проведения научной работы по динамическому исследованию данных показателей у больных острыми лейкозами для понимания патогенеза патологического процесса.
Цель: разработать теоретическую основу особенностей регуляции эритропоэза у больных острыми лейкозами и научно обосновать систему диагностики гипоксии с помощью регуляторных белков.
Задачи:
-
Разработать новые подходы оценки регуляции эритропоэза в условиях воздействия стресс-факторов при острых лейкозах.
-
Изучить физиологические изменения белков, участвующих в эритропоэзе в условиях естественного развития гипоксии у практически здоровых лиц.
-
Определить концентрации белков-регуляторов эритропоэза и метаболизма железа у больных острыми лейкозами в динамике заболевания (до лечения, в процессе химиотерапии, ремиссии, в рецидиве заболевания и в зависимости от массы опухоли).
-
Определить концентрацию -эндорфина, уровень экспрессии белков теплового шока hsp70 и рецепторов к фолиевой кислоте на опухолевых клетках и лимфоцитах при острых лейкозах.
-
Установить факторы, ассоциированные с развитием перегрузки железом, у больных острыми лейкозами при многократных трансфузиях эритроцитной массы.
-
Разработать на основе сравнительного анализа изученных показателей рекомендации по коррекции анемии и профилактике развития посттрансфузионной перегрузки железом у больных гемобластозами.
Научная новизна
Впервые изучены взаимодействия белков межклеточного взаимодействия и оценено их участие в эритропоэзе при острых лейкозах, на этапах лечения и в условиях воздействия стресс-факторов (большая опухолевая масса, воздействие цитостатических препаратов, гипоксия и др.). Выявлены различия содержания белков-регуляторов эритропоэза у больных с инициальным лейкоцитозом до лечения. Получены новые данные об изменении фактора индуцируемого гипоксией (HIF-1a) при острых лейкозах: повышение его концентрации в бластных клетках при воздействии цитостатиками, и взаимосвязь с эритропоэтином и гемоглобином в динамике у исследуемых больных. Впервые выявлено изменение содержание гепцидина у больных острыми лейкозами на этапах лечения и в зависимости от уровня гемоглобина. Концентрация -эндорфина у больных острыми лейкозами повышена в 2-3 раза уже в дебюте заболевания, и его динамика в бластных клетках имеет корреляционную зависимость с HIF-1a и IL-6.
Впервые установлено, что в период ремиссии болезни происходит снижение содержания гепцидина и нарастание — IL-2 по сравнению с дебютом болезни. Впервые также установлено, что при рецидиве заболевания достоверно повышаются концентрации трансферринового рецептора, гепцидина и фактора индуцируемого гипоксией (HIF-1a), по сравнению с показателями до лечения.
Получены новые данные о факторах, определяющих развитие перегрузки железом при лечении больных острыми лейкозами и апластической анемией. Выявлено, что значения HIF-1a и гепцидина могут использоваться в качестве показателей адекватности выполненной трансфузии донорских эритроцитов. Для мониторирования уровня железа в организме и профилактики перегрузки организма железом, можно рассматривать также и значения ферритина сыворотки крови через 4-6 дней после транфузии донорских эритроцитов.
Впервые обнаружено, что фактором, усугубляющим перегрузку железа при длительных трансфузиях у больных с заболеваниями крови, являются редкие сочетания антигенов эритроцитов и трансфузионные химеры, возникшие в результате неадекватно подобранной эритроцитной массы. Впервые даны научно обоснованные рекомендации по обследованию на совместимость по антигенам Rh-системы реципиентов с планируемой многократной трансфузией эритроцитной массы.
Впервые определены значения факторов межклеточного взаимодействия, регулирующих эритропоэз, у практически здоровых лиц в условиях гипоксии и в зависимости от сроков пребывания на высокогорье (высота 3200 м). Установлено, что под влиянием гипоксии происходят компенсаторные изменения механизмов адаптации, проявляющиеся резким повышением HIF-1a в первые сутки пребывания в условиях высокогорья, а повышение содержания эритропоэтина происходит позже (максимальная концентрация зафиксирована на 20-е сутки). В исследовании впервые установлено, что к этому же времени значительно снижается содержание гепцидина. Существенное повышение концентрации -эндорфина (в 10-12 раз по сравнению с показателями до подъёма на высокогорье) даёт основание утверждать, что гипоксическая гипоксия является основным триггером для продукции -эндорфина.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость
Проведенные исследования дали возможность более глубокого понимания значения регуляторных белков и цитокинов в патогенезе острых лейкозов. Изменения основных цитокинов и белков регулирующих эритропоэз показывают, что регуляция эритропоэза и цитокиновой сети существенно нарушена. Даже в период ремиссии не наблюдается нормализации исследуемых показателей
Результаты анализа содержания гепцидина и ферритина в сыворотке и в бластных клетках позволяют с большой вероятностью полагать, что при острых лейкозах их приоритетной функцией является противодействие воспалительному и пролиферативному процессам, а не гипоксии на фоне глубокой анемии. В условиях воздействия гипоксической гипоксии приоритетным является поддержание адекватной оксигенации тканей путём повышения концентрации гемоглобина.
Изменения значений HIF-1a, фолатных рецепторов, -эндорфина, Hsp-70 в различные периоды заболевания, обосновывают применение в будущем препаратов, ингибирующих данные белки на определенных этапах терапии и препаратов конъюгированных с фолиевой кислотой направленного действия.
Проведенные исследования установили последовательность компенсаторно-адаптивных реакций со стороны белков регулирующих эритропоэз при воздействии гипоксической гипоксии в зависимости от сроков пребывания в условиях высокогорья.
Практическая значимость
Сывороточные показатели метаболизма железа, гепцидина, HIF-1a, IL-2 и IL-10 могут использоваться для контроля за эффективностью лечения больных острыми лейкозами и коррекции современных схем биологического воздействия (сроки введения рекомбинантного IL-2)
Результаты исследования гепцидина и HIF-1a у больных острыми лейкозами позволяют использовать данные показатели для оценки адекватности трансфузионной терапии.
Проведенные исследования обмена железа у больных с заболеваниями системы крови выявили факторы, определяющие развитие перегрузки железом. Рекомендовано лицам с предполагаемой длительной трансфузионной терапией проводить более тщательный подбор эритроцитной массы, с учетом редкого фенотипа антигенов эритроцитов.
Для мониторинга накопления железа рекомендуется ориентироваться на значения сывороточного ферритина не ранее, чем через 4-6 дней после транcфузии.
Основные положения, выносимые на защиту
-
В условиях естественного развития гипоксии происходят адаптивные изменения показателей регуляторных белков, активизирующих эритропоэз (повышение концентраций гемоглобина, эритропоэтина, HIF-1a и -эндорфина и снижение — гепцидина и ферритина). Эти изменения направлены на поддержание гомеостаза кислорода.
-
Содержание регуляторных белков эритропоэза при острых лейкозах зависит от фазы процесса: в дебюте болезни у больных с инициальным лейкоцитозом обнаружено снижение содержания ферритина, гепцидина и HIF-1a; концентрация HIF-1a увеличивается под воздействием цитостатических препаратов и в период миелотоксического агранулоцитоза. При острых лейкозах приоритетом является противодействие воспалительному и пролиферативному процессам, а не гипоксии на фоне глубокой анемии.
-
Разбалансировка цитокиновой сети при острых лейкозах сохраняется как в период индукционного курса химиотерапии, так и в ремиссии и рецидиве заболевания. В ремиссии заболевания нормальные значения гепцидина сочетаются с высокими значениями интерлейкина-2 (IL-2). В рецидиве заболевания зафиксированы высокие значения гепцидина и HIF-1a (фактора индуцируемого гипоксией). Высокая пролиферативная активность лейкозного клона согласуется с концентрацией трансферринового рецептора, а неадекватность компенсаторной реакции противовоспалительных цитокинов — с концентрацией интерлейкинов (IL-2 и IL-10).
-
Между -эндорфином и фактором, индуцируемым гипоксией (HIF-1a) в бластных клетках установлена прямая корреляционная зависимость (r=0,98), и обратная между -эндорфином и интерлейкином-6 (r=-0,94).
-
Погрешности подбора эритроцитной массы для больных с редким сочетанием антигенов эритроцитов и с искусственными химерами – значимый фактор развития перегрузки железом.
Реализация результатов исследования
Научные положения диссертации и практические рекомендации внедрены в деятельность отделения высокодозной химиотерапии и трансплантации костного мозга Гематологического научного центра МЗ России.
Апробация работы
Основные положения, материалы и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодной Международной школе гематологов «Лейкозы и лимфомы» (Москва, 2011); Всероссийском гематологическом декаднике (Москва, 2009, 2010); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы диагностики и лечения опухолевых заболеваний крови и лимфатической ткани» (Санкт-Петербург, 2010); международном конгрессе гематологов «Актуальные вопросы гематологии» (Бишкек, 2010); I Российской научно-практической конференции «Клинические и лабораторные аспекты современной гематологии» (Москва, 2013).
Апробация диссертационной работы состоялась на заседании проблемной комиссии Федерального государственного бюджетного учреждения «Гематологический научный центр» Минздрава России (протокол № 3/12 от 2 июня 2012 г.).
Структура и объём диссертации
Диссертация изложена на 252 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания материала и методов исследования (глава 2), изложения результаты собственных исследований (главы 3–6), заключения, выводов, практических рекомендаций. В диссертации - 20 рисунков и 38 таблиц. Список литературы включает 312 источников, из которых отечественных — 80 и зарубежных — 232. По результатам диссертации в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано 20 работ.