Раковые стволовые клетки: пластичность против терапии

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Крупные успехи в идентификации и расшифровке механизмов регуляции взрослых стволовых клеток привели к предположению, что стволовые клет ки могут функционировать и в опухолях, действуя как «двигатели» их развития, начиная с началь ной стадии и завершая метастазированием. Такие клетки получили название раковых стволовых кле ток (РСК). Важность проблемы вызвала появление многочисленных публикаций, посвященных этим гипотетическим центральным игрокам в развитии рака. Постепенно гипотеза стала воспринимать ся как факт, как некая «не обсуждаемая догма» [1]. И действительно, недавно в ряде работ было под тверждено существование РСК. Однако является ли роль РСК ключевой в эволюции опухоли и насколько их существование можно рассматривать как пререк визит эволюции злокачественной опухоли, остает ся проблемой, весьма далекой от решения. Далека от решения и возможность использования РСК в ка честве мишеней для терапии опухолей. В настоящем обзоре сделана попытка проанали зировать проблему РСК и перспективность терапии опухолей с использованием этих клеток в качестве мишеней. Мы не будем затрагивать ряд весьма ак туальных проблем, связанных с молекулярны ми механизмами регуляции онкогенеза. В стороне от обсуждения останется и весьма важная пробле ма устойчивости к терапевтическим воздействиям, которые читатель найдет в современных обзорах [2-11]. Большинство опухолей имеет моноклональное происхождение, но к моменту обнаружения состо ит из генетически, эпигенетически и фенотипически гетерогенных клонов. Две основные концепции пыта ются объяснить эту гетерогенность: гипотеза рако вых стволовых клеток и модель клональной (стоха стической) эволюции [12-19]. Хотя эти две концепции имеют некоторые общие положения, они принципи ально различаются и диктуют разные подходы к те рапии опухолей [12]. В последние годы разрабатыва ются теории, объединяющие эти две концепции [20, 21]. Значительную роль в этом объединении играют данные, получаемые в процессе массированного сек венирования геномов раковых клеток [22]. КЛАССИЧЕСКАЯ СТОХАСТИЧЕСКАЯ КЛОНАЛЬНАЯ ЭВОЛЮЦИОННАЯ МОДЕЛЬ Мы начнем с классической модели, рассматриваю щей эволюцию рака с точки зрения дарвиновской эволюции, в которой между собой конкурируют клет ки, более или менее приспособленные к существова нию в условиях опухоли [1, 12, 22-25]. Рассмотрим в соответствии с хронологией появления эволюционную стохастическую модель. Она схематически пред ставлена на рисунке А. Традиционно внутриопухолевую гетерогенность рассматривали на основании стохастической модели, предложенной Питером Ноувеллом (Peter Nowell) в 1976 году [26] (см., например, недавние обзоры [23, 27, 28]). Ноувелл опирался на накопившиеся к тому времени наблюдения о хромосомной гетерогенности в эволюционирующих опухолях. При этом в каче стве центральной идеи он использовал понятие клона как группы клеток, происходящих от одной и той же клетки-прародительницы. Клональная связь меж ду клетками возникает, когда в ходе селекции от бираются клетки, имеющие преимущества в при способленности (например, скорость роста). Таким образом, предполагается, что генетические и эпиге нетические изменения, возникающие при мутаци ях в клетках, могут селектироваться и давать клоны с разным количеством клеток. Поскольку в процессе эволюции опухоли отбирается много разных клонов, опухоль становится поликлональной, хотя все клетки и клоны происходят от одной исходной (рисунок А). Такая поликлональная структура подтверждена секвенированием геномов множества видов опухо лей [28]. Эти клетки отличаются друг от друга генетически и эпигенетически, создавая громадную гетероген ность опухоли [29]. Они могут различаться и функ ционально с точки зрения дальнейшей эволюции: некоторые будут более агрессивными [30] и, в конеч ном счете, приведут к появлению метастазов. Важно, что мутации происходят стохастически - нет клеток и мест в геноме, где можно ожидать предпочтитель ное появление мутаций. Предполагалось, что раковые клетки имеют мутаторный фенотип [9, 31, 32], что и определяет общее, неизбирательное увеличе ние скорости мутаций в «раковом» геноме по сравне нию с нормальным. Важно помнить, что все эти процессы происходят в определенном окружении, нише (которую мож но назвать внутриорганизменной экосистемой [14]). Эта экосистема имеет большое влияние на селекцию клонов [33]. Она своя у каждого индивида, и это, по видимому, в значительной степени определяет не предсказуемо индивидуальную судьбу опухолевого процесса у каждого пациента. Следует еще заметить, что каждая злокачествен ная опухоль характеризуется большим разнообра зием мутаций, которые различаются у разных инди видов и способны по-разному направлять развитие опухоли и возникновение устойчивости к терапии [26]. Модели клональной эволюции и РСК не явля ются взаимоисключающими, так как эволюция РСК, скорее всего, также осуществляется по законам кло нальной эволюции [27]. Очень интересно предвидение, сделанное Ноувеллом еще в 1976 году в связи с индивидуаль ными различиями опухолей: «Каждую злокаче ственную опухоль следует рассматривать как инди видуальную терапевтическую проблему, после того как опухолевые клетки удалены насколько возможно с помощью неспецифических средств - хирургиче ских, радио- и химиотерапевтических. Возможно, иммунотерапию можно будет рассматривать как ос новного наиболее легкого способа разрушения остав шейся опухоли». Недавно появилась привлекающая внимание модель, в которой все клетки рассматриваются как фенотипически подобные стволовым (stemness phenotype model, SPM) - разновидность клональ ной стохастической модели [34]. Ввиду трудности перевода мы будем называть эту модель ее англий ским сокращением - SPM. Термин «stemness» [35, 36] включает в себя все свойства, приписываемые стволовым клеткам, в частности, способность к са мообновлению и дифференцировке, и приобретает в последнее время популярность. Этот термин пы таются использовать применительно к РСК в бо лее общем виде, подразумевающем способность поддерживать и регулировать состояние стволо вой клетки [21]. SPM обладают в той или иной сте пени свойствами стволовых клеток - они способ ны вызывать развитие опухоли при имплантации, но и любая раковая клетка, в принципе, способна вызвать развитие опухоли. Таким образом, соглас но этой модели, чтобы победить рак, все опухоле вые клетки должны рассматриваться как мишени для уничтожения. Предложены также другие модели, близко напоми нающие SPM (для обзора см. [37]). Мы вернемся к этой модели при обсуждении проблем, связанных с РСК. Следует отметить, что при применении любой модели необходимо учитывать, что опухоль - это сложная стохастическая динамическая структура с непредсказуемым поведением, или, иными словами, траекторией развития [38]. СУЩЕСТВУЮТ ИЛИ НЕТ РСК? ТРУДНОСТИ НАЧИНАЮТСЯ С ОПРЕДЕЛЕНИЯ В общем виде концепция РСК показана на рисунке Б. Прежде всего следует дать определение РСК и их отличительным свойствам. Проблемы, связанные с РСК, обсуждаются в недавних обзорах [6, 21, 35, 39-43], а также в других публикациях, цитируемых по ходу изложения. Очевидность роли стволовых клеток в эмбриогене зе [39, 44-47] и гипотеза о том, что нормальная ство ловая клетка может стать клеткой, где начинается процесс опухолевого перерождения [39, 48, 49], со вершено естественно были перенесены на опухоли и легли в основу концепции РСК [50, 51]. Проблеме РСК посвящено громадное количество статей. Иногда РСК называют опухоль-инициирующими клетками (tumor-initiating cells, TIC) или опухоль-генерирую щими клетками (tumor-propagating cells, TPC) [1, 43]. Мы будем использовать термин РСК. Постепенно и термин, и реальное существование РСК стали восприниматься как само собой разумею щееся, иногда даже как «не подлежащая дискуссии догма» [1]. Тем не менее существование РСК и опре деление критериев, позволяющих отличить РСК от других раковых клеток, остаются нерешенными и серьезно дебатируемыми вопросами. Концепция раковых стволовых клеток появи лась в середине 1990 года (для обзора см. [21, 52-56]) и с тех пор стала объектом интенсивных дискуссий и уточнений - как по сути дела, так, что весьма су щественно, и в области номенклатуры. В основу этой концепции положен сценарий, по которому движет ся нормальная стволовая клетка в процессе диф ференцировки. Исходно считали, что мутации, ве дущие к раку, происходят в нормальной стволовой клетке, и в результате она превращается в раковую стволовую клетку. Способность нормальной стволо вой клетки к самообновлению и дифференцировке автоматически приписали и предполагаемой рако вой стволовой клетке. В таком случае РСК должна постоянно давать новые клетки: раковую стволовую и более дифференцированное потомство, способное только к ограниченному числу делений. В процессе делений РСК накапливает мутации. Более диффе ренцированные клетки только ограниченно мутируют, и их геном отражает состояние раковой стволовой клетки, от которой они произошли. Образуются кло ны. И хотя в основном считается, что раковая клетка происходит из нормальной стволовой клетки, в про цессе развития опухоли РСК могут образовываться из разных клеток опухоли, в том числе и дифферен цированных за счет дедифференцировки (см. ниже). В 2011 году состоялась рабочая конференция по раковым стволовым клеткам (Working Conference on CSCs), которая выработала основные рекоменда ции по определениям, сформулированным в обзоре [43]. Согласно этим рекомендациям, под РСК под разумеваются неопластические клетки, способные в течение неограниченного или продолжительного периода времени размножать или поддерживать ин вазивную солидную опухоль или лейкоз. По-видимому, это определение стало плодом труд ных усилий по выработке консенсуса, поскольку су ществует и используется много других определений, которые учитывают, например, такое важное свой ство, как самообновление. Мы приведем несколько определений из послед них обзоров, опубликованных в наиболее престиж ных журналах: 1. Nature Review Cancer, 2012 г. [57]: «Мы опреде ляем РСК как клетки, содержащиеся внутри опухо ли, которые могут генерировать раковые клетки. Это определение предполагает, что не все клетки внутри злокачественной популяции обладают этими свой ствами… Определение также имеет в виду, что РСК ответственны за генерацию всех клеток внутри по пуляции, которые теряют способность генерировать новые опухолевые клетки… Оно также предполагает выбор альтернативных путей существования (про должать генерировать новые клетки или утратить эту способность). Это свойство вписано в установив шуюся внутриклеточную сеть молекулярных откли ков [на сигналы], связанную с той тканью, от которой происходят РСК. Потеря способности генерировать новые клетки трудно обратима in vivo». 2. Cell Cycle, 2013 г. [58]: «Концепция РСК утверж дает, что как и в нормальных соматических клетках небольшая популяция РСК до бесконечности воспро изводится и генерирует очень гетерогенную популя цию организованных в клоны клеток с ограниченной продолжительностью жизни (так называемых произ водных популяций клеток)». 3. Cell Stem Cell, 2012 г. [42]: «Модель РСК посту лирует иерархическую организацию клеток опухоли, в которой только небольшая доля клеток ответствен на за поддержание онкогенеза и создает гетероген ность клеток, свойственную первичной опухоли... РСК проявляют свойства стволовых клеток - само обновление и дифференциацию». 4. Nature Review Drug Discovery, 2014 г. [6]: «Гипотеза РСК предполагает существование не опластических клеток внутри опухоли, которые об ладают повышенной способностью индуцировать новую опухоль при имплантации эксперименталь ным животным. Предполагается, что такие клетки способны к асимметричному делению, давая дочер нюю клетку, которая остается РСК (самообновление), и другую дочернюю [дифференцированную] клетку, которая входит в неопластические клетки, образую щие массу опухоли… Существование множества суб популяций с различными инициирующими опухоль свойствами теперь вне сомнений. Сейчас лучше ис пользовать термин ”парадигма РСК”… До сегодняш него дня не установлена способность большинства РСК дифференцироваться более чем в один тип не-РСК-клеток, образующих массу опухоли… Фенотип РСК сложен. Он варьирует от одной опухоли к дру гой, поэтому его часто трудно однозначно ассоции ровать с какими-либо признаками, за исключением функциональной способности инициировать опухоль у экспериментальных животных. Более того, суще ствование РСК в опухоли означает, что при общем генетическом строении могут существовать два аль тернативных фенотипа: РСК и не-РСК». 5. Cell Stem Cell, 2014 г. [21]: «Во многих видах рака РСК представляют отдельную популяцию, которая может быть отделена от остальной массы клеток. Они могут проявлять способность к формированию опу холи при имплантации и к самообновлению, опреде ляющему свойству РСК. Тем не менее в некоторых видах рака невозможно отличить РСК от не-РСК, по тому что большинство клеток обладают функциями РСК. Такие опухоли кажутся гомогенными или име ют очень неглубокую иерархию». Требования самообновления и долговременной способности генерировать раковые, более дифференцированные клетки, сформулированы уже в 2015 году [59]. Следует особо подчеркнуть, что РСК, если следо вать концепции РСК, образуют в опухоли отдель ную популяцию, которая отличается от основной массы опухоли способностью к формированию новой опухоли при имплантации, самообновлению и при сутствием фенотипических маркеров, позволяющих отделять их от основной массы. В целом, концепция РСК представляет собой иерархическую модель с РСК во главе, потому модель РСК иногда называют иерархической. Она совершенно подобна иерархии, наблюдаемой у взрослых стволовых клеток, которые при дифференцировке дают цепочку все более диф ференцированных клеток. Таким образом, согласно концепции популяция РСК: 1. Составляет незначительную долю общей попу ляции клеток опухоли. 2. Экспрессирует специфический набор поверх ностных маркеров, которые позволяют дифферен цировать ее и выделять из массы других клеток. 3. Селективно поддерживает способность к онко генезу, в отличие от других популяций опухолевых клеток. 4. Поддерживает рост гетерогенной массы, содер жащей полный репертуар частично (или полностью) дифференцированных раковых клеток, способных к нескольким дифференцировкам или находящимся на стадии окончательной дифференцировки. 5. Образует отдельный пул клеток, идентифици руемый биологическими и физико-химическими методами. (Должны существовать по меньшей мере два пула клеток в опухоли: РСК и их производные - дифференцированные в разной степени клетки [1].) 6. Проявляет способность, подобно нормальным стволовым клеткам, к неограниченному самообнов лению и дифференцировке по многим направлениям [37]. 7. Проявляет высокую устойчивость к стандартной терапии. Возможные причины повышенной устой чивости предполагаемых РСК детально изложены в недавних обзорах [37, 60]. В их число входят се лективная экспрессия некоторых членов семейства транспортеров множественной лекарственной устой чивости, повышенная экспрессия антиапоптотиче ских молекул, повышенная способность к репарации ДНК, активация характерных для стволовых клеток сигналов выживания (prosurvival signaling), в част ности, Notch, Hedgehog (Hh), Wnt, JAK/STAT и др. Однако полная определенность в этом вопросе от сутствует, и нужны дополнительные исследования, в первую очередь, предполагающие точное понима ние того, что выявляемые эффекты относятся к РСК. Важно понимать, что РСК (как и раковые клетки вообще) характеризуются повышенной внутриопу холевой гетерогенностью. Они образуют в опухоли субклоны, внутри которых, тем не менее, каждая клетка отличается от другой по структуре генома, характеру транскриптома, протеома и т.п. Эта гете рогенность приводит к различным и постоянно ме няющимся по мере развития опухоли комбинациям молекулярных дефектов в субклонах. Субклоны име ют разные злокачественные потенциалы, поскольку РСК, движущие их размножение, различаются, мо гут также оказываться в разном внутриопухолевом микроокружении и по-разному взаимодействовать с этим микроокружением. Из этого следует, что каждый существующий и размножающийся субклон должен содержать свой компартмент РСК, обладающих уникальными геном ными и эпигеномными характеристиками, и каждый субклон может давать новые субклоны, свойства которых будут изменены по сравнению с исходным субклоном. Если в новом субклоне образуется новая клетка, обладающая повышенным злокачественным потенциалом, то она будет представлять собой новую РСК и сможет генерировать новые РСК. Экспериментально существование РСК человека подтверждается способностью клеток, полученных непосредственно от пациента, продуцировать зло качественную дочернюю популяцию при трансплан тации мыши с иммунодефицитом. Критерием того, что эти РСК действительно отличаются от основной массы опухолевых клеток, служит присущее им ка кое-либо фенотипическое отличие, позволяющее фи зически отделять их от основной массы, например, поверхностный антиген. Идентификации поверхностных антигенов, ха рактерных для РСК, посвящено большое число экс периментальных работ и обзоров, и список таких маркеров постоянно растет. В табл. 1 перечислены некоторые маркеры и внутриклеточные белки, ха рактерные для предполагаемых РСК, о которых речь пойдет дальше. Методом проточной цитофлуориметрии, исполь зуя характерные поверхностные маркеры, потен циальные РСК можно отделить от основной массы опухолевых клеток [61, 62]. Отобранные клетки об ладают более высокой туморогенностью при ксено трансплантации иммунокомпетентным животным. Существенная биохимическая характеристика та ких клеток - повышенная экспрессия таких цитопро тективных ферментов, как альдегиддегидрогеназа (aldehyde dehydrogenase, ALDH), и насосов, выкачи вающих из клетки токсичные вещества, например, ABC-транспортеров [61, 62]. Это маркирование не стопроцентное, возможны РСК без маркеров и не-РСК с маркерами [35, 63]. Таким образом, маркеры не относятся к стабильным фенотипическим признакам, они могут варьировать от индивида к индивиду и меняться на разных ста диях развития опухоли. Поэтому сами по себе фено типические данные не могут служить достаточным доказательством присутствия отдельной популяции РСК. Предполагается, что механизмы, определяю щие особые свойства РСК, нестабильны, поскольку могут быть связаны с изменениями эпигенома, ча стыми в опухолевых популяциях [43]. Есть и другие основания полагать, что фенотип РСК может быть весьма нестабильным [43]. Некоторые упоминавшиеся характеристики РСК, в частности асимметричное деление и необратимый процесс перехода в дифференцированное состояние, не доказаны и кажутся маловероятными [1], а необ ратимость перехода опровергнута недавними экспе риментами (см. ниже). К утверждению, что РСК со ставляют относительно небольшую фракцию в общей популяции клеток, также следует относиться с осто рожностью, поскольку фракция РСК может сильно варьировать (от 0.1 до 30%) в зависимости от типа опухоли и дизайна эксперимента [27, 64-66]. По-видимому, правы авторы обзора [27], полагаю щие, что некоторые виды рака развиваются посред ством РСК, тогда как другие - нет. Высказывается предположение, что это может относиться даже к од ному и тому же виду рака, но у разных пациентов. Если концепция РСК верна, то с практической точ ки зрения это означает, что все измерения, которые мы делаем, в частности, полногеномное секвениро вание, должны относиться к общей массе опухоли, которая уже прекратила активное деление и нако пление мутаций. А РСК, которых абсолютное мень шинство и которые после отделения основной массы продолжают активно делиться и приобретать му тации, придающие им новые функциональные по тенциалы, остаются в этой массе за скобками. Если все-таки изучение общей массы дает позитивный эффект, то благодаря тому, что все клетки этой мас сы происходят от РСК и содержат общие с ними ге нетические элементы. Однако многие элементы РСК, которые могут оказаться существенными с диагно стической и прогностической точек зрения, могут ускользать от внимания исследователей. Особенно это касается эпигенетических изменений. Можно предвидеть, что гетерогенность внутри фракции РСК должна быть выше, чем в основной массе, состоящей по большей части из дифференцированных и неделя щихся опухолевых клеток. Недавний анализ экзомов [67] показал, что большинство соматических мутаций во фракции РСК и в основной массе опухоли совпа дают. Эти данные могут трактоваться как результат постоянных динамических переходов от РСК к диф ференцированному состоянию, и наоборот. Об этом речь пойдет ниже. Многие аспекты модели РСК остаются дискус сионными, но несколько экспериментов, использу ющих современные технологии отслеживания тра ектории клеток в процессе развития, в том числе развития опухоли (lineage-tracing studies), дают серьезные аргументы в пользу более или менее ста бильного существования РСК и иерархической ор ганизации опухоли, по крайней мере, в некоторых случаях. Такие эксперименты проведены на мыши ных моделях опухолей головного мозга [68], тонкого кишечника [69], кожи [70], колоректальной аденомы человека [71] и глиомы [72] (см. также комментарий [73]). В этих работах показано, что большинство кле ток исследованных опухолей имеют ограниченный пролиферативный потенциал и, по-видимому, про исходят от субпопуляций со свойствами, похожими на РСК. НИША РСК - ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ Признано, что у нормальных стволовых клеток су ществуют так называемые ниши - физиологическое микроокружение, состоящее из специализированных клеток, которые участвуют в регуляции функциони рования стволовых клеток через обмен различного рода сигналами. В этом случае определение ниши, в которой они существуют, не вызывает принципи альных проблем [44, 45, 74-77]. Это достаточно четко определенная область, окружающая дискретно ло кализованные функционирующие стволовые клет ки в ткани, хотя не для всех нормальных тканей доказано существование стволовых клеток и соот ветственно их ниш [39]. По классическому опреде лению: «Популяции стволовых клеток образуются в нишах - особых анатомических компартментах, которые регулируют участие этих клеток в образо вании, поддержании и репарации ткани. Ниша пре дотвращает истощение стволовых клеток, одновре менно защищая организм хозяина от их избыточной пролиферации. Ниша является базисной единицей физиологии ткани» [78]. По аналогии со взрослыми стволовыми клетками предположили, что ниши существуют также у РСК, и взаимодействие РСК с нишами может регулиро вать самообновление, пролиферацию и дифферен цировку РСК [77, 79, 80]. Однако в случае РСК воз никает больше вопросов, чем ответов (см. недавние обзоры [1, 81, 82]). Многие авторы (например, [79]) рассматривают солидную опухоль как «орган», со стоящий из раковых клеток и стромы, которая за нимает большую часть объема опухоли и создает микроокружение, которое может считаться аналогом ниши нормальных клеток. Ниша РСК - это микроокружение, не сформиро ванное в морфологическую структуру [83]. Однако, по мнению ряда авторов (см., например, обзор [84]), ниши РСК все же отличаются от общего микроокру жения. Клетки внутри ниши продуцируют факторы, которые стимулируют самообновление РСК, индуци руют ангиогенез, рекрутируют иммунные и другие стромальные клетки, секретирующие дополнитель ные факторы, способствующие инвазии и метастази рованию раковых клеток. Взаимодействию стромальных элементов опу холи с предполагаемыми РСК посвящено большое число статей. Есть, например, данные, что противо опухолевые средства по разному действуют на ги потетические РСК in vitro и in vivo [43], а это может означать, что в микроокружении (нише) содержат ся некоторые важные компоненты регуляции РСК. Микроокружение включает в себя внеклеточный матрикс, мезенхимальные и эндотелиальные клет ки, клетки иммунной системы, молекулы адгезии, разнообразные факторы роста, цитокины и их ре цепторы [57, 85]. Предполагается, что кровеносные сосуды также могут участвовать в создании ниши [81], как они это делают в случае нормальных ство ловых клеток. Опухолевая строма секретирует фак торы, которые регулируют поведение раковых кле ток [80], активно поддерживает рост опухоли за счет нео- и ангиогенеза [86]. Микроокружение определяет судьбу опухоли, служит барьером для терапевтиче ских воздействий и может влиять на пластичность опухолевых клеток, например, на переходы от РСК к не-РСК [8]. Широко обсуждаются двусторонние взаимодей ствия между раковыми клетками и стромой, осо бенно роль стромы в развитии опухоли и, в част ности, в приобретении таких важнейших качеств, как способность к инвазии и метастазированию [87]. Предполагается, что не только стромальная ниша действует на раковые клетки, но и наоборот: раковые клетки (в основном имеются в виду РСК) способны влиять на строму, используя ее для своего развития [81], в частности, для создания преметастатической ниши в местах метастазирования [80, 85, 86, 88]. Несмотря на широко обсуждаемую важность стро мальной ниши в жизни опухоли, только очень не многие данные надежно подтверждают ее функции на молекулярном уровне, а также на уровне транс порта информации, например, осуществляется ли этот транспорт паракринно, аутокринно или каким либо иным способом [43]. Более детальная информация по этому поводу по может лучше оценить реальную роль ниши в разви тии опухолей и выработать рациональные терапев тические стратегии. НОРМАЛЬНЫЕ И РАКОВЫЕ НЕСТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ МОГУТ СПОНТАННО ПРЕВРАЩАТЬСЯ В СОСТОЯНИЕ, ПОДОБНОЕ СТВОЛОВЫМ. ПО-ВИДИМОМУ, НЕ СУЩЕСТВУЕТ ЖЕСТКОГО БАРЬЕРА МЕЖДУ РСК И НЕ-РСК-КЛЕТКАМИ РАКА Разные виды рака и, возможно, даже один и тот же вид у разных пациентов могут развиваться и по модели РСК, и по эволюционно стохастической мо дели. Имея дело с такими лабильными системами, как стволовые, раковые или РСК-клетки, всегда нужно учитывать возможность их фенотипической перестройки вследствие эпигенетических процес сов. В 2011 году три группы [89, 90] (см. для обзо ра [35, 91]), используя раковые клеточные линии и первичные опухоли, описали приобретение спо собности к самообновлению у не-РСК-популяций. Так, описаны эпителиальные клетки молочной же лезы, способные спонтанно дедифференцировать ся в «стволовоподобное» состояние [92]. Опухолевая трансформация усиливала эту способность так, что обычные раковые клетки переходили в состо яние, подобное РСК, in vitro и in vivo. Эти данные показали высокую пластичность стволовых клеток вообще и РСК в особенности, а также легкость вза имопревращений стволовых клеток в нестволовые и наоборот, особенно в злокачественных опухолях. Все это дает основание полагать, что подобная об ратимость и отсутствие жесткой иерархии стволовых и нестволовых клеток могут быть обычным явлени ем, делая терапию рака еще более проблематичной, в частности, терапию, направленную на РСК. Выявляемая пластичность раковых клеток и воз можность перехода между стволовыми и нестволо выми клетками вносит дополнительные сложности в изучение роли раковых стволовых клеток в канце рогенезе. Эта пластичность может зависеть от мно гих факторов, среди которых важную роль играют сигналы от микроокружения и межклеточные взаи модействия в нише [8]. Переходы, скорее всего, представляют собой стохастические эпигенетические или генетические события, на которые влияет микро окружение раковых клеток и межклеточные взаимо действия в нише [20]. Так, РСК могут превращаться в не-РСК и наоборот [8], существуя в динамическом равновесии [93]. Один из существенных элементов концепции РСК - присутствие в опухолевой массе необра тимо отделенной фракции РСК (см. выше), ока зывается в общем виде несостоятельным [88, 91]. Дифференцированные раковые клетки и РСК на ходятся в состоянии постоянного взаимопревраще ния [94]. Факторы окружающей среды, в частности факторы роста, могут вызывать переходы между ними. Более того, пластичность РСК может приво дить к переходу эпителиальных раковых клеток в мезенхимальные (и обратно) [6, 41, 67, 95-98]. Эта фенотипическая пластичность обусловлена как эпи телиально-мезенхимальными и мезенхимально-эпи телиальными переходами, так и, по-видимому, дей ствием генетических, эпигенетических и сигнальных внутриклеточных и межклеточных программ [58]. Можно предположить, что существование и пла стичность РСК зависят как от внутренних факторов (генетической и эпигенетической архитектуры ра ковых клеток), так и от микроокружения. Поскольку и те и другие факторы весьма специфичны как в от ношении типа опухоли, так и индивидуальных осо бенностей пациента, легко представить ситуацию, когда в одних случаях РСК присутствуют, и барьер между РСК и не-РСК достаточно высок, чтобы обе спечивать отдельную фиксированную фракцию РСК, тогда как в других этот барьер низок и допускает по стоянные взаимопревращения РСК и не-РСК-клеток. Наконец, в одних видах рака и у групп больных РСК не образуются, и эволюция опухоли протекает по клонально стохастическому механизму. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. РСК КАК ТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ МИШЕНЬ Возможному использованию РСК в терапевтических целях посвящены многочисленные публикации. Это не удивительно. Большая часть опухолевой массы имеет огра ниченную пролиферативную способность, тогда как РСК, если они действительно являются движу щей силой развития опухоли, представляют собой лишь небольшую ее часть. В результате терапевти ческие агенты действуют в основном на более диффе ренцированные части опухоли, и их эффективность невысока. Воздействие, направленное на активное меньшинство РСК, могло бы сильно увеличить эф фективность терапии. В результате, как полагают многие авторы (см., например [59]), РСК в последние годы рассматривали (и продолжают рассматривать) в качестве весьма перспективной мишени терапев тического воздействия. Весьма интенсивно разра батываются новые стратегии и подходы к терапии, ориентированной на РСК. Литература, посвященная принципам и методам, разрабатываемым в этой об ласти, весьма обильна и противоречива. Читатели могут ознакомиться с идеями и предлагаемыми ме тодами в ряде обзоров, опубликованных в 2015 году [8, 59, 99-105]. Признаки РСК, которые пытались ис пользовать для терапевтического воздействия, при ведены в табл. 1. Несмотря на все разнообразие предлагаемых под ходов, можно выделить две основные стратегии, от личающиеся выбором мишени (см. [35] и обзоры, цитированные выше). В первой разнообразные воз действия нацелены на поверхностные антигены, предположительно характерные для РСК. Во второй стратегии используют то обстоятельство, что предпо лагаемые РСК, будучи самообновляющимися клетка ми, во многом похожими на эмбриональные стволовые клетки (см., например [35, 59]), должны экспрессиро вать эмбриональные сигнальные системы (pathways), не характерные для взрослых клеток [59]. Что касается поверхностных антигенов, то в из вестных случаях РСК и нормальные клетки, а также нормальные стволовые клетки содержат такие же антигены. В результате терапия, направленная про тив поверхностных антигенов, часто вызывает силь ные побочные эффекты. Например, терапевтические моноклональные антитела гемтузамаб озогамицин (gemtuzumab ozogamicin, GO, анти-CD33) и алемту замаб (alemtuzumab, анти-CD52) были недавно уда лены с онкологического рынка ввиду их токсичности, поэтому продолжаются поиски поверхностных мар керов РСК, обладающих более высокой селективно стью [59]. В качестве мишеней для воздействия на РСК ис следованы также компоненты различных сигналь ных путей, известных своим участием в эмбри огенезе, таких, как Notch, Hedgehog (HH) и Wnt. Некоторые из них приведены в табл. 1 (см. [59, 99] и другие цитированные обзоры). Сейчас еще рано судить об успешности той или иной терапии, по скольку испытания находятся на ранних стадиях (табл. 2). Однако следует отметить, что терапия, на правленная на эмбриональные сигнальные системы, активные во взрослых стволовых клетках, может приводить к появлению серьезных побочных эф фектов. В начале 2015 года в журнале Science была опу бликована статья [102], в которой приведены разные точки зрения на проблему существования раковых стволовых клеток и их значимости для эволюции и терапии рака. Приведены, в частности, как практические, так и теоретические соображения о реаль ности использования раковых стволовых клеток в ка честве единственной терапевтической мишени. В нашем обзоре мы попытались рассмотреть эти проблемы с различных точек зрения. Мы считаем, что приведенные данные позволяют высказать со мнения в том, что терапия, направленная на РСК, будет иметь успех. Так полагают, что возможность легкого перехода из РСК в недифференцирован ные клетки и наоборот не позволит до конца унич тожать РСК. Более того, высказываются опасения в высокой вероятности возникновения клеток, инициирующих появление новой опухоли из оставшихся недифференцированных раковых клеток. Клинические испытания веществ, направленных против РСК, находятся на слишком ранних ста диях, чтобы судить об успехе. Как пишет Kaiser J. [102], заканчивая свою статью: «Сейчас пациенты и инвесторы компании, ориентированные на РСК как на мишени, и врачи с нетерпением ждут ре зультатов клинических испытаний. Эти результаты могут дать надежду тем, кто сделал ставку на этот вид терапии. Однако они не станут решением про блемы для исследователей, которые сомневаются в реальности РСК. Говорит Джереми Рич (Jeremy Rich) из Кливлендской клиники в Огайо: ”Даже если мы будем дико успешны, во что я не верю, не думаю, что мы получим однозначный ответ [Относительно существования РСК]”». В 1209 году папский легат, активный участ ник Альбигойского Крестового похода, Арнольд Амальрик при осаде крепости Безье, где обороня лись истинные католики и еретики, якобы так от ветил на вопрос, как отличить правоверных от ере тиков: «Убивайте всех, Господь распознает своих!» Это неприменимо к людям, но это единственная, на наш взгляд, правильная стратегия терапии рака - не надо искать различий между раковыми клетками, убивайте их все. Мы в своей работе придерживаемся именно этого принципа, сочетая в генно-терапевти ческой стратегии два способа тотального убийства раковых клеток - суицидальную генную терапию (suicide gene therapy) и иммунотерапию. По крайней мере, в доклинических испытаниях это дает весьма положительный эффект [106]. Анализ клинических испытаний [105], примеры которых приведены в табл. 2, показывает, что боль шинство исследователей также используют комби нированную терапию, что абсолютно правильно, учи тывая чрезвычайную пластичность РСК.

Об авторах

T. В. Виноградова

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vintv56@gmail.com
Россия

И. П. Чернов

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: vintv56@gmail.com
Россия

Г. С. Монастырская

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: vintv56@gmail.com
Россия

Л. Г. Кондратьева

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: vintv56@gmail.com
Россия

E. Д. Свердлов

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: vintv56@gmail.com
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы