Дмитрий Марфунин
"О глиобластоме"
29 июня 2016 года
Как известно, глиобластома (GBM) – самая частая злокачественная опухоль головного мозга [12], относящаяся к злокачественной инфильтративной астроцитоме IV типа [5]. Первичные опухоли составляют приблизительно 90% всех глиобластом [6].
Одной из патологических особенностей GBM является наличие некроза [5]. Некротические фокусы двух типов. Один – большие области некроза из-за недостаточного кровообращения. Другой – содержит маленькие некротические фокусы нерегулярной формы, окруженные гиперклеточными зонами радиально ориентируемых плотно упакованных глиальных клеток [4,16]. Эти зоны, окружающие некротические фокусы, названы псевдопалисадами [5]. Это другая патологическая особенность GBM.
Псевдопалисады, особенно менее 100 мкм, имеют гиперклеточные зоны, окружающие внутреннюю фибриллярность. Но обычно испытывают недостаток в центральном некрозе. Псевдопалисады среднего размера (200-400 мкм) характеризованы центральным некрозом, центральной вакуолизацией и отдельными умирающими клетками, но типично имеют периферическую зону фибриллярности непосредственно внутри псевдопалисада. Наибольшие псевдопалисады (более 500 мкм) имеют обширные некротические зоны и почти всегда имеют центральный сосуд [16].
Существенной патофизиологической особенностью, которая отличает псевдопалисад от окружающих клеток, является гипоксия [5]. Самые тяжелые области гипоксии смежны с областями некроза [13]. Гипоксия вызывала скромное, но воспроизводимое увеличение миграции клеток [5]. Считается, что псевдопалисады сформированы популяцией гипоксических активно мигрирующих неопластических клеток, которые наложились на менее мобильную популяцию, таким образом создавая гиперклеточную зону вокруг развивающейся области центрального некроза [6]. Хотя этиология и биологическое значение этих областей хорошо не понято, они являются областями активного роста опухоли [4].
Пролиферация клеток GBM не вызвана патофизиологическими уровнями гипоксии [13]. У клеток в псевдопалисадах есть более низкий индекс пролиферации, чем у смежных клеток [5]. Плотность клеток псевдопалисадов почти вдвое выше, но активность пролиферации от 5 до 50% ниже и они в 6 – 20 раз более апоптотические, чем в других зонах опухоли [5, 16]. Двукратно увеличенная плотность клеток не могла составляться воспалительным компонентом, так как воспалительные клетки составляют менее 2% псевдопалисадных клеток [5].
Много псевдопалисадов в секциях ткани не связаны с тромбированным сосудом или с центральным дисфункциональным сосудом. Считается, что обширный некроз в пределах псевдопалисада может устранить морфологическую идентификацию сосудистых структур в некоторых случаях [5].
Псевдопалисадные клетки экспрессируют высокие уровни сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) из-за увеличенной транскрипционной активности гипоксией индуцированного фактора (HIF), вызывая эндотелиальную пролиферацию и ангиогенез, который принимает форму капиллярной гиперплазии и гломерулярных телец, еще одной морфологической особенности GBM, которая чаще всего отмечается в областях непосредственно смежных с псевдопалисадом [5, 6].
Глиобластома наиболее васкуляризированная опухоль у людей [6, 10, 16]. Это могут объяснить высокие уровни VEGF, особенно в некротическом ядре [10]. Недавно развитый сосуд морфологически подобен почечным клубочкам [16]. Капиллярная гиперплазия характеризована многочисленно увеличенными, быстро делящимися эндотелиальными клетками, перицитами и гладкомышечными клетками, которые формируют пучковые микросплетения на переднем крае вырастающего сосуда [6]. В большинстве цветущих форм ангиогенез принимает форму «гломерулярных телец» - особенность, которая является самой характерной для GBM [5].
Кровеносные сосуды в нормальной ЦНС позволяют только ограниченную диффузию через их стенки из-за очень рестриктивного ГЭБ, который сформирован прежде всего эндотелиальными плотными соединениями, но также имеет вклады от базальных пластин астроцитов, внеклеточного матрикса и эндотелиально-перицитарных взаимодействий. Этот барьер становится нарушенным в GBM. Поврежденный сосуд кажется окончатым, показывает отделение перицитов и показывает альтерации внеклеточного матрикса. Секреция VEGF неопластическими клетками вызывает сосудистую утечку [6]. Поверхность этого сосуда покрыта прерывистым слоем перицитов, без любого контакта с отростками астроцитов [16].
Образование и развитие сосудов происходит из циркулирующих костного мозга происхождения клеток (BMDCs) или эндотелиальных клеток прародителя (EPCs), которые экспрессируют VEGFR2, рекрутируются VEGF, сопровождаясь дифференцированием и инкорпорацией в новые кровеносные сосуды опухоли. В зависимости от развития опухоли, образование новых сосудов встречается дополнительными механизмами, такими, как сосудистая мимикрия (VM) и сосудистое транс-дифференцирование от стволовых клеток глиомы (GSCs). VM облегчает молекулярное и фенотипическое репрограммирование опухолевых клеток в эндотелиально-подобные клетки в GBM и независима от VEGF. Каналы VM выстланы исключительно опухолевыми клетками, имитирующими функции эндотелиальных клеток, и соединяются с эндотелий-зависимыми сосудами, чтобы создать сеть, которая предусматривает рост опухоли, инвазию и метастаз. VM – опухолевой клеткой основанная, в матрикс встроенная проводящая жидкость сетчатая структура, которая независима от эндотелиальных клеток [3].
Показано, что некротические клетки индуцировали увеличение IL-8 продукции и секреции в клетках GBM, приводя к увеличению миграции и инвазии этих клеток. Пролиферация клеток также была увеличена экспозицией с некротическими клетками, однако ингибирующий эффект IL-8 нейтрализирующих антител не наблюдался, что говорит о том, что пролиферация глиобластомы в ответ на некротические клетки встречается различными полученными от некротических клеток факторами независимо от IL-8 [2].
Но, как уже сказано, псевдопалисадные клетки, непосредственно примыкающие к некрозу, показывали более низкий индекс пролиферации. Внутри этих клеток со стороны некроза присутствует волокнистая структура. Отмечено также, что псевдопалисадные клетки экспрессируют увеличенные уровни внеклеточных матричных протеаз и желатиназы [5, 6]. Можно думать о том, что псевдопалисадные клетки производят расщепление каких-то внеклеточных белковых структур.
Капиллярная гиперплазия с гломерулярными тельцами и повышенной проницаемостью, располагающаяся снаружи псевдопалисада, а также наличие проводящей жидкость сетчатой структуры позволяет думать о своеобразной дренажно-промывной системе. Таким образом, волокнистая область центрального некроза, псевдопалисадные клетки и дренажно-промывная система могли бы быть расценены как некая специфическая функциональная структура.
Глиобластомы высоко инфильтрированы разнообразными иммунными клетками, включая микроглию, макрофаги и миелоидного происхождения супрессорные клетки (MDSCs). Глиобластома-ассоциированные макрофаги принимают опухоль-поддерживающий фенотип, способный к посредничеству иммунной супрессии. MDSCs, которые являются предшественниками макрофагов, также иммуносупрессивные [9]. Микросреда опухоли богата иммуносупрессивными факторами, секретированными опухолью, которые супрессируют пролиферацию иммунных клеток и цитотоксическую функцию [1]. Стволовые клетки глиобластомы могут поляризовать микроглию и макрофаги к опухоль-поддерживающему фенотипу [9]. Миелоидные клетки являются преобладающими среди иммунных клеток, инфильтрирующих глиобластому, составляя до 30% всех клеток [12]. У пациентов глиобластомы было повышенное количество моноцитов относительно здоровых доноров. Микроглия и макрофаги активированы [9]. Таким образом, если у иммунной составляющей глиобластомы наблюдается нейтральный или же опухоль-поддерживающий фенотип, мог бы возникнуть вопрос о целесообразности присутствия большого количества иммунных клеток в ткани глиобластомы.
Астроциты классически разделены на две главные субпопуляции в ЦНС: волокнистые астроциты в белом веществе и протоплазматические астроциты в сером веществе [11, 15]. Астроциты являются самым богатым типом клеток в мозге [11]. У астроцитов есть центральные роли в функции мозга, включая структурную и метаболическую поддержку, поддержку ГЭБ, регуляцию мозгового кровообращения, поддержку осмотического баланса и оптимальных ионных условий для нейронов, поддержку структур миелина, рециркуляцию двух самых быстрых нейромедиаторов в мозге, глутамата и GABA, и иммунные ответы [8, 11].
Глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) – член семейства промежуточной нити структурных белков с массой 50 kD, который, в зрелой нервной системе, найден преобладающе в протоплазматических и специализированных астроцитах [7, 16]. Это один из ключевых элементов цитоскелета, который способствует морфологии и подвижности отростков астроцита, и вверхрегулируется в реактивных астроцитах (астроглиоз) по существу в любой патологии ЦНС [7]. Увеличение развития злокачественной опухоли астроцитарного происхождения связано с потерей экспрессии GFAP [16]. Нет информации, произошло ли снижение экспрессии GFAP до развития опухоли или же после, но можно было бы предположить, что падение экспрессии GFAP предшествовало развитию глиобластомы.
Ген GFAP транскрибирован в человеческих лимфоцитах. Экспрессия его имеет избирательно β-тип, как в периферической нервной системе, с более длинной мРНК и коротким белком. мРНК GFAP обнаружена в малом количестве – 0,03% мозгового уровня. Также найдена мРНК GFAP-β в мозге на таких же низких уровнях, как и в лимфоцитах. Иммунореактивность GFAP и/или мРНК была обнаружена также и в клетках не нейро-эктодермального происхождения, таких как эпителиальные клетки хрусталика, грудной эпителий, клетки слюнной железы, клетки печени и макрофаги [14].
Предполагалось, что такие низкие уровни мРНК не могут быть транслированы в белок и поэтому не могут быть связаны с физиологической функцией. Но мРНК GFAP синтезируется и транслируется в циркулирующих человеческих лимфоцитах. Так как мРНК GFAP трансляция действительно встречается в лимфоцитах, вероятно, что результирующий белок может содействовать специальной функции в этих клетках даже в очень маленьком количестве [14]. Если это так, то можно думать, что даже небольшое снижение экспрессии этого гена могло бы быть причиной значительного процентного снижения уровня белка и выраженного нарушения функции, за которую он ответственен.
На основании вышеизложенных фактов и умозаключений можно предположить, что снижение экспрессии GFAP могло бы вызвать реакцию лимфоидной ткани в виде инициации пролиферации астроцитов и формирования специфической функциональной структуры, по-видимому, предназначенной, в конечном счете, для извлечения GFAP, то есть, развитие глиобластомы.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Agrawal NS, Miller R, Lal RJr, Mahanti H, Dixon-Mah YN, DeCandio ML, Vandergrift WA,III, Varma AK, Pater SJ, Banik NL, Lindhorst SM, Giglio P, Das A. J Neurol Neurosurg 2014 Apr 5; 1(1): 21000104
2. Ahn S-H, Park H, Ahn Y-H, Kim S, Cho M-S, Kang JL, Choi Y-H. Sci Rep 2016; 6: 24552
3. Arbab AS, Jain M, Achynt BR. Biochem Physiol 2015 Sep; 4(3): e410
4. Bayin NS, Modrek AS , Placantonakis DG. World J Stem Cells 2014 Apr 26; 6(2): 230-238
5. Brat DJ, Castellano-Sanchez AA, Hunter SB, Pecot M, Cohen C, Hammond EH, Devi SN, Kaur B, Van Meir EG. Cancer Res 2004 Feb 1, 64; 920
6. Brat DJ. Am Soc Clin Oncol Educ Book 2012: 102-7
7. Davila D, Thibault K, Fiacco TA, Agulhon C. Front Cell Neurosci 2013; 7: 272
8. Freeman MR, Rowitch DH. Neuron 2013, Oct 30, vol 80, issue 3, p 613-623
9. Gabrusiewicz K, Rodriguez B, Wei J, Hashimoto Y, Healy LM, Maiti SN, Thomas G, Zhou S, Elakkad A, Liebelt BD, Yaghi NK, Ezhilarasan R, Huang N, Weinberg JS, Prabhu SS, Rao G, Sawaya R, Landford LA, Bruner JM, Fuller GN, Bar-Or A, Li W, Colon RR, Curran MA, Bhat KP, Antel JP, Cooper LJ, Sulman EP, Heimberger AB. JCI Insight 2016; 1(2): e85841
10. Lombard A, Goffart N, Rogister B. Stem Cells Int 2015; 2015: 182985
11. Orellana JA, Stehberg J. Front Physiol 2014; 5: 193
12. Parajuli P, Mittal S. J Spine Neurosurg 2013 Oct 18; Suppl 1: S1-004
13. Richards R, Jenkinson MD, Haylock BJ, See V. PeerJ 2016; 4: e1755
14. Riol H, Tardy M, Rolland B, Levesque G, Ven Murthy MR. Journal of Neuroscience Research 1997, 48: 52-62
15. Schitine C, Nogaroli L, Costa MR, Hedin-Pereira C. Front Cell Neurosci 2015; 9: 76
16. Urbanska K, Sokolowska J, Szmidt M, Sysa P. Contemp Oncol (Pozn) 2014; 18(5): 307-312