Дмитрий Марфунин
"О раке легкого"
02 августа 2014 года
Как известно, рак легкого – это злокачественная опухоль, развившаяся из бронхиальных эпителиальных клеток. До 85-90% раков легкого – немелкоклеточный рак легкого (NSCLC) [3, 12]. Около 85% рака легкого вызвано веществами в табачном дыме, 15-25% случаев рака легкого встречается у никогда не куривших [11].
Молекулярное основание рака легкого сложно и неоднородно. Рак легкого развивается через многошаговый процесс, вовлекающий развитие многочисленных генетических и эпигенетических альтераций, особенно активацию рост стимулирующих путей и инактивацию путей супрессора опухоли. Активация рост стимулирующих онкогенов может встречаться генным усилением или другими генетическими альтерациями, включая точечные мутации и структурные перестановки, приводящие к бесконтрольной сигнализации через онкогенные пути [6].
Так, активирующие мутации в онкогене KRAS обнаруживаются приблизительно в 25-40% случаев, активирующие мутации EGFR от 10 до 40% случаев, активирующие мутации BRAF встречаются в 3% NSCLC. Соматические мутации МЕК1 в NSCLC в 2%. МЕТ изменен генным усилением приблизительно в 1-7% NSCLC. Активация человека эпидермального фактора роста рецептора 2 гена со сверхэкспрессией обнаруживается в 20% случаев. PI3K/AKT/mTOR путь, вовлеченный в регулирование клеточной пролиферации, выживания, дифференцирования, адгезии и подвижности, дерегулирован в 50-70% NSCLC. Перестановка рецептора тирозин киназы ALK идентифицирована в 4% NSCLC. Протоонкогена ROS 1 перестановка была найдена в 2,6% NSCLC. Инактивация супрессора опухоли TR 53 встречается в 65% NSCLC. Мутации PTEN встречаются только в 5% NSCLC, но о сниженной белковой экспрессии сообщили в 75% NSCLC. P16INK4A инактивирован в 80% [6]. В то время как у начинающей опухоль клетки может быть горстка мутаций, клетки могут приобретать дополнительные мутации в процессе роста опухоли [11]. Относительная недостаточность высокой частоты повторяющихся мутаций выдвигает на первый план гетерогенность и сложность молекулярной биологии рака легкого [6]. Но можно отметить, что хотя мутации различные и с различной частотой, итог всегда один – превращение эпителиальной клетки в отдельный свободный организм.
Однако помимо огромного количества мутаций, встречающихся в раке легкого, определяется много изменений, которые не изменяют последовательность кодирования, и много изменений, которые являются идиотипическими в специфической опухоли. Активация онкогена встречается во всем раке легкого. EGFR показывает сверхэкспрессию или аберрантную активность в 15-90% NSCLC. Потеря супрессоров опухоли генов – важный шаг в онкогенезе легкого и обычно следует из-за инактивации обеих аллелей с LOH инактивированием одной аллели через хромосомное стирание или транслокацию, и типичную мутацию, эпигенетическое или транскрипционное глушение, инактивирующее вторую аллель. Потеря одной копии хромосомы 3р является одним из самых частых и ранних событий в человеческом раке, найденная в 96% опухолей легкого и 78% легкого преднеопластических поражений. Аберрантное промотора гиперметилирование – эпигенетическое изменение, которое встречается рано в онкогенезе легкого, ведя к глушению генной транскрипции [11].
Известно, что существуют микроРНК (miRNAs), короткие РНК, которые не кодируют белок, но которые регулируют экспрессию более чем 60% всех кодирующих белок генов [5]. miRNAs – фундаментальные репрессоры генной экспрессии на посттрансляционном уровне, деградирующие посредника РНК (mRNA) или ингибируя ее белковую трансляцию. Определенная мРНК может быть целью большого количества miRNAs, и каждая miRNAs может репрессировать десятки или сотни генов [4]. Клеточная пролиферация, дифференцирование, рост, метаболизм, иммунитет и много других биологических процессов под влиянием miRNAs [1, 19].
Также есть признак, который предполагает возможный перенос miRNAs от одной клетки в другую, генерируя интересный механизм межклеточного регулирования и коммуникации [4], называемый процессом горизонтальной геномной передачи или латеральной геномной передачи. Межклеточная белковая передача может встречаться через интернализации путь, диссоциации-ассоциации путь, поглощение экзосом и формирование мембранных нанотрубочек [5]. Экзосомы – мембранного происхождения пузырьки, которые признаны как важные медиаторы межклеточной коммуникации, поскольку они несут липиды, белки, мРНК и miRNAs, которые могут быть переданы клетке реципиента через слияние экзосом с целевой клеточной мембраной [8].
Внеклеточные miRNAs находятся в маленьких пузырьках (экзосомы, выбрасываемые пузырьки и апоптотические тельца) или упакованы с РНК связывающими белками. Экзосомы, теряемые пузырьки, апоптотические тельца и белок-miRNAs комплексы могут передать miRNAs соседним или отдаленным клеткам, играя роль в коррекции клеточных функций [5].
Отмечено, что изменение уровня и состава внеклеточно циркулирующих miRNAs сильно коррелированно с различными проблемами здоровья, включая рак [5]. Аберрантная экспрессия miRNAs была описана среди многих типов рака, с общей внизрегуляцией экспрессии miRNAs, замеченной как общая тенденция [8]. Апоптотические тельца, выпущенные от опухолевых клеток, могут поставить онкогенную ДНК и трансформировать доброкачественные окружающие клетки [5]. С другой стороны, тромбоцитов происхождения микропузырьки способствуют прогрессии рака в линиях клеток рака легкого, стимулируя пролиферацию, циклина D2 экспрессию, адгезию к эндотелиальным клеткам, инвазию и ангиогенез [8].
miRNAs могут служить онкогенами или супрессорами опухоли и чрезвычайно дисрегулированы в NSCLC [12]. В общем, miRNAs экспрессия внизрегулирована в опухолях по сравнению с нормальными тканями [18]. Так, члены miRNAs let-7 характеризованы как супрессоры опухоли [4, 5]. Копии let-7 в геноме многочисленны. Let-7 miRNAs отрицательно регулируют многочисленные онкогены и регуляторы прогрессии клеточного цикла, и их сверхэкспрессия ингибирует рост клетки и уменьшает прогрессию клеточного цикла [12]. У людей let-7 семейства группа miRNAs генов картирует в различных хромосомных областях, которые часто удаляются в раке легкого [12], и экспрессия let-7 заметно ниже в раке легкого [4].
Продемонстрирована роль miR-31 – miRNA с онкогенными свойствами (oncomir) – в раке легкого, где она непосредственно репрессирует супрессоры опухоли [4, 12]. Онкогены вверхрегулируются 7 miR (miR-21, -210, -182, -31, -200 b, -205, -183) и внизрегулируются 8 miR (miR -126-3p, -30a, -30d, -486-5p, -126-5p, -143, -145) [18]. Опухоль супрессирующая miRNA miR-126 была заглушена ДНК метилированием ее хозяина гена, EGFL7, в раке легкого [17] и ее внизрегуляция увеличивает активность сосудистого эндотелиального фактора роста А (VEGF-A) [18].
miR-34b/c наиболее высоко экспрессирована в легком с низкой экспрессией в мозге и никакой экспрессией в любых других тканях и играет важную роль в р53 опухоли супрессорном пути в ткани легкого [17]. Экспрессия miR-34 уменьшена в ткани рака легкого [4] и miR-34b/c метилирована в 41% случаев NSCLC и наблюдалась сильная ассоциация между ее метилированием и лимфатической инвазией [17, 18]. Метилирование ДНК трех miRNAs (miR-9, -34b/c, -148a) связано с метастазами рака легкого [18].
Семейство miR-29 нацелено на DNMT3A и DNMT3b, ферменты, вовлеченные в de novo ДНК метилирование. miR-29b внизрегулировала DNMT1, вовлеченную в обслуживание ДНК метилирования. Семейство miR-29, функционирующее как антиметастатические miRNA, внизрегулировано в раке легкого. Экспрессия miR-29 обратно пропорционально коррелированна с DNMT3A и DNMT3b в ткани рака легкого [18].
У иммунной системы есть парадоксальные роли во время развития рака. Активация адаптивной иммунной системы может супрессировать злокачественные клетки, тогда как активация различных типов врожденных иммунных клеток может вызвать рост опухоли [2].
Предполагают, что CD4+ и CD8+ опосредуют сильный антиопухолевой иммунный ответ в NSCLC. В NSCLC две трети воспалительных клеток лимфоциты, среди них 80% Т клетки, экспрессирующие различные активирующие антигены. NSCLC содержит более высокие пропорции CD8+ T клеток, чем их соответствующие пробы периферической крови, и более высокие количества инфильтрирующих опухоль CD8+ лимфоцитов связаны с апоптозом опухолевых клеток в NSCLC. 90% CD8+ клеток были активированными цитотоксическими клетками [2].
CD4+ клетки могут быть необходимы для инициации поддержания иммунных антираковых ответов. В отсутствии CD4+ клеток помощи специфические CD8+ лимфоциты могут стать апатичными или быть удалены. CD4+ клетки могут ингибировать рост опухоли в отсутствии CD8+ клеток прямым лизисом или рекрутируя другие клетки. Однако CD4+ клетки являются смесью CD4+/CD25+Foxp3+ (регулирующие Т клетки) и CD4+/Foxp3- клеток. Первый подтип, как известно, супрессирует опухолевой иммунитет и увеличивает рост рака [2].
Известно, что miRNAs вовлечены в тонкое или точное регулирование Т клеток и играют критические роли в регулировании адаптивного иммунитета [5, 19]. Экзосомы от Т, В и дендритных иммунных клеток содержат miRNAs [5]. Существует антиген-управляемая однонаправленная передача miRNAs от Т клеток к антигенпредставляющим клеткам и этот процесс опосредован поставкой CD63+ экзосом во время формирования иммунного синапса, в результате чего они модулируют генную экспрессию [5, 8]. Дендритные клетки также выпускают экзосомы, содержащие различные miRNAs в зависимости от их уровня зрелости [8].
Примированные В клетки могут быть последовательно программированы для биогенетики и поставки бессмысленных последовательностей против miR-150. Молекулы анти-miR-150, выпускаемые В клетками, были интернализированы CD8+ T клетками, ведя к заметному внизрегулированию эндогенных miR-150. Примированные В клетки представляют эффективную платформу для синтеза и поставки короткой, некодирующей РНК. Примированные В клетки, запрограммированные для синтеза и секреции коротких, некодирующих РНК, могут использоваться нацеленными на раковые клетки [1].
Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно предположить, что иммунные клетки, инфильтрирующие опухоль и принимающие активное участие в ее развитии, могли бы быть инициаторами онкогенеза NSCLC.
Как известно, в бронхиальных эпителиальных клетках продемонстрирована экспрессия холинацетилтрансферазы (ChAT), везикулярного ацетилхолина (ACh) транспортера, холина высокой аффинности транспортера, альфа7, альфа4 и бета2 никотинового ACh рецептора (nAChR) и nAChR добавочного белка lynx [13]. Показана сверхрегуляция функционального nAChR альфа7 субъединицы в нормальных человеческих бронхиальных эпителиальных клетках на экспозицию никотина. Никотин и его производные, связываясь с nAChR на бронхиальных эпителиальных клетках, могут регулировать клеточную пролиферацию и апоптоз [10].
Показано, что рак легкого синтезирует ацетилхолин. Клетки рака легкого экспрессируют белки, необходимые для ненейронного ACh хранения и синтеза [16]. Никотин в концентрации, наблюдаемой в курильщиках, блокировал индукцию апоптоза в клетках рака легкого [10]. Идентифицирован единственного нуклеотида полиморфизм, связанный с увеличением риска и зависимости никотина и развития рака легкого, в локусе генов, кодирующих субъединицы никотинового ацетилхолина рецептора [11]. NSCLC от некурящих показал более высокую экспрессию nAChR альфа6 и бета3 субъединиц генов, чем от курильщиков [10].
Ацетилхолин (ACh) может функционировать как аутокринные или паракринные сигнальные молекулы во множестве ненейронных тканей [13]. Холинацетилтрансфераза (ChAT) экспрессируется и ацетилхолин (ACh) производится В клетками, дендритными клетками и макрофагами в ответ на различные стимулы, в том числе на агонисты TLR. В клетки выпускают ACh после стимуляции холецистокинином. У ACh, произведенного лимфоцитами, есть специфические функции, с ChAT+ В клеток контролем локального рекрутирования нейтрофилов [14].
Экспрессия ChAT – свойство известных Treg популяций, хотя ACh не предотвращает функции эффекторных Т клеток. Продукция селезеночного ACh происходит от CD4+ T клеток. Экспрессирующие ChAT T клетки обеспечивают терминальный нейромедиатор в блуждающим нервом контролируемой сети. CD4+ChAT+ T клетки были посредниками, передающими нейронные сигналы к макрофагам, уменьшая ФНО-альфа продукцию. CD4+ T клетки выпускают ACh на стимуляцию норадреналином. Экспрессия ChAT в лимфоцитах отсутствует in utero, но развивается к 7 послеродовому дню, когда микробиота устанавливается. Истощение микробиоты антибиотикотерапией уменьшает экспрессию ChAT в В и Т клетках [14].
ACh индуцирует сигнализацию через мускариновые или никотиновые рецепторы [14]. Альфа7 никотиновые рецепторы функциональны в лимфоцитах и модулируют активацию лимфоцитов [7]. Никотиновые рецепторы вовлечены в регулирование развития лимфоцитов и управляют выживанием В клеток [15]. Утверждается, что никотин имеет тенденцию ингибировать пролиферативные реакции [7]. Альфа7 никотиновые рецепторы отрицательно управляют CD40 опосредованной В клеток пролиферацией [9]. С другой стороны, отсутствие бета2 субъединиц никотиновых ацетилхолина рецепторов уменьшало, тогда как обработка никотином увеличивала число В клеток в костном мозге [15]. Во всяком случае эндогенный ацетилхолин может быть оценен как ауто/паракринный регулятор активации В клеток [9].
Тот факт, что в норме бронхиальные эпителиальные клетки экспрессируют и ChAT и ACh, а также никотиновые рецепторы, а обработка этих клеток никотином увеличивает число никотиновых рецепторов на этих клетках, можно было бы расценить как свидетельство повышенной потребности этих клеток в ацетилхолине при обработке никотином, то есть относительной недостаточности ацетилхолина.
Известно, что легочная ткань является полем активных действий иммунной системы, и дерегуляция уровня ацетилхолина при экспозиции никотином бронхиальных эпителиальных клеток могла бы быть причиной целенаправленной активации легочных иммунных клеток, особенно при снижении продукции их собственного ацетилхолина.
Итак, на основании вышеизложенных фактов и умозаключений можно предположить, что рак легкого можно было бы расценивать как результат воздействия иммунных клеток на бронхиальные эпителиальные клетки с целью увеличения продукции ацетилхолина этими клетками.
ЛИТЕРАТУРА :
1. Almanza G, Anufreichik V, Rodvold JJ, Chin KT, Delaney A, Akers JC, Chen CC, Zanetti M. Proc Natl Acad Sci USA 2013 Dec 10; 110(50): 20182-7
2. Al-Shibbi KI, Donnem T, Al-Saad S, Persson M, Bremnes RM, Busund L-T. Clin Cancer Res 2008 Aug 15, 14; 5220
3. Anglim PP, Alonzo TA, Laird-Offringa IA. Mol Cancer 2008; 7: 81
4. Angulo M, Lecnona E, Sznajder JI. Arch Bronconeumon 2012 Sep; 48(9): 10. 1016
5. ChenX, Liang H, Zhang J, Zen K, Zhang C-Y. Protein Cell 2012, 3(1): 28-37
6. Cooper WA, Lam DCL, O`Tool SA, Minna JD. J Thorac Dis 2013 Oct; 5(Suppl 5): S479-S490
7. De Rosa MJ, Dionisio L, Agriello E, Bonzat C, Esandi Mdel C. Life Sci 2009 Sep 9; 85(11-12): 444-9
8. Hannafon BN, Ding W-Q. Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 14240-14269
9. Koval LM, Yu Lykhmus O, Omelchenko DM, Komisarenko SV, Skok MV. Ukr Biohim Zh 2009 Jul-Aug; 81(4): 5-11
10. Lam DC-L, Girard L, Ramirez R, Chan W-S, Suen W-S, Sheridan S, Tin VPC, Chung L-P, Wong MP, Shay JW, Gazdar AF, Lam W-K, Minna JD.Cancer Res 2007; 67(10): 4638-47
11. Larsen JE, Minna JD. Clin Chest Med 2011 Dec; 32(4): 703-740
12. Lin P-Y, Yu S-L, Yang P-C. Br J Cancer 2010 Oct 12; 103(8): 1144-1148
13. Proskocil BJ, Sekhon HS, Jia Y, Savchenko V, Blakly RD, Lindstrom J, Spindel ER. Endocrinology 2004 May; 145(5): 2498-506
14. Reardon C, Duncan GS, Brustle A, Brenner D, Tusche MW, Olofsson PS, Rosas-Ballina M, Tracey KJ, Mak TW. Proc Natl Acad Sci USA 2013 Jan 22; 110(4): 1410-1415
15. Skok M, Grailhe R, Agens F, Changeux JP. J Neuroimmunol 2006 Feb; 171(1-2): 86-98
16. Song P, Sekhon HS, Proskocil B, Blusztajn JK, Mark GP, Spindel ER. Life Sci 2003 Mar 28; 72(18-19): 2159-68
17. Watanabe K, Emoto N, Hamano E, Sunohara M, Kawakami M, Kago H, Kitano K, Nakajima J, Goto A, Fukayama M, Nagase T, Yatami Ohishi N, Takai D. International Journal of Cancer 2012, 1 June Vol 130, Issue 11, p 2580-2590
18. Watanabe K, Takai D. Front Genet 2013; 4: 275
19. Zhong G, Cheng X, Long H, He L, Qi W, Xiang T, Zhao Z, Zhu B. J Tranl Med. 2013; 11: 71