Вторжение (рак) - Invasion (cancer)

За рак, вторжениепрямое продолжение и проникновение раковые клетки в соседний ткани.^[1] Это обычно отличается от метастаз, то есть распространение раковых клеток через сердечно-сосудистая система или лимфатическая система в более отдаленные места. Пока что, лимфоваскулярная инвазия обычно первый шаг метастазирования.

Вступление

Многочисленные исследования подтвердили существование двух основных моделей инвазии раковых клеток миграция клеток: коллективная миграция клеток и миграция отдельных клеток, с помощью которых опухолевые клетки преодолевают барьеры внеклеточный матрикс и распространяться в окружающие ткани. Каждая модель миграции клеток демонстрирует определенные морфологические особенности и биохимические / молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе миграции клеток. Два типа мигрирующих опухолевых клеток, мезенхимальные (фибробластоподобные) и амебоидные, наблюдаются при каждом типе инвазии раковых клеток. В этом обзоре описаны основные различия между вариантами миграции раковых клеток, роль эпителиально-мезенхимальных, коллективно-амебоидных, мезенхимально-амебоидных и амебоид-мезенхимальных переходов, а также значение различных опухолевых факторов и стромальных молекул в опухолевой инвазии. . Собранные данные и факты имеют важное значение для понимания того, как характер инвазии раковых клеток связан с прогрессированием рака и эффективностью терапии. Приведены убедительные доказательства того, что морфологические проявления паттернов инвазии характеризуются разнообразием тканевых (опухолевых) структур. Представлены результаты наших собственных исследований, чтобы показать связь рак молочной железы прогрессирование с внутриопухолевой морфологической неоднородностью, которая, скорее всего, отражает типы миграции раковых клеток и является результатом различной активности молекулы клеточной адгезии в опухолевых клетках различных морфологических структур.^[2]

Инвазивный рост и метастазирование как проявление злокачественной опухоли

Результаты многочисленных экспериментальных и клинических исследований злокачественных новообразований. новообразования указали, что инвазивный рост и метастазирование являются основными проявлениями прогрессирование опухоли, которые представляют собой два тесно связанных процесса.^[2]

Злокачественная опухоль характеризуется возможностью реализации такого биологического явления, как метастатический каскад, который представляет собой уникальную многоступенчатую «программу», в которой клеточная инвазия является триггером и ключевым фактором дальнейшего прогрессирования рака и метастазирования в отдаленные органы и ткани. Массивные метастатические поражения приводят к развитию тяжелой органной недостаточности и, как следствие, к смерти пациента. Диапазон между «конечными» точками сложного инвазивного метастатического процесса - вторжение первичной опухоли в окружающие ткани и образование метастатических очагов - состоит из нескольких этапов, прохождение которых строго необходимо для успешного развития и последующего прогрессирования опухолевого роста. : интравазация, выживаемость и присутствие в системном кровотоке, экстравазация с последующей колонизацией органов опухолевыми клетками и образование клинически определяемых метастазов. Рост опухоли сопровождается увеличением давления на структуры внеклеточного матрикса, тогда как тканевое микроокружение борется за сохранение своей функционально-анатомической целостности за счет увеличения давления на опухолевые клетки. Факторы, ограничивающие рост злокачественного новообразования, включают базальную мембрану и различные компоненты окружающей стромы, повышенное интерстициальное давление, ограниченное поступление кислорода к опухолевым клеткам и образование активных форм кислорода, условия гипоксии и постоянное воздействие на клетки иммунной системы. Учитывая внутриопухолевую гетерогенность, в борьбе за выживание одни опухолевые клетки могут подвергаться регрессии и гибели, тогда как другие клетки, противостоящие мощным, противодействующим факторам микроокружения, приобретают агрессивный фенотип и способность к метастатической прогрессии. Инвазивный рост опухоли возможен за счет отделения злокачественных клеток от опухолевой массы из-за уменьшения или полной потери молекул межклеточной адгезии, и, следовательно, клетки приобретают способность аномально высокой подвижности, что позволяет проникать через жесткие структурные элементы окружающая строма. В этом случае в процесс инвазии во многом вовлечены различные молекулярные и клеточные механизмы, которые, согласно опубликованным данным, напрямую зависят от другого биологического явления - эпителиально-мезенхимальной трансформации, впервые описанной E.D. Hay в 1995 году. Позже термин «эпителиально-мезенхимальный переход» (EMT) был использован, чтобы прояснить обратимость этого процесса. В настоящее время известно, что ЭМП лежит в основе процессов эмбриогенеза, воспаления и регенерации тканей и, безусловно, играет ключевую роль в механизмах канцерогенеза.^[2]

Физиологические прототипы инвазивного роста

Известно, что опухолевые клетки, распространяющиеся в окружающие ткани и отдаленные органы, воспроизводят механизмы и типы миграции, характерные для нормальных неопухолевых клеток во время физиологических процессов. Опухолевые клетки, как и нормальные клетки, способны активировать эти механизмы для изменения своей формы, создания условий для движения, а также ремоделирования окружающих тканей для формирования путей миграции. Основная проблема заключается в том, что опухолевые клетки, в отличие от нормальных, не имеют физиологических «стоп-сигналов» для прекращения этих процессов. Скорее всего, это приводит к установлению механизмов миграции и способствует прогрессированию и распространению опухоли.^[2]

Было обнаружено, что злокачественные клетки используют встроенные генетические программы для реализации процессов, которые определяют инвазивный рост и возможность метастазирования. Например, движение отдельной клетки наблюдается во время эмбрионального развития и воспаления (например, миграция лейкоцитов). Аналогичный механизм распространения типичен для раковых клеток при прогрессировании опухоли и метастазировании.^[2]

Наряду с миграцией отдельных клеток, коллективная миграция клеток может происходить при миграции групп прочно связанных между собой опухолевых клеток. Этот тип миграции указывает на перестройку тканей, лежит в основе процессов эмбрионального морфогенеза, а также является важным компонентом заживления раневых поверхностей.^[2]

Следовательно, ключевым моментом является то, что злокачественные опухолевые клетки широко используют механизмы коллективной и одиночной миграции клеток в качестве физиологических прототипов в процессе инвазивного роста и метастазирования.^[2]

Модели инвазивного роста

В настоящее время на основе комплекса определенных морфологических и молекулярно-генетических параметров различают две принципиально разные модели инвазивного роста: коллективную (групповую) миграцию клеток и миграцию одиночных клеток (индивидуальная миграция: рис. 1). При этом тип миграции во многом определяется особенностями тканевого микроокружения и зависит от молекулярных изменений в опухолевых клетках.

Модели инвазии раковых клеток: коллективная и индивидуальная миграция клеток. При коллективной миграции клеток опухолевые клетки демонстрируют высокую экспрессию E-кадгерина и интегринов. Эпителиально-мезенхимальные (EMT) и коллективно-амебоидные (CAT) переходы являются триггером между коллективной инвазией клеток и миграцией отдельных клеток. EMT включает активацию факторов транскрипции, таких как TWIST1, Snail, Slug, ZEB1 / 2, снижение экспрессии E-кадгерина и повышение активности протеазы. Во время ЭМП опухолевые клетки приобретают мезенхимальный фенотип, отделяются от опухолевой массы и мигрируют по мезенхимальному механизму. Напротив, частичная ЭМП, специфичная для инвазивного фронта опухоли, означает, что опухолевые клетки сохраняют межклеточную адгезию, но уже обладают миграционной способностью. Этот фенотип опухолевых клеток был назван «эпителиально-мезенхимальным» фенотипом. При CAT, которая имеет место, когда интегрины β1 подавляются, опухолевые клетки отделяются от опухолевой массы и перемещаются по амебоидному механизму. Амебоидная миграция включает снижение экспрессии протеаз и интегринов и изменения активности GTPases - ингибирование Rac1 и активацию RhoA. Этот тип движения происходит в рыхлом / мягком внеклеточном матриксе. Напротив, мезенхимальная миграция связана с противоположным фенотипом и преобладает в плотном / жестком матриксе. Эти два типа движения очень пластичны и могут преобразовываться друг в друга в зависимости от типа внеклеточного матрикса и внутриклеточной регуляции. Таким образом, предполагаются мезенхимально-амебоидные (MAT) и амебо-мезенхимальные (AMT) переходы.^[2]

Определение механизма инвазии, используемого одиночными мигрирующими клетками во время миграции, является сложной задачей. К сожалению, исследований, посвященных этой проблеме на молекулярном и морфологическом уровнях, немного, и они в основном проводились in vitro с использованием определенных клеточных линий.^[2]

Однако в настоящее время наблюдается значительный рост количества исследований, демонстрирующих возрастающий интерес к изучению молекулярно-генетических особенностей опухолевых клеток, определяющих основные различия между мезенхимальным и амебоидным типами движения клеток во время индивидуальной миграции, а также коллективной миграции. .^[2]

Коллективная миграция

Коллективная миграция характеризуется миграцией целых групп клеток, связанных между собой молекулами адгезии и другими коммуникационными узлами (рис. 1). Это главная особенность этого типа инвазии, поскольку лежащие в основе клеточные механизмы являются теми же ключевыми процессами, которые в значительной степени определяют миграцию отдельных клеток.^[2]

Коллективная миграция клеток наблюдалась при развитии и прогрессировании рака груди и эндометрия, рака простаты, колоректального рака, крупноклеточной карциномы легкого, рабдомиосаркомы, меланомы, а также большинства плоскоклеточных карцином.^[2]

В случае коллективной миграции раковые клетки, входя в состав опухолевой массы или отделяясь от нее в виде многоклеточных групп, проникают в окружающие ткани и образуют тонкие короткие хорды, скопления, полосы и широкие поля, а также структуры. с просветом, что указывает на широкий спектр структурных элементов, вовлеченных в инвазию опухоли.^[2]

Как уже упоминалось, коллективная миграция характеризуется миграцией целых групп клеток, связанных между собой кадгеринами и межклеточными щелевыми соединениями. Движущаяся группа клеток имеет «передний край» или «передний фронт», который использует интегрины и протеазы (рис. 1). Исследователи указывают на четкие различия в экспрессии генов и морфологии между «лидерными» клетками, образующими передний край, и «ведомыми» клетками, которые расположены позади них, на «заднем фронте». «Лидеры» по форме клеток часто напоминают мезенхимные клетки и характеризуются менее выраженной упорядоченностью и структурной организацией, в то время как «последователи» имеют тенденцию образовывать более плотно упакованные розеткообразные трубчатые структуры с плотными межклеточными контактами.^[2]

В случае коллективной миграции опухолевые клетки образуют выступы (псевдоподии) на переднем крае, используют интегрины для формирования очаговых контактов с актиновым цитоскелетом и осуществляют протеолитическую деградацию внеклеточного матрикса, создавая пространство для инвазии опухолевой ткани и экстенсивно. вовлечение актин-миозинового сократительного аппарата в процесс для обеспечения успешной миграции.^[2]

Различия в полярности коллективно мигрирующих групп клеток обусловлены особенностями экспрессии поверхностных рецепторов, таких как хемокиновые рецепторы CXCR4 и CXCR7, в «лидерных» клетках. Факторы роста и хемокины, продуцируемые стромальными клетками, и градиент диффузии обеспечивают внеклеточную индукцию поляризации клеток. Вовлечение в эти процессы хемокинов, таких как SDF1 (CXCL12), фактор роста фибробластов (FGF) и трансформирующий фактор роста β (TGF-β), является предметом обсуждения.^[2]

Много известно об участии TGF-β в канцерогенезе, причем его роль двоякая. Тейлор и др. обратили внимание на тот факт, что TGF-β, который действует в эпителиальных клетках молочной железы как мощный опухолевый супрессор на ранних стадиях рака, может влиять на развитие опухоли через взаимодействие с онкогенными цитокинами. Повышенная экспрессия TGF-β связана с прогрессированием опухоли, что часто наблюдается, например, на более поздних стадиях рака груди. Роль TGF-β в эпителиально-стромальной миграции при прогрессировании опухоли изучена недостаточно. Предполагается, что TGF-β является ключевым регулятором взаимодействий между опухолью и стромой, что способствует коллективной миграции клеток при раке груди.^[2]

Было установлено, что лидерные клетки экспрессируют подопланин, трансмембранный гликопротеин, который в нормальных условиях экспрессируется в подоцитах почек, альвеолярных клетках легких 1 типа, клетках скелетных мышц, плаценте и т. Д. Экспрессия подопланина в клетках рака молочной железы индуцирует миграцию клеток и инвазию с образование филоподий и одновременное сохранение экспрессии экадгерина.^[2]

Были получены данные, указывающие на то, что коллективно мигрирующие раковые клетки могут использовать способность соседних мезенхимальных клеток изменять структуру матрикса и восстанавливать ее, а затем следовать по их «стопам». В экспериментах in vitro введение фибробластов в культуру вызывает коллективную миграцию опухолевых клеток в нижележащий матрикс в виде цепочек. Следовательно, фибробласты являются «проводником» для проникновения в опухолевые клетки, ремоделирования окружающего внеклеточного матрикса в пути с толстыми пучками коллагена по бокам и отсутствием матрикса в центре.^[2]

LIM-киназа, член одного из семейств белков, играет роль в развитии коллективной миграции опухолевых клеток. Известно, что этот белок участвует в регуляции развития инвадоподий, которые являются структурами, типичными для клеток злокачественных опухолей и ответственными за разрушение окружающей внеклеточной матрицы. Избыточная активация LIM-киназы проявляется при раке груди. Клетки опухоли молочной железы с подавленной экспрессией гена LIM-киназы теряют способность к инвазии из-за потери способности разрушать внеклеточный матрикс.^[2]

Инвазия отдельных клеток или миграция отдельных клеток

Такой тип инвазивного роста, как инвазия единичных клеток, различают на основании обнаружения в ходе морфологического анализа отдельных опухолевых клеток, которые независимо друг от друга вторгаются в окружающие ткани. При этом типе опухолевой инвазии миграция одиночных клеток может происходить посредством двух различных типов движения: мезенхимального и амебоидного. Ряд исследователей указывают на возможность «перехода» от одного типа миграции к другому (от мезенхимального к амебоидному и наоборот, рис. 1) в случае инвазии единичных клеток. Эти переходы обычно происходят при изменении активности определенных клеточных молекул, когда опухолевые клетки должны адаптироваться к особенностям микросреды.^[2]

Миграция мезенхимальных (фибробластоподобных) клеток

Мезенхимальные механизмы инвазивного роста клеток, в отличие от амебоидного типа миграции, характеризуются протеканием более сложных процессов и необходимостью вовлечения в его реализацию большего количества клеточных молекул (рис. 1).^[2]

Этот тип миграции типичен для кератиноциты в течение репаративная регенерация, эндотелиоциты, гладкомышечные клетки, и фибробласты. Поскольку злокачественные клетки, которые используют мезенхимальный тип движения, теряют эпителиальную полярность и приобретают удлиненную форму веретена, напоминающую форму фибробластов, инвазия этого типа также называется «фибробластоподобной» миграцией. Мезенхимальная инвазия была обнаружена при развитии меланома, фибросаркома, глиобластома, и другие злокачественные новообразования.^[2]

Известно, что большинство раковых клеток, которые отделяются от опухолевой массы и проникают в окружающие ткани, претерпевают определенные изменения, приобретая морфологические свойства и фенотип, типичные для мезенхимальных клеток. Эта трансформация злокачественной эпителиальной клетки, связанная с появлением в ней новых молекулярных и морфологических особенностей, получила название «эпителиально-мезенхимальный переход». Как уже упоминалось, это биологическое явление впервые было описано Э. Hay в 1995 году. Сегодня существование этого явления подтверждается результатами большого количества исследований, в которых изучались механизмы инвазии и метастазирования злокачественных опухолей. Считается, что мезенхимальный механизм инвазии является следствием ЭМП, когда происходит активная дедифференцировка злокачественной эпителиальной опухоли, и многоклеточные группы начинают делиться на отдельные опухолевые клетки, приобретая мезенхимальный фенотип.^[2]

Ряд исследователей подчеркнули, что опухолевые клетки во время мезенхимального типа миграции проходят ряд определенных последовательных шагов, которые составляют пятиступенчатую модель миграции. Этот цикл включает в себя следующие изменения: 1) образование выпячивания на одном из полюсов клетки - ламеллиподий или филоподий, возникающих в результате сокращений актинового цитоскелета под контролем малых GTPases Rac1 и Cdc42 с быстрым вовлечением интегринов семейства β1. ; 2) возникновение очаговой адгезии с участием интегринов β1 и β3 на участке контакта между внеклеточным матриксом и клеткой; 3) сборка фокальных контактов, которая основана на взаимодействиях, опосредованных интегрином, и активация протеолитических ферментов (матриксных металлопротеиназ, сериновых и треониновых протеаз, катепсинов) на границе раздела «клетка-матрица», что приводит к разрушению и ремоделированию окружающей среды. внеклеточный матрикс; 4) изменение поляризации актинового цитоскелета под контролем миозина II, возникновение сокращений клеточного тела; и 5) «протягивание» задней кромки к движению через вновь образованные дефекты в матричной структуре. Поскольку клетки, использующие фибробластоподобный механизм инвазии, следуют описанным этапам миграции, их скорость движения невысока: около 0,1– мкм / мин.^[2]

Возможность протеолиза и ремоделирования тканевых структур объясняет тот факт, что мезенхимальное движение опухолевой клетки сопровождается незначительными изменениями, по сравнению с миграцией амебоида, в форме клетки и минимальной деформацией ядра. Несомненный интерес представляют результаты исследований, которые показывают, что поведение опухолевых клеток во время индивидуальной миграции зависит от жесткости окружающей матрицы. Например, мезенхимальная или протеолитическая модель миграции доминирует в условиях «жесткого» («плотного») окружающего матрикса. Высокая эффективность миграции отдельной клетки по мезенхимальному механизму в плотных тканях объясняется протеолизом за счет секреции различных протеаз и способностью образовывать очаговые контакты со стромальными элементами.^[2]

Таким образом, стоит отметить, что ключевыми моментами фибробластоподобного механизма инвазивного роста являются сильные силы адгезии на обоих полюсах клетки, а также между клетками и компонентами внеклеточного матрикса, выраженная экспрессия интегринов (семейства β1 и β3), протеолиз с деструкцией и последующим ремоделированием тканей с образованием дефектов в структуре матрикса и перемещением отдельной клетки или клеточных цепей через дефекты. Деформация ядра минимальна, наблюдается медленная скорость миграции клеток.^[2]

На основе подавления экспрессии соответствующих генов с помощью малых интерферирующих РНК, специфическая активность GTPases Rac1 и Cdc42 была продемонстрирована как характерная черта мезенхимального типа инвазии. Подавление GTPase Rac1 через сигнальную активацию GTPase RhoA и ее эффектора, ROCK киназы, приводит к блокированию мезенхимальной миграции опухолевых клеток.^[2]

Миграция амебоидных клеток

Амебоидный механизм инвазивного роста - наиболее примитивный и в то же время наиболее эффективный способ миграции одиночных опухолевых клеток. По всем своим особенностям он похож на поведение и движения одноклеточного организма, такого как амеба Dictyostelium discoideum.^[2]

Использование в клинических испытаниях антител, блокирующих интегрины или ингибиторы протеаз, приводит к появлению опухолевых клеток с амебоидным типом миграции. Аналогичные результаты были получены при изучении злокачественных опухолей in vivo. Установлена взаимосвязь между применением препаратов на основе ингибиторов матриксных металлопротеиназ в терапии рака и прогрессированием опухолевого процесса. Объяснение этой связи стало возможным только после выявления опухолевых клеток, способных к амебоидной миграции. Эти данные, скорее всего, указывают на то, что в условиях снижения или полной утраты способности распространяться на окружающие ткани с помощью основных молекул, осуществляющих адгезию и разрушение внеклеточного матрикса, опухолевые клетки переходят к амебоидному механизму инвазии, который становится единственным и наиболее эффективным способом миграции.^[2]

Этот тип миграции был описан в циркулирующих стволовых клетках, лейкоцитах и некоторых типах опухолевых клеток. Согласно Zijl et al., Амебоидный тип инвазивного роста наблюдается при раке груди, лимфоме, мелкоклеточном раке легкого и раке простаты, а также при меланоме.^[2]

Было показано, что в случае амебоидной миграции клетки злокачественной опухоли имеют круглую или эллиптическую форму (рис. 1). Амебоидные клетки характеризуются быстрой деформируемостью, адаптацией своей формы к существующим структурам окружающего внеклеточного матрикса и проникновением через них через узкие пространства в сжатой форме. Движение и перемещение осуществляются посредством последовательных высокоскоростных циклов расширения и сжатия тела клетки с развитием «пузырьковых» выступов клеточной мембраны. Эти пузырьки позволяют клетке исследовать микросреду, чтобы найти наиболее подходящий маршрут движения, чтобы обойти различные препятствия, благодаря которым опухолевые клетки могут перемещаться через узкие промежутки во внеклеточном матриксе. Развивающиеся изменения формы клеток вызываются актиновым цитоскелетом коры головного мозга, который, в свою очередь, контролируется малой GTPase RhoA и ее эффектором, ROCK-киназой. Эта ГТФаза принадлежит к суперсемейству малых ГТФ-гидролаз, члены которых играют ключевую роль в инвазии амебоидного типа, поскольку они участвуют в передаче сигнала и, таким образом, в регуляции широкого спектра процессов, происходящих в клетке, включая реорганизацию. актинового цитоскелета во время миграции.^[2]

Стоит отметить, что миграция по амебоидному механизму инвазии сопровождается изменением не только формы клетки, но и формы ядра, его ориентации и положения относительно других внутренних органелл. Ядро, которое является наиболее крупным и жестким по сравнению с окружающей цитоскелет, органеллой, механически прочно стабилизировано разветвленной сетью структурных белков, и поэтому его форма, скорее всего, часто не претерпевает значительных изменений. Однако амебоидный тип миграции характеризуется наиболее выраженной деформацией ядра, вызванной отсутствием протеолитической деградации окружающего матрикса. Поскольку опухолевые клетки должны перемещаться через узкие пространства и поры, ядро в этом случае также находится в максимально сжатом состоянии. Предполагается, что, подобно амебоидному движению лейкоцитов, ядра внутри одиночных мигрирующих опухолевых клеток движутся вперед к переднему краю.^[2]

В отличие от мезенхимального движения, преобладает амебоидная или непротеолитическая модель миграции, когда окружающий матрикс характеризуется относительно низкой жесткостью («мягкий» матрикс). Например, амебоидная миграция опухолевых клеток в лимфатической и кровеносной системах рассматривается как миграция в мягком матриксе.^[2]

Кондилис и Сегалл выяснили некоторые особенности миграции клеток на примере двух разных опухолевых линий, MTC и MTLn3, в условиях in vitro и in vivo. Клетки MTLn3, которые обладают высоким метастатическим потенциалом и мигрируют, вероятно, за счет амебоидного механизма инвазивного роста, характеризуются более высоким уровнем экспрессии рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR), чем клетки MTC с низким метастатическим потенциалом. Их миграция связана с наличием кровеносных сосудов и коллагенсодержащих волокон в окружающей матрице. Считается, что хемотаксис опухолевых клеток по направлению к кровеносным сосудам опосредуется сигнальными путями EGFR.^[2]

Амебоидный механизм инвазии имеет ряд отличительных особенностей. Для него характерно слабое взаимодействие между клетками и окружающей матрицей, а также отсутствие или слабые очаговые контакты. Отмечена возможность сохранения быстрой и нефокальной сборки рецепторов в местах контактов клетки с внеклеточным субстратом. Интегрины не важны при этом типе инвазивного роста. Важными аспектами являются отсутствие протеолиза в местах взаимодействий клетка-матрица и отсутствие экспрессии протеолитических ферментов, разрушающих внеклеточный матрикс. Исследования in vitro показали, что в случае инвазивного роста амебоидного типа, вероятно, именно благодаря этим свойствам опухолевые клетки способны перемещаться с максимальной скоростью в культурах (20 мкм / мин).^[2]

Амебоидно-мезенхимальные и мезенхимально-амебоидные переходы

Мы уже отмечали наличие определенной степени пластичности и возможность «перехода» от одного типа миграции к другому (от мезенхимального типа к амебоидному и наоборот) при инвазии отдельных клеток. Эти события, по-видимому, связаны с появлением изменений активности определенных клеточных молекул и необходимостью адаптации к условиям тканевого микроокружения (рис. 1).^[2]

Эти изменения описываются как амебоидно-мезенхимальные и мезенхимально-амебоидные переходы. Опухолевые клетки, использующие мезенхимальный тип миграции, могут определенным образом изменяться и переходить к амебоидному типу движения в условиях ослабления сигнальных и механических путей, которые непосредственно участвуют в стабилизации взаимодействий между структурами внеклеточного матрикса и злокачественными клетками. Однако имеющиеся данные были получены в основном экспериментальным путем. Описаны следующие механизмы, приводящие к переходу клеток от мезенхимального к амебоидному типу инвазивного роста (мезенхимально-амебоидный переход): 1) уменьшение или полное прекращение перицеллюлярного протеолиза за счет применения ингибиторов протеаз; 2) снижение активности рецепторов интегрина и их взаимодействия с окружающими элементами стромы их антагонистами; 3) повышение и стабилизация активности малой ГТФазы RhoA и ее эффектора ROCK. Исследование, проведенное группой С. Бертона, предоставило интересный факт, свидетельствующий о том, что белок p27, несмотря на большое разнообразие функций, играет важную роль в контроле подвижности клеток. В частности, недостаток этого белка в условиях in vitro вызывает мезенхимально-амебоидный переход в клетках в трехмерном матриксе.^[2]

Некоторые авторы, изучающие механизмы инвазивного роста при миграции отдельных клеток, указывают на возможность амебоидно-мезенхимального перехода, который является процессом, обратным мезенхималамобоидному переходу. Существует гипотеза, согласно которой механизм амебоидно-мезенхимального перехода, скорее всего, основан на той же молекулярной основе, и что единственный надежный процесс, определяющий возможность описанной трансформации, - это дисбаланс в активности членов небольшого семейства ГТФаз. и преобладание активности Rac над активностью RhoA. Механизмы, которые могли лежать в основе описанных изменений, остаются неясными.^[2]

Коллективно-индивидуальные переходы

Опухолевые клетки внутри одной опухоли могут перемещаться одновременно как коллективно, так и индивидуально.В этом случае переход от индивидуальной миграции к коллективной является важным шагом на пути к увеличению инвазивного и метастатического потенциала злокачественных новообразований. Например, клетки опухоли груди, отделенные от твердой массы, получают способность проникать в лимфатические сосуды. В настоящее время различают два механизма: эпителиально-мезенхимальный и коллективно-амебоидный переходы, с помощью которых образуются индивидуально мигрирующие опухолевые клетки (рис. 1). В свою очередь, последние, в частности клетки, прошедшие ЭМП, способны в определенных условиях приобретать эпителиальный фенотип и образовывать опухолевые многоклеточные комплексы. Эта инверсия фенотипа получила название «мезенхимально-эпителиальный переход».^[2]

Эпителиально-мезенхимальный переход

В последнее время активно обсуждается эпителиально-мезенхимальный переход как механизм, во время которого опухолевая клетка отделяется от эпителиального слоя и приобретает подвижность (рис. 1), так называемый «локомоторный фенотип», который способствует инвазивному росту и метастазированию. . Развитие этого процесса как ключевого фактора прогрессирования рака было показано in vitro с использованием конкретных линий опухолей, а также экспериментальных моделей; однако установление развития ЭМП и идентификация опухолевых клеток и их основных характеристик в условиях in vivo является сложной задачей.^[2]

ЭМП лежит в основе многих процессов морфогенеза. Считается, что в нормальных условиях (во время эмбриогенеза) ЭМП может индуцироваться HGF (фактор роста гепатоцитов), секретируемый фибробластами. HGF связывается со специфическими рецепторами c-Met, расположенными на мембране эпителиальных клеток. Связывание с рецепторами активирует сигнальный путь с участием некоторых белков системы малых ГТФаз (Cdc42, Rac, RhoA, RhoC), которые регулируют интенсивность полимеризации актиновых микрофиламентов и сократительную способность актин-миозиновых филаментов, что определяет интенсивность образования ламеллиподий и напряжение прикрепленной к матрице клетки. В этом случае происходит значительная перестройка всего актин-миозинового цитоскелета и потеря межклеточных контактов Е-кадгерина. Во время канцерогенеза эпителиальные клетки подвергаются морфологической трансформации, фенотипически сходной с EMT, но развивающейся в отсутствие соответствующего лиганда HGF. Эта трансформация в злокачественных опухолях может быть вызвана трансфекцией различных онкогенов. Во время трансформации опухолевые клетки могут покидать эпителиальный слой и двигаться подобно фибробластам, тем самым приобретая способность к инвазии и метастазированию.^[2]

Во время EMT происходят следующие основные события: злокачественные эпителиальные клетки теряют свою апикально-базальную полярность из-за нарушения плотных межклеточных контактов и потери молекул клеточной адгезии (таких как E-кадгерин и интегрины); клеточный актиновый цитоскелет изменяется и подвергается ремоделированию с образованием стрессовых волокон, которые собираются в определенных частях клетки вблизи клеточной мембраны, где впоследствии начинают формироваться специфические клеточные выступы; происходит деградация подлежащей базальной мембраны эпителия, что приводит к тому, что опухолевые клетки, лишенные межклеточных контактов, становятся способными к инвазивному росту и проникновению в окружающий стромальный матрикс и начинают активную миграцию.^[2]

Было обнаружено, что ЭМП редко бывает одинаково выраженным во всей ткани опухоли. Скорее всего, для этого процесса характерна разная интенсивность перехода клеток от эпителиального фенотипа к мезенхимальному. В связи с этим некоторые исследователи описывают так называемую частичную ЭМП, в которой участвует большинство клеток инвазивного фронта (рис. 1). Частичная ЭМП - это состояние, когда клетки уже приобрели свойства, необходимые для успешной миграции, но продолжают сохранять межклеточные контакты. Этот фенотип был назван гибридным «эпителиально-мезенхимальным» фенотипом и был связан с особенностями, характерными для коллективно движущихся опухолевых клеток.^[2]

Taddei et al. указали, что EMT развивается из-за индукции программ, связанных с активацией ключевых факторов транскрипции, таких как TWIST1, Snail, Slug и ZEB1 / 2. Это приводит к нарушению прочных соединений кадгерина и активации миграции полярных клеток и протеолизу компонентов внеклеточного матрикса различными секретируемыми протеазами с сохранением функций рецепторов интегрина. Экспериментально установлена роль фактора транскрипции Prrx1, определяющего способность клеток рака груди к инвазивному росту.^[2]

Было показано, что белки ZEB1 и ZEB2 с доменом цинкового пальца способны напрямую связываться с промоторами, тем самым индуцируя экспрессию мезенхимальных маркерных генов и подавляя экспрессию E-кадгерина и других эпителиальных маркеров.^[2]

Точно так же Snail и Slug способны подавлять экспрессию гена E-кадгерина посредством прямого связывания с его промотором, а также продукцию эпителиальных белков, таких как десмоплакин и клаудин, и активировать экспрессию виментина и матриксных металлопротеиназ, тем самым увеличивая клеточную миграция. Группа исследователей под руководством Санчеса-Тилло обнаружила, что фактор транскрипции Snail не встречается в нормальных эпителиальных клетках и что его обнаружение в клетках инвазивного фронта опухоли можно рассматривать как предиктор плохой выживаемости онкологических больных. Считается, что ZEB1 / 2, Snail и Slug индуцируются TGF-β, воспалительными цитокинами и гипоксией.^[2]

Коллективно-амебоидный переход

Основываясь на экспериментальных данных, ряд исследователей указывают на возможное существование так называемого коллективно-амебоидного перехода (рис.1), когда опухолевые массы, вторгающиеся в окружающие ткани в виде коллективных многоклеточных групп, диссоциируют на единичные мигрирующие клетки, использующие амебоидный движение. Было показано, что это событие стало возможным благодаря применению ингибиторов интегриновых рецепторов семейства β1, поскольку эти молекулы играют ключевую роль как в формировании межклеточных контактов, так и во взаимодействиях между опухолевыми клетками и компонентами окружающей ткани.^[2]

Мезенхимально-эпителиальный переход

Фактически нет исследований, посвященных изучению механизмов, лежащих в основе мезенхимально-эпителиального перехода. Однако возможность такого явления признается. В этом случае говорят, что часто, например при раке молочной железы и простаты структура ткани в отдаленных метастатических очагах подобна структуре первичной опухоли. По мнению Фридла и Гилмора, на основании этих данных можно сделать несколько предположений. Во-первых, инвазия и метастазирование могут происходить без EMT. Во-вторых, обнаружение единичных диссеминированных клеток при рутинном патологическом исследовании образцов опухолевой ткани представляется довольно сложной задачей, а идентификация этих клеток при ЭМП практически невозможна. И, в-третьих, опухолевые клетки временно используют механизмы EMT для интравазации и распространения в отдаленные органы и ткани, где они возвращаются к эпителиальному фенотипу. Эта трансформация описывается как мезенхимально-эпителиальный переход (MET). МЕТ был индуцирован экспериментально, и индивидуально движущиеся клетки образуют многоклеточные комплексы, но молекулярные механизмы МЕТ в физиологических условиях остаются неизвестными. Nguyen et al. продемонстрировали, что селективный ингибитор PD173074 рецептора 1 фактора роста фибробластов (FGFR1) ингибирует сигнальный путь MAPK, регулирующий активность белка AP-1, который, в свою очередь, индуцирует развитие MET. Исследование возможности использования ингибитора PD173074 в качестве лекарственного средства, проведенное на конкретных линиях опухолевых клеток, выявило отчетливое подавление роста опухоли, миграционной способности и инвазии. В этом случае наблюдалось снижение экспрессии генов Snail и матриксной металлопротеиназы 3, 10, 12 и 13, а также увеличение экспрессии гена E-кадгерина.^[2]

Классификация инвазивных типов роста на примере рака груди.

На протяжении многих лет наша исследовательская группа изучала особенности прогрессирования рака груди в зависимости от внутриопухолевой гетерогенности. Особое внимание было уделено фенотипическому разнообразию первичной опухоли при инвазивной карциноме без особого типа, которая составляет основную часть (80%) всех гистологических типов рака груди.^[2]

Несмотря на значительное структурное разнообразие первичной опухоли молочной железы, можно выделить пять основных типов морфологических структур: альвеолярные, трабекулярные, тубулярные и солидные структуры, а также отдельные группы опухолевых клеток (рис. 2). Альвеолярные структуры представляют собой скопления опухолевых клеток круглой или слегка неправильной формы. Морфология клеток, образующих этот тип структур, варьируется от мелких клеток с умеренной цитоплазмой и округлыми ядрами до крупных клеток с гиперхроматическими ядрами неправильной формы и умеренной цитоплазмой. Трабекулярные структуры представляют собой либо короткие линейные ассоциации, образованные одним рядом небольших, довольно мономорфных клеток, либо широкие кластеры клеток, состоящие из двух рядов клеток среднего размера с умеренной цитоплазмой и круглыми нормохромными или гиперхроматическими ядрами. Трубчатые структуры образованы одним или двумя рядами довольно мономорфных клеток с округлыми нормохромными ядрами. Твердые структуры представляют собой поля различных размеров и форм, состоящие либо из мелких клеток с умеренной цитоплазмой и мономорфными ядрами, либо из крупных клеток с обильной цитоплазмой и полиморфными ядрами. Дискретные группы клеток встречаются в виде кластеров от одной до четырех клеток с различной морфологией.^[2]

Внутриопухолевая морфологическая неоднородность при инвазивном раке молочной железы. Показано разнообразие инвазивного роста рака груди, которое можно разделить на пять основных морфологических структур: альвеолярные (Alv), трабекулярные (Trab), тубулярные (Tub), твердые (Solid) структуры и дискретные группы опухолевых клеток (Discr). . Окрашивание гематоксилином и эозином. Увеличение 200х.^[2]

Согласно накопленным к настоящему времени данным, можно предположить, что разные морфологические структуры опухолей молочной железы соответствуют определенным типам инвазии. Таким образом, альвеолярные, трабекулярные и твердые структуры, для которых характерно наличие межклеточных контактов, можно отнести к морфологическим проявлениям коллективной миграции, а дискретные группы опухолевых клеток - к проявлениям индивидуальной миграции. Интересно, что первая серия данных, полученных при исследовании экспрессии генов клеточной адгезии, полностью подтверждает эту гипотезу. Например, произошло снижение активности генов кадгеринов, отвечающих за межклеточные контакты, в следующем порядке: солидные - альвеолярные и трабекулярные структуры - дискретные группы опухолевых клеток. При этом количество экспрессируемых генов интегринов, участвующих в адгезии опухолевых клеток к внеклеточному матриксу, уменьшалось в следующем порядке: солидные и альвеолярные - трабекулярные структуры - дискретные группы опухолевых клеток.^[2]

Типы инвазивного роста в прогрессии опухоли и эффективность терапии

Инвазивный рост и развитие лекарственной устойчивости - это связанные процессы, которые играют наиболее важную роль в прогрессировании опухоли, в частности, в метастазировании. Очень вероятно, что одни и те же сигнальные пути участвуют в миграции клеток и развитии устойчивости опухоли к терапии.^[2]

Мигрирующие опухолевые клетки (независимо от типа движения) более устойчивы к химиотерапии и лучевой терапии, чем неподвижные клетки. Во многом это связано с тем, что мигрирующие клетки временно теряют способность делиться. Это также факт, что движущиеся опухолевые клетки проявляют повышенную активность антиапоптотических генов, что вызывает устойчивость к химиотерапевтическим препаратам, направленным на индукцию запрограммированной гибели клеток. Кроме того, известно, что клетки в состоянии EMT также проявляют химиорезистентность. Эта лекарственная устойчивость возникает из-за индукции во время EMT синтеза белков семейства ABC, ответственных за отток химиотерапевтических препаратов из клетки. Основные факторы транскрипции, которые запускают ЕМП и в то же время положительно регулируют активность транспортеров ABC, включают TWIST1, Snail и др.^[2]

Недавно полученные данные указывают на тесную связь между коллективной миграцией и устойчивостью к лучевой и химиотерапии. Согласно нашим собственным исследованиям, опухоли молочной железы, содержащие как альвеолярные, так и трабекулярные структуры, а также демонстрирующие значительное морфологическое разнообразие, характеризуются повышенной лекарственной устойчивостью. Интересно, что вклад трабекулярных структур в химиорезистентность, вероятно, объясняется высокой активностью транспортеров ABC в опухолевых клетках того или иного морфологического варианта. Напротив, резистентность опухолей груди, содержащих альвеолярную структуру, объясняется другими, но неустановленными причинами.^[2]

Инвазивный рост и его фенотипическое разнообразие связаны как напрямую, так и через развитие лекарственной устойчивости с метастазированием. Циркулирующие опухолевые клетки, ответственные за развитие будущих метастазов, являются результатом инвазии и последующего проникновения опухолевых клеток в лимфатические или кровеносные сосуды. Не только одиночные мигрирующие опухолевые клетки, но и группы клеток могут обладать способностью к интравазации. Есть предположение, что коллективная миграция гораздо чаще приводит к метастазированию, чем индивидуальная миграция. Новаторские исследования на животных моделях показали, что метастазы чаще образуются после внутривенной инъекции опухолевых кластеров, а не отдельных опухолевых клеток. Кроме того, циркулирующие скопления опухолевых клеток были обнаружены в крови пациентов с различными видами рака. Предполагалось, что коллективная интравазация связана с VEGF-зависимым формированием расширенной сосудистой сети и накоплением внутривазированных опухолевых кластеров. Кроме того, группы опухолевых клеток могут поступать в кровоток через поврежденные сосуды или за счет сотрудничества с клетками в состоянии EMT и связанными с раком фибробластами, которые разрушают внеклеточный матрикс протеазами. Зависимость метастазов от коллективной миграции подтверждается результатами собственных исследований. Например, наличие альвеолярных структур в опухолях у пациентов с раком молочной железы в постменопаузе связано с высокой скоростью лимфогенных метастазов, тогда как риск прогрессирования этого типа у женщин в пременопаузе возрастает с увеличением количества различных типов морфологических структур. Последняя зависимость также носит количественный характер: лимфогенные метастазы чаще выявлялись при большем количестве альвеолярных структур в опухолях молочной железы. Кроме того, пациенты с альвеолярными структурами в опухолях имели низкую выживаемость без метастазов (наши собственные неопубликованные данные).^[2]

Установленная взаимосвязь между альвеолярными структурами как одним из проявлений коллективной миграции и скоростью лимфогенных и гематогенных метастазов позволяет сделать следующие предположения. По-видимому, клеточные элементы альвеолярных структур отличаются от опухолевых клеток других структур набором биологических свойств, определяющих метастатический фенотип. Более четкая взаимосвязь между альвеолярными структурами и лимфогенными метастазами в период менопаузы предполагает определенную роль эстрогенов, включая также их производство in situ, в том, что опухолевые клетки альвеолярных структур приобретают метастатический фенотип через лимфогенный путь.^[2]

Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные об особенностях инвазивного роста при карциномах различной локализации и, в частности, при раке молочной железы открывают новые возможности для изучения закономерностей прогрессирования опухоли и поиска дополнительных ключевых параметров прогноза и, возможно, «контроля». »Прогрессирования заболевания.^[2]

На месте против инвазивного

По степени инвазии рак можно классифицировать как на месте когда злокачественный клетки присутствуют в виде опухоли, но не имеют метастазированный, или вторглись за пределы слоя или типа ткани, где она возникла. Например, рак эпителиального происхождения с такими особенностями называется карцинома in situ, и определяется как не вторгшийся за пределы базальная мембрана. Напротив, инвазивная карцинома вторглась за пределы базальной мембраны.

Выводы

Не вызывает сомнений важность изучения морфологических проявлений и молекулярно-генетических механизмов инвазии и метастазирования злокачественных опухолей. Результаты многочисленных исследований ясно показывают, что миграция опухолевых клеток во время инвазивного роста может происходить как через отдельные клетки, так и через группы клеток. Такое разнообразие типов миграции клеток, вероятно, приводит к развитию внутриопухолевой гетерогенности, которая представлена, например, при раке молочной железы - разными морфологическими структурами: альвеолярными, трабекулярными, солидными структурами и отдельными группами опухолевых клеток. Известен ряд биохимических и молекулярно-генетических механизмов, которые позволяют злокачественным клеткам проникать в окружающие ткани и приобретать способность распространяться далеко за пределы первичного очага опухоли, вызывая развитие вторичных метастатических очагов в отдаленных органах и тканях. Однако, несмотря на достигнутый прогресс, остаются неисследованными вопросы, касающиеся возможной взаимосвязи между разными типами инвазивного роста клеток и параметрами лимфогенного и гематогенного метастазирования, особенностями прогрессирования заболевания, а также эффективностью выбранной терапии. Решение этих проблем может оказать большую помощь в определении прогноза заболевания и, возможно, в разработке новых подходов к ведению больных раком.^[2]

Сокращения

ЕМТ эпителиально-мезенхимальный переход МЕТ мезенхимально-эпителиальный переход ГТФазы гуанозинтрифосфатазы