Біологічні й генетичні аспекти розвитку хондросаркоми

Огляд статті: Chow WA.  Chondrosarcoma: biology, genetics, and epigenetics.  F1000Res.  2018; 7: F1000 Faculty Rev-1826.  Published 2018 Nov 20. doi: 10.12688 / f1000research.15953.1

Вступ

Під хондросаркомою (ХС) автори розуміють первинну злоякісну пухлину, яка росте з хрящової тканини й зазвичай характеризується повільним зростанням. Найчастіше захворювання проявляє себе в дорослому віці.  Прогноз залежить від стадії пухлини та її гістотипу й інших характеристик. Пухлина досить стійка до хіміо- й променевої терапії, що пов'язано з особливостями ХС: слабкою васкуляризацією, низькою швидкістю поділу клітин, наявністю гіалінового матриксу, який погіршує доступ до клітин.  ХС не властиве метастазування. Так за даними, представленими в статті, менше 10% усіх ХС мають високий метастатичний потенціал.  Розрізняють первинні ХС: такі, які відразу мають ознаки злоякісної пухлини й вторинні, що розвиваються з доброякісних пухлин –   хондроми або остеохондроми.  Центральні ХС розвиваються в кістковомозговому каналі, а периферичні – у поверхневих ділянках кістки, частіше за все в хрящових «шапочках» екзостозів.  Первинні ХС зазвичай центрального типу.  Вторинні ХС можуть бути як центральними, так і периферичними.  Улюбленою локалізацією злоякісної хрящової пухлини є епіфізи довгих кісток.

Для більш чіткого розуміння механізмів і патологічних шляхів утворення ХС авторами пропонується провести невеликий екскурс до нормальної структури кістки (рис. 1).  У нормальних умовах кістка формується в результаті оссифікації гіалінового матриксу, який виробляють хондроцити.  Спочатку мезенхімальні клітини диференціюються в епіфізарній зоні росту, перетворюючись у хондроцити.  Останні мігрують у зону проліферації, де й відбувається утворення гіалінового матриксу. Далі остеобласти мігрують до готового матриксу й ініціюють процес осифікації.

Доброякісні хрящові пухлини

Остеохондрома є доброякісною пухлиною, яка являє собою екзостоз, покритий хрящовою «шапочкою». З усіх доброякісних пухлин кісток остеохондрома зустрічається найбільш часто. За даними американських авторів, ризик малігнізації становить близько 1% для одиночної пухлини й близько 5% у разі множинного ураження кістки.  Енхондрома – пухлина з хрящової тканини, яка росте всередині кістки.  Енхондрома –  моноосальне одиночне утворення;  множинні ураження кісток є ознакою хвороби Ольє.  У випадку поєднання енхондроматоза з пігментними плямами говорять про розвиток хвороби Маффучі. У разі вищевказаних синдромів значно зростає ризик виникнення злоякісної пухлини – 40% і 53% відповідно.

У західному медичному світі під час вивчення онкологічних захворювань велике значення надається вивченню й розшифровці генома патологічних клітин з метою знайти їх «слабкі місця». Надалі виробляються препарати, що впливають саме на патогенні клітини із застосуванням знань генома. Не стала винятком і хондросаркома. За даними авторів статті, була знайдена мутація гена хрящового колагену COL2A1, який кодує виробництво альфа-ланцюгів колагену другого типу.  Крім цього, виявлено мутації IDH1 / 2 гена.

«НН-шлях»

Для огляду наступного розділу зробимо невеликий відступ.  НН-шлях – це абревіатура, яка англійською виглядає як «Hedgehog pathway».  У вільному стилі це словосполучення можна перекласти як «шлях їжака».  Спробуємо зрозуміти, звідки взялася це незвичайна назва.  У 1970-их роках учені Christiane (Janni) Nüsslein-Volhard (Німеччина) й Eric Francis Wieschaus (США) вивчали генетичні мутації в ембріогенезі дрозофіл, за що й отримали в 1995 році Нобелівську премію.  Під час своєї роботи вони виявили, що деякі личинки дрозофіл мають не звичайну форму витягнутого овалу, а нагадують неправильне коло.  Крім того, хитинові зубчики (зачатки майбутніх кінцівок), які у нормальної личинки розташовувалися паралельно одне одному й перпендикулярно до довгої осі, у патологічно сформованих личинок розташовувалися хаотично. Такі особини згори нагадували невеликих їжачків – «hedgehog».  Пізніше був виявлений ген, під час збою в роботі якого відбувалися вищезгадані зміни. Він отримав назву НН-ген дрозофіл і відповідав за диференціацію сегментів тіла мухи.  Надалі були знайдені схожі гени й у ссавців.  Зараз відомо три варіанти НН-гена: індійський – Indian (IHH), звуковий – Sonic (SHH), пустельний – Desert (DHH).  Ці гени відповідають за розвиток і диференціацію різних типів тканин, зокрема й хрящової. Надалі ми будемо для зручності використовувати англійські абревіатури.

Отже в організмі людини хондрогенез регулюється за допомогою IHH, який впливає на вироблення паратиреоїдного гормон-вивільняючого протеїну – parathyroid hormonerelated protein (PTHrP) перихондральними хондроцитами.  Крім цього, ІНН, який є продуктом проліферації хондроцитів, індукує розподіл хрящових клітин. PTHrP пригнічує диференціацію хондроцитів, підтримуючи їх проліферацію. Також через негативний зворотний зв'язок PTHrP впливає на ІНН, що не дозволяє хондроцитам диференціюватися (рис. 1).  З огляду на вкрай важливу роль ІНН у розвитку хондросаркоми, було проведено більш глибоке вивчення цього шляху розвитку пухлини з подальшою розробкою препаратів, які змогли б заблокувати його.  Незважаючи на докладені зусилля й розробку кількох ліків, під час проведення подвійних сліпих, плацебо-контрольованих, рандомізованих досліджень, жодне з них не показало очікуваних результатів.  Згідно з інформацією, представленою в статті, пошуки ефективного інгібітора патологічного ІНН тривають.

Шляхи придушення пухлини

У західній медицині, а точніше в її розділі, що займається дослідженням пухлин, особливу роль відіграють генетичні дослідження.  Загальний принцип зводиться до того, що вчені намагаються визначити патологічні шляхи розвитку для конкретної пухлини (або ж загальний для декількох) і розробити речовину, здатну придушити невірний розвиток клітин, так би мовити «в зародку».  Як, напевно, відомо, в організмі людини постійно відбуваються невеликі збої, які можуть призвести до розвитку злоякісних клітин.  Однак, цього зазвичай не відбувається.  Причина такого явища – наявність спеціальних шляхів придушення пухлинного процесу.  Найбільш важливими є два з них.  Кожен шлях починається з будь-якого онкогенного сигналу (наприклад, пошкодження ДНК), що запускає цілий ланцюжок реакцій.  Ланками такої послідовності є певні речовини, у результаті послідовної активації яких запускається каскад реакцій, що призводять до апоптозу патологічної клітини або до її повернення до нормального функціонування.  В одному зі шляхів придушення ключову роль відіграє ген TP53 (білок - антіонкоген), у разі поломки якого весь захисний комплекс руйнується. Така мутація є такою, що зустрічається найбільш часто при багатьох пухлинах.  Зокрема автори статті наводять цифру в 20-50% випадків під час генетичного аналізу клітин ХС.  Крім власне мутації гена, білок Р53 інактивується надмірною кількістю особливого протеїну MDM2 (proto-oncogene; білок, який кодується однойменним геном, розташованим у людей на короткому плечі 12-ї хромосоми. Під час досліджень було виявлено, що в ХС високого ступеня злоякісності в 33% випадків було виявлено підвищену кількість MDM2. На сьогодні ведуться розробки препарату, здатного виключити вплив протеїну MDM2 на р53 (білок p53-фактор, який регулює клітинний цикл; виконує функцію супресора утворення злоякісних пухлин), що в теорії має зменшити ймовірність розвитку патологічних хондроцитів. У другому шляху пригнічення основним є ген супресії ретинобластоми – retinoblastoma tumor suppressor gene (RB), який вперше був виявлений під час аналізу геному клітин ретинобластоми, однак пізніше з'ясувалося, що збій цього гена також є частою причиною розвитку інших злоякісних пухлин. З огляду на надзвичайну важливість саме  RB-гена, другий шлях називають RB-шлях.  На сьогодні вже розроблені препарати, які показали свою ефективність у випадку раку молочної залози.  На думку авторів статті в майбутньому належить досліджувати вплив препаратів такого класу (палбоцікліб, рібоцікліб, абемацікліб) не тільки на клітини раку молочної залози, але й на ХС.

Сигнальний шлях PI3K-Akt-mTOR

Цей сигнальний шлях є ще одним захисником організму ссавців від розвитку патологічних клітин.  У його функції входить контроль апоптозу, метаболізму клітин, їх зростання й проліферації.  Цей шлях складається з цілого ряду киназ і фосфатаз, які пригнічують утворення ракових клітин.  Однією з найважливіших фосфатаз є phosphatase and tensin homolog – PTEN, робота якої кодується однойменним геном.  У випадку збою останнього створюється субстрат для розвитку пухлини.  При цьому необхідно зазначити, що мутація PTEN-гена в клітинах ХС зустрічається досить рідко.  Ще одним ключовим компонентом цього сигнального шляху є протеїнкиназа mammalian target of rapamycin (mTOR) – мішень для рапаміціна ссавців. Ця киназа є точкою докладання імунодепресанта рапаміціна, через що й отримала свою назву.  Згідно з інформацією зі статті, на сьогодні отримані позитивні результати під час комбінованого лікування пухлин препаратами, які інгібують mTOR. Однак вибірка пацієнтів вкрай мала. Тому, як зазначають автори тексту, робота у цьому напрямку повинна розвиватися.

МікроРНК

МікроРНК – малі некодуючі молекули, довжиною від 18 до 25 нуклеотидів.  У клітинах ці «малюки» займаються нестандартною для молекул РНК роботою: пригнічують експресію різних генів шляхом зв'язування з матричною РНК.  Крім цього, комплексне з'єднання мікроРНК з матричною РНК піддається розщепленню кліткою.  Не підлягає сумніву той факт, що мікроРНК відіграють значну роль в генезі ХС.  У статті наводиться приклад мікроРНК-100, яка пригнічує в нормальній клітині mTOR.  У патологічній клітці вказує на недостатню активність цієї РНК, що призводить до зниження пухлинної супрессивной функції, внаслідок чого підвищується ризик розвитку онкологічного захворювання.

Епігененетка

Для початку в декількох словах нагадаємо, з чого складається це поняття. Під епігенетикою розуміють такий розділ генетики, який вивчає зміни в клітині або в генах, які не зачіпають послідовності ДНК.  Епігенетичний вплив є вкрай важливим для розвитку будь-якого багатоклітинного організму, тому що є основою клітинного диференціювання.  Крім цього, вплив зовнішніх факторів може суттєво змінити клітку, водночас не надаючи прямого впливу на клітинний геном.  Одним з класичних прикладів є подовження шерсті у мишей-полівок, народжених восени, у порівнянні з їх весняними побратимами. Було з'ясовано, що довжина вовни при всіх інших рівних зовнішніх факторах безпосередньо залежить від концентрації мелатоніну в крові.

Безсумнівно, що зовнішні зміни також можуть впливати й на розвиток ракових клітин.  Наприклад, вплив деяких речовин може призвести до розвитку раку, не маючи водночас прямого мутагенного ефекту.

Одним з основних механізмів, які впливають на експресію генів, є метилювання (приєднання до цитозину ДНК метильної групи).  Зазвичай у результаті такого процесу відбувається придушення гена.  Метилювання є нормальним процесом, однак, у разі збільшення числа метильованих ДНК, можуть виникати патологічні зміни в клітинах.  Зокрема в клітинах ХС до гіперметилювання схильний один з генів, який пригнічує розвиток пухлин – P16INK4a (представник сімейства циклин-залежних інгібіторів кінази (CKIs)), у результаті чого відбувається підвищення рівня проліферації й зниження апоптозу патологічних клітин. Оскільки метилювання запускають ДНК-метилтрансферази, то їх інгібування може запобігти процесу надмірного метилування, знизивши у такий спосіб кількість патологічних клітин.  Іn vitro вдалося досягти такого результату в одній з культур клітин ХС за допомогою децітабіна.  На цьому етапі ми знаходимося на початку шляху отримання лікарських препаратів, які зможуть ефективно й безпечно впливати на метилювання ДНК, надаючи таким чином терапевтичний ефект при онкологічних захворюваннях.

Інтегріни

Інтегріни – особливі білки, які виконують роль трансмембранних рецепторів.  Можуть здійснювати свою функцію як на межі клітина-клітина, так і на межі клітина-міжклітинний матрикс.  Ці рецептори відіграють важливу роль у розвитку пухлин у зв'язку з тим, що саме вони запускають механізми, які дозволяють раковим клітинам мігрувати й інвазувати здорові тканини.  ХС складається з досить великої кількості міжклітинної речовини з невеликою кількістю клітин і бідною васкуляризацією.  У такому типі пухлин на перше місце серед інтегринів виходять рецептори, які здійснюють регуляцію росту й міграції клітин через взаємозв'язок з позаклітинним матриксом.  Знаючи речовини, які здатні зменшити експресію таких рецепторів у клітинах ХС, можна зменшити ймовірність метастазування й трансформації нормальних клітин у пухлині.  Одним з таких препаратів є ціленгетід, що відноситься до синтетичних антагоністів інтегринів.  Було проведено ряд досліджень, в яких вищевказаний препарат застосовувався в комплексному лікуванні гліобластоми і колоректального раку.  Згідно з даними зі статті, незважаючи на теоретичне обгрунтування, така комбінація не показала ефективності.

Ангіогенез

У цьому розділі автори коротко повідомляють нам про те, що у хондросаркоми є чітка залежність між ступенем її васкуляризації й рівнем ступеня злоякісності: чим вище ступінь злоякісності, тим вище васкуляризація.  Оскільки був знайдений ген, який відповідає за підвищене утворення судин в пухлинній масі, перспективним також буде пошук препаратів, які будуть здійснювати інгібування ангіогенезу в тканинному масиві ХС.

Висновки

Після ознайомлення з вищепредставленим оглядом, можна зрозуміти, що проблема лікування злоякісних пухлин взагалі й ХС зокрема на сьогодні знаходиться досить далеко від її рішення. Незважаючи на значні успіхи в дослідженні геному патологічних хрящових клітин, винаходу нових препаратів і їх комбінування, прориву в нехірургічному лікуванні ХС не відбулося.  Автори статті висловлюють думку, що в найближчому майбутньому все ж таки вдасться просунутись у лікуванні ХС за допомогою застосування комбінованої терапії.

Рисунок 1. IHH/PTHrP сигнальний шлях.  IHH секретується прегіпертрофічними й гіпертрофічними хондроцитами.  ІНН стимулює виділення паратиреоїдного гормон-вивільняючого протеїну в періартикулярній зоні росту за допомогою проліферації хондроцитів (довга суцільна стрілка).  ІНН також індукує розподіл хондроцитів за допомогою позитивного зворотного зв'язку (коротка суцільна стрілка). Далі PTHrP впливає на хондроцити, пригнічуючи їх гіпертрофічну диференціацію, водночас  залишаючи їх в проліферативному стані (коротка Т-подібна стрілка).  Крім цього, PTHrP пригнічує секрецію ІНН за допомогою негативного зворотного зв'язку (довга Т-подібна стрілка).  IHH також стимулюють перетворення перихондральних клітин в остеобласти, що формують кісткове кільце (блакитна стрілка).

Дані статті: Chow WA.  Chondrosarcoma: biology, genetics, and epigenetics.  F1000Res.  2018; 7: F1000 Faculty Rev-1 826.  Published 2018 Nov 20. doi: 10.12688 / f1000research.15953.1