Рис. 1. Общая схема дифференцировки раковых клеток в адипоциты, в результате которой раковые опухоли теряют способность к инвазии и метастазированию. ЕМТ — эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП), МЕТ — мезенхимально-эпителиальный переход (МЭП, это процесс, обратный ЭМП). Эпителиальные клетки, превратившиеся в злокачественные (cancer cells), могут претерпевать ЭМП и переходить в недифференцированное состояние, в котором они могут распространяться по организму, оседая в разных органах и образовывая метастазы. В обсуждаемой статье показано, что с помощью фармакологических средств можно провести дальнейшую искусственную дифференцировку (см. Transdifferentiation), превращающую такие недифференцированные раковые клетки в адипоциты (post-mitotic cancer-adipocyte) — клетки жировой ткани, которые не имеют способности к дальнейшим превращениям (no plasticity) и не способны к обратной дедифференцировке в раковые клетки (no reversion). В результате первичная раковая опухоль (primary tumor) теряет способность к метастазированию (no metastasis). Рисунок из обсуждаемой статьи в Cancer Cell

Раковые клетки обладают пластичностью — способностью реагировать на сигналы своего окружения и трансформироваться в неспециализированное состояние, в котором они разносятся по организму, давая метастазы. Ученые из Базельского университета показали, что один из основных механизмов, обеспечивающих пластичность, можно использовать для борьбы с опухолью, вызывая дифференцировку раковых клеток в обычные жировые клетки — адипоциты. Это подавляет прорастание опухоли в окружающие ткани и формирование метастазов. Исследования еще далеки от клинического применения, но пока что новый метод демонстрирует большой потенциал для лечения больных раком.

Пластичность раковых клеток — их способность реагировать на состояние своего микроокружения и биохимические сигналы и изменяться в ответ на эти сигналы — позволяет им приобретать устойчивость к терапевтическим средствам и ускользать от иммунной системы организма, что обуславливает прогрессию опухоли и ее способность образовывать метастазы (см. Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака). Один из основных механизмов, обеспечивающих пластичность раковых клеток (в том числе в карциномах, которые образуются в эпителиальных тканях), — так называемый эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП, см. также Epithelial-mesenchymal transition), при котором эпителиальные клетки, обычно располагающиеся в один или несколько слоев, превращаются в объемную структуру плюрипотентных мезенхимальных клеток (близких по свойствам к стволовым клеткам), способных далее дифференцироваться в клетки различных типов. В норме этот механизм активен при развитии эмбриона, во взрослом организме он участвует в заживлении ран. Но если в клеточных программах, управляющих ЭМП, происходят сбои (а это довольно частая ситуация при раке, поскольку в раковых клетках вообще сильно «разбалтываются» системы клеточного самоконтроля), то это позволяет опухоли расти быстрее и быть более устойчивой к специализированной терапии: известно, что в тех случаях, когда раковая опухоль смогла «подчинить» себе ЭМП, метастазирование идет более активно, а выживаемость пациентов ниже (M. A. Nieto et al., 2016. EMT: 2016).

Поскольку ЭМП связан с развитием рака, разные научные группы предпринимали попытки подавить опухоли при помощи обратного процесса — мезенхимально-эпителиального перехода (МЭП, см. Mesenchymal–epithelial transition). Он проходит довольно трудно, и постепенно накапливаются данные о том, что в результате может усиливаться метастазирование. Альтернативный подход — терапия посредством стимуляции дальнейшей дифференцировки клеток, совершивших ЭМП, — по крайней мере в случае одной из форм лейкемии оказался успешным (H. de Thé, 2018. Differentiation therapy revisited).

Ученые из группы Герхарда Кристофори (Gerhard M. Christofori) из Базельского университета (Швейцария) опубликовали статью, в которой описывают еще один успешный случай применения этого подхода. Они предположили, что распространение раковых клеток сóлидной опухоли, для которого необходима пластичность, может быть подавлено, если простимулировать их дальнейшую дифференцировку в адипоциты (жировые клетки).

Первая серия экспериментов была проведена in vitro на различных линиях культивируемых клеток, полученных из опухолей молочной железы мышей, которые используются для моделирования рака и метастазов. Адипогенез индуцировали с помощью комбинированного воздействия росиглитазоном (rosiglitazone, известен в первую очередь как средство против диабета, однако здесь важна его способность ингибировать рецепторы, активируемые пероксисомными пролифераторами, которые участвуют в регуляции клеточной дифференцировки) и белком ВМР2 (который относится к семейству трансформирующего ростового фактора-бета, TGF-β). За несколько дней клетки практически полностью дифференцировались в адипоциты (рис. 2). Причем все проверенные молекулярные и биохимические маркеры показали, что адипоциты, возникшие из опухолевых клеток, полностью соответствовали истинным адипоцитам.

Рис. 2. Сверху — протокол терапии при помощи росиглитазона и BMP2. Снизу — микрофотографии состояния культивируемых in vitro клеток рака молочной железы мышей в соответствующие дни. Видно, что буквально за несколько дней почти все раковые клетки превращаются в адипоциты: светлые пятна на двух правых фото — это капельки жира, скопившегося в адипоцитах. Длина масштабного отрезка — 100 мкм. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cancer Cell

Далее ученые выясняли, какие факторы транскрипции активируются или подавляются при ЭМП и как можно на них повлиять в плане регуляции адипогенеза. На этой стадии исследования они работали с культурой мышиных клеток, которые уже претерпели ЭМП.

Известно, что в организме важная роль в регуляции ЭМП (как и МЭП) принадлежит белкам из семейства TGF-β. Они работают как наиболее сильные индукторы ЭМП, а сигнальные пути TGF-β активируются в метастазирующих раковых клетках. А вот на адипогенез белки этого семейства влияют по-разному: уже упоминавшийся белок BMP2 (и остальные костные морфогенетические белки) активизируют этот процесс, а сам TGF-β (который и дал название семейству), наоборот, его подавляет. Чтобы разобраться с этим подавляющим действием со стороны TGF-β, ученые стали смотреть, какие сигнальные пути, связанные с TGF-β, остаются активными в присутствии индукторов адипогенеза. Детальный анализ показал, что больше всего «виноват» сигнальный путь MЕК/ERK (он же MAPK/ERK, один из ключевых и наиболее хорошо изученных путей передачи сигналов с поверхности клетки в ядро): именно он тормозит дифференцировку мезенхимальных раковых клеток в адипоциты. В присутствии ингибирующего этот сигнальный путь фармакологического вещества PD98059 дифференцировка происходила даже при наличии активного TGF-β.

Чтобы проверить, в какой мере эффекты, наблюдавшиеся в культурах клеток, воспроизводятся на живых организмах, были проведены эксперименты на модельных мышах. Им подсаживали клетки рака молочной железы. Введение животным комбинации росиглитазона и PD98059 в разных дозах приводило к тому, что у некоторых раковых клеток появлялись свойственные адипоцитам признаки: внутри них формировались пузырьки жира, а также синтезировались характерные маркеры (FABP4 и адипонектин). Такие клетки локализовались преимущественно по периферии опухоли — это та ее часть, на которой формируются зоны инвазии (прорастания опухоли в окружающие ткани).

Тогда исследователи предположили, что адипогенная дифференцировка может подавлять инвазию опухоли. Для проверки использовалась комбинированная терапия росиглитазоном и траметинибом (trametinib, это вещество тоже ингибирует сигнальный путь MEK/ERK и, в отличие от PD98059, оно прошло все клинические испытания и разрешено для применения). Предположение блестяще подтвердилось: эта комбинация препаратов не была токсичной для мышей, подавляла развитие зон инвазии опухоли и стимулировала формирование адипоцитов. Дальнейшие исследования показали, что такая терапия подавляет и метастазирование опухолей.

Наконец, ученые провели доклинические испытания, которые обязательно предшествуют применению новых лекарств и способов лечения к людям: была проведена стандартная для таких случаев ксенотрансплантация (пересадка ткани организма другого вида, см. Xenotransplantation). Фрагменты опухоли больной раком молочной железы пациентки пересадили нескольким мышам. Через 4 недели после трансплантации фрагментов опухоли мышам они были разделены на 4 экспериментальные группы: мышам из первой группы не вводили лекарств, второй группе вводили только росиглитазон, третьей — траметиниб, четвертой — оба препарата. В течение последующих 8 недель ученые следили за ростом опухолей, затем первичные опухоли извлекали и определяли их массу.

Иммуногистологические исследования выявили формирование в опухолях человеческих адипоцитов, особенно выраженное в случае комбинации «траметиниб + росиглитазон». Полученные результаты соответствовали тому, что получалось при трансплантации культивируемых клеток. После удаления опухолей терапию продолжали, а через 4 месяца с момента трансплантации мышей усыпляли и исследовали их легкие на наличие и размеры метастазов. И количество метастазов, и особенно их размеры были меньше при одновременной терапии обоими препаратами (рис. 3).

Рис. 3. Гистологические срезы мышиных легких через 4 месяца после ксенотрансплантации им фрагментов опухоли молочной железы человека. Показаны по одному срезу из разных экспериментальных групп: контроль; мыши, которым давали только росиглитазон; мыши, которым давали только траметиниб, и мыши, которым давали оба препарата. Метастазы при окрашивании гематоксилином и эозином выглядят как более темные пятна. Хорошо заметно, что терапия обоими препаратами подавляет развитие метастазов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cancer Cell

Результаты обсуждаемой работы показывают, что у комбинированной терапии траметинибом и росиглитазоном есть большой потенциал для лечения рака молочной железы и, возможно, других онкологических заболеваний (это еще надо проверять). В доклинических испытаниях были использованы лекарственные средства, которые уже применяются для лечения человека, что может облегчить дальнейшее внедрение этого подхода. Разумеется, представленный подход должен еще пройти всесторонние испытания: нужно определить его эффективность и наличие возможных побочных эффектов. Возможно, удастся подобрать и более активные индукторы дифференцировки раковых клеток в жировую ткань.

Источник: Dana Ishay-Ronen, Maren Diepenbruck, Ravi Kiran Reddy Kalathur, Nami Sugiyama, Stefanie Tiede, Robert Ivanek, Glenn Bantug, Marco Francesco Morini, Junrong Wang, Christoph Hess, Gerhard Christofori. Gain Fat-Lose Metastasis: Converting Invasive Breast Cancer Cells into Adipocytes Inhibits Cancer Metastasis // Cancer Cell. 2019. V. 35. P. 17–32. DOI: 10.1016/j.ccell.2018.12.002.

Вячеслав Калинин