Role of oxidative stress in development of epithelial tumors of the skin in dermatoheliosis

Full Text

Кожа подвергается воздействию различных факторов окружающей среды, и прежде всего ультрафиолетовому излучению (УФИ), кумулятивные дозы которого являются причиной развития дерматогелиоза и эпителиальных злокачественных новообразований кожи [1-3]. Различают прямое и непрямое повреждающее действие УФИ. Прямое воздействие приводит к не- посредственному повреждению ДНК клеток; непрямое, обусловленное действием продуктов окси- дативного стресса (рис. 1), играет важную роль в развитии дерматогелиоза [2]. Оксидативный стресс. обусловленный воздействием УФИ спектров А и Б, приводит к образованию активных форм кислорода (супероксидазы, гидроксильных радикалов, син- глетного кислорода и перекиси водорода - Н2О2), что влечет за собой целый ряд негативных последствий в виде формирования однонитевых разрывов ДНК, образования белковых сшивок. Это способствует возникновению мутаций с запуском процесса канцерогенеза, а также является инициирующим звеном в каскаде сигнальных путей, приводящих к деградации коллагена экстрацеллюлярного матрикса и снижению синтеза нового коллагена, нарушению внутри- и внеклеточного гомеостаза, активации Старение УФ-излучение Рис.1. Схема развития оксидативного стресса при старении кожи. перекисного окисления липидов, накопление которых способно разрушать основные структуры эпидермального барьера. Последнее сопровождается изменением барьерной функции кожи: снижением влажности и повышением рН [2-5]. Данные изменения возникают прежде всего на открытых участках кожного покрова (лицо, шея, область декольте, предплечья и кисти) и клинически проявляются стадийным развитием дерматогелиоза в виде раннего появления статических морщин, участков дисхромии, множественных телеангиэк- тазий, пальпируемого и видимого гиперкератоза, выраженного эластоза, множественного лентиго, а также возникновения предраковых (актинический и себорейный кератоз) и злокачественных заболеваний кожи (множественный базально-клеточный, ме- татипический рак кожи) (рис. 2) [3, 5, 6]. Под влиянием активных форм кислорода происходит активация эпидермального рецептора фактора роста (ЭРФР), фибропластического рецептора фактора роста (ФРФР), цитокиновых рецепторов - фактора некроза опухолей а, интерлейкина 1 (ИЛ-1), Fas [7-9]. УФИ способствует быстрому возрастанию активности фосфорилирования уже через несколько минут после экспозиции и, следовательно, активации EGFR в кератиноцитах, чему предшествует выра- Рис. 2. Множественный базально-клеточный рак кожи; язвенно- нодулярная форма; множественные элементы актинического кератоза, солнечного лентиго на фоне выраженного дерматогелиоза кожи. ботка H2O2 [1, 10]. Известно, что именно активация ЭРФР играет решающую роль в индуцированных УФИ механизмах передачи сигнала внутрь кератино- цитов и активации целого ряда других рецепторов, локализованных на клеточной поверхности [11]. Так, ЭРФР играет важную роль в возрастании способности кератиноцитов к инвазии посредством двух координированных ЭРФР-зависимых механизмов, заключающихся в ослаблении степени межклеточной адгезии через диссоциацию комплекса р-катенин/ E-кадгерин/а-катенин и усилении миграции клеток за счет деградации компонентов экстрацеллюляр- ного матрикса, связанного с возросшей секрецией матриксной металлопротеиназы 1 (ММП-1). Эти процессы являются ключевыми механизмами компенсаторного восстановления структур эпидермиса, при повреждении которых развивается дерматогелиоз и канцерогенез [12]. В опыте на трансгенных мышах серии v-rasHa, отличающихся способностью к быстрому развитию опухолей кожи в ответ на канцерогены человека, путем блокировки УФ- индуцированной активации ЭРФР было показано, что дефицит ЭРФР приводит к уменьшению возникновения и активности роста опухолей кожи на 50 и 80% соответственно. Ингибирование ЭРФР привело к подавлению клеточной пролиферации, усилению апоптоза клеток и отсрочиванию возникновения гиперплазии эпидермиса, провоцируемой УФИ [13]. Механизмы угнетения функций трансформирующего фактора роста Р (ТФРР) играют также важную роль в регулировании процессов клеточного роста и синтеза компонентов внеклеточного матрикса [14, 15]. В ответ на воздействие УФИ происходит снижение экспрессии мРНК рецептора типа II ТФРр на 60% в течение 4 ч с момента облучения, оставаясь сниженным в течение 8 ч и возвращаясь к исходным значениям только через 24 ч после воздействия [15]. Выделяют 1, 2 и 3-й подтипы ТФРр, которые в здоровой, защищенной от воздействия УФ коже человека синтезируются в соотношении 1:5:3 соответственно. ТФРр связываются с рецепторами на клеточной поверхности (типа I и II) и реализуют свои эффекты посредством протеинов Smad [15]. Рис. 3. Иммуногистохимическое исследование при эпителиальных новообразованиях кожи. а - экспрессия p53 в клетках базально-клеточного рака кожи, развившегося на фоне дерматогелиоза кожи; б - экспрессия р53 в клетках метатипического рака кожи, развившегося на фоне прогрессирующего дерматогелиоза. Данный механизм задействован в опухолевой супрессии, ингибируя пролиферацию эпителиальных клеток, является главным регулятором синтеза экс- трацеллюлярного матрикса в коже, стимулирует пролиферацию фибробластов в дерме, синтез коллагена, выработку тканевого ингибитора матрикс- ных металлопротеиназ (ТИМП), а также снижает синтез протеолитических ферментов коллагеназы и стромелизина [15, 16]. УФИ активирует и значимый в отношении процесса дерматогелиоза фактор транскрипции АР-1, который является мощным индуктором транскрипции ММП-1, а также оказывает негативное влияние на синтез проколлагена типа I [17]. Известно, что воздействие УФИ на кожу человека, кратное 15 мин, вызывает не только активную выработку Н2О2, но и повышение уровня АР-1, которые остаются на повышенном уровне в течение 24 ч [18, 19]. Кроме того, в течение 8 ч после воздействия УФВ наблюдается снижение синтеза проколлагена [15]. Таким образом, кумулятивный эффект УФ-облучения заключается в прогрессирующей деградации коллагена при нарушении процессов его полноценной репарации [5]. УФИ стимулирует кератиноциты к избыточной продукции провоспалительных цитокинов семейства ИЛ-1 (ИЛ-1а, ИЛ-ф, ИЛ-18 и ИЛ-33). В норме в коже человека содержится незначительное количество неактивных предшественников ИЛ-1Р и ИЛ-18, для секреции и созревания которых необходим про- теолиз, опосредованный каспазой 1. Активация последней происходит под влиянием УФИ, следствием чего является повышение уровня ИЛ-1, который в свою очередь запускает вторичный каскад цитоки- нов и медиаторов воспаления, приводящий к широкому спектру изменений: лейкоцитарной инфильтрации, индукции иммуносупрессии, репарации ДНК или апоптозу [20]. Также под действием УФИ происходит повреждение клеток Лангерганса, приводящее к прогрессирующему истощению механизмов реализации их антигенпрезентативной функции и клеточно-опосредованного иммунного ответа на опухолевые антигены [21]. Большой интерес представляет белок р53, который выявляется в клетках эпидермиса, подвергавшихся хроническому воздействию УФИ, а именно его особый мутантный тип, который отличается способностью к накоплению, длительным периодом полураспада и потерей функции инициации апоптоза [3]. В норме функция p53 заключается в распознавании и исправлении ошибок, возникающих в ходе репликации ДНК. При массивных повреждениях ДНК происходит переключение функций р53: приобретая транскрипционные активности и изменяя экспрессию генов-мишеней, он вызывает остановку размножения аномальных клеток (временную или необратимую) либо их гибель, в результате чего устраняется возможность накопления в организме генетически измененных клеток. Выделяют латентный и стрессовый варианты белка р53. Латентный участвует в контроле репликации и рекомбинации ДНК, репарации ошибок репликации, а стрессовый запускает процессы апоптоза, играющего решающую роль в элиминации клеток со значительными повреждениями генетического аппарата, вызванными воздействием УФИ, остановке клеточного цикла, подавления ангиогенеза [22]. Мутации и накопление белка р53 вызывают появление ряда характерных свойств неопластической клетки (понижение чувствительности к различным ростсупрессирующим сигналам, иммортализация, повышение способности выживать в неблагоприятных условиях, генетическая нестабильность, стимуляция неоангиогенеза, блокирование клеточной дифференцировки и т. д.), что позволяет преодолеть несколько этапов опухолевой прогрессии. Причем мутации р53 могут детерминировать начальные этапы канцерогенеза и возникать уже в ходе роста опухоли, обеспечивая приобретение новых агрессивных свойств и устойчивости к терапии [22]. Мы изучили экспрессию белка p53 у 20 больных эпителиальным раком кожи. Биопсийный материал 10 больных яз- венно-нодулярных форм базально-клеточного рака кожи в стадии T2N0M0 и 10 больных метатипиче- ским раком кожи был использован для изучения свойств опухоли с помощью иммуногистохимиче- ских методов исследования. Экспрессию р53 определяли с помощью антител р53 ("DAKO"). На предварительном этапе антигенные сайты демаскировали путем нагревания срезов в СВЧ-печи. Использовали общепринятую пероксидазную иммуногистохими- ческую методику - (визуализация иммунного окрашивания стрептоцид-биотинавидиновым методом с использованием набора LSAB (“DAKO”). Для фонового докрашивания применяли гематоксилин. Так, нами было показано, что при развитии базально-клеточного рака кожи на фоне дерматогелиоза мутации р53 составили 20-29% (рис. 3, а), а при прогрессировании опухоли и появлении участков плоскоклеточной дифференцировки, т.е. при метатипическом раке, мутация р53 была выраженной и определялась уже в 50-72% опухолевых клеток (рис. 3, б). Полученные данные демонстрируют неуклонное повышение экспрессии белка р53 при прогрессировании дерматогелиоза, на фоне которого развиваются эпителиальные опухоли, свидетельствуя о неуклонном нарастании степени пролиферативной активности и инвазивности клеток на фоне значительной потери функции контроля апоптоза. Таким образом, оксидативный стресс, следующий за воздействием УФИ, в совокупности со снижением антиоксидантной защиты влечет за собой разнообразные изменения в клеточном гомеостазе от прямого повреждения ДНК до изменения активности факторов транскрипции, ферментов, широкого спектра факторов роста и провоспалительных цитокинов, в конечном итоге приводя к запуску процессов дерматогелиоза и канцерогенеза.

About the authors

Elena S. Snarskaya

I.M. Setchenov First Moscow State Medical University

Email: snarskaya-dok@mail.ru
MD, PhD, DSc, prof. 119991, Moscow, Russia

S. B Tkachenko

I.M. Setchenov First Moscow State Medical University

Research Center 119991, Moscow, Russia

E. V Kuznetsova

I.M. Setchenov First Moscow State Medical University

Email: kuznetsova-ek@bk.ru
Research Center 119991, Moscow, Russia

References

Supplementary files