Molecular genetic features and receptor status of benign tumors and breast cancer

Full Text

Список сокращений

МЖ – молочные железы

РМЖ – рак молочных желез

 

Введение. Рак молочных желёз (РМЖ) является результатом многочисленных мутационных событий, которые происходят в течение длительного периода времени и представляет множество проблем для исследователей, заинтересованных в изучении трансформации нормального эпителия молочной железы в злокачественное новообразование с использованием традиционных лабораторных методов, особенно в отношении характеристики переходных и предраковых состояний молочных желез (МЖ) [4, 21].

Благодаря стремительному развитию молекулярной биологии за счет появления новых технологий в настоящее время появилось огромное количество биологически значимых показателей, которые позволяют не только уточнять и обновлять представление о канцерогенезе, но и могут помочь в дифференциальной диагностике доброкачественных заболеваний, различных типов опухолевой патологии, прогнозе раннего РМЖ, а также развивать новые направления для терапии онкологических заболеваний. Поэтому, одной из основных задач врача клинициста является понимание молекулярно-биологических процессов, происходящих в опухоли, благодаря которым представляется возможным определение наиболее значимых показателей или их комбинаций, что в последующем позволило бы подобрать оптимальную для каждого пациента схему лечения [5, 14, 21].

Основная часть. Впервые метод ПЦР-диагностики позволил выявить опухолевые клетки в клинических образцах мочи с мутацией гена р53 у пациентов с аналогичной мутацией в опухоли мочевого пузыря [49]. Позже было показано, что подобных подход может быть использован для диагностики широкого спектра опухолей других локализаций, в частности РМЖ. Так, исследование мутации гена р53 с гиперметилированием промоторов генов р16, 14-3-3 показали, что материалом для исследования могли быть использованы различные биологические жидкости и среды [10, 28, 30].

Доказано, что количество мутаций в геноме при раке молочных желез значительно больше в сравнении с нормальной тканью МЖ. Чаще всего они были отмечены в 4, 15 и 18 хромосомах и свидетельствуют о полигенных мутациях при РМЖ [51, 55]. Определение ключевых молекулярно-биологических и генетических маркеров может помочь для оценки риска малигнизации ткани МЖ в случаях с изменениями, подозрительными по результатам ультразвуковой диагностики или маммографии, а также развития риска местного рецидива после иссечения опухоли. Также экспрессия генов "фоновой" ткани молочной железы может быть предложена для оценки взаимодействия опухоль-окружающая ткань [3, 26, 63].

Существуют 2 основных теории канцерогенеза, согласно которым РМЖ способен развиваться двумя путями: на фоне нормальных клеточных и тканевых структур, и при наличии уже существующих фоновых изменений с инициацией последовательных мутационных событий с участием генов клеточного деления и дифференцировки. На основании этого можно предположить, что в случаях предопухолевых изменений могли бы определяться аналогичные молекулярно-генетические маркеры, которые характерны для процессов злокачественной трансформации [18].

Поэтапный процесс трансформационных изменений в эпителии, сопровождающихся различными молекулярно-генетическими изменениями и морфологической трансформацией клеток можно представить в виде следующей схемы: 

 

 

Как показано на схеме, реализация каждой стадии требует определенных молекулярных изменений, при этом, как правило, необходимо от 3 и более независимых случайных событий, связанных с генетическими изменениями в клетке или эпигенетическими изменениями регуляторов внутриклеточных процессов пролиферация и апоптоза клеток [32].

Одним из важных аспектов в дифференциальной диагностике злокачественных процессов в МЖ представляют заболевания, сопровождающиеся гиперпролиферативными процессами, поскольку типичные критерии для злокачественных заболеваний для них также характерны [59]. Среди пролиферативных состояний молочных желез выделяют фиброзно-кистозную болезнь (ФКБ), фиброаденомы различного строения, кисты, внутрипротоковые папилломы. Наиболее частым патологическим процессом в МЖ является ФКБ. Определение вероятности малигнизации в данных патологических процессах затруднительно, а порой невозможно без использования морфоиммуногистохимического исследований [35]. Однако, отсутствие стандартных молекулярно-биологических маркёров, способствующих раннему выявлению неопластического процесса, заставляет задуматься об актуальности их поиска в отношении онконастороженности пациенток с пролиферативными доброкачественными процессами МЖ [1].

На повестку дня встаёт вопрос: какими свойствами должны обладать опухолевые маркеры? По мнению исследователей в этой области, опухолевые маркеры должны коррелировать с размерами опухоли, а также обнаруживаться до клинического проявления онкологической патологии и ее рецидивов [10]. Поэтому включение определения характера молекулярно-генетических изменений в ткани МЖ в диагностический алгоритм позволит с большой долей вероятности проводить дифференциальную диагностику гиперпролиферативных заболеваний, а также давать оценку в отношении прогноза и методов лечения таких пациенток [38].

Важно понимать, что изменения генетического аппарата самой клетки лежат в основе определения принадлежности опухоли к молекулярному подтипу РМЖ, а также особенностей ее фенотипических и морфологических проявлений. Динамика роста опухолевого узла, метастатический потенциал и клинические проявления зависят от активности генов-контроллеров апоптоза, пролиферативной активности, свойств подвижности и адгезии клеток на макроскопическом уровне. В настоящее время поиску и выявлению потенциальных маркеров, ответственных за оценку вышеперечисленных функций, уделено особое внимание [27, 37]. Это и протоонкогены, и онкогены, гормонзависимые белки, ферменты, рецепторы стероидных гормонов и многие другие, которые будут наиболее подробно рассмотрены в данной работе.

Среди основных генов контроля апоптоза выделяют ядерный белок р53. При различных повреждениях ДНК клетки происходит активация протеина, который временно останавливает клеточный цикл, способствуя восстановлению генетического аппарата повреждённой клетки, тем самым предотвращая появление мутаций и новых свойств. В случае чрезмерного повреждения ДНК и невозможности восстановления клетки, запускается р53-зависимый процесс апоптоза [34, 63]. Нарушение функционирования данного гена приводит к накоплению клеток с изменённым геномом, которые в последующем могут обретать неопластические свойства. Экспрессия р53 используется в прогностических целях при диагностике раннего рака молочных желез, что может открывать новые перспективы для его использования при диагностике предопухолевой патологии [41, 61].

Генами, отвечающими за контроль пролиферации клеток, являются ядерный белок Ki-67, CYCLIN B1, ген контроля транскрипции MYC и циклин-зависимый ингибитор киназы P16ink4A (p16) [19, 25]. Их основная функция – регуляция процессов, отвечающих за деление клеток, внутриклеточные метаболические процессы, пролиферацию и апоптоз [23]. Ki-67 и CYCLIN B1 экспрессируются только в тех клетках, которые находятся в процессе деления, соответсвенно сверхэкспрессия данных маркеров ведёт к увеличению пула делящихся клеток [40, 45]. Уровень Ki-67 и CYCLIN B1 значительно повышается в активно пролиферирующих тканях, что позволяет использовать их в диагностических целях и выборе тактики лечения при предопухолевой и злокачественной патологиях. Доказательством этого служат высокие уровни экспрессии Ki-67 и CYCLIN B1 при склеротических процессах в молочных железах и РМЖ [29, 54].

При нарушении регулирования работы гена MYC происходят процессы инициации малигнизации, а также прогрессии РМЖ [13, 43, 44]. Установлена взаимосвязь между генами BRCA1 и MYC: при потере нормальной функции BRCA1 происходит гиперэкспрессия MYC, поскольку в норме BRCA1 является его супрессором [60]. Также известно, что высокие уровни экспрессии MYC наиболее часто выявляются при агрессивных фенотипах РМЖ и часто коррелируют с плохим клиническим течением опухоли и негативным прогнозом.

Ген р16 оказывает ингибирующее сигнальное действие на клеточный цикл чрезмерно пролиферирующих клеток, соответственно эпигенетические события и мутации р16 приводят к нарушению его функционирования и активному бесконтрольному делению клеток, что наблюдается в процессе канцерогенеза многих типов злокачественных опухолей, в том числе и при РМЖ [4, 6, 33].

Среди генов-супрессоров, играющих ключевую роль в онкогенезе МЖ, наиболее изучены гены BRCA1/BRCA2. Ген BRCA1 является хорошо известным фактором надзора за геномом, а также была обнаружена его важная роль в правильной дифференцировке эпителиальных клеток МЖ. BRCA1 в основном действует как опухолевый супрессор, а мутация BRCA1 коррелирует с повышенным риском РМЖ [46]. У носителей мутации BRCA1 блокирование дифференцировки клеток-предшественников может ассоциироваться с повышенной пролиферацией клеток, как это наблюдалось на нескольких моделях мышей [17, 57]. Анализируя маркеры клеточного строения МЖ, обнаруживается, что BRCA1 важен для дифференцировки базальных клеток-предшественников, потому что потеря BRCA1 блокирует этот процесс [32, 57].

Хотя общепризнано, что онкогенез, связанный с BRCA1 и BRCA2, в основном вызван повреждением ДНК и снижением стабильности генома, остаётся неизученным вопрос связи между мутациями генов BRCA1 и BRCA2 и возникновением рака преимущественно в эстроген-чувствительных тканях (молочные железы и яичники). Недавние исследования показали, что передача сигналов BRCA1 и ER (рецептор эстрогена) синергически регулирует пролиферацию и дифференцировку эпителиальных клеток МЖ, что даёт основания предполагать общий вклад мутаций гена BRCA1 и ЕR-сигналов в онкогенез МЖ и их непосредственное участие в дедифференцировке предрасположенных к раку эпителиальных клеток [32, 52, 57].

Наиболее важным наблюдением является усиленное подавление BRCA1 путём метилирования его промотора. Независимо от причин гиперметилирования (прямых или косвенных), подавление метилирования промотора BRCA1 может быть важной терапевтической возможностью или профилактической стратегией при РМЖ. Гиперметилирование промотора BRCA1 является эпигенетическим событием, которое может регулироваться статусом клеточного метаболизма [4, 26, 57].

Основным геном дифференцировки, участвующем в онкогенезе МЖ, является HER-2/neu - рецептор эпидермального фактора роста 2. HER2-neu может быть сверхэкспрессирован, амплифицирован или мутирован при различных формах РМЖ. Амплификация и гиперэкспрессия HER-2/neu наблюдаются в большинстве случаев рака молочных желез и имеет основное значение в канцерогенезе МЖ. Установлена взаимосвязь между высоким уровнем экспрессии HER-2/neu и рядом неблагоприятных прогностических факторов: размером опухоли, ER/PR-негативным рецепторным статусом, высокой степенью злокачественности, резистентностью к гормонотерапии, высокой вероятностью рецидивирования и снижением выживаемости в популяции [2, 4, 12, 33]. По литературным данным, экспрессия HER-2/neu отсутствует в нормальной ткани МЖ, при доброкачественных образованиях сверхэкспрессия HER-2/neu увеличивает риск развития РМЖ в 8 раз, при высокодифференцированном внутрипротоковом раке выявляется примерно в 15%, а при низкодифференцированном внутрипротоковом раке почти в 80% случаев, что служит прогностическим фактором развития инвазивного РМЖ. Всё вышеперечисленное даёт основание включить определение HER-2/neu статуса в алгоритм диагностики доброкачественных и злокачественных новообразований как важного звена в канцерогенезе молочных желез [37, 48, 50, 53].

Гормональный рецепторный статус в развитии канцерогенеза МЖ играет особую роль. В ткани МЖ эстрогены являются основными женскими половыми гормонами. Взаимодействие эстрогенов с их рецепторами (эстрогеновые рецепторы – ER) происходит в ядре клетки, приводит к пролиферативной активности и создаёт условия для активации транскрипции ER-зависимых генов и возникновения мутаций [37, 48, 50]. Большинство опухолей МЖ демонстрирует эстрогензависимый рост, преимущественно регулируемый двумя подтипами рецепторов эстрогена - α (ЕRα) и b (ЕRb), которые являются продуктами разных генов и определяются в различных соотношениях. Несмотря на идентичность структуры, эти рецепторы обладают разными функциями: оба подтипа совместно экспрессируются в нормальных клетках МЖ, но при доброкачественных заболеваниях и РМЖ обычно наблюдается экспрессия одного при отсутствие другого [20, 47]. В опухолевых клетках экспрессия ЕRα увеличивается в несколько раз, а содержание ЕRb уменьшается по сравнению с нормальной тканью, причем степень снижения уровня экспрессии ЕRb зависит от степени пролиферации и дифференцировки трансформированной ткани. Таким образом, ERα в большей степени является основным регулятором эстрогензависимой пролиферации эпителиальных клеток МЖ, соответственно определение уровня экспрессии именно этого подтипа играет ключевую роль в выборе тактики лечения и прогнозе заболевания [8, 20, 52].

Cуществует связь между коэкспрессией ER и маркера Ki-67. При карциноме молочной железы он связан с ERα-негативностью, высокой степенью злокачественности и плохим прогнозом. Исследования показали, что ответ инвазивного ERα-положительного РМЖ на гормональную терапию был связан со снижением экспрессии Ki-67 [3, 62].

Также выявлена связь между взаимодействием ER и BRCA1. Ген-супрессор способен снижать активацию эстрогеновых рецепторов путём образования с ними комплекса. ER является субстратом активности фермента убиквитинлигазы BRCA1, а мутация сайтов убиквитинизации устраняет опосредованное BRCA1 ингибирование активности ER [9, 16, 26, 57]. Кроме того, BRCA1 способен ингибировать опосредованное P300-ацетилирование ER, тогда как ацетилирование ER с помощью фермента P300 важно для его трансактивации.

Гены, кодирующие рецепторы прогестерона на клетках МЖ играют непосредственную роль в процессе дифференцировки эпителия, соответственно уменьшение прогестероновых рецепторов (PR) на клеточных мембранах приводит к снижению чувствительности эпителиальных клеток к действию прогестерона и нарушению процессов дифференцировки. Отмечена особая роль прогестерона в развитии доброкачественных опухолей МЖ. Доказательством этому служат исследования уровня экспрессии рецепторов прогестерона А и В (PGA, PGB) в нормальной ткани МЖ и в ткани фиброаденомы у женщин в пременопаузе, которые показали высокий уровень экспрессии прогестероновых рецепторов в фиброаденоме во всех клинических случаях по сравнению с нормальной тканью [7, 42].

Установлено, что BRCA1 подавляет взаимодействующий синергитический эффект между ER и PR, приводит к снижению восприимчивости PR к прогестерону, следственно, к онкогенному эффекту [32, 57, 58].

Рецептор андрогенов (AR) экспрессируется в большинстве случаев РМЖ, но его роль в гормональном канцерогенезе до конца не ясна. Обнаружено, что большинство AR-положительных клеток также являются ER-положительными, в другом случае около 10% клеток являются только AR-положительными, тогда как ER-положительные клетки встречаются редко [15, 22, 58]. Статус экспрессии AR и ER в инвазивных карциномах МЖ отражает статус их клеток-предшественников в долевых единицах терминального протока. Большинство клеток просвета, положительных по рецепторам гормонов, являются AR+/ER +, около 10% AR+/ER-, и редко AR-/ER+ - картина распределения подобна тому, что наблюдалось в инвазивных карциномах. Это наблюдение указывает на то, что статус рецепторов гормонов в инвазивных карциномах, по-видимому, аналогичен статусу их потенциальных клеток-предшественников [11, 24, 39].

Данную теорию подтвердили Clarke R.B. и соавт., продемонстрировав, что клетки, положительные по стероидным рецепторам, также могут коэкспрессировать маркеры стволовых клеток, тем самым предполагая их потенциальную роль в канцерогенезе МЖ [22, 26, 32, 57].

Booth B.W. и Smith G.H. также показали, что ER/PR-положительные клетки просвета обладают функциями предшественников (стволовых клеток) [15, 20, 32, 36].

Таким образом, статус экспрессии AR, ER и PR в карциномах МЖ может быть предопределен таковым из популяций клеток-предшественников. Процесс гормонального канцерогенеза может запускаться при нарушении гомеостаза нормальных эпителиальных клеток, включая активацию онкогенов и инактивацию генов-супрессоров опухолей. ER и/или AR могут играть свою роль в пролиферации опухолевых клеток в этом процессе, даже если они не могут быть канцерогенными сами по себе [33, 56, 58].

Определение гормонального рецепторного статуса доброкачественных опухолей и РМЖ играет решающую роль в отношении прогноза развития заболевания и разработки дальнейшего плана наблюдения и лечения пациентки. Тем не менее многочисленные исследования, в том числе проспективные и ретроспективные, показали, что статус рецепторов является динамичным и нестабильным на протяжении прогрессирования опухоли и на поздних стадиях заболевания [11, 24, 39].

Заключение. Развитие рака молочных желез является результатом генетических изменений, которые придают трансформированной клетке свойства пролиферации и иммортализации. На каждом этапе канцерогенеза происходят определенные молекулярно-генетические события, отследить которые является важной задачей диагностики доброкачественных и злокачественных заболеваний молочных желез. Роль белков и генов Ki-67, BRCA1/2, p16, р53, CYCLIN B1 и D1, MYC крайне важна для процессов клеточного деления и метаболизма, дифференцировки, апоптоза, нарушение которых приводят к возникновению опухолевой трансформации внутренних структур молочных желез в злокачественные новообразования. Изменения гормонального рецепторного статуса доказало свою ключевую роль в патогенезе данного заболевания. Определение экспрессии HER-2/neu, рецепторов эстрогена, прогестерона и андрогена позволяет разделить опухолей МЖ на биологические подтипы и предоставить возможность прицельного воздействия на определённый этапы сигнального пути канцерогенеза, в том числе и на рецепторы стероидных гормонов. Попытка разделить РМЖ на молекулярные подтипы по-прежнему является предметом интенсивных исследований и доказала свою важность при проведении дифференциальной диагностики, прогноза и тактики лечения опухолевых заболеваний МЖ. Дальнейшие исследования в данном направлении позволят выработать единый алгоритм, нацеленный на выявление и дифференциальную диагностику ранних предопухолевых, опухолевых и злокачественных изменений в молочной железе.

About the authors

M. V. Tsygankova

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: tsygankovva98@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4424-0850

студентка 611 группы лечебного факультета

Russian Federation, Omsk

M. V. Naboka

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University" of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: tsygankovva98@mail.ru
Russian Federation, Omsk

References

Supplementary files