Molecular mechanisms of drug resistance of glial tumor of brain. Part 2: Proliferation, angiogenesis, metastasis and recurrency

Full Text

Список сокращений

ГЭБ — гематоэнцефалический барьер; ABCB1, ATP Binding Cassette Subfamily B Member 1 — белок множественной лекарственной устойчивости 1; BDNF, Brain Derived Neurotrophic Factor — нейротрофический фактор мозга; CD133, PROM1, Prominin 1 — трансмембранный гликопротеин проминин-1; CD44, Molecule (Indian Blood Group) — молекула гликопротеина СD44 (индийская группа крови); EGF, Epidermal Growth Factor — эпидермальный фактор роста; EGFR, Epidermal Growth Factor Receptor — рецептор эпидермального фактора роста; EGFRvIII, Epidermal Growth Factor Receptor Variant III — эпидермальный фактор роста, вариант III; ERK, Mitogen-Activated Protein Kinase 1 — киназа, регулируемая внеклеточными сигналами; EZH2, Enhancer of Zeste 2 Polycomb Repressive Complex 2 Subunit — гистон-лизин N-метилтрансфераза; FOXM1, Forkhead Box M1 — фактор транскрипции с отдельным ДНК-связывающим доменом М1 с разветвленной головкой; FOXO3, Forkhead Box O3 — фактор транскрипции с отдельным ДНК-связывающим доменом О3 с разветвленной головкой; GBM, glioblastoma — глиобластома; GSK-3β, Glycogen Synthase Kinase 3 Beta — киназы гликогенсинтазы-3β; HIF-1α, Hypoxia Inducible Factor 1 Subunit Alpha — гипоксия-индуцибельный фактор-1α; HIF-2α, Hypoxia Inducible Factor 2 Subunit Alpha — гипоксия-индуцибельный фактор-2α; IDH1, isocitrate dehydrogenase (NADP(+)) 1 — изоцитратдегидрогеназа 1; (IGF)-I, -II, Insulin-like growth factor (IGF)-I, -II — инсулинподобный фактор роста-I, -II; IGF1R, Insulin Like Growth Factor 1 Receptor — рецептор роста-1; IRF7, Interferon Regulatory Factor 7 — интерферон-регулируемый фактор-7; JNK, c-Jun N-terminal kinases — N-концевые киназы c-Jun; JUN, Jun Proto-Oncogene, AP-1 Transcription Factor Subunit — Jun протоонкоген, субъединица фактора транскрипции AP-1; MDR, multidrug resistance — множественная лекарственная устойчивость; cMEK, Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 1 — митоген-активированная протеинкиназа-киназа; MELK, Maternal Embryonic Leucine Zipper Kinase — серин/треониновая протеинкиназа; MET Proto-Oncogene, Receptor Tyrosine Kinase — рецептор тирозинпротеинкиназы Met; MGMT, O-6-Methylguanine-DNA Methyltransferase — O-6-метилгуанин-ДНК метилтрансфераза; MVP, Major Vault Protein — белок, связанный с множественной устойчивостью в легких; PDGF, Platelet-Derived Growth Factor — тромбоцитарный фактор роста; PDGFR-A, -B, Platelet Derived Growth Factor Receptor Alpha/Beta — рецепторы A и B фактора роста тромбоцитов; PI3K, Phosphatidylinositol-4,5-Bisphosphate 3-Kinase Catalytic Subunit Alpha — фосфоинозитол-3-киназа; Ras, “Rat sarcoma virus” — мембраносвязанные белки, участвующие в передаче сигнала; SHH, Sonic hedgehog — “сверхзвуковой ежик”; STAT3, Signal Transducer and Activator of Transcription 3 — сигнальный белок и активатор транскрипции-3; TCF4, Transcription Factor 4 — фактор транскрипции 4; TGF-β1, Transforming Growth Factor Beta 1 — трансформирующий фактор роста-β1; TRIM24, Tripartite Motif Containing 24 — транскрипционный промежуточный фактор 1α; TRIM24, Tripartite motif containing 24 — транскрипционный фактор 1α; TrkB, Tropomyosin receptor kinase B (TrkB) — тропомиозиновый тирозинкиназный рецептор; TМZ, temozolomide — темозоломид; YB1, Y-Box Binding Protein 1 — фактор транскрипции Y-box; ZEB1, Zinc Finger E-Box Binding Homeobox 1 — гомеобокс 1, содержащий E-box цинкового пальца.

Примечание. Детальное значение всех сокращений, которые встречаются в тексте статьи, см. в этом списке.

Глиобластома (GBM) представляет собой гетерогенную глиальную опухоль центральной нервной системы IV степени злокачественности. При этом на долю первичных, возникающих de novo глиобластом приходится 95 % опухолей, тогда как вторичные опухоли, возникающие из менее злокачественных глиом, составляют 5 % [1].

Высокая внутриопухолевая гетерогенность GBM указывает на присутствие в опухоли клеток с разными молекулярно-генетическими профилями, характерными для различных типов клеток [2]. На основании этих профилей в настоящее время различают три основных подтипа GBM: классический, мезенхимальный и пронейральный [3]. Классический подтип GBM характеризуется повышенной экспрессией рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), рецептора III эпидермального фактора роста III (EGFRvIII), нестина, изоцитратдегидрогеназы 1 (IDH1) дикого типа, делециями генов опухолевого белка р53 (TP53) и ингибитора циклинзависимой киназы 2A (CDKN2A), а также избыточной активацией Notch и Shh сигнальных каскадов. В клетках GBM мезенхимального подтипа обнаружены мутации гена нейрофибромина (NF1), делеции генов изоцитратдегидрогеназы 1 (IDH1), альфа-регуляторной субъединицы фосфатидилинозитол-3-киназы (PIK3R1), субъединицы А рецептора фактора роста тромбоцитов (PDGFRA), сверхэкспрессия гликопротеина CD44 (CD44), рецептора тирозинпротеинкиназы Met (MET), хитиназа 3-подобного белка-1 (CHI3L1), а также активация сигнальных путей субъединицы B ядерного фактора (NF-êB) и сигнального белка и активатора транскрипции-3 (STAT3). В клетках GBM пронейронального подтипа выявлены экспрессия антигенов CD133 (PROM1) и CD15 (Lewis x или Lex), транскрипционного фактора 1 ASCL (ASCL1), дельта-подобного белка 3 (DLL3), ассоциированного с микротрубочками белка 2 (MAP2), рецепторов фактора роста тромбоцитов (PDGFR), транскрипционного фактора SOX2 (SRY-box 2), транскрипционного фактора олигодендроцитов (OLIG2), мутантной IDH1 и активация c-Jun N-концевых киназ (JNKs), Notch и Shh сигнальных путей [4].

Эти молекулярные особенности, а также мутация K27M гистонов H3 и метилирование промотора O6-метилгуанин-ДНК метилтрансферазы (MGMT) GBM легли в основу новой классификации глиальных опухолей Всемирной организации здравоохранения 2016 г. [1]. Согласно этой классификации диффузные глиомы у взрослых пациентов разделены на шесть классов: 1) глиобластома IDH1-R132H– дикого типа, 2) глиобластома IDH1-R132H+ мутантного типа, 3) диффузные или анапластические астроцитомы IDH1-R132H– дикого типа, 4) диффузные или анапластические астроцитомы IDH1-R132H+ мутантного типа, 5) олигодендроглиома или анапластическая олигодендроглиома IDH1-R132H+ мутантного типа с делециями 1p, 19q, 6) глиобластома с мутацией H3K27M (Histone H3 lysine27-to-methionine — замена лизина 27 на метионин в гистоне H3) [5]. Однако последние исследования с использованием scRNA-seq демонстрируют, что каждый класс опухолей содержит несколько субпопуляций стволовых/прогенитороподобных клеток: клетки-предшественники олигодендроцитов — OПК-подобные клетки (oligodendrocyte-progenitor cells, OPC-like); нейронально-прогениторные НПК-подобные клетки (neural progenitor cells, NPC-like); дифференцированные глиаподобные клетки — олигодендроцит OК-подобные клетки (oligodendrocytes, OC-like) и астроцит AК-подобные клетки (astrocytes, AC-like), характеризующие клеточное происхождение каждого подтипа опухоли [6].

Одна из основных причин невысокой эффективности лечения глиобластом — устойчивость их клеток к радио- и химиотерапии. Такая невосприимчивость опухолевых клеток к лекарственным препаратам, отличным друг от друга по химическому строению и механизму действия, получила название множественной лекарственной устойчивости (multidrug resistance, MDR). MDR часто развивается при терапевтических воздействиях, когда происходит селекция клонов опухоли в направлении приобретения резистентности к терапии. Эти устойчивые к лечению клетки и клоны обладают большей способностью к пролиферации, чем клетки без MDR. В результате деления опухолевых клеток увеличивается размер неоплазии, в которой начинается процесс образования собственной опухолевой сети сосудов (ангиогенез), способствующий миграции и инвазии клеток, что в итоге приводит к появлению метастазов глиобластомы в головном мозге и отдаленных органах. Следовательно, при MDR, пролиферации, ангиогенезе, миграции и инвазии в метастазировании могут участвовать общие молекулярные факторы и механизмы.

Данная часть обзора посвящена изучению на молекулярном уровне взаимосвязи MDR с пролиферацией, ангиогенезом, миграцией, метастазированием и образованием рецидивов GBM с акцентом на выявлении новых мишеней среди белков, микроРНК, киназ сигнальной трансдукции, транскрипционных факторов, генов-супрессоров и онкогенов.

Экспрессия ростовых факторов и их рецепторов на клетках глиобластомы

Прежде чем рассмотреть участие ростовых факторов, их рецепторов и каскадов сигнальной трансдукции в развитии MDR, а также регулировании пролиферации, ангиогенеза, миграции, метастазирования и рецидивирования, необходимо определить, какие из ростовых факторов и их рецепторов синтезируются и экспрессируются в клетках глиобластомы (таблица).

 

Таблица. Факторы, рецепторы, сигнальные каскады в глиобластомах

Table. Factors, receptors, signaling cascades in glioblastomas

Опухоль	Фактор	Рецептор	Сигнальный путь	Эффект	Литература
Глиома U87MG человека	NGF	TrkA	Notch1/Hes1	Стимуляция пролиферации	[7]
Глиома крысы С6	NGF	TrkA	–	Стимуляция дифференциации и ингибирование пролиферации	[8]
Мышиная глиома GL261	BDNF	TrkB, TrkB.T1	Ингибитор диссоциации белка Rho (RhoGDI), RhoA	Продукция IL-15 миелоидными (CD11b+) клетками микроглии	[9]
C6, пилоцитарная астроцитома, эпендиома, олигодендроглиома, анапластическая астроцитома, анапластическая эпендимома, анапластическая олигоастроцитом, глиообластома	proBDNF	p75NTR, сортилин		Увеличение апоптоза и дифференцировки и уменьшение роста и миграции клеток через глиальные опухоли высокой степени злокачественности p75NTR	[10]
Детские и взрослые глиомы высокой степени злокачественности	Нейролигин-3, BDNF	TrkB, AMPA рецепторы, Gαi1/3	Активация Akt-mTORC1, ERK	Стимуляция прогрессии, синаптическая пластичность	[11–14]
Глиома человека с клетками, инициирующими опухоль головного мозга (BTIC)	NT-3	TrkC	Активация ERK и Akt	Выживаемость, жизнеспособность стволовых клеток	[15]
Глиомы человека LN18 и LN229	BMP7	Smad5, p75NTR	Smad5-p75NTR Smad1 ген	Увеличение миграции	[16]
Глиомы человека U87MG, А172	VEGF	–	IL-1 увеличение секреции VEGF, IL-1R, активации EGF	Ангигенез	[17]
Глиомы человека U-251, U-373	VEGF	VEGF-R1 (FLT1), VEGF-R2 (KDR)	Cdc42, Arp 2/3, HSP27, ADF /cofilin, FAK, ERK	Стимуляция подвижности клеток, пролиферация клеток	[18]
HUVEC, микрососудистые ЭК человека, ADF, DF, LI,, U87, U373 глиома	Ang1	–	–	Стимуляция ангиогенеза	[19]
Глиома человека U87MG	Ang2	Интегрин альфа V бета 1	Высокие уровни экспрессии MMP-2, FAK/p130(Cas)/ ERK1/2, JNK	Стимуляция инвазии и ангиогенеза	[20, 21]
Эндотелиальные клетки глиобластомы человека	Ang4	Tie-2 рецептор тирозинкиназы (RTK)	Erk1/2	Стимулирование ангиогенеза опухоли и роста клеток GBM человека in vivo	[22]
Глиобластома человека А172	EGF	EGFR	MMP-9, STAT3, STAT5, PI3K/AKT, NF-êB, ERK1/2	Стимуляция метастазирования опухоли	[23]
Глиобластома человека T98G	EGF	EGFR	Индукция ROS, АТФ, уровней лактата, митохондриальный метаболизм	Усилениее пролиферации и инвазивности	[24]
Глиомы человека U87, LN18	EGF	EGFRvIII	DOCK1, RAS/MAPK/ ERK; PI3K/PKB/AKT, JAK/STAT, PLC/PKC/GSK3, OSMR, MET	Стимуляция роста, пролиферации клеток, миграции	[25, 26]
Глиобластомы человека	FGF2	FGFR	Транслокации FGFR1, FGFR3 генов, RAC/JNK, RAS/MAPK, RAS/RAF/MEK/ERK, PLC/PKC	Пролиферация клеток, выживание, регуляция цитоскелета, самообновление стволовых клеток глиобластомы	[27–29]
Глиобластомы человека	IGF	IGF-1R, IGF-IIR	IRS, SRC гомогенные (SHC) белки, PI3K/AKT/mTOR RAS/RAF/MEK/ERK	Стимуляция трансформации клеток, роста, прогрессирование клеточного цикла	[30–32]
Глиомы человека E98, U87	HGF	c-Met	HGF/MET	Стимуляция онкогенеза, инвазии и метастазирования	[33, 34]
Глиобластома крысы	PDGF-AA	PGFR-AA	PI3K, ERK, C-JUN	Пролиферация в p53-/- B6.129S2-Trp53tm1Tyj/J, p53+/+ C57BL/6J у мышей	[35, 36]
Глиома человека U87MG	PDGF-C	PGFR-AA, PDGF-AB	RAS/RAF/MEK/ ERK, PI3K/AKT/NFkB,	Ангиогенез, созревание и стабилизация сосудов глиомы	[37–39]
Глиомы человека U251, U87, T98 U138	HIF1α	RTK	PI3K/AKT, MAPK, экспрессия VEGF, ингибирование генов апоптоза Bax, Bad, Trail, Bcl-2	Снижение чувствительности к TMZ	[40]
Астроцитома человека Gr II-III, глиобластома GrIV	HIF2α	RTK	PI3KG, PDK1	Прогрессирование глиомы, рецидив	[41]
Глиома мыши GL261	CXCL12	CXCR4	PI3K/AKT/NF-kB, MEK1/2/ERK1/2/ IKK1αβ, MMP-9	Инвазия клеток глиомы	[42]
Глиомы человека U87, U373, U251	TGF-β1	TGFR1	TGF-β/Smad, Sox9	Пролиферация клеток глиомы	[43]

Примечание. IL — интерлейкин; IL-1R — рецептор интерлейкина-1; AMPA — (α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовая кислота); Ang1,2,4 — ангиопоэтин-1,-2,-4; BMP7 — костный морфогенетический белок-7; IRSs — субстраты рецепторов инсулина; JAK — Junus-киназа; HUVECs — эпителиальные клетки пупочной вены человека; MAPK — митоген-активируемая протеинкиназа; PKC — протеинкиназа C; PLC — фосфолипаза C; RTK — рецепторная тирозинкиназа; SHC — коллагеноподобные белки; Gr — степень злокачественности. Подробнее см. список сокращений.

 

Данные таблицы показывают, что клетки глиобластомы синтезируют и экспрессируют многие ростовые факторы и их рецепторы, которые через активацию или ингибирование каскадов сигнальной трансдукции регулируют пролиферацию, дифференцировку, миграцию и ангиогенез.

Рассмотрим, как указанные ростовые факторы и рецепторы, регулирующие данные процессы, могут участвовать в развитии MDR.

Множественная лекарственная устойчивость и пролиферация

В пролиферацию клеток глиобластомы и развитие MDR вовлечены многочисленные регуляторные молекулы и гены.

Ростовые факторы, рецепторы и сигнальные пути

Синтез клетками GBM фактора роста фибробластов, а также эпидермального, инсулинового, тромбоцитарного и трансформирующего ростовых факторов и экспрессия их рецепторов через каскады сигнальной трансдукции аутокринным и паракринным путями активирует пролиферацию в клетках глиом U251, T98G и LN229 (рисунок, таблица) [44–47].

 

Рисунок. Сигнальные механизмы, участвующие в пролиферации глиобластомы (см. текст и список сокращений)

Figure. Signaling mechanisms involved in the proliferation of glioblastoma (see text for explanations)

 

Например, инсулинподобные факторы роста (IGF-I,-II) через IGF1R/Akt каскад и белок-6, связывающий инсулинподобный фактор роста (IGFBP6), стимулируют митотическое деление клеток U251 глиомы и их устойчивость к темозоломиду (ТМZ) [48, 49]. Кроме того, гипоксия-индуцибельные факторы-1α,-2α (HIF-1α,-2α) через субъединицу Е фактора 3 инициации трансляции эукариот (eIF3e) усиливают пролиферацию и резистентность GBM к противоопухолевой терапии [40, 50]. Ингибирование экспрессии HIF-1α усиливает чувствительность TMZ-резистентных клеток GBM к препарату, тогда как блокирование деградации HIF-1α повышает устойчивость TMZ-чувствительных клеток опухоли к TMZ [40]. Экспрессия EGFR, и особенно EGFRvIII, стимулирует устойчивость клеток глиобластомы к химиопрепаратам, в то время как ингибиторы EGFR (эрлотиниб, гефитиниб, oсимертиниб и др.) подавляют экспрессию мутантных L858R, T790M EGFR, тем самым уменьшая резистентность опухоли к химиотерапии [51]. Экспрессия нейротрофического фактора мозга (BDNF) и его рецептора (TrkB) через PI3K/Akt каскад стимулирует пролиферацию клеток GBM, а также их устойчивость к стандартным химиопрепаратам [52]. Сходным образом сверхэкспрессия трансформирующего фактор роста бета-1 (TGF-β) за счет ингибирования экспрессии miR-198 и стимуляции гиперметилирования гена MGMT усиливает in vitro резистентность клеток GBM пациентов к TMZ [53]. Исследователи предполагают участие PDGF/PDGFR-A/PDGFR-B и FGF2/FGF2R каскадов в развитии MDR. Таким образом, в клетках глиобластомы c MDR отмечена гиперактивация экспрессии BDNF, IGF, EGF, TGF-β1, HIF-1α и их рецепторов, не наблюдаемая в клетках опухоли без MDR.

Транскрипционные факторы

Активируемые сигнальными киназами транскрипционные факторы регулируют экспрессию генов-супрессоров и онкогенов. Некоторые из этих факторов стимулируют пролиферацию клеток глиобластомы (см. таблицу, рисунок). Например, экспрессия транскрипционного промежуточного фактора-α (TRIM24) активирует экспрессию гена каталитической субъединицы-α фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-3-киназы (PIK3CA), что стимулирует гиперактивацию PI3K/Akt/NF-êB каскада, гиперэкспрессию гена MGMT и пролиферацию клеток GBM. В свою очередь экспрессия MGMT и фактор 2 связывания теломерных повторов (TRF2) усиливает резистентность клеток глиобластомы к ТМZ [54, 55]. Напротив, ингибирование партенолидом NF-êB уменьшает экспрессию гена MGMT и повышает чувствительность глиобластомы к TMZ [56]. В то же время MGMT регулирует экспрессию гомеобокса 1, связывающего E-box цинкового пальца (ZEB1), который вместе с STAT3 стимулирует пролиферацию и развитие MDR в клетках глиобластомы [56, 57]. Резистентность клеток глиом U87MG и U251MG к ТМZ также усиливают транскрипционные факторы с отдельным ДНК-связывающим доменом (FOXO3a и FOXM1). Механизм действия FOXO3a заключается в снижении уровня белка β-катенина в ядре, индукции формирования комплекса β-катенина с киназой-3β гликогенсинтазы (GSK-3β), активации МGMT и пролиферации GBM [58]. В свою очередь транскрипционный фактор FOXM1 активируют сигнальные каскады EGFR/Akt/GSK-3β, ADAM17/EGFR/GSK-3β и серин/треониновая протеинкиназа (maternal embryonic leucine zipper kinase, MELK). Данные каскады усиливают пролиферацию и MDR клеток глиобластомы [24–26]. MELK образует белковый комплекс, транскрибирующий гены митоза и репарации ДНК, влияющие на чувствительность клеток глиобластомы к ДНК-препаратам [59, 60]. При пролиферации и устойчивости клеток глиомы LN-229 к химиотерапии отмечена активация интерферон-регулируемого фактора-7 (IRF7), подавляющего экспрессию регулятора биосинтеза микроРНК — каталитического компонента RISC Aргонавта 2 (AGO2) и активирующего экспрессию генов интерферона типа I (IFN1) [61].

Известно, что экспрессия транскрипционного фактора GATA4 является негативным регулятором пролиферации здоровых астроцитов, а ингибирование его экспрессии вследствие гиперметилирования промотора или мутаций способствует активации Ras, делеции гена TP53, озлокачествлению и развитию глиобластомы. Наоборот, экспрессия GATA4 усиливает чувствительность клеток глиобластомы к TMZ за счет снижения экспрессии алкилпурин-ДНК-N-гликозилазы (APNG) — фермента репарации ДНК [62].

Следовательно, экспрессия одних транскрипционных факторов (TRIM24, TIF1α, FOXO3a, FOXM1, NF-kB, IRF7) активирует пролиферацию и способствует развитию MDR, тогда как экспрессия других факторов (GATA4, ядерного респираторного фактора 1 NRF1) ингибирует митоз и повышает чувствительность клеток глиобластомы к химиопрепаратам (см. рисунок, таблицу). Другими словами, в клетках с MDR экспрессия первой группы транскрипционных факторов будет в значительной степени увеличена, а экспрессия второй группы факторов — подавлена в отличие от экспрессии в опухолевых клетках без MDR.

МикроРНК

В некоторых исследованиях установлено, что микроРНК miR-9, miR-21, miR-130a, miR-130b и miR-223 стимулируют пролиферацию клеток глиобластомы [63–65]. Например, сверхэкспрессия miR-9 коррелирует (р < 0,001) с более низкими показателями общей выживаемости у пациентов с глиобластомой [63]. Экспрессия miR-21 стимулирует прохождение G0/G1 фазы клеточного цикла и пролиферацию глиобластомы через ингибирование гена программируемой клеточной гибели 4 (PDCD4), что вызывает устойчивость к доксорубицину [64]. miR-223 способствует пролиферации клеток глиобластомы и их устойчивости к ТМZ через регуляцию транскрипционного фактора окулоромбина (PAX6) [65]. В то же время развитие MDR клеток глиобластомы может быть связано с супрессией микроРНК miR-218, miR-328 и Let-7f. L.K. Mathew и соавт. показали, что супрессия miR-218 повышает активность рецепторных тирозинкиназ и JNK/JUN каскада, что стимулирует синтез гипоксия-индуцибельного фактора-2α (HIF-2α), участвующего в развитии резистентности клеток глиобластомы [66].

Напротив, Z. Wang и соавт. установили, что экспрессия miR-130a-3p ингибирует экспрессию транскрипционного фактора Sp1, пролиферацию и устойчивость глиом A172, U251 и U87 к ТМZ [67]. Экспрессия miRNA-370-3p также отрицательно коррелирует с активностью MGMT и резистентностью глиобластомы к TMZ [68]. Активация экспрессии miR-101 и miR-198 повышает чувствительность глиобластомы к ТМZ в результате ингибирования GSK-3β и метилирования промотора MGMT [69, 70]. Совсем недавно обнаружена новая микроРНК, miR-1225-5p, ингибирующая пролиферацию и жизнеспособность клеток глиобластомы через связывание с геном, кодирующим белок 3B, содержащий домен фибронектина III типа (FNDC3B) [71]. Следовательно, одни микроРНК могут усиливать пролиферацию и MDR опухолевых клеток, другие ингибируют эти процессы, а экспрессия третьих ингибирована при пролиферации и коррелирует с чувствительностью к химиотерапии.

Гены

В клетках глиобластомы активация или ингибирование каскадов сигнальной трансдукции, транскрипционных факторов и микроРНК изменяют экспрессию генов, например гомеобоксного белка Hox-A9 (HOXA9), транскрипционных факторов PAX3 и PAX6, LIM-киназы 1 (LIMK1), кофилинов 1, 2 (CFL1, CFL2), MGMT, регулятора апоптоза Bcl-2 (BCL2), белка множественной лекарственной устойчивости 1 (ABCB1), глутатион-S-трансферазы Р (GSTP1), ДНК-топоизомеразы 2-альфа (TOP2A) и других, запускающих пролиферацию, репарацию ДНК и устойчивость глиобластомы к химиотерапии, ингибируя апоптоз [72–76]. Например, российские исследователи изучили экспрессию фактора транскрипции Y-box (YB1), MGMT, MELK, основного белка Vault (MVP), ABCB1, а также АТФ-связывающий кассетный транспортер G2 (ABCG2) в клетках глиобластом человека и оценили их корреляцию с пролиферацией и MDR. Они показали, что высокая скорость пролиферации и низкая устойчивость к ТМZ связаны с высокими уровнями экспрессии генов YB1 и ABCB1, тогда как гиперэкспрессия MVP наблюдается в глиобластоме с низкой скоростью пролиферации и высокой устойчивостью. Выявлена положительная корреляция между экспрессией YB1 и MELK, YB1 и ABCB1, а также отрицательная корреляция между экспрессией MVP и MELK, ABCB1 и ABCG2 [77]. Повышение чувствительности глиобластомы к ТМZ наблюдают при применении ингибиторов циклинзависимых киназ 4 и 6 (CDK4/6), усиливающих пролиферацию и выживание клеток глиомы [78].

Интересно, что галектины, участвующие в процессах межклеточной адгезии и прогрессии клеточного цикла, играют роль в резистентности глиобластомы к радио- и химиотерапии [79]. Выявлено, что А аллель rs4644 и С аллель rs4652 однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) гена галектина 3 (LGALS3) ассоциированы с устойчивостью клеток глиом T98G и U251 к радиации и ТМZ [80]. Ген AKAP6 кодирует белок, связывающийся с регуляторной субъединицей протеинкиназы А (PKA), участвуя в ее прикреплении к ядерной мембране, что активирует клеточную пролиферацию. У 575 пациентов установлено, что SNP rs2239647 гена AKAP6 ассоциирован с повышенным риском развития глиобластомы и худшим прогнозом выживаемости [81].

Супрессор Lin-12-like (SEL1L) участвует в деградации белков в эндоплазматическом ретикулуме и раковой трансформации клеток. Было выявлено, что C аллель SNP rs12435998 (c.*88T>C) у 137 пациентов с глиобластомой ассоциирован с увеличением общей выживаемости и лучшим ответом на терапию TMZ, вальпроевой кислотой (VPA), DOX и паклитакселом (PTX) [82].

Таким образом, экспрессия генов YB1, MGMT, MELK, CDK4/6, LGALS3, AKAP6 стимулирует пролиферацию и развитие MDR в клетках глиобластомы.

Мембранные белки и белки цитоскелета

C высокой скоростью пролиферации клеток глиобластомы связана, например, гиперэкспрессия сфингозин киназ 1 и 2 (SphK1/2), рецепторов сфингозин-1-фосфата (S1P1-3 и S1P5), нестина, Notch1 и CEACAM1 (carcinoembryonic antigen related cell adhesion molecule 1). При этом активация сфингозинового пути усиливает устойчивость клеток глиобластомы к химиотерапии и апоптозу [83, 84]. Экспрессия CEACAM1, спектраплакина — фактора связывания актиновых микротрубочек (MACF1) и протеогликана SPOCK1 (SPARC/osteonectin cwcv and kazal like domains proteoglycan-1) запускает пролиферацию клеток глиобластомы. Механизмы действия CEACAM1, MACF1 и SPOCK1 реализуются при участии соответственно c-SRC/STAT3, Wnt/Axin1/β-катенинового и Akt сигнальных каскадов [85–87]. В свою очередь экспрессия MACF1 и SPOCK1 усиливает резистентность глиобластомы к ТМZ [86, 87].

Часто в моэзин-эзрин-радиксин-подобном белке цитоскелета при нейрофиброматозе второго типа (Merlin/NF2), экспрессируемом в большинстве опухолей нервной системы, происходит фосфорилирование по серину в 518 положении (S518-Merlin). Такой мутантный протеин усиливает экспрессию Notch1 через HES1 (hairy and enhancer of split-1), EGFR и циклин D1 (CCND1), повышая скорость митоза опухолевых клеток [88]. Недавно открытый цитоскелетный белок адвиллин (AVIL) гиперэкспрессируется в опухолевых A172, U251 и стволовых клетках глиобластомы и способствует их пролиферации, миграции через активацию FOXM1 и регуляции LIN28B/let-7. Гиперэкспрессия AVIL, в отличие от нормального уровня белка, коррелирует с худшим прогнозом у пациентов с глиомой. Напротив, ингибирование AVIL полностью подавляет рост клеток глиобластомы in vitro и развитие гетеротрансплантатов опухоли у мышей [89]. Известно, что цитоскелетный белок промежуточных филламентов, виментин, экспрессируется в опухолевых и стволовых клетках глиобластомы [90, 91]. При этом пациенты с гиперэкспрессией виментина имеют более короткую общую выживаемость (10 против 14 мес.) и выживаемость без прогрессирования (7,3 против 11 мес.), чем пациенты с низкой экспрессией виментина [91]. В то же время экспрессия виментина изменяется при воздействии химиотерапии и лучевой терапии [92, 93].

Следовательно, гиперэкспрессия SphK1,-2, MACF1, SPOCK1, AVIL и виментина стимулирует пролиферацию и развитие MDR в клетках глиобластомы. Возможно, уровень экспрессии этих белков будет коррелировать со степенью MDR в клетках глиобластомы.

Множественная лекарственная устойчивость и ангиогенез

Глиобластомы — опухоли головного мозга с сильно развитой сетью кровеносных сосудов [94]. Ангиогенез обеспечивает адекватное снабжение опухолевых клеток кислородом и питательными веществами, что стимулирует рост опухоли. В то же время клетки глиобластомы, удаленные от сосудов, находятся в гипоксических условиях вследствие дефицита кислорода. При этом гипоксия побуждает стволовые клетки опухоли дифференцироваться в эндотелиальные клетки, формирующие внутри опухоли новые сосуды [95].

Ростовые факторы, рецепторы и каскады сигнальной трансдукции

Некоторые ростовые факторы и их рецепторы синтезируются и экспрессируются в клетках глиобластомы, активируя сигнальные каскады ангиогенеза (см. таблицу). Кроме опухолевых клеток в ангиогенезе также участвуют эндотелиоциты, стромальные клетки, ангиогенные факторы роста, ингибиторы ангиогенеза, протеолитические ферменты, белки адгезии и межклеточного матрикса [95]. Развитие ангиогенеза определяется балансом между про- и антиангиогенными факторами. Недостаток кислорода запускает активацию фактора траскрипции HIF-1α, контролирующего экспрессию проангиогенных молекул VEGF [96], PDGF-C [97], TGF-β [98], FGF2 [99], ангиопоэтинов-1, -2, -4 [19–22], EGF [100] в клетках опухоли. Например, недавнее иммуногистохимическое исследование, проведенное на 70 образцах глиобластомы пациентов, позволило обнаружить экспрессию VEGF-A — в 91,9, VEGF-C — в 94,6 и VEGF-D — в 87,3 % случаев [101]. Эти проангиогенные ростовые факторы связываются с рецепторами как на мембранах клеток глиобластомы, так и на эндотелиальных клетках. В вышеприведенном исследовании экспрессия VEGFR1 отмечена в 98,5, VEGFR2 — в 98,4, VEGFR3 — в 90,0 % образцов опухоли [101]. При этом рецептор VEGFR1 коэкспрессируется с белком MGMT и инициирует PI3K/Akt/mTOR сигнальный каскад, усиливая MDR клеток глиобластомы [102]. Исследователи предполагают, что экспрессия VEGFR2 и VEGFR3 может ассоциироваться с активацией МЕТ киназы и STAT3 каскада, подавляющими VEGF/VEGFR1 каскад и усиливающими чувствительность клеток глиобластомы к химиопрепаратам [103]. Эту ассоциацию отчасти подтверждает применение ингибитора SI-124, супрессирующего активность VEGFR2 и экспрессию фосфорилированного белка p-STAT3 [104, 105]. Интересно, что VEGF/VEGFR каскад может регулировать Notch/DLL4 (дельтаподобным Notch лигандом-4) сигнальный путь. На наличие такой взаимосвязи указывает тот факт, что опухоли, экспрессирующие DLL4/Notch, проявляют резистентность к ингибиторам VEGFR [106].

Кроме того, исследователи предполагают, что в гипоксических условиях HIF-1α активирует HGF/c-MET каскад и сверхэкспрессию EGFR2 рецептора, усиливающие экспрессию генов ABCB1, MRP1 и MDR в клетках глиобластомы [107]. Данную гипотезу подтверждают эксперименты, в которых ингибирование HIF-1α малыми интерферирующими РНК снижает экспрессию ABCB1 и MRP1 в клетках Т98G глиомы [108]. В последние годы обнаружен новый ангиогенный рецептор — EGF, содержащий латрофилин и семь трансмембранных доменов (ELTD1), вовлеченный в развитие MDR клеток глиобластомы [103].

Вместе с тем HIF-1α через PI3K/PTEN каскад активирует FGF и его рецептор FGFR, стимулирующие опухолевый ангиогенез и MDR [109–111]. В свою очередь FGFR инициирует запуск SHH/GLI1 и MAPK каскадов, повышающих устойчивость стволовых клеток глиомы к ТМZ [112, 113]. FGF2/FGFR и EGFR4/эприн B2 (EprinB2) каскады могут активировать DLL4/Notch, усиливающие резистентность глиобластомы к ингибитору VEGF — бевацизумабу. Применение ингибитора γ-секретазы, дибензазепина, блокирует Notch путь и снижает MDR в клетках глиобластомы [106].

При ангиогенезе в клетках опухоли происходит активация IGF/IGFR/MAPK каскада, который через Akt и экспрессию гена субстрата-2 инсулинового рецептора IRS2 усиливает резистентность клеток глиобластомы к ТМZ [114].

Другие ангиогенные факторы, в частности ангиопоэтин-1 (Ang1), могут через активацию экспрессии TIE2 рецептора и ABC-белков на клетках глиомы усиливать их химиоустойчивость [115]. Коэкспрессия PDGF-C с c-MET киназой в клетках глиобластомы активирует c-MET/Akt каскад, экспрессию полицистина-1 (PKD1) и DDX21 (DExD-Box Helicase 21), повышающие устойчивость опухолевых клеток к цисплатину [116, 117]. AKT каскад также активируют сверхэкспрессируемые на глиомах хемокиновые рецепторы CXCR4 и CXCR7 при взаимодействии с лигандом CXCL12, в результате чего усиливается MDR клеток глиобластомы [118, 119]. Интересно, что ангиогенез и устойчивость клеток U343MG глиомы к бортезомибу и ТМZ активирует ростовой фактор соединительный ткани (CTGF) через экспрессию антиапоптотических белков: BCL-xl, Survivin и протеина биосинтеза жгутиков (FLIP) [120].

Таким образом, синтез и экспрессия проангиогенных факторов и их рецепторов кроме активации ангиогенеза могут способствовать развитию MDR в клетках глиобластомы и глиомы. Другими словами, в клетках глиомы или глиобластомы с MDR происходит повышенная экспрессия проангиогенных факторов и их рецепторов, не отмеченная в опухолевых клетках, чувствительных к препаратам.

Транскрипционные факторы и микроРНК

Недавно установлено, что экспрессия VEGF и TGF-β в клетках глиомы U251 и эндотелиоцитов HUVEC индуцируется микроРНК miR-24 через каскады с участием Akt и β-катенина [121]. Дополнительно экспрессию VEGF в глиобластоме и эндотелиальных клетках регулирует транскрипционный фактор — Myc-ассоциированный белок цинковых пальцев (MAZ) и miR-125b. При этом сверхэкспрессия miR-125b ингибирует повышенные уровни MAZ, что подавляет миграцию эндотелиоцитов головного мозга и ангиогенез в глиобластоме. В то же время VEGF, уменьшая экспрессию miR-125b, стимулирует MAZ, усиливающий экспрессию ростового фактора [122]. Поскольку VEGF и TGF-β вовлечены в развитие MDR глиобластом, можно предположить наличие ассоциации этого феномена с повышенной и сниженной экспрессией MAZ и miR-125b соответственно. В другом исследовании установлено, что экспрессия VEGFR1 и активация Wnt/β-катенинового каскада в клетках глиомы U87 и LN229 ингибируется в результате связывания miR-139-5p с 3’UTR областью промотора гена VEGFR1. При этом экспрессия miR-139-5p подавляется в опухоли, что не отмечено в здоровой нервной ткани [123].

Экспрессия EGFR и активность MAPK каскада в клетках глиобластомы могут стимулироваться miR-148a-3p и ингибироваться белком ERRFI1 (ERBB receptor feedback inhibitor 1). Однако в опухоли экспрессия ERRFI1 сильно подавлена, что вызывает миграцию неопластических клеток [124]. Активация Ras/MAPK/ERK Ras/PI3K/Akt путей в клетках глиом U87 и U251 также может быть ингибирована miR-143, подавляющим экспрессию гена NRAS. Эти события сочетаются с подавлением формирования трубочек эндотелиоцитов в глиомах, ангиогенеза in vivo и повышением чувствительности клеток глиомы к TMZ [125]. Напротив, на этой же клеточной линии U87MG показано, что активность PI3K и Wnt/β-катенинового каскадов потенцируется miR-513a-5p и ингибируется сверхэкспрессией NEDD4-подобной убиквитин-протеинлигазы E3 (NEDD4L), что приводит к снижению и повышению чувствительности клеток глиомы к ТМZ [126]. В исследовании [127] установлена обратная корреляция между экспрессией Wnt5a и уровнем miR-129-5p в образцах пациентов с глиомой CGGA [127]. При этом экспрессия miR-129-5p ингибирует экспрессию Wnt5a, активность JNK и PKC/ERK/NF-êB каскадов, ангиогенез, рост опухоли в мышиной модели in vivo и повышает чувствительность клеток глиомы к TMZ [127, 128].

Экспрессия других микроРНК снижена в клетках глиобластомы. Например, низкая экспрессия miR-218 активирует HIF-2α/JNK/JUN каскад, усиливая ангиогенез и MDR опухолей мозга [129]. Подавление экспрессии miR-101 через активацию EZH2 стимулирует ангиогенез в клетках глиобластомы [130]. Кроме того, в другом исследовании показано, что низкий уровень экспрессии miR-137 в образцах глиобластомы пациентов связан с активацией EZH2 ангиогенеза и коррелирует с плохим прогнозом у пациентов. Напротив, сверхэкспрессия miR-137 подавляет ангиогенез и рост глиобластомы in vivo в мышиной модели [131]. В свою очередь стимуляция EZH2 потенцирует активность фермента МGMT — мишени действия TMZ [132]. Совсем недавно показано, что EZH2 может регулироваться транскрипционным фактором FOXM1, что усиливает пролиферацию раковых клеток [133]. Этот же фактор регулирует гены транскрипционных факторов GLI2, TWIST1, ZEB1 стволовых клеток глиобластомы через FGFR1/FOXM1/MELK/GLI2/ZEB1/TWIST1 каскад и усиливает устойчивость этих клеток к радио- и химиотерапии [134].

Следовательно, сверхэкспрессия первой группы микроРНК (miR-24, miR-513a-5p) и сниженная экспрессия второй группы (miR-218, miR-101, miR-137, miR-139-5p) стимулирует ангиогенез и MDR в клетках глиобластомы. Экспрессия третьей группы микроРНК (miR-125b, miR-143, miR-129-5p), напротив, ингибирует ангиогенез и повышает чувствительность опухолевых клеток к препаратам.

Гены

Синтез и экспрессия проангиогенных факторов и их рецепторов в клетках глиобластомы при ангиогенезе — результат активации их генов, например, VEGFR2, VEGFR3, FGFR1 и FGFR3 [110, 135]. При исследовании 56 пациентов с глиобластомой и 44 пациентов с астроцитомами Gr II-III установлена ассоциация SNPs rs1870377 гена VEGFR2 и rs3822214 гена VEGFR3 с возрастанием плотности микрососудов и степени злокачественности опухоли, а также снижением выживаемости [135].

Метаанализ, включающий 11 исследований, четыре из которых — GWAS (genome-wide association studies) и семь — типа «случай – контроль», выявил этноспецифические маркеры развития глиомы в европейских и азиатских популяциях. SNP rs11979158 гена EGFR снижает риск развития глиомы в европейских популяциях, тогда как SNP rs11506105 гена EGFR является маркером повышенного риска развития глиомы в азиатских популяциях [136].

Генетический вариант rs121434569 в киназном домене гена EGFR способствует резистентности опухолевых клеток к ингибиторам EGFR первого поколения [137]. К настоящему времени проведено большое количество доклинических исследований, показывающих, что активация ERBB2, ERBB3, IGF1R и MET усиливает резистентность клеток глиобластомы к ингибиторам EGFR [138, 139].

В свою очередь применение ингибиторов EGFR может индуцировать экспрессию гена PDGFRB, что компенсаторно усиливает резистентность клеток глиобастомы к этим ингибиторам [140]. Коэкспрессия ERBB3, IGF1R и TGFBR2 с PDGFR в клетках глиобластомы индуцирует развитие их резистентности к ингибиторам PDGFR [141]. Кроме того, инсулин повышает резистентность экспрессирующих PDGFR глиом к ингибиторам PDGFB [142].

Таким образом, экспрессия генов рецепторов ростовых факторов и их вариантов ассоциирована с развитием ангиогенеза в глиобластомах и MDR при применении таргетных препаратов.

Цитоплазматические белки внеклеточного матрикса

На следующем этапе ангиогенеза секретируемые клетками глиобластомы проангиогенные ростовые факторы взаимодействуют с рецепторами на эндотелиальных клетках сосудов, запускающих сигнальные каскады, активирующие гены протеаз, в результате чего происходит растворение стенки сосуда, деградация базальной мембраны и внеклеточного матрикса (ECM). Затем матриксные металлопротеиназы (ММР) реконструируют ECM, а стромальные клетки синтезируют новый матрикс, стимулирующий пролиферацию, адгезию и миграцию эндотелиоцитов, формирующих эндотелиальную трубку сосуда [94]. Наблюдаемая при ангиогенезе повышенная экспрессия и синтез ММР-2, ММР-9, ММР-12, коллагеназ CLG4 и CLG6, рецептора гиалуроновой кислоты CD44 и сниженная экспрессия ингибиторов тканевого фактора TFPI-1 и TFPI-2 усиливает MDR глиобластомы [143–145]. В свою очередь эти молекулы и хемокиновый рецептор-2 интерлейкина-8 (CXCR2) индуцируют разрыв клеточно-клеточных (α- и β-интегриновых) и клеточно-матриксных (VE-кадгериновых) контактов, что усиливает проницаемость эндотелия сосудов для метастазирующих клеток глиобластомы [146]. HIF-1α оказывает противоположный эффект [147]. Однако в гипоксических условиях HIF-1α повышает экспрессию ABCB1 и CDC-подобной киназы-1 (CLK1) через AMPK/mTOR сигнальный каскад, уменьшающий химиочувствительность клеток глиобластомы [148, 149].

Образование сосудистой сети, сопряженное с повышением уровней транскрипционного фактора HIF-2α, стимулирует экспрессию гена тубулина-3 микротрубочек TUBB3, а также белков промежуточных микрофиламентов: талина-1 (TLN1), тензина-1 (TNS1), актинина-1 (ACTN1), винкулина-1 (VCL), паксиллина (PXN) и нестина, связывающих интегрины мембраны с актиновыми микрофиламентами цитоскелета [147, 150]. Причем усиление экспрессии нестина коррелирует со степенью злокачественности опухоли [151]. При гипоксии установлена повышенная экспрессия проминина-1 (CD133), сочетающаяся с резистентностью клеток глиом U251, U87, SNB19 к цисплатину, этопозиду и ТМZ. При этом ингибирование HIF-2α и CD133 повышает восприимчивость клеток опухолей к цисплатину и HIF-1α, но не к HIF-2α или CD133. Последние участвуют в резистентности клеток глиобластомы к ТМZ [152]. В клетках В16F10 глиомы отмечено повышение секреции IGF-II, который через IGF-IIR активирует PI3K и MAPK пути и сверхэкспрессию гена малого ядрышкового рибонуклеопротеина U3 (IMP3), ассоциированного с пролиферацией, ангиогенезом и химиорезистентностью глиомы [153].

При ангиогенезе в эндотелиальных и стромальных клетках происходит активация матриксных металлопротеиназ, коллагеназ, рецептора гиалуроновой кислоты CD44, проминина-1 и белков промежуточных микрофиламентов, стимулирующих миграцию клеток глиобластомы и их MDR.

Лекарственная устойчивость и метастазирование

Ростовые факторы и рецепторы

Инвазию и миграцию клеток глиобластомы стимулируют ростовые факторы EGF, VEGF, HGF, HIF-1α, хемокин CXCL12 и костный морфогенетический белок-7 (BMP7) (см. таблицу) [16, 18, 23–25, 33, 34, 42, 154]. Например, EGF через EGFR, PI3K/Akt/ERK1/2 каскад и транскрипционные факторы STAT-3, STAT-5 и NF-êB стимулирует экспрессию MMP-9 и метастазирование клеток глиобластомы [155]. Воздействие HGF через c-MET активирует AKT (Akt, serine/threonine kinase family — семейство протеинкиназ B, PKB), экспрессию генов PKD1, DDX21 и усиливает инвазию, подвижность и устойчивость клеток глиомы U373MG к цисплатину [117]. При миграции опухолевых клеток происходит активация RhoA ГТФазы через рецепторную MER тирозинкиназу (MERTK) и киназу локальной адгезии (FAK). Этот каскад вовлечен в развитие химиорезистивности глиобластомы [156, 157]. BMP7 через нейротрофический рецептор p75NTR и белок Smad5 стимулирует миграцию клеток глиом LN18, LN229 человека [16]. Экспрессия этого же рецептора и белка сортилина на клетках глиомы С6, а также анапластических клетках астроцитомы, эпендимомы, олигоастроцитомы и глиобластомы способствует взаимодействию proBDNF и BDNF, что усиливает миграцию и инвазию этих клеток (см. таблицу) [10, 158]. Экспрессия белка сортилина на клетках глиом U87 и A172, усиливает proNGF-индуцируемую их миграцию и инвазию через GSK-3β/β-катенин/twist каскад [159]. На линиях глиом LN229 и LN18 показано, что экспрессия интегрина α9β1 способствует NGF-зависимой миграции и пролиферации через MAPKAkt/Erk1/2 каскад опухолевых клеток [160]. В то же время применение ингибитора PIKE/Akt подавляет инвазию клеток глиомы LN229 и синергически усиливает действие TMZ (25 мкМ) или BCNU (50 мкМ) на жизнеспособность опухолевых клеток [161]. Кроме того, отмечается активация ионотропных рецепторов глутамата и Ca²⁺ сигнального пути, что способствует выделению глутамата и миграции клеток глиобластомы [162].

Миграцию и инвазию клеток глиомы и глиобластомы стимулируют ростовые факторы proBDNF и BDNF, proNGF, NGF, EGF, VEGF, HGF, HIF-1α, хемокин CXCL12 и BMP7 через активацию PI3K/Akt/ERK1/2, GSK-3β/β-катенин/twist, RhoA/MERTK/FAK и proBDNF(proNGF)/ p75NTR, а также сортилин каскады.

Транскрипционные факторы

В клетках глиобластомы происходит конститутивная активация транскрипционных факторов NF-êB, STAT3, AP-1, HIF-1α, усиливающая миграцию и инвазию опухолевых клеток через активацию экспрессии белков MMP-2, Bcl-xL и сурвивина [163–165]. В свою очередь эти же транскрипционные факторы участвуют в резистентности глиобластомы к химиотерапии. В последнее время установлена активация факторов транскрипции: специфичного фактора трансформации эритробластов (ELF1), фактора интеграции экотропного миелоидного вируса 1 (MEIS1), GFI1 и белка FBW7 в клетках глиомы при миграции и инвазии. При этом ELF1 коррелирует с плохим прогнозом пациентов, стимулируя экспрессию MEIS1 (Meis homeobox 1), который увеличивает экспрессию GFI1 за счет активации энхансера GFI1 и ММР-9, но снижает экспрессию FBW7 и капазы-3 [166].

Образование фенестраций в гематоэнцефалическом барьере сопровождается усилением экспрессии транскрипционного фактора KLF4 (Kruppel-like factor 4) в эндотелиоцитах. Это событие вызывает ингибирование транскрипции генов белка плотных контактов-1 (ZO-1), оклудина (OCLN) и кадгерина-5 (Cldn5L) [167]. В клетках глиом A172 и U251 гиперэкспрессия цитоскелетного белка адвиллина (AVIL) стимулирует их миграцию через активацию FOXM1 и регуляцию LIN28B/let-7 [89]. Дополнительно экспрессия транскрипционного фактора MAZ в опухолевых и эндотелиальных клетках глиобластомы регулирует синтез VEGF и миграцию эндотелиоцитов [122]. Кроме того, FOXM1 и MAZ могут быть вовлечены в развитие MDR.

Таким образом, экспрессия транскрипционных факторов AP-1, ELF1, FOXM1, HIF-1α, KLF4, MAZ, MEIS1, NF-êB и STAT3 усиливает миграцию и инвазию клеток глиобластомы. В клетках опухоли, проявляющих фенотип MDR, экспрессия этих транскрипционных факторов будет более высокой, чем в клетках опухолей без MDR.

МикроРНК

Многие микроРНК в качестве транскрипционных регуляторов онкогенов и генов-супрессоров регулируют миграцию, инвазию и метастазирование клеток глиобластомы. Например, miR-22, miR-137, miR-146a, miR-146b-5p, miR-219-5p, miR-373, miR-373-3p, miR-374b, miR-491, miR-564, miR-615 ингибируют экспрессию гена EGFR, тем самым замедляя миграцию и инвазию опухолевых клеток [168–178]. MiR-181c ингибирует экспрессию AKT [179], а miR-145 и miR-566 подавляют экспрессию соответственно ADAM17 и кадгерина сосудов (VHL), β-катенина [180–182]. МикроРНК miR-524-3p и miR-524-5p ингибируют TGF-β/Smad2, Notch/Hes1 и Tead1 сигнальные каскады, регулируемые C-myc транскрипционным фактором [183]. miR-34a нацелена на регуляцию YY1-транскрипционного фактора, тем самым ингибируя прохождение клеточного цикла и миграцию клеток U87MG и A172 глиом [184]. Выше показано, что EGFR, AKT, ADAM17, VHL и β-катенин также участвуют в устойчивости клеток глиобластомы к химиотерапии.

Напротив, miR-148a регулирует EGFR, VHL, рецептор альфа, активируемый пролифератором пероксисом (PPARa), белки BIM и ингибитор обратной связи рецептора ERBB-1 (MIG6), что стимулирует инвазию и химиорезистентность клеток глиом U87, U373, A172, T98G, SNB-19 и U251 [182, 185, 186]. miR-30e ингибирует экспрессию убиквитин-протеинлигазы E3 (CBL-B) и повышает экспрессию EGFR и секрецию MMP-2, усиливая миграцию, инвазию и радиорезистентность глиомы U251 [187]. В свою очередь miR-494 также активирует EGFR/PI3K/Akt/ERK каскад, MMP-2 секрецию и ингибирует P190B Rho-ГТФазу и лизосомальную деградацию белков в клетках U251 [188].

Следовательно, экспрессия одних микроРНК ингибирует гены миграции и инвазии, усиливая чувствительность клеток глиом к химиотерапии. Можно предположить, что экспрессия этих микроРНК будет ингибирована в клетках глиобластом с MDR. Экспрессия другой группы микроРНК стимулирует гены миграции, инвазии клеток глиом и способствует развитию в них фенотипа MDR. Возможно, эти микроРНК будут гиперэкспрессироваться в клетках глиобластом с MDR.

Белки адгезии

В опухолевых клетках глиом U87 и T98G наблюдается коэкспрессия EGFR с белком щелевых контактов — коннексином-43 (CX43). Установлено, что EGFR активирует экспрессию CX43 через JNK/ERK1/2/AP-1 сигнальный каскад, что приводит к устойчивости глиом U87 и T98G к ТМZ [189]. При развитии инвазивного фенотипа и MDR часто возникает сверхэкспрессия белка периостина (POSTN) — лиганда интегринов αVβ3 и αVβ5, который через активацию MMP-9 усиливает миграцию клеток LN229 и U87 глиомы [190]. Интересно, что экспрессия гликопротеина SPOCK1 усиливает миграцию, инвазию и устойчивость клеток U87 и U251 к ТМZ, предположительно, через Akt каскад [86]. На этих клеточных линиях недавно показано, что экспрессия белка клеточной адгезии CCN1 (CYR61) активирует транслокацию в ядро коактиватора транскрипции MKL1/SRF, усиливая миграцию клеток глиом U87MG и U251MG и их устойчивость к лекарственным препаратам [191].

Однако другие адгезионные белки ингибируют миграцию клеток глиобластомы. Например, белок-1 адгезионных контактов (AJAP1) супрессирует экспрессию ассоциированного с меланомой антигена-2 (MAGEA2), усиливая апоптоз и снижая устойчивость клеток глиом U87MG, U251MG, D373MG и D409MG к ТМZ [192]. Такого рода эффект происходит при экспрессии ингибитора-2 тканевого фактора (TFPI-2) в ECM и активации каспазы-9 и каспазы-3, Fas лиганда (FASL) апоптотических белков FADD, BAX рецептора фактора некроза опухолей TNFRSF1A в клетках глиомы U251 [193].

Следовательно, сверхэкспрессия белков адгезии на опухолевых клетках глиобластомы способствует их миграции и развитию феномена MDR.

Лекарственная устойчивость и рецидивирование

В настоящее время установлено, что фенотип MDR в глиобластомах появляется вследствие повторного роста клонов опухолевых клеток после радиотерапии и химиотерапии.

Ростовые факторы, рецепторы и каскады сигнальной трансдукции

В рецидивирующих клетках глиобластомы происходит гиперэкспрессия EGFR, PDGFR, VEGFR, SphK1-2 и S1P1-3, S1P5 и GRK5 [83, 194]. Инициация сфингозинового сигнального каскада усиливает резистентность глиом к радио- и химиотерапии. Конститутивная экспрессия EGFR и EGFRvIII стимулирует гиперактивацию JAK2/STAT3 и β-катенин/TCF4 сигнальных путей и положительно коррелирует со степенью злокачественности и клинической стадией глиом [195]. Эта корреляция подтверждается комбинированным применением антагониста EGFR — гефитиниба или Ирессы с ингибитором JAK2/STAT3 JSI-124, которое вызывает гибель клеток глиобластомы, экспрессирующих EGFR или EGFRvIII [195]. Итальянские ученые у 222 пациентов с глиобластомой определили время рецидивирования опухоли (TTP) и характер (центральные, маргинальные или отдаленные) рецидивов с помощью магнитно-резонансной томографии в зависимости от экспрессии EGFR на протяжении 13 мес. после окончания курсов радиотерапии и химиотерапии. У 79 % пациентов были обнаружены рецидивы при медиане TTP 9 мес. Экспрессия EGFR коррелировала с TTP (р = 0,003) и характером рецидива (р = 0,01). Причем в глиобластоме с низкой экспрессией EGFR преобладали (81 %) рецидивы в головном мозге, а медиана TTP составила 13 мес., тогда как в опухолях пациентов с высокой экспрессией EGFR в 55,6 % возникали отдаленные рецидивы, и медиана TTP составила 6 мес. [196].

Развитие MDR характеризуется экспрессией FGF2, TGF-β2, HIF-1α и активацией HGF/c-MET, HH/GLI1, WNT1-3a/β-катениного каскадов [197–199]. Например, повышение уровней TGF-β2 в плазме пациентов с глиобластомой сопровождается иммуносупрессией, потерей иммунного контроля над развитием опухоли, ее прогрессией и плохим прогнозом заболевания [197]. При рецидивировании опухоли в гипоксических условиях HIF-2α усиливает экспрессию гена тубулина-βIII TUBB3 — одного из маркеров возобновления стволовых клеток, в то время как HIF-1α оказывает противоположный эффект [198]. Интерес вызывает исследование американских ученых, показавших с помощью накаутных моделей мышей, что рецидивирование глиобластом сопряжено с экспрессией рецептора колониестимулирующего фактора-1 (CSF-1R), IGF-1R и активацией PI3K пути. Ученые обнаружили, что ингибирование CSF-1R способствует регрессии опухоли и увеличивает общую выживаемость животных, при этом рецидивы опухоли происходят более чем у 50 % мышей. Авторы установили, что резистентность глиобластомы к CSF-1R определяется микроокружением опухоли, а точнее секрецией макрофагами IGF-1 и взаимодействием с IGF-1R на опухолевых клетках [200].

Таким образом, секреция IGF-1 макрофагами, FGF2, TGF-β2, HIF-1α и экспрессия EGFR, EGFRvIII, PDGFR, VEGFR, CSF-1R, IGF-1R, SphK1-2 и S1P1-3, S1P5 и GRK5 на опухолевых клетках инициирует активацию PI3K, HGF/c-MET, HH/GLI1, WNT1-3a/β-катениного каскадов, способствующих пролиферации опухолевых клеток, рецидивам глиобластомы и развитию фенотипа MDR.

Транскрипционные факторы и микроРНК

В рецидивирующих глиомах происходит активация FOXM1, TRIM24, HES и HEY транскрипционных факторов [55, 59, 198, 201], экспрессия которых повышает устойчивость глиобластомы к химиотерапии [55, 58, 134]. Поскольку miR-9 усиливает экспрессию EGFR и в рецидивируемых опухолях отмечается активация EGFR/PTEN/Akt сигнального каскада, то экспрессия miR-9 может быть ассоциирована с рецидивом глиобластомы [63, 202]. Напротив, снижение экспрессии miR-101 возникает в резистентных к TMZ клетках глиобластом пациентов и коррелирует с их плохим прогнозом. Интересно, что сверхэкспрессия miR-101 через подавление GSK-3β и метилирование промотора гена MGMT может повышать чувствительность устойчивых к TMZ опухолевых клеток [203]. МикроРНК могут ингибировать экспрессию онкогенов. Например, уровни экспрессии miR-205 в сыворотке крови у пациентов с глиомами (Gr III-IV, n = 48) были статистически значимо (p < 0,001) ниже, чем у здоровых лиц. При этом показатели общей выживаемости у пациентов с глиобластомами и высоким уровнем miR-205 были выше (30 мес., p < 0,01), чем у больных с низким уровнем экспрессии (20 мес.) [204].

Следовательно, активация транскрипционных факторов FOXM1, TRIM24, HES и HEY происходит в рецидивирующих глиомах и сочетается с развитием их устойчивости к радио- и химиотерапии. Повышенная экспрессия miR-9 и сниженная экспрессия miR-101 коррелируют с прогрессированием опухоли и развитием MDR, а низкие уровни miR-205 ассоциированы с повышением общей выживаемости пациентов с глиобастомами.

Гены и белки

При прогрессировании глиом LN229 и U87 возникает сверхэкспрессия HOXA9 через PI3K сигнальный путь и TUBB3 посредством HIF-2α, периостина, белков BRD2, BRD4 и E-кадгерина [183, 198, 205, 206]. Экспрессия указанных генов и белков коррелирует со степенью злокачественности и клинической стадией глиобластомы и обратно коррелирует с показателями общей выживаемости.

Заключение

В процессе пролиферации и развития MDR клеток глиобластомы активируются общие EGF/EGFR, FGF2/FGF2R, PDGF/PDGFRA-B, β-катенин/TCF4, STAT3, IGF-I,-II/IGF-IR -IIR, HIF-1α и HIF-2α/eIF3e сигнальные каскады. Усиливают пролиферацию и MDR глиобластомы и транскрипционные факторы IRF7, TRF2, TRIM24, ZEB1, ROBO1, c-MYB, FOXO3a, FOXM1. Белки TGF-β1, GATA4, TRF2, EZH2 ингибируют деление клеток и развитие MDR, а микроРНК miR-9, miR-21, miR-130a, miR-130b, miR-218, miR-223, miR-328, miR-1225-5p, Let-7f усиливают пролиферацию и MDR клеток глиобластомы: экспрессия miR-101 и miR-198 ассоциирована с супрессией этих процессов и повышением чувствительности к ТМZ.

При ангиогенезе и MDR в клетках глиобластомы происходит активация VEGF/VEGFR1-3, PI3K/AKT/mTOR, NOTCH/DLL4/CDK5, PDGF-C/c-MET/STAT3, HGF/c-MET/AKT, IGF/IGFR/MAPK/EZH2, IGF RTK/JNK/JUN, HIF-1α/PI3K/, HIF2α/miR-218 WNT/Gsk-3β, S1P/ceramide, AMPK/mTOR/, FGFR1/FOXM1/MELK сигнальных каскадов, транскрипционных факторов EZH2, FOXO1, FOXM1 и FOXN3, TIE2 рецептора, CD34, рецептора гиалуроновой кислоты CD44, Ki67, металлопротеиназ ММР-2, ММР-9, ММР-12, коллагеназ CLG4 и CLG6. Указанные антиангиогенные и апоптотические белки и ингибиторы TFPI-1, -2, PDGF/PDGFB, BMP7 каскады сигнальной трансдукции усиливают химиочувствительность. Миграция, инвазия и метастазирование клеток глиобластомы сопровождается активацией HIF-1α, EGF/EGFR/CX43, PI3K/Akt/ERK1/2, HGF/c-MET/Akt, JNK/ERK1/2/AP-1, Ca²⁺ сигнальных путей, транскрипционных факторов STAT-3, STAT-5, NF-êB, KLF4, AP-1, ELF1, MEIS1, GFI1, металлопротеиназ MMP-2, MMP-9, адгезионных белков ADAM17, VHL, αVβ3, αVβ5, ГТФаз MERTK, RhoA, белков плотных контактов ZO-1, оклудина, кадгерина-5 и антиапоптотических Bcl-xL, сурвивина белков и MAGEA2. МикроРНК miR-148a, miR-30e, miR-494 также способствуют миграции и инвазии клеток глиобластомы. Напротив, экспрессия микроРНК, miR-22, miR-137, miR-145, miR-146a, miR-146b-5p, miR-181, miR-219-5p, miR-373, miR-373-3p, miR-374b, miR-491, miR-524-3p, и miR-524-5p, miR-564, miR-566, miR-615, белков FBW7, AJAP1, ингибитора-2 тканевого фактора (TFPI-2) и активация апоптотических белков, каспазы-9 и каспазы-3, Fas лиганда (FASL) FADD, BAX рецептора фактора некроза опухолей (TNFRSF1A) ассоциируются с ингибированием миграции и метастазирования глиобластомы. В рецидивирующих глиобластомах происходит активация EGF/EGFR, EGFRvIII, EGFR/PTEN/AKT, PDGF/PDGFR, JAK2/STAT3, Wnt1-3a/β-катенин/TCF4, HGF/c-MET, TGF-β2/HH/GLI1, GRK5/SphK1-2/S1P1-3, JAK2/STAT3, HIF-1α/HIF-2α, NOTCH сигнальных путей, FOXM1, TRIM24, HES и HEY транскрипционных факторов, белков HOXA9, βIII-тубулина, периостина, BRD2, BRD4 и E-кадгерина.

Совершенствование в будущем диагностических биохимических, молекулярно-генетических технологий и методов исследования будет способствовать открытию новых генов, их полиморфизмов, рецепторных белков, транскрипционных факторов, а также изучению их роли в пролиферации, ангиогенезе, миграции, инвазии, метастазировании и развитии фенотипа MDR клеток глиобластомы. Более глубокое исследование молекулярно-генетических механизмов этих процессов даст возможность использовать новые гены, полиморфизмы и белки в качестве мишеней для разработки и создания новых таргетных противоопухолевых препаратов, высокочувствительных и специфических диагностических тестов, а также маркеров прогноза при комплексной или комбинированной терапии. Все эти мероприятия будут способствовать увеличению продолжительности и качества жизни пациентов с глиобластомой, метастазами и рецидивами.

Дополнительная информация

Финансирование. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Наибольший вклад распределен следующим образом: А.Н. Чернов — написание текста рукописи; Э.С. Галимова, О.В. Шамова — полное редактирование рукописи.

Additional information

Funding. This study was not supported by any external sources of funding.

Conflict of interest. The authors have no conflicts of interest regarding the publication of this article.

Author contributions. All authors made a significant contribution to the study and the article preparation, as well as read and approved the final version before its publication. The largest contribution is distributed as follows: A.N. Chernov — writing the text of the manuscript; E.S. Galimova, O.V. Shamova — complete editing of the manuscript

About the authors

Alexander N. Chernov

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: al.chernov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2464-7370

PhD, Cand. Sci. (Biol.), Research Associate, Department of General Pathology and Pathological Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Elvira S. Galimova

Institute of Experimental Medicine; Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry Russian Academy of Sciences

Email: elya-4@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8773-0932
Scopus Author ID: 24331659400

PhD, Cand. Sci. (Biol.), Senior Researcher; Senior Researcher

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Olga V. Shamova

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: oshamova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5168-2801
Scopus Author ID: 6603643804
ResearcherId: F-6743-2013

Dr. Sci. (Biol.), Assistant Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department of General Pathology and Pathological Physiology; Professor of the Department of Biochemistry

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

Supplementary files