CELL AND CELL-MATRIX INTERACTIONS IN BREAST CARCINOMA: THE PRESENT STATE OF PROBLEMS

Abstract

In an article, on the analysis of literature data, studied and intercellular ceU-matkrisnyh interactions in breast tumors. Analyzed in the data that are important for understanding the processes of intercellular interactions and patterns of tumor growth. Tumor microenvironment is important for the regulation of tumor status.

Full Text

Несмотря на фундаментальные достижения медико-биологической науки, проблема рака молочной железы (РМЖ) еще далека от разрешения. Научные работы по изучению генетических, морфологических, физиологических, биохимических и других особенностей карциномы молочной железы (МЖ), к сожалению, не носят комплексный характер. Современные представления о биологии рака во многом основываются на экспериментальных данных, свидетельствующих о тесной связи трансформированного эпителия с эволюционными процессами мезенхимы. Отошли в прошлое попытки упрощенного подхода к проблеме «рак и строма», при котором строму рассматривали лишь в качестве противоборствующей стороны в динамической системе организм - опухоль. Более сложной, но и более перспективной является точка зрения относительно существования феномена эволюции эпителиальных клеток и стромальных компонентов как единого целого в процессе канцерогенеза и прогрессии опухоли [4, 5]. При опухолевом росте сохраняется синхронность действия различных структур стромального и паренхиматозного компонентов [4, 7, 9, 18]. Стромообразование в опухоли является результатом многообразных взаимодействий опухолевых клеток, сосудистых факторов и гистиогенных клеток соединительной ткани. Участие опухолевых клеток в образовании стромы складывается, вероятно, из секреции разнообразных факторов роста и онкобелков, способных стимулировать, пролиферацию фибробластов, эндотелиальных и других клеток и их предшественников, усиления синтеза зрелыми соединительнотканными клетками компонентов экстрацеллюлярного матрикса [3, 5, 7, 11]. В данном исследовании, на основании изучения литературы, мы остановимся на анализе процессов, протекающих при злокачественной трансформации эпителия, и значимость компонентов стромы для диаг 154 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. ностики рака молочной железы. Новообразования молочной железы или их различные участки могут также отличаться по составу экстрацеллюлярного матрикса, клеточным и неклеточным компонентам соединительной ткани (стромы опухоли); по количеству и типам клеток иммунной системы, инфильтрирующих опухолевую паренхиму; по степени васкуляризации (как кровеносными, так и лимфатическими сосудами), по метаболическим особенностям микроокружения. Важную роль в канцерогенезе играет микроокружение опухоли, которое включает межклеточный матрикс, кровеносные сосуды, клетки воспалительного инфильтрата и фибробласты, поэтому предпринимаются значительные усилия для изучения состояния стромы рака молочной железы (РМЖ) и оценки ее роли в прогрессии опухоли. Чаще всего лимфоидная инфильтрация в опухолевом узле рассматривается как благоприятный прогностический фактор, отражающий местную защитную реакцию в ткани РМЖ, однако ряд авторов приписывает лимфоидным клеткам способность стимулировать опухолевый рост. Недавно было показано, что фибробласты стромы опухоли имеют большое самостоятельное значение для прогрессии рака. Обнаружено, что высокая пролиферативная активность фибробластов в центре опухолевого узла инвазивного протокового РМЖ увеличивает риск развития метастазов в лимфоузлы и отдаленные органы. Данная закономерность связывается с продуцированием фибробластами протеиназы, которая является важным фактором инвазии опухолевых клеток и метастазирования [3, 11, 20]. При развитии опухолевого процесса в молочной железе сохраняется синхронность действия различных структур стро-мального и паренхиматозного компонентов [3, 15]. Стромообразование в опухоли является результатом многообразных взаимодействий опухолевых клеток, сосудистых факторов и гистиогенных клеток соединительной ткани. Участие опухолевых клеток в образовании стромы складывается, вероятно, из секреции раз нообразных факторов роста и онкобелков, способных стимулировать, пролиферацию фибробластов, эндотелиальных и других клеток и их предшественников, усиления синтеза зрелыми соединительнотканными клетками компонентов экст-рацеллюлярного матрикса. Известно, что ряд опухолей молочной железы с высоким инвазивным потенциалом синтезируют компоненты стромы в таком количестве, когда синтез явно превалирует над разрушением. Взамен разрушенной базальной мембраны в месте инвазии формируются подобные базальной мембране структуры. Существуют работы, в которых рассмотрено взаимодействие клеток рака и капилляропроводящих структур соединительной ткани. На моделях опухолей человека, перевиваемых бестимусным мышам [36], показано, что после пересадки первые миотически делящиеся клетки рака молочной железы обнаруживаются в тесной связи с капилляропроводящими структурами соединительной ткани, образуемыми фибробластами мыши, активно внедрившимися в ксенотрансплантаты. Эти тяжи способствуют поддержанию жизнеспособности опухолевых клеток, их воспроизводству и рассеиванию по соединительной ткани. Вывод работы однозначен - соединительная ткань хозяина играет важную роль в опухолевой пролиферации и локальной экспансии опухолевых клеток. Процессы образования компонентов экстрацеллюлярного матрикса, в том числе базальной мембраны, могут происходить в ткани опухоли вне зависимости от процессов разрушения и синтеза, протекающих только за счет клеток рака. Специалист, пристально рассмотрев участок контакта трансформированного эпителия и стромы, вряд ли сможет определить, какие именно компоненты экстрацеллю-лярного матрикса являются производными опухолевой клетки, а какие - производными клеток стромы. Наиболее характерным и объективным критерием становления злокачественной опухоли является инфильтративный рост, подразумевающий изменения базальной мембраны 155 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. (БМ). Индикатором целостности БМ можно считать характер экспрессии коллагена IV типа, который наглядно иллюстрирует динамику гистогенеза неоплазмы от доброкачественной стадии вплоть до инфильтрирующих структур. Доброкачественные новообразования, в том числе и фиброзно-кистозная болезнь, отличаются неповрежденной базальной мембраной [25]. Что касается РМЖ, то характер экспрессии коллагена IV типа достаточно вариабелен: от крайне истончено-непрерывной линии (микропапиллярный, криброзный, солидный, внутрипротоковый РМЖ) до расщепления тонких коротких волоконец, часто в виде фестончатопрерывистого края (комедокарцинома), а в инвазивных РМЖ коллаген IV типа вообще не выявляется [18, 31]. Изученные иммуногистохимические топографические особенности экспрессии гликопротеида экстрацеллюлярного матрикса тенасцина (в наиболее анаплазиро-ванных фокусах опухоли и в местах наибольшей деструкции БМ) дают возможность предполагать его немаловажную роль в процессах деградации БМ, что может служить индикатором высокого риска инвазии [20]. Однако, с точки зрения некоторых авторов [16, 30], распределение тенасцина в ткани РМЖ не предсказывает инвазивность или метастазирова-ние опухоли, а сопряжено с инфильтрацией гематогенными клетками стромы опухоли (так как при инфильтрации ими стромы наблюдается повышение ретикулярной и периэпителиальной экспрессии тенасцина). Механизм инвазии представляется так: антиадгезивные свойства тенасцина, синтезируемого фибробластами под действием анаплазированных клеток опухоли, обусловливают нарушение контактов их между собой и с БМ. Опухолевые клетки прекращают синтезировать компоненты БМ, выделяя протеолитиче-ские ферменты, разрушающие ее, что способствует выходу злокачественных клеток из локуса первичной малигниза-ции [8, 20]. Стромальные фибробласты путем синтеза тромбоспондина-1 стимулируют выработку опухолевыми клетка ми металлопротеиназы-9 и этим способствуют инвазии РМЖ. Другими часто используемыми для дополнительной диагностики компонентами матрикса являются ламинин и рецепторы ламинина [6, 15]. Увеличение числа рецепторов ламинина коррелирует с метастатическим потенциалом опухолевых клеток РМЖ. Развитию тяжелой дисплазии сопутствует падение ламинина в БМ. Экспрессия этого адгезивного гликопротеина сочетается с относительно более высоким уровнем дифференцировки опухоли, отсутствием отдаленных метастазов и способствует более благоприятному прогнозу заболевания. Еще одним часто выявляемым компонентом БМ является фибро-нектин [12], экспрессия которого, так же как и ламинина, чаще сопутствует высокой дифференцировке РМЖ. Следовательно, наиболее общей характеристикой БМ при неоплазии является нарушение ее целостности и строения, сопровождающееся трансформацией экспрессии и коэкспрессии составляющих компонентов, что и может быть использовано в диагностических целях. Однако неверно было бы сводить роль БМ и экс-трацеллюлярного матрикса лишь к барьерной функции. Показано, что БМ (соответственно и составляющие ее компоненты) могут способствовать миграции опухолевых клеток [6, 18]. В настоящее время общепринятой точкой зрения является представление о том, что программа эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), при которой дифференцированные эпителиальные клетки превращаются в фиброб-ластоподобные клетки, способные к миграции, является основным механизмом эволюции клеток карцином [2, 21, 32, 37]. Угнетение экспрессии Е-кадхерина и связанное с этим разрушение межклеточной адгезии часто рассматривается как пусковой механизм инвазии и диссеминации опухолевых клеток. Е-кадхерин из семейства Са2+-зависимых молекул клеточной адгезии, в обычных условиях экспрессирующийся в ткани молочной железы, может также использоваться как маркер про 156 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. гноза течения РМЖ (имеется в виду доль-ковый рак в связи с активизацией опухолевого роста из-за утраты клеточных взаимодействий) и клинического исхода в связи с ухудшением течения заболевания при утрате этого маркера [8]. При анализе экспрессии Е-кадхерина в дольковом РМЖ учитывается только мембранное распределение метки [14, 17]. Высокая экспрессия Р-кадхеринов в РМЖ резко ухудшает течение и исход заболевания. Считают, что Р-кадхерины являются более информативными и независимыми маркерами клинического исхода РМЖ, чем изменения в экспрессии Е-кадхерина или катенинов. В настоящее время реакция против Е-кадхерина используется для дифференциальной диагностики протокового и долькового раков, для последнего эта реакция отрицательна как в структурах in situ, так и в участках инвазивного роста. Другой аспект этой проблемы - выработка опухолевыми клетками протео-литических ферментов (протеаз), которые приводят к дегенерации матрикса, что лежит в основе инвазивного роста рака и его метастазирования. Среди таких протеаз наиболее изучены матриксные ме-таллопротеиназы (ММР) и катепсин D. Повышенное содержание этих ферментов отмечено в клетках РМЖ и служит независимым показателем агрессивности опухоли, не связанным со стадией заболевания, гормональными рецепторами и гистологической формой РМЖ [11, 13]. Наиболее изученными при РМЖ являются ММР 2-го и 9-го типов. При оценке экспрессии ММР 9 необходимо учитывать реакцию и в опухолевой ткани, и в строме. Авторы [23, 28] считают, что повышенная экспрессия ММР9 в строме опухоли свидетельствует о худшем прогнозе, при экспрессии в паренхиме опухоли не получено сведений о прогнозе. В раке молочной железы генетически гомогенные линии опухолевых клеток могут проявлять морфологическую гетерогенность (сочетание округлых, не способных двигаться эпителиоидных клеток и подвижных фибробластоподобных клеток, которое можно обнаружить как in vitro, так и in vivo), которая является результатом различной взаимоисключающей и взаимообратимой активации G-белков Rac и Rho [10, 22]. Показано, что Rho белки регулируют клеточную морфологию и актиновый цитосклет, однако, теперь ясно, что они также влияют на экспрессию генов, пролиферацию и выживаемость клеток. Эти клеточные функции важны в канцерогенезе, становится ясным, как Rho белки вносят вклад в регуляцию этих процессов. Rac онкогены являются членами большого семейства малых GTPases. Ветвью семейства RAS являются Rho белки, также вовлекаемые в канцерогенез. Rho вовлечены в потерю эпителиальной полярности, это обнаруживается даже в злокачественных опухолях и, как полагают, важны для эпителиально-мезенхимальной трансформации, которая наблюдается у более агрессивных опухолей. Нормальные эпителиальные слои характеризуются клеточной полярностью и хорошо организованным расположением специализированных межклеточных соединений [29]. Рост опухолевого узла молочной железы рассматривается как результат содружественного действия двух механизмов: пролиферации клеток и их гибели путем апоптоза. Известен ряд онкогенов, контролирующих запрограммированную клеточную гибель, основные из них ген р53 - индуктор апоптоза, экспрессирующийся в высокозлокачественных инфильтрирующих раках с высоким митотическим индексом, и супрессор -онкоген bcl-2, преимущественно обнаруживаемый в высокодифференцированных (протоковых и дольковых) инфильтрирующих новообразованиях МЖ [1, 9]. Основной тип клеточных элементов в опухолевой, так же как и в нормальной строме молочной железы- фибробласты. Фибробласты являются основными продуцентами фибриллярного и нефибриллярного матрикса, синтезируют целый ряд факторов, энзимов и их ингибиторов и тем самым активно участвуют в эпителиально-мезенхимальных интерреакциях 157 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. [6, 27]. Выделяют 2 особенности фиброб-ластов, обычно ассоциируемые с неопла-зией: приобретение ими фенотипа гладкомышечных клеток (миофибробластов) и приобретение эмбриональных признаков дифференцировки и функционирования. Но фибробласты в опухолевой строме молочной железы особенные и обозначаются специальным термином - «раковые фибробласты». «Раковые фиброб-ласты» можно распознать по поверхностным маркерам - белкам клеточной мембраны, синтезирующимся этими клетками дифференциально, т.е. в повышенных по сравнению с обычными фибробластами количествах. Фибробласты опухолевой стромы более подвижны и быстрее размножаются. Они способны обеспечить более активный синтез межуточного вещества стромы, более быстрый ангиогенез, что приводит к лучшему питанию раковых клеток и, следовательно, росту ракового узла. То, что «раковые фиброб-ласты» отличаются от нормальных, означает, что, по крайней мере, теоретически, можно выработать способы их элиминации или ингибирования их активности, не вызывающие критических изменений в нормальных фибробластах. В противоположность покоящимся фибробласты, ассоциированные с опухолью (ФАО), обладают активированным фенотипом и характеризуются экспрессией вимен-тина, десмина, a SМА и белка активации фибробластов. ФАО продуцируют факторы роста, белки ВКМ, что способствует усилению пролиферации и выживаемости опухолевых клеток. Весьма примечательно, что по сравнению с трансформированными клетками ФАО более генетически гомогенны. Также показано, что при РМЖ значительное число миофибробластов свойственно «молодой» мезенхимальной строме, а не плотным склеротическим ее участкам. Степень инвазии может в ряде случае оцениваться реакцией миофибробластов стромы [15, 32]. Резидентные ФАО первично образуются путем активации локальных фиб-робластов факторами роста, производимыми опухолевыми клетками. Вторым источником являются мезенхимальные стволовые клетки - производные костного мозга. Третий источник ФАО - эпителиальные клетки, которые через эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) приобретают свойства мезенхимальных клеток и становятся фибробластами. Кроме того, ФАО могут возникать непосредственно из опухолевых клеток вследствие ЭМП. Примечательно, что ФАО не удаляются апоптозом и их активация не является обратимой. Интересно участие ФАО в опухолевом росте. Они способны тормозить опухолевую прогрессию на ранних стадиях. Позднее ФАО активируются некоторыми факторами, секрети-руемыми опухолью, и усиливают как рост, так и прогрессию опухоли. Они непосредственно стимулируют пролиферацию опухолевых клеток с помощью производимых ими факторов роста, гормонов и цитокинов (рис. 1.). ФАО участвуют в инвазии и мета-стазировании опухолей путем индукции ЭМП опухолевых клеток, путем секреции трансформирующего фактора роста β (TGF β) и фактора роста гепатоцитов (HGF). Кроме того, ФАО являются источником различных типов ферментов, обладающих протеазной активностью, включая матриксные металлопротеиназы и активаторы плазминогена. Одним из наиболее информативных иммуногисто-химических маркеров ФАО является a SMA. Белок, активирующий фибробла-сты, гиперэкспрессируется в большинстве ФАО и усиливает рост клеток в экспериментальных системах. Высокое содержание этого белка в опухолях человека коррелирует с низкими показателями выживаемости. ФАО являются наиболее представленным видом клеток в строме многих типов злокачественных новообразований, наиболее заметны они в карциномах грудной, предстательной и поджелудочной железы. ФАО являются также доминирующим компонентом стромы в опухолях толстого кишечника. Получены данные о значительной корреляции между экспрессией стромального β-рецептора PDGF и прогнозом рака молочной желе 158 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. Рис. 1. Схема, отражающая эффекты канцерассоциируемых фибробластов (CAFs) и сигнальных молекул в клеточном микроокружении опухолей молочной железы зы. В этой связи примечателен вывод, сделанный некоторыми авторами [3, 6, 25], о том, что прогноз рака во многом определяется характеристикой элементов стромы, в частности фибробластов. Приобретение фибробластами при опухолевом процессе свойств незрелых клеток подтверждается целым рядом экспериментов. В работах [16] показана активация онкогенов в клетках стромы, в том числе фибробластах, при раке желудка. Обнаружение экспрессии онкогенов c-myc, c-fos, белка р62 в фибробластах и макрофагах коррелирует с более благоприятным прогнозом РМЖ [30]. К индикаторам незрелости фибробластов при РМЖ можно отнести онкоэмбриональный фибронектин, обнаруженный в эмбриональных фибробластах и фибробластах онкологических больных [5, 16, 32]. Морфологически фибробласты выглядят одинаково с миофибробластами, но функционально эти два типа клеток весьма гетерогенны. Фибробласты экспрессируют белок виментин, но не α SMA. Фиб-робласты могут трансдифференцировать-ся в миофибробласты, характеризующиеся экспрессией α SMA, в ответ на стимуляцию TGF β и PDGF и при канцерогене зе [29]. Миофибробласты, которые, по сути, являются активированными фиб-робластами, отражают группу ФАО с комбинированными свойствами фиброб-ластов и гладкомышечных клеток. Мио-фибробласты экспрессируют α SMA, ви-ментин и десмин [2, 5, 32]. Васкуляризация солидных опухолей и роль ангиогенеза в их становлении и метастазировании широко освещаются в литературе. Общепризнано, что основными патогенетическими механизмами в процессе развития рака молочной железы являются ангиогенез и ремоделирование [18, 19]. Стимуляция ангиогенеза может быть следствием аутокринной/ паракрин-ной секреции соматотропного гормона в РМЖ, что продемонстрировано в культурах опухолевых клеток, а также инсулиноподобных факторов роста [31]. Зависимость ангиогенеза от эстрогенов неоднозначна. Имеются данные как об ассоциации большей васкуляризации опухолей с прогностически неблагоприятным рецеп-тор-негативным статусом [1, 32], так и полученные в эксперименте доказательства гормональной зависимости неоан-гиогенеза в РМЖ. Различные результаты получены при изучении циркулирующих 159 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. (плазменных, сывороточных) и тканевых форм VEGF. Гиперэкспрессия рецепторов эпидермального фактора роста II типа (Her2/neu) сопровождается усилением опухолевого неоангиогенеза [1, 33, 35]. К значимым факторам, влияющим на ангиогенез в РМЖ, является степень инфильтрации стромы опухоли макрофагами и тучными клетками. Высокая степень инфильтрации ассоциирована с активным ангиогенезом [6, 24]. С одной стороны, большее количество макрофагов может быть следствием изначально большего количества сосудов и большей миграцией моноцитов крови. С другой стороны, большее количество сосудов в местах скопления макрофагов может быть следствием действия проангиогенных цито-кинов, выделяемых макрофагами, а также деградацией матрикса ферментами. Одним из объяснений концентрации макрофагов с последующим формированием «горячих пятен» ангиогенеза может быть следующее. В гиповаскулярных участках развиваются гипоксические изменения и гибель опухолевых клеток. Данные очаги являются хемоаттрактивными для макрофагов, которые становятся ангиогенно активными, выделяя, в частности, FGF-ß, что показано при экспериментальной гипоксии. Гипоксия - один из факторов развития спонтанных некрозов в РМЖ, которые, по общему мнению, являются неблагоприятным прогностическим показателем, часто ассоциированы с рецеп-торнегативным статусом опухолей, гиперэкспрессией Her2/neu. В ряде исследований [1, 11, 33] показана значимая корреляция между плотностью сосудов в опухоли и наличием некрозов, выявлена также положительная корреляция между продукцией VEGF, инфильтрацией макрофагами и некрозами в опухоли [23, 34]. Связь ангиогенеза и степени инфильтрации макрофагами не является линейной. Тем не менее, подавление ангиогенной активности макрофагов может быть одним из направлений в таргетной терапии РМЖ. Участие макрофагов в росте сосудов является одним из звеньев воспалительного ангиогенеза, при котором фор мируется патогенетический круг между изменениями сосудистой стенки, образованием сосудов и активностью как моно-нуклеарных, так и полиморфноядерных лейкоцитов. Одним из направлений анти-ангиогенной терапии может быть подавление механизмов, зависящих от воспаления. В роли синергистов выступают блокатор апоптоза bcl-2 и гипоксия, стимулируя продукцию VEGF, что показано в экспериментальных исследованиях. При этом гиперэкспрессия bcl-2 не влияла на уровень экспрессии р53 [1, 15, 32, 37]. Таким образом, анализируя данные литературы, принципиальную схему модулирующих, индуктивных и супрессорных видов взаимодействия и молекулярных механизмов между эпителиальным компонентов рака и элементами его стромы можно представить таким образом (рис. 2). Заключение Таким образом, исследования последних лет, направленные на поиск морфологических маркеров степени злокачественности и прогноза рака молочной железы (РМЖ), аргументируют правильность многофакторного анализа структурных особенностей новообразований. С помощью современных иммуногистохимических и молекулярно-биологических методик возможно изучать и документировать морфобиологические потенции опухоли. Важным диагностическим признаком рака молочной железы является обнаружение в клеточном и внеклеточном экстра-целлюлярном матриксе целого ряда маркеров как мезенхимального, так и эпителиального происхождения, а также маркеров ранних этапов эмбриогенеза. Накопление и интеграция разрозненных данных о взаимоотношении различных компонентов, составляющих опухолевый узел, качественный и количественный учет изменений в тканях, составляющих новообразование, в частности феномен эпителиально-мененхимальной трансформации, позволят не только более адекватно определить степень злокачественности, но и, вероятно, полнее раскрыть биологическую сущность и морфогенез РМЖ. 160 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. Рис. 2. Упрощенная схема взаимодействия клеточных,клеточно-мактриксых взаимодействий и молекулярных механизмов в генезе карцином молочной железы