HSO talks | Архив

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение

HSO talks | Архив·7 Nov 2022

Автор: Гузель Рафикова
Редакторы: Наталья Усолова, Ксения Петрова
Верстка: Александр Кулябин

Содержание:

  1. Введение
  2. Иммунные клетки
  3. Стромальные клетки
  4. Неклеточные компоненты
  5. Если в тексте оказалось слишком много букв
  6. Литература

Введение

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение, image #1

Сложно сказать, когда и кто впервые определил важность изучения микроокружения опухоли в рамках канцерогенеза и терапии рака. Уже в 80-х годах прошлого века встречаются публикации, изучающие эту проблему, но важным этапом стала работа Douglas Hanahan (помним, что он же один из авторов крестражей опухоли) и Lisa M.Coussens, в которой они подробно разобрали все элементы микроокружения опухоли.

Как мы, заселяясь в новую квартиру, делаем ремонт, обустраиваем пространство под себя, так и опухоль запускает молекулярные, клеточные и физические механизмы, создает вокруг себя микроокружение (Tumor Microenvironment – TME), способствующее выживанию раковых клеток, местной инвазии и метастатическому распространению. Состав TME способен изменяться в зависимости от вида опухоли, наличия/отсутствия мутаций, но можно выделить компоненты, которые встречаются практически всегда:

Для врачей и ученых TME – солнечное местечко, чтобы найти новые терапевтические мишени.

Постараемся разобраться какие клетки и зачем опухоль призывает в ряды TME.

Иммунные клетки

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение, image #2

Как бы ни преподавалась иммунология в вашей альма-матер, вы еще можете вспомнить, что иммунные клетки делятся на два типа: врожденные и приобретенные (aka адаптивные). К врожденному иммунитету относятся макрофаги, нейтрофилы и дендритные клетки, к приобретенному иммунитету – Т-клетки, В-клетки и NK-клетки.

В идеальном мире иммунные клетки должны бороться с опухолью, а в реальном могут как подавлять, так и стимулировать опухолевый рост.

Т-клетки

У каждой Т-клетки есть Т-клеточный рецептор (TCR), который распознает определенный антиген. На поверхности опухоли антигены представлены комплексами гистосовместимости 1 класса (HLA I), которые распознаются и уничтожаются CD8+ лимфоцитами в норме. Но при попытке выжить опухоль ломает систему внутриклеточных белков, которые презентируют антиген на поверхности клеток, либо происходит мутация на 6 хромосоме, кодирующей HLA – так Т-клетки больше не узнают антигены опухоли и не могут их уничтожить.

Кроме основного рецептора цитотоксических Т-клеток (CD8+), который связывается с HLA, на поверхности иммунных клеток существуют ко-рецепторы, стимулирующие или подавляющие активность иммунного ответа (iCOS, CTLA4, CD28, PD-1 и другие). Например, PD-1 рецептор ингибирует активность Т-клеток. Поэтому на поверхности опухолевых клеток расположен подходящий ему, как ключ к замку, PD-L1 рецептор, и это позволяет опухоли избежать иммунного надзора и выжить. Для нас же это мишень, к которой мы можем подобрать лекарство, чтобы собственные T-клетки организма уничтожили опухоль. Успех лекарственного лечения последних лет в основном можно объяснить клиническим внедрением ингибирующих антител против CTLA4 и PD-L1/PD-1 рецепторов.

Т-хелперы (Th-1) – это провоспалительные CD4+ Т-клетки, которые поддерживают клетки CD8+ за счет секреции интерлейкина-2 (IL-2) и IFN-γ. Повышенные уровни клеток Th-1 в TME связаны с положительными результатами лечения при многих типах рака. Регуляторные Т-клетки (Treg) обычно необходимы для подавления воспалительных реакций и контроля аутоиммунитета. В контексте TME Treg распространены повсеместно и способствуют развитию и прогрессированию опухоли, подавляя противоопухолевый иммунный ответ. Например, Treg секретируют IL-2, который модулирует гомеостаз и функцию естественных клеток-киллеров (NK). Кроме того, клетки Treg вместо уничтожения опухолевых клеток напрямую и через взаимодействие с T-киллерами индуцируют митоз в клетках, рекрутируют миелоидные клетки, угнетают T-киллеры.

В опухоли с иммунной инфильтрацией иммунные клетки равномерно распределены по всей опухоли, что может быть положительным прогностическим фактором для имунотерапии. В некоторых случаях опухоли могут быть «молчащими по иммунитету» или холодными, т.е. полностью лишенными инфильтрата иммунных клеток, что указывает на отсутствие иммунного ответа на опухоль.

В-клетки

По сравнению с Т-клетками в TME относительно мало инфильтрирующих В-клеток. Но исследования показали, что присутствие и функция В-клеток важны во время онкогенеза. В-клетки, проникающие в опухоль, играют важную роль в формировании «третичных лимфоидных структур», которые представляют собой эктопические лимфоидные структуры, формирующиеся внутри TME. Третичные лимфоидные структуры обеспечивают тесную связь между Т- и В-клетками и являются положительным прогностическим маркером при раке молочной железы, меланоме и раке яичников. В-клетки, рекрутированные в TME, оказывают проопухолевое действие: секретируют IL -10, IL-35, IL-6, трансформирующий фактор роста-β (TGF-β), обладающий супрессорным эффектом на иммунитет. Наличие В-клетки в TME может быть предиктором неблагоприятного исхода при раке мочевого пузыря, раке предстательной железы, почечно-клеточной карциноме.

NK-клетки

NK-клетки очень эффективны в уничтожении опухолевых клеток в кровотоке и могут участвовать в блокировании метастазирования, но, попадая под воздействие опухоли, NK-клетки перестают выполнять свои функции уничтожения опухолевых клеток.

Макрофаги

Макрофаги можно разделить на воспалительные макрофаги М1, которые фагоцитируют и убивают клетки, и иммуносупрессивные макрофаги М2, которые участвуют в заживлении ран. Оба вида макрофагов встречаются в опухолевом окружении, но гипоксия и секреция цитокинов (например, IL-4) в TME благоприятна для фенотипа М2. Макрофаги этого класса и будут способствовать росту и опухоли в связи с активацией ангиогенеза посредством выработки фактора роста эндотелия сосудов (VEGF)-A.

Как правило, высокая инфильтрация макрофагами связана с плохим прогнозом для пациентов при многих типах рака, таких как рак молочной железы, рак легкого и рак желудка.

Нейтрофилы

Нейтрофилы действуют на опухоль через различные механизмы: активируют генетическую нестабильность опухоли, ее инвазивные свойства, способствуют росту опухоли за счет модификации внеклеточного матрикса, высвобождения VEGF и продукции матриксной металлопротеиназы (ММР)-9 для стимуляции ангиогенеза, прогрессирования опухоли и локальной инвазии.

Дендритные клетки

Дендритные клетки (ДК) – это антигенпрезентирующие клетки, они распознают, захватывают и представляют антигены Т-клеткам во вторичных лимфоидных органах. Цитокины, секретируемые из TME, вызывают толерантность ДК к присутствию опухолевых клеток и блокируют индукцию иммунного ответа.

Миелоидные супрессорные клетки (MDSC) оказывают проинвазивный, прометастатический эффект.

Тучные клетки активируют ангиогенез через проангиогенные факторы, такие как гистамин, гепарин, основной фактор роста фибробластов, фактор роста эндотелия сосудов, TGF-β.

Стромальные клетки

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение, image #3

Так как опухоль рекрутирует на свою сторону компоненты стромы из близлежащих нераковых клеток хозяина, то и состав стромальных клеток значительно различается в зависимости от типа опухоли и может включать включать: эндотелиальные клетки сосудов, фибробласты, адипоциты и звездчатые клетки. Попав в TME, стромальные клетки секретируют множество факторов, влияющих на ангиогенез, пролиферацию, инвазию и метастазирование.

Эндотелиальные клетки

На начальных стадиях развития опухоли достаточно пассивной диффузии для газообмена и транспортировки питательных веществ. Как только опухоль достигает объема 1-2 мм3, недостаток кислорода и накопление метаболических отходов приводят к гипоксии и повышению кислотности, что запускает ангиогенез посредством активации факторов, индуцируемых гипоксией (HIF), факторов транскрипции, имеющих решающее значение для координации клеточных ответов на низкое содержание O2. В частности, HIF инициируют прорастание сосудов, инструктирует эндотелиальные клетки секретировать проангиогенные факторы, такие как тромбоцитарный фактор роста (PDGF), эпидермальный фактор роста (EGF) и VEGF.

Кроме ангиогенеза, эндотелиальные клетки стимулируют миграцию, инвазию и метастазирование раковых клеток. Во время опухолевой прогрессии эндотелиальные клетки благодаря TGF-β и костному морфогенетическому белку (BMP) претерпевают эндотелиально-мезенхимальный переход и становятся ассоциированными с раком фибробластами (CAF).

Ассоциированные с раком фибробласты (CAF)

CAF также образуются из адипоцитов, перицитов, звездчатых клеток и костномозговых производных мезенхимальных стволовых клеток и фибробластов. Накопление CAF в микроокружении опухоли часто связано с плохим прогнозом при многих типах рака. Несмотря на связь с плохим прогнозом было показано, что CAF как стимулируют, так и сдерживают онкогенез.

CAF синтетически активны, мобильны и инвазивны, а также способствуют пролиферации и иммунному ответу. Все это резко отличается от покоящихся, метаболически неактивных фибробластов, обнаруживаемых в нормальной соединительной ткани.

В TME CAF продуцируют большинство внеклеточных компонентов, включая факторы роста, цитокины и внеклеточный матрикс

Адипоциты

Адипоциты оказывают свое влияние на TME посредством секреции метаболитов, ферментов, гормонов, факторов роста и цитокинов. Раковые клетки инициируют высвобождение свободных жирных кислот из адипоцитов, делая их доступными для поглощения раковыми клетками. Свободные жирные кислоты используются опухолевыми клетками для производства энергии, формирования клеточных мембран, липидных биоактивных молекул и экзосом. Адипоциты также играют важную роль в модификации внеклеточного матрикса посредством секреции металлопротеаз. Таким образом, ожирение связано с риском развития некоторых видов рака.

Звездчатые клетки

Звездчатые клетки представляют собой покоящиеся стромальные клетки мезенхимального происхождения, расположенные в печени и поджелудочной железе. При повреждении ткани звездчатые клетки активируются, вступают в клеточный цикл и трансформируются в миофибробласты. Звездчатые клетки активируются TGF-β и модифицируют внеклеточный матрикс, продуцируют проангиогенные факторы, такие как VEGF-A и MMP-2.

Неклеточные компоненты TME

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение, image #4

Внеклеточный матрикс в контексте TME является ключевым фактором, способствующим распространению опухолевых клеток. Внеклеточный матрикс состоит из коллагена, фибронектина, эластина и ламинина. Солидные опухоли содержат большие отложения внеклеточного матрикса и составляют до 60% массы опухоли. Большие отложения коллагена вместе с высоким процентом инфильтрации фибробластами тесно связаны с плохим прогнозом для пациента. Внеклеточный матрикс – депо для цитокинов и факторов роста, которые высвобождаются протеазами (например, MMP).

Внеклеточный матрикс в опухолях значительно отличается по составу и архитектуре от матрикса в нормальной ткани. По своим физическим свойствам внеклеточный матрикс опухоли более обильный, плотный и жесткий. Эти характеристики негативно влияют на ответ на терапию несколькими способами.

Так, избыточное накопление плотного и жесткого внеклеточного матрикса, который инкапсулирует скопления опухолевых клеток, выполняет функцию барьера, защищая клетки от терапевтических агентов, при этом барьер также ухудшает диффузию кислорода, питательных веществ и метаболитов. Повышенная гипоксия и метаболический стресс приводят к активации путей антиапоптоза и лекарственной устойчивости (о других путях лекарственной устойчивости вы можете прочесть здесь).

Плотный внеклеточный матрикс может значительно снизить транспорт лекарств, в результате чего отдельные сосуды снабжают лишь небольшой объем окружающей ткани.

Экзосомы

Напомним, что экзосомы представляют собой микровезикулы размером от 30 до 200 нм. Их содержимое отражает исходную клетку, включая белок, РНК, ДНК и липиды. В пределах TME экзосомы играют решающую роль в облегчении перекрестных связей между опухолевыми клетками и стромальными. Было показано, что функционально экзосомы способствуют воспалению, прогрессированию опухоли, ангиогенезу и метастазированию в TME. Условия гипоксии, по-видимому, усугубляют производство экзосом раковыми клетками и способствуют переходу стромальных клеток в CAF.

Заключение

What Goes Around, Comes Around: опухолевое микроокружение, image #5

Если в тексте для вас оказалось слишком много букв, просто стоит запомнить, что опухоль создает вокруг себя микроокружение (TME), способствующее выживанию её клеток, местной инвазии и метастатическому распространению. Важной частью опухолевого микроокружения являются иммунные клетки, которые перестают выполнять свои функции и начинают работать на опухоль. Стромальный компонент опухолевого микроокружения продуцирует большинство внеклеточных включая факторы роста, цитокины, инициируют прорастание сосудов

Измененное опухолью микроокружение не только способствует опухоли в росте и инвазии, но помогает избежать иммунного надзора и сформировать лекарственную устойчивость.

Что почитать еще:

829 views·95 shares
829 views