Клетки злокачественного образования существуют в организме у каждого человека в виду постоянных мутационных процессов. Однако при нормальном функционировании иммунной системы происходит своевременное уничтожение данных патогенов. При сбое в иммунитете свойства клеток рака позволяют им обмануть хелперы и выжить, тем самым начиная процесс уничтожения макроорганизма. Все клетки злокачественных опухолей подразделяются на виды, современная статистика рака говорит о том, что далеко не все они одинаково опасны для здоровья и жизни человека. Обо всех различиях и свойствах данных образований можно узнать из предлагаемого материала.

Опухолевые клетки рака в организме: их активность и уничтожение

Человеческий организм состоит из миллионов клеток, каждая из которых обладает определенными функциями. Нормальные клетки растут, делятся и умирают в определенной закономерности. Этот процесс строго контролируется организмом. Скорость деления клеток различна в разных органах и тканях.

В тех случаях, когда структура клеток меняется под воздействием различных факторов: экология, радиационный фон, неправильное питание, стрессы, вредные привычки, наследственность — все эти факторы воздействуют на каждого по-разному. Опухолевые клетки рака начинают делиться бесконтрольно, теряют способность распознавать свои клетки и структуры и становятся раковыми клетками, они формируют опухоль и могут проникать в другие органы и ткани, нарушая их функции. Почти все опухоли развиваются в нормальных тканях организма, и чаще в тех тканях и органах, в которых скорость деления клеток выше. Опухолевые клетки в организме отличаются от нормальных клеток тем, что вместо гибели они продолжают расти и делиться, образовывать новые патологические. Патология — болезненное отклонение от нормального состояния или процесса развития.

Активность опухолевых клеток заключается в том, что они обычно вырабатывают токсические вещества, которые приводят к ухудшению состояния человека, слабости, потере аппетита и похудению. Простая опухоль называется доброкачественной, она просто растет снаружи органа. Доброкачественная опухоль может вырасти до больших размеров и передавить жизненно важные органы. Такую опухоль можно вырезать и забыть про нее. Уничтожение опухолевых клеток методом удаления не эффективно при злокачественных новообразованиях, поскольку идет диссеминированное распространение по всему организму.

Свойства и особенности деления опухолевых клеток при злокачественном росте и перерождении

Совершенно другая ситуация возникает в случае, когда, помимо способности чрезмерно размножаться, мутировавшие клетки приобретают вредные особенности опухолевых клеток — проникать сквозь слои других клеток. Такая опухоль не просто увеличивается в размерах, но еще и прорастает сквозь другие органы и ткани. Когда масса при делении опухолевых клеток тянется сквозь здоровую ткань, она образует лучи, иногда похожие на клешни рака. Это сравнение послужило основой для такого названия, как рак. Рак является злокачественной опухолью.

Неконтролируемое деление опухолевых клеток может также привести к доброкачественной опухоли. Доброкачественные опухоли отличаются тем, что не образуют метастазов, не вторгаются в другие ткани и потому редко опасны для жизни. Однако доброкачественные опухоли часто превращаются в злокачественные (перерождение клеток в злокачественных происходит под влиянием негативных факторов). Токсические свойства опухолевых клеток подавляют иммунитет и человек становится абсолютно беззащитным перед онкологией.

Окончательный диагноз злокачественной опухоли ставится после гистологического исследования образца ткани патоморфологом. Для того чтобы подавить злокачественный рост клеток, после диагностики назначается оперативное лечение, химиотерапия и лучевая терапия. По мере совершенствования медицинской науки лечение становится все более специфичным для каждого вида опухолей.

Без лечения злокачественные опухоли обычно прогрессируют вплоть до летального исхода. Большинство опухолей поддаются лечению, хотя результаты лечения зависят от вида опухоли, ее расположения и стадии.

Злокачественные опухоли поражают людей всех возрастов, но гораздо чаще возникают в пожилом возрасте. Это одна из основных причин смерти в развитых странах. Появление многих опухолей связано с действием факторов окружающей среды, таких как алкоголь, табачный дым, ионизирующее излучение, некоторые вирусы. Существует множество видов злокачественных опухолей, которые классифицируются в зависимости от органа, в котором появилась первичная опухоль, типа клеток, которые претерпевают раковую трансформацию, а также клинических симптомов, наблюдаемых у пациента. Область медицины, занимающаяся изучением и лечением злокачественных опухолей, называется онкологией.

Свойства онкологических клеток

• Склонность к быстрому неконтролируемому росту, носящему разрушительный характер и приводящему к сдавлению и повреждению окружающих нормальных тканей.
• Склонность к проникновению (инвазии, инфильтрации, пенетрации) в окружающие ткани, с формированием местных метастазов.
• Склонность к метастазированию в другие, часто весьма отдаленные от исходной опухоли ткани и органы посредством перемещения по лимфо- и кровеносным сосудам, а также имплантационно. Причем определенные типы опухолей проявляют определенное родство (тропность) к определенным тканям и органам — метастазируют в определенные места (но могут метастазировать и в другие).


• Наличие выраженного общего влияния на организм вследствие выработки опухолью токсинов, подавляющих противоопухолевый и общий иммунитет, способствующих развитию у больных общего отравления (интоксикации), физического истощения (астении), депрессии, исхудания вплоть до так называемой кахексии.
• Способность к ускользанию от иммунологического контроля организма при помощи специальных механизмов обмана Т-киллерных клеток.
• Наличие в опухолевых клетках значительного числа мутаций, число которых увеличивается вместе с возрастом и массой опухоли; некоторые из этих поломок необходимы для собственно канцерогенеза, некоторые необходимы для ускользания от иммунитета или для приобретения способности к метастазированию, другие же случайны и возникают вследствие пониженной устойчивости опухолевых клеток к повреждающим воздействиям.
• Незрелость (недифференцированность) или низкая по сравнению с доброкачественными опухолями степень зрелости составляющих опухоль клеток. Причем чем ниже степень зрелости клеток, тем злокачественнее опухоль, тем быстрее растет и раньше метастазирует, но зато, как правило, тем чувствительнее она к лучевой и химиотерапии.
• Наличие выраженной тканевой и/или клеточной ненормальности (атипизма).
• Преобладание клеточного атипизма над тканевым.
• Интенсивная стимуляция роста кровеносной системы (ангиогенез) в опухоли, приводящая к ее наполнению кровеносными сосудами (васкуляризации) и часто к кровоизлияниям в ткань опухоли.

Виды (типы) злокачественных опухолей

Виды злокачественных опухолей различаются по типу клеток, из которых они возникают:

• карцинома, или собственно рак — из эпителиальных клеток (например, рак предстательной железы, легких, молочной железы, прямой кишки);
• меланома — из меланоцитов;
• саркома — из соединительной ткани, костей и мышц (мезенхима);
• лейкоз — из стволовых клеток костного мозга — важнейшего органа кроветворной системы, продуцирующей клетки крови;
• лимфома — из лимфатической ткани;
• тератома — из зародышевых клеток;
• глиома — из глиальных клеток;
• хориокарцинома — из ткани плаценты.

Существуют типы злокачественных опухолей, особенно часто поражающие детей и подростков. Заболеваемость детей злокачественными опухолями наиболее высока в первые 5 лет жизни. Среди опухолей лидируют лейкозы (особенно острый лимфобластный лейкоз), опухоли центральной нервной системы и нейробластома. Далее следуют нефробластома (опухоль Вильмса), лимфомы, рабдомиосаркома, ретинобластома, остеосаркома и саркома Юинга.

Источник: med-pomosh.com

Раковые клетки при делении образуют не две, а несколько центриолей. И даже если такая клетка поделится пополам, результат окажется, во-первых, неравноценным, а во-вторых, непредсказуемым. Возможно, если стабилизировать деление клеток, бороться с опухолями станет легче.

В отличие от абсолютного большинства клеток нашего организма злокачественные клетки способны к неравноценному делению. Результат — масштабные хромосомные перестройки, приводящие к агрессивному, а главное, неуправляемому поведению. Дэвид Пельман из Медицинского института имени Говарда Хьюгса и его коллеги нашли материальную основу этого феномена. Вместо двух центриолей, растаскивающих хромосомы к противоположным полюсам, у опухолевых клеток их несколько. Поэтому часть хромосом в процессе деления попросту «теряется».

Аномалии деления

Единичная замена или потеря нуклеотида из ДНК может привести к весьма масштабным последствиям – достаточно взглянуть на список врожденных заболеваний. Что уж говорить о хромосомных аномалиях, когда выпадают целые участки генома, а иногда и отдельные хромосомы и счет уже идет на сотни миллионов нуклеотидов. Причины и тех и других изменений – в нарушении отлаженного механизма клеточного деления, благодаря которому, в частности, наш организм из одной клеточки всего за 36 недель превращается в сотню триллионов клеток.

Все виды деления можно условно разделить на три большие группы: митоз, или равноценное деление, когда из одной материнской образуются две полностью идентичные ей дочерние клетки; мейоз, или половое деление, дающее четыре гаметы с гаплоидным набором хромосом; амитоз, или неравноценное деление, до сих пор остающееся предметом спора ученых.

Главные составляющие митоза и мейоза – удвоение хромосом и последующее равноценное распределение образовавшегося генетического материала между дочерними клетками. За второй процесс отвечают так называемые центросомы, с помощью микротрубочек «растаскивающие» гомологичные хромосомы по двум будущим клеткам. Нарушение этого процесса чревато образованием полиплоидных клеток, обладающих сразу 2ⁿ копиями генома. Зародыши культурных растений даже специально обрабатывают колхицином, разрушающим микротрубочки, — образовавшиеся мутанты с 32 и даже 128 копиями генома в каждой клетке значительно плодороднее.

Как клетки становятся бессмертными

А вот в опухолях идет обратный процесс. Как показали авторы публикации в Nature, избыточное содержание клеточных центров не лучшим образом сказывается на потомстве. Четыре или более центросом начинают «растаскивать» хромосомы каждая в свою сторону, и хотя клетка чаще всего все равно делится напополам, образовавшееся потомство равноценным никак не назовешь: во-первых, гомологичные хромосомы зачастую оказываются в одной половинке (а в другой в результате не оказывается ни одной копии), а во-вторых, это чревато потерей хромосом, которые попросту разрываются и так и не достигают места назначения.

Этот феномен Пельман и коллеги продемонстрировали сразу на нескольких человеческих опухолевых линиях. И именно он, по мнению авторов, может быть движущей силой быстрой эволюции новообразований со всеми неприятными вытекающими последствиями. Допустим, если на «потерянной» хромосоме был жизненно важный для клетки ген, то лишенная его дочерняя клетка попросту умрет. А если там оказался «контролер клеточного цикла», ограничивающий избыточность делений, то все потомство этой дочерней клетки обретет бессмертие.

Как говорят авторы, стабилизация деления может стать одним из новых направлений в терапии злокачественных новообразований. Ведь бороться с известным и предсказуемым противником гораздо проще.

Источник: www.infox.ru

ОБЗОРЫ

стволовые опухолевые клетки: 20 лет позади

Р.Н. Мингалеева, Р.Р. Мифтахова, А.А. Ризванов

Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия

Cancer stem cells: 20 years behind

R.N. Mingaleeva, R.R. Miftakhova, A.A. Rizvanov Kazan (Volga region) Federal University, Kazan, Russia

Биология стволовых опухолевых клеток (СОК) была предметом исследований и дискуссий последние 20 лет . Исключительная пластичность данных клеток и комплексность подконтрольных им процессов вдохновляют на создание новых методов выделения и направленной «терапии» СОК . Данный обзор является попыткой обобщения последних данных и тенденций в области СОК, обсуждения потенциала и сложностей новых методов исследования .

Ключевые слова: опухоль, стволовые опухолевые клетки, маркеры стволовых клеток, сигнальные пути, противоопухолевая терапия

The biology of cancer stem cells (CSC) has been investigated and debated for past 20 years . Owning to their exceptional plasticity and the complexity of controlled processes CsC inspire the development of new research techniques for cell isolation and targeted therapy . This review is an attempt to summarize recent data and trends in the field of cancer stem cells and discuss potential and weaknesses of new research techniques

Keywords: tumor, cancer stem cells, cancer stem cell markers, cancer signalling pathways, cancer therapy

Введение

Всего лишь декаду назад ученые с опаской использовали термин «стволовые опухолевые клетки» (СОК), тактично заменяя его термином опухолевые клетки, подобные стволовым (англ . cancer stem-like cells). В 2006 г . на съезде Американской Ассоциации Исследований Рака (AACR) СОК были определены как клетки, способные к самообновлению и созданию гетерогенной популяции клеток, формирующей опухоль [1].

Все больше данных свидетельствуют о том, что именно СОК ответственны за процесс метастазиро-вания опухоли [2], развитие резистентности к существующей химиотерапии [3], рецидив заболевания [4].
кже эта популяция клеток принимает участие в подавлении иммунного ответа [5], угнетении соматических стволовых клеток [6] и создании защитных ниш, поддерживающих СОК как в активно про-лиферирующем, так и в латентном состояниях [7]. Интенсивные исследования последних десятилетий помогли накопить данные о внутри- и межклеточных взаимодействиях и защитных механизмах СОК, новых подходах «таргетной» терапии, направленной на СОК В данном обзоре представлены основные достижения в исследовании этой популяции клеток, рассмотрены успехи в противоопухолевой терапии

Происхождение СОК

Эра СОК началась в 1994 г . , когда Т . Lapidot с со-авт . (1994) показали, что острый миелоидный лейкоз может быть инициирован у иммунодефицитных мышей пересадкой небольшого числа CD34+/CD38-клеток [8]. Дальнейшие несколько лет ознаменовались поиском маркеров для сортировки стволовых клеток . В связи с разным микроокружением и тканевой принадлежностью опухолевых клеток использование одного CD-маркера оказалось невозможным, в связи с чем возникла необходимость создания

e-mail: rimma . mingaleeva@gmail . com

панели маркеров для сортировки СОК из клеток различных тканей . Схожесть маркеров СОК и соматических стволовых клеток (СК), а также открытие роли эпителиально-мезенхимальных переходов (ЭМП) в онкологии, привели к формированию двух моделей возникновения неопластических клеток

Сторонники иерархической модели утверждают, что в некоторых типах рака повторный рост опухоли может запустить только популяция СОК, составляющая 0,0001—0,1% опухолевых клеток [9]. Они могут самообновляться, имеют потенциал к диффе-ренцировке, располагаются в специализированных нишах . На основании этого можно предположить, что предшественниками СОК могут быть соматические СК [10].

Согласно стохастической модели, любая клетка с повышенной экспрессией онкогенов и (или) со сниженной регуляцией генов-супрессоров может дать начало опухоли Со временем такие клетки приобретают дополнительные генетические изменения, в результате которых опухоль становится более агрессивной [11]. Было показано, что предшественниками СОК могут быть дифференцированные клетки опухоли, которые приобрели свойства ство-ловости Предполагают, что дедифференцировка опухолевых в СОК-подобные клетки происходит при ЭМП — обычно высоко консервативном процессе, реализуемом в эмбриогенезе В результате ЭМП прикрепленные эпителиальные клетки приобретают большую мобильность, способность к инвазии и самообновлению [12]. Показано, что при эктопической экспрессии генов транскрипционных факторов Twist и Snail, которые запускают ЭМП, иммортализован-ные эпителиальные клетки молочной железы человека приобретают свойства стволовых клеток [13]. Активация TGFp, Wnt, RasMAPK-сигнальных путей также приводит к индукции ЭМП и к дедифференци-ровке клеток [12]. ЭМП используется клетками для приобретения резистентности к лекарствам [14].

Относительно недавно появилась и третья модель возникновения неопластических клеток — модель «ИньЯнь», согласно которой в опухоли, наряду с активно пролиферирующей популяцией клеток (Янь), существует популяция СОК (Инь) и эти два типа клеток могут взаимопревращаться при определенных условиях [15].

Маркеры СОК

В большинстве своем СОК экспрессируют гены тех же отличительных поверхностных маркеров, что и соматические СК аналогичной ткани . Среди них можно выделить белки с адгезивными свойствами CD44, CD133, CD15, CD166 и EpCAM; активаторы сигнальных путей CD24, CD90; рецепторы цитоки-нов CD117, CXCR4 (табл . ). Наличие поверхностных маркеров само по себе не является надежным признаком принадлежности клетки к популяции СОК Профиль поверхностных маркеров может меняться под действием эпигенетического сайленсинга, мутаций [16], противоопухолевых агентов [17]. Эти отличия могут быть как между разными пациентами, так и в пределах одной опухоли. Ситуация осложняется тем, что клетки некоторых злокачественных опухолей несут на своей поверхности маркеры СОК, но не обладают способностью восстановления опухоли в экспериментах с ксенотрансплантантами [18]. Возможна и обратная ситуация: опухольобразующей активностью обладают не только клетки, несущие известный поверхностный маркер, но и клетки, по нему негативные (например, CD133-клетки опухолей мозга) [19].

Поскольку фенотип СОК может варьировать, все больше исследователей склоняются к поиску специфичных маркеров среди белков, определяющих состояние стволовости этих клеток Кандидатами могут быть белки семейства ALDH, ABC-транспортеры, Bmi-1, факторы транскрипции Nanog, Sox-2, Oct-4, Lin-28 (табл . ) .

Ферменты семейства ALDH (англ . aldehyde dehydrogenase) отвечают за окисление внутриклеточных альдегидов и гидролиз эфиров Кроме того, эти ферменты участвуют в превращении ретинола в ретиноевую кислоту, которая проникает в ядро и инициирует транскрипцию генов, приводя при этом к дифференцировке, задержке клеточного цикла

или апоптозу [20]. Впервые использование ALDH1 в качестве маркера СОК было показано на примере острого миелоидного лейкоза, когда ALDH-позитивные клетки оказались способными давать рост новой опухоли при ксенотрансплантации Эти же клетки несли на своей поверхности белок CD34+, описанный ранее как маркер СОК лейкозов Позже была показана высокая активность ALDH в стволовых клетках опухолей молочной железы, печени, толстой кишки, мозга, головы и шеи, легких, поджелудочной железы, простаты, мочевого пузыря, щитовидной железы, шейки матки, меланомы [18, 20]. Неблагоприятный прогноз заболевания связывают с высоким уровнем экспрессии гена aldhl [21].

Одним из механизмов защиты стволовой клетки от токсинов является экспрессия генов АВС-транспортеров (ATPbinding cassette transporters) . Эти гены гиперэкспрессируются в стволовых клетках многих опухолей [22], с чем связывают повышенную лекарственную устойчивость клеток опухолей [23]. Для обогащения популяции СОК клетки инкубируют с красителем, к примеру, Hoechst 33342 . СОК способны вывести краситель наружу за счет повышенной экспрессии генов транспортеров, тогда как в остальных клетках краситель остается

Транскрипционный фактор Sox-2 (SRY (sex determining region Y)-box 2) является одним из белков, благодаря которым поддерживается недифференцированное состояние эмбриональных стволовых клеток [24]. Он необходим для получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток В опухоли его экспрессия повышается либо вследствие генетической дупликации [25], либо за счет регуляции на уровне транскрипции [26] Подавление синтеза белка Sox-2 посредством микроРНК приводит к снижению пролиферации [24], инвазии и миграции клеток, опухоли после ксенотрансплан-тации образуются с меньшей эффективностью [26]. S . Boumahdi с соавт . (2014) показали, что среди вы-сокоинвазивных клеток плоскоклеточного рака кожи именно популяция, экспрессирующая ген sox-2, обладает способностью инициировать опухоль при серийных трансплантациях . Удаление пула этих клеток из опухолевой массы первичной доброкачественной, а также злокачественной опухоли приводит к регрессии новообразования [27]. Sox-2 сам по себе не трансформирует клетки, но в кооперации с другими

Таблица. Маркеры стволовых опухолевых клеток в разных типах опухолей

Тип опухоли Поверхностные маркеры Другие маркеры

Рак яичников CD44+, CD117+, CD133+ [52] ALDH1, Lin-28, Oct-4 [53, 54]

Рак предстательной железы CD44+, a2pihigh, CD133+ [55] Oct-4, Sox-2 [31, 56]

Рак легких CD133+ [57] ALDH1, Oct-4, Nanog [32, 58, 59]

Рак молочной железы CD24+, CD29+, ESA+, CD44+, CD133+, ALDH-1high [60, 61] ALDH1, Oct-4 [62, 63]

Рак поджелудочной железы CD44+, CD24+, ESA+ [64] Oct-4, Nanog, Sox-2 [65, 66]

Рак толстой кишки CD44+, EpCAM+, CD166+, CD133+ [67, 68] ALDH1 [69]

Лейкозы CD34+CD38CD71CD90- HLA-DR- CD117-CD123+[70] ALDH1 [71]

белками, к примеру Stat-3 [28], может вызывать онкотрансформацию .

В опухолевых клетках зачастую происходит ко-экспрессия генов sox-2 и pouf5f1 [29]. Транскрипционный фактор Oct-4 (octamer-binding transcription factor 4) кодируется геном pouf5f1 и является ключевым регулятором самообновления и плюрипотент-ности эмбриональных стволовых клеток . Нарушенная экспрессия этого гена приводит либо к неправильному росту ткани, либо к образованию опухоли [30]. Популяции опухолевых клеток, устойчивых к ряду терапевтических препаратов (например, к доцетак-селу) гиперэкспрессирует pouf5f1 [31]. Такие клетки приобретают способность восстанавливать опухоль после ксенотрансплантации [31], которая теряется при доставке в клетку микроРНК, ингибирующих Oct-4 [32]. S . M . Kumar с соавт . (2012) показали, что в присутствии белка Oct-4 запускается процесс дедифференцировки клеток меланомы, которые приобретают фенотип СОК [30]. При эктопической доставке Oct-4 и его мишени, белка Nanog, происходит стимуляция ЭМП [32]. Показана корреляция прогрессии заболевания с высокой экспрессией генов pouf5f1 и sox-2 в опухоли [29].

Сигнальные пути

В опухолевых клетках, в том числе и в стволовых, часто активируются антиапоптотические сигналы и пути приобретения резистентности к лекарствам Также в них нарушается регуляция таких важных сигнальных путей как Wnt, Notch и Hedgehog, последние из которых участвуют в регуляции самообновления, пролиферации и дифференцировки стволовых клеток . Notch-путь также важен для взаимодействия клеток в нише СОК, показано его участие в ЭМП [33] Нарушенная регуляция этого сигнального пути приводит к повышению мобильности и метастазиро-ванию СОК

Во многих типах опухолей (например, при раке шейки матки, почки, органов головы и шеи) наблюдается измененная экспрессия генов Notch, их лигандов и мишеней [33]

Многие маркеры стволовых клеток являются прямыми мишенями Wnt-сигнального пути (например, LGR5/GPR49, CD44, CD24, CD133, гены ABC-транспортеров, EpCAM) [34]. Результатом гиперактивации этого пути является онкотрансформация Показано, что конститутивная гиперэкспрессия гена ß-катенина, а также отсутствие в клетке функционального белка APC (adenomatous polyposis coli) приводит к развитию рака ободочной и прямой кишки . Повышенное содержание ß-катенина выявлено в ядрах СОК лейкозов, в отсутствии этого белка клетки теряют способность формировать опухоль [35]. Неканонические Wnt-пути также задействованы в образовании и прогрессии опухоли [35]. Показана взаимосвязь ЭМП и Wnt-сигнального пути: в присутствии Wnt-1 повышается экспрессия гена twist в клетках рака молочной железы, что способствует ЭМП [34].

Hedgehog — важный сигнальный путь, который регулирует нормальное эмбриональное развитие, но не активен во взрослых тканях и органах Показана гиперактивация этого пути в результате генетических и эпигенетических изменений в таких опухолях, как медуллобластома, глиобластома, при раке молочной железы, яичников, легких, желудка, предстательной

железы [36]. На клетках хронического миелолейко-за показано, что в отсутствии белка Smo, важного компонента Hedgehog-пути, снижается популяция стволовых клеток лейкемии, а продолжительность жизни мышей увеличивается [37]. При активации этого пути лигандами Sonic Hedgehog популяция СОК начинает самообновляться и мигрировать . При подавлении функции Smo происходит терминальная дифференцировка и потеря способности к клоно-генному росту [38]. Под влиянием сигнального пути Hedgehog клетки подвергаются ЭМП, становятся более мобильными и инвазивными, а когда эти клетки достигают участка инвазии, то под действием этого сигнального пути наблюдается клоногенный рост и самообновление этих клеток [38].

СОК и противоопухолевая терапия

Результаты эффективности потенциальных препаратов in vitro часто не воспроизводятся на моделях in vivo . В онкологии одной из причин такого расхождения является присутствие в опухоли СОК [39, 40]. Действие большинства противоопухолевых препаратов направлено на элиминацию активно пролиферирую-щих трансформированных клеток [41] и неэффективно в борьбе с СОК [42]. Поиск препаратов, специфично атакующих СОК, осложнен схожестью маркеров раковых и нормальных стволовых клеток, трудоемкостью выделения СОК и быстрой спонтанной диф-ференцировкой стволовых клеток in vitro Несмотря на это, существует ряд успешных методов для поиска препаратов, специфичных к СОК

К первому можно отнести скрининг библиотек существующих препаратов на СОК или стволовых клетках, максимально приближенных к опухолевым В 2009 г . P . B . Gupta с соавт . протестировали эффективность приблизительно 16000 препаратов и биоактивных молекул на популяции стволовых (CD44high/CD24low) иммортализированных клеток молочной железы, подвергшихся ЭМТ [43]. Только 32 препарата показали селективную активность против трансформированных клеток и не воздействовали на контрольные СК молочной железы . Из этих препаратов только один — Салиномицин — был эффективен по отношению к СОК с повышенной резистентностью к химиотерапии . По данным исследования, его эффект на СОК в 100 раз выше, чем у применяемого в настоящее время препарата паклитаксела . В схожем исследовании DECA-14 и рапамецин были идентифицированы из 51 препаратов как препараты, направленные против СОК нейробластомы [44].

Вторым методом, точнее группой методов, является воздействие на сигнальные пути, поверхностные маркеры или нишу, специфичные для СОК . Антитела к CD133, коньюгированные с цитотоксичным препаратом (monomethyl auristatin F), эффективно поражали CD133-положительные СК гепатоцеллюлярной карциномы HepB3 in vitro и in vivo [45]. Антитела к CD44 также снижали количество стволовых клеток, воздействуя при этом на клетки ниши СОК острого миелоидного лейкоза [46].

Многообещающим методом является использование онколитических вирусов для борьбы с СОК Онколитическими вирусами, используемыми в онкологии, являются непатогенные вирусы, способные инфицировать опухолевые клетки, не поражая при этом здоровые клетки человека Такой онкотропизм

достигается за счет многочисленных генетических манипуляций [47]. В клинических исследованиях средняя продолжительность жизни 115 пациентов, получивших инъекцию химерного аденовируса CGTG102, кодирующего гранулоцитарномакрофа-гальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), выросла со 111 дней при однократной инъекции до 277 дней при серии из нескольких введений [48]. При этом у пациентов наблюдалась активация противоопухолевого иммунитета . Специфичный к гену теломеразы онколитический аденовирус 0BP-301 оказался эффективным в лечении CD133 + -COK рака желудка [49]. Стоит отметить, что химиорези-стентные СОК, находившиеся в G0/G1 фазах клеточного цикла, после воздействия вируса перешли из латентного состояния в активное и приобрели чувствительность к химиотерапии

В последние годы особый интерес привлекала иммунотерапия Сейчас этот термин объединяет под собой создание противораковых вакцин, использование специфичных к опухоли цитотоксичных Т-лимфоцитов, блокировку иммунных «чекпоинтов» и другие методы активации иммунной системы пациентов [50]. Исследование J . N . Kochenderfer с соавт . (2010) с использованием Т-клеток, экспрес-сирующих ген химерного антигенного рецептора (англ . chimeric antigen receptor, CAR), распознающего CD19, зародило еще одно направление в им-муннотерапии [51]. На модели мышиной синген-ной лимфомы было показано, что анти-CD19-CAR Т-лимфоциты способны полностью ликвидировать клетки лимфомы

Заключение

Открытие СОК добавило сложности в наши представления об организации опухолей. Участие этой популяции клеток во многих процессах, их активация на определенных стадиях развития онкологического

ЛИТЕРАТУРА:

1. Clarke M . F ., Dick J . F ., Dirks P . B . et al . Cancer stem cells-perspectives on current status and future directions: AACR Workshop on cancer stem cells . Cancer Res . 2006; 66(19): 9339-44 .

2 . Shiozawa Y ., Nie B ., Pienta K . J . et al . Cancer stem cells and their role in metastasis . Pharmacology & Therapeutics 2013; 138(2): 285-93 .

3 . Rosen J . M . , Jordan C . T . The increasing complexity of the cancer stem cell paradigm . Science 2009; 324(5935): 1670-73 .

4 . Van Rhenen A., Feller N . , Kelder A. et al . High stem cell frequency in acute myeloid leukemia at diagnosis predicts high minimal residual disease and poor survival . Clin . Cancer Res . 2005; 11(18): 6520-6527

5 . Di Tomaso T ., Mazzoleni S ., Wang E . et al . Immunobiological characterization of cancer stem cells isolated from glioblastoma patients . Clin . Cancer Res . 2010; 16(3): 800-13 .

6 Shiozawa Y , Pedersen E , Havens A M et al Human prostate cancer metastases target the hematopoietic stem cell niche to establish footholds in mouse bone marrow . J . Clin . Invest . 2011; 121(4): 1298-312 .

7 Borovski T , De Sousa E , Melo F et al Cancer stem cell niche: the place to be . Cancer Res . 2011; 71(3): 634-9 .

8 . Lapidot T ., Sirard C ., Vormoor J . et al . A cell initiating human acute myeloid leukaemia after transplantation into SCID mice Nature 1994; 367(6464): 645-8 .

9 . Quintana E . , Shackleton M ., Sabel M . S . et al . Efficient tumour formation by single human melanoma cells . Nature 2008; 456(7222): 593-598

10 . Лисяный Н . И ., Лисяный А . Н . Стволовые опухолевые клетки злокачественных глиальных опухолей мозга . Онкология 2010; 12(3): 229-36 .

11 Tirino V , Desiderio V , Paino F et al Cancer stem cells in solid tumors: an overview and new approaches for their isolation and characterization . FASEB J 2013; 27(1): 13-24 .

заболевания, гетерогенность и пластичность, связанные с разным происхождением, микроокружением и другими условиями представляет эти клетки как «депо» заболевания .

Множество исследовательских групп сфокусировано на поиске препаратов против этих клеток На данный момент все СОК-направленные препараты находятся на стадии доклинических и клинических исследований . И, несмотря на время, которое ушло на получение первых положительных результатов (в случае с иммунотерапией от первых клинических исследований до первых успешных из них прошло почти 20 лет) неизвестно, когда СОК-направленная терапия войдет в стандартные протоколы лечения пациентов с онкологическими заболеваниями . Хотя на сегодняшний день создана достаточная теоретическая и практическая база для успешного анализа СОК, поиск препаратов представляет собой кропотливый труд и, за редким исключением, найденный препарат эффективен только по отношению к одному виду опухоли Обладая исключительной пластичностью и многочисленными механизмами адаптации СОК бросают вызов современной науке и, возможно, только новые, наиболее неординарные подходы помогут нам одержать победу

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственной программы повышения конкурентоспособности Казанского (Приволжского) федерального университета среди ведущих мировых научно-образовательных центров и субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности. Ризванов А.А. поддержан грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых докторов наук МД-433.2013.4.

12 . Scheel C ., Eaton E . N ., Li S . H . et al . Paracrine and autocrine signals induce and maintain mesenchymal and stem cell states in the breast . Cell 2011; 145(6): 926-40 .

13 . Mani S A ., Guo W ., Liao M . J . et al . The epithelial-mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells . Cell 2008; 133(4): 704-15 .

14 . Shang Y. , Cai X ., Fan D . Roles of epithelial-mesenchymal transition in cancer drug resistance . Curr . Cancer Drug Targ . 2013; 13(9): 915-29 .

15 . Zhou J ., Zhang Y . Cancer stem cells: models, mechanisms and implications for improved treatment . Cell Cycle 2008; 7(10): 1360-70 .

16 . Fabian A . , Vereb G ., Szollosi J . The hitchhikers guide to cancer stem cell theory: markers, pathways and therapy . Cytometry A 2013; 83(1): 62-71.

17 . Keysar S . B ., Jimeno A., More than markers: biological significance of cancer stem cell-defining molecules Mol Cancer Ther 2010; 9(9): 2450-7 .

18 Medema J P , Cancer stem cells: the challenges ahead Nat Cell Biol . 2013; 15(4): 338-44.

19 Magee J A , Piskounova E , Morrison S J Cancer stem cells: impact, heterogeneity, and uncertainty . Cancer Cell 2012; 21(3): 283-96

20 Marcato P , Dean C A , Giacomantonio C A et al Aldehyde dehydrogenase: its role as a cancer stem cell marker comes down to the specific isoform . Cell Cycle 2011; 10(9): 1378-84 .

21 Chumsri S , Shah P Radiation resistance of cancer stem cells as an obstacle in cancer therapy . Mol . Cell Pharmacol . 2013; 5(1): 39-49

22 Lou H , Dean M , Targeted therapy for cancer stem cells: the patched pathway and ABC transporters . Oncogene 2007; 26(9): 1357-60 .

23 Szakacs G , Annereau J P , Lababidi S et al Predicting drug sensitivity and resistance: profiling ABC transporter genes in cancer cells . Cancer Cell 2004; 6(2): 129-37 .

24 . Liu K ., Lin B ., Zhao M . et al . The multiple roles for Sox2 in stem cell maintenance and tumorigenesis . Cell Signal 2013; 25(5): 1264-71.

25 . Bass A.J ., Watanabe H . , Mermel C . H . et al . SOX2 is an amplified lineage-survival oncogene in lung and esophageal squamous cell carcinomas . Nat . Genet . 2009; 41(11): 1238-42 .

26 . Basu-Roy U ., Seo E ., Ramanathapuram L . et al . Sox2 maintains self renewal of tumor-initiating cells in osteosarcomas . Oncogene 2012; 31(18): 2270-82 .

27 . Boumahdi S ., Driessens G ., Lapouge G . et al . SOX2 controls tumour initiation and cancer stem-cell functions in squamous-cell carcinoma . Nature 2014; 511(7508): 246-50 .

28 . Liu K ., Jiang M ., Lu Y . et al . Sox2 cooperates with inflammation-mediated Stat3 activation in the malignant transformation of foregut basal progenitor cells . Cell Stem Cell 2013; 12(3): 304-15 .

29 . Schoenhals M ., Kassambara A ., De Vos J . et al . Embryonic stem cell markers expression in cancers . Biochem . Biophys . Res . Commun . 2009; 383(2): 157-62 .

30 . Kumar S . M ., Liu S ., Lu H . et al . Acquired cancer stem cell phenotypes through Oct4-mediated dedifferentiation . Oncogene 2012; 31(47): 4898-911.

31. Linn D . E ., Yang X ., Sun F . et al . A role for OCT4 in tumor initiation of drug-resistant prostate cancer cells . Genes & Cancer 2010; 1(9): 908 -16 .

32 . Chiou S . H . , Wang M . L ., Chou Y. T. et al . Coexpression of Oct4 and Nanog enhances malignancy in lung adenocarcinoma by inducing cancer stem cell-like properties and epithelial-mesenchymal transdifferentiation . Cancer Res . 2010; 70(24): 10433-44.

33 . Espinoza I ., Pochampally R ., Xing F. et al . Notch signaling: targeting cancer stem cells and epithelial-to-mesenchymal transition . Onco Targets Ther. 2013; 6: 1249-59 .

34 . Kim Y . , Kahn M . The role of the wnt signaling pathway in cancer stem cells: prospects for drug development Res Repor Biochem . 2014; 4: 1-12 .

35 . Anastas J . N ., Moon R .T. WNT signalling pathways as therapeutic targets in cancer . Nat . Rev . Cancer 2013; 13(1): 11-26 .

36 . Coni S ., Infante P ., Gulino A . Control of stem cells and cancer stem cells by Hedgehog signaling: pharmacologic clues from pathway dissection . Biotech . Pharmacol . 2013; 85(5): 623-8 .

37 . Zhao C ., Chen A ., Jamieson C . H . et al . Hedgehog signalling is essential for maintenance of cancer stem cells in myeloid leukaemia . Nature 2009; 458(7239): 776-9 .

38 . Merchant A .A ., Matsui W ., Targeting Hedgehog — a cancer stem cell pathway . Clin . Cancer Res . 2010; 16(12): 3130-40 .

39 . Blatt N . L., Mingaleeva R . N ., Khaiboullina S . F. et al . In vivo screening models of anticancer drugs . Life Sci . J . 2013; 10(4): 1892-900 .

40 . Мингалеева Р . Н ., Соловьева В . В ., Блатт Н .Л . и др . Применение культур клеток и тканей для скрининга противоопухолевых препаратов in vitro . Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2013; 8(2): 20-8 .

41. Blatt N . L ., Mingaleeva R . N ., Solovieva V .V . et al . Application of cell and tissue culture systems for anticancer drug screening . WASJ 2013; 23(3): 315-25 .

42 . Reya T ., Morrison S . J ., Clarke M . F . et al . Stem cells, cancer, and cancer stem cells . Nature 2001; 414(6859): 105-11.

43 . Gupta P . B ., Onder T.T., Jiang G . et al . Identification of selective inhibitors of cancer stem cells by high-throughput screening . Cell 2009; 138(4): 645-59 .

44 . Smith K . M ., Datti A ., Fujitani M . et al . Selective targeting of neuroblastomatumour-initiating cells by compounds identifiedin stem cell-based small molecule screens . EMBO Mol . Med . 2010; 2(9): 371-84 .

45 . Smith L . M ., Nesterova A. , Ryan M . C . et al . CD133/prominin-1 is a potential therapeutic target for antibody-drug conjugates in hepatocellular and gastric cancers . Br. J . Cancer 2008; 99(1): 100-9 .

46 . Jin L . , Hope K . J ., Zhai Q . et al . Targeting of CD44 eradicates human acute myeloid leukemic stem cells . Nat . Med . 2006; 12(10): 1167-74 .

47 . Pol J ., Bloy N . , Obrist F . et al . Trial watch: oncolytic viruses for cancer therapy . Oncoimmunology 2014; 3: e28694 .

48 . Kanerva A., Nokisalmi P ., Diaconu I . et al . Antiviral and antitumor T-cell immunity in patients treated with GM-CSF—coding oncolytic adenovirus . Clin . Cancer Res . 2013; 19(10): 2734-44.

49 . Yano S ., Tazawa H ., Hashimoto Y . A genetically engineered oncolytic adenovirus decoys and lethally traps quiescent cancer stem-like cells in S/G2/M phases . Clin . Cancer Res . 2013; 19(23): 6495-505

50 . Kono K ., Current status of cancer immunotherapy . J . Stem Cells Regen . Med . 2014; 10(1): 8-13 .

51. Kochenderfer J . N ., Yu Z ., Frasheri D . et al . Adoptive transfer of syngeneic T-cells transduced with a chimeric antigen receptor that recognizes murine CD19 can eradicate lymphoma and normal B cells . Blood 2010; 116(19): 3875-86 .

52 . Ponnusamy M . P ., Batra S . K . Ovarian cancer: emerging concept on cancer stem cells . J . Ovarian . Res . 2008; 1: 4 .

53 . Ma W ., Ma J ., Xu J . et al . Lin28 regulates BMP4 and functions with Oct4 to affect ovarian tumor microenvironment . Cell Cycle 2013; 12(1): 88-97 .

54 . Penumatsa K ., Edassery S . L ., Barua A. et al . Differential expression of aldehyde dehydrogenase 1a1 (ALDH1) in normal ovary and serous ovarian tumors . J . Ovarian . Res . 2010; 3(28): 28 .

55 . Collins A . T ., Berry P .A ., Hyde C . et al . Prospective identification of tumorigenic prostate cancer stem cells . Cancer Res . 2005; 65(23): 10946-51.

56 . Rybak A. P ., Tang D ., SOX2 plays a critical role in EGFR-mediated self-renewal of human prostate cancer stem-like cells . Cell Signal 2013; 25(12): 2734-42 .

57 . Eramo A . , Lotti F . , Sette G . et al . Identification and expansion of the tumorigenic lung cancer stem cell population . Cell Death Differ. 2007; 15(3): 504-14.

58 . Jiang F ., Qiu Q ., Khanna A . et al . Aldehyde dehydrogenase 1 is a tumor stem cell-associated marker in lung cancer . Mol . Cancer Res . 2009; 7(3): 330-8

59 . Ucar D ., Cogle C . R ., Zucali J . R . et al . Aldehyde dehydrogenase activity as a functional marker for lung cancer . Chem . Biol . Interact . 2009; 178(1-3): 48-55 .

60 . Chen K ., Huang Y . -H ., Chen J . -l . Understanding and targeting cancer stem cells: therapeutic implications and challenges . Acta Pharmacol . Sin . 2013; 34(6): 732-40 .

61. Klonisch T . , Wiechec E . , Hombach-Klonisch S . et al . Cancer stem cell markers in common cancers — therapeutic implications . Trends Mol . Med . 2008; 14(10): 450-60 .

62 . Ginestier C ., Hur M . H ., Charafe-Jauffret E . et al . ALDH1 is a marker of normal and malignant human mammary stem cells and a predictor of poor clinical outcome . Cell Stem Cell 2007; 1(5): 555-67 .

63 . Liu C . G ., Lu Y . , Wang B . B . et al . Clinical implications of stem cell gene Oct-4 expression in breast cancer . Ann Surg . 2011; 253(6): 1165-71

64 . Lee C .J ., Dosch J ., Simeone D . M . Pancreatic cancer stem cells . J . Clin . Oncol . 2008 . 26(17): 2806-12 .

65 . Herreros-Villanueva M ., Zhang J . S ., Koenig, A . et al . SOX2 promotes dedifferentiation and imparts stem cell-like features to pancreatic cancer cells . Oncogenesis 2013; 2: e61.

66 . Lu Y ., Zhu H ., Shan H . et al . Knockdown of Oct4 and Nanog expression inhibits the stemness of pancreatic cancer cells . Cancer Lett . 2013; 340(1): 113-23 .

67 . Dalerba P ., Dylla S .J ., Park I . K . et al . Phenotypic characterization of human colorectal cancer stem cells . PNAS USA 2007; 104(24): 10158-63 .

68 . O'Brien C .A ., Pollett A ., Gallinger S . A human colon cancer cell capable of initiating tumour growth in immunodeficient mice . Nature 2007; 445(7123): 106-10 .

69 . Huang E . H ., Hynes M . F ., Zhang T . et al . Aldehyde dehydrogenase 1 is a marker for normal and malignant human colonic stem cells (SC) and tracks SC overpopulation during colon tumorigenesis . Cancer Res . 2009; 69(8): 3382-9 .

70 . Guzman M . L ., Jordan C .T. Considerations for targeting malignant stem cells in leukemia . Cancer Control . 2004; 11(2): 97-104 .

71. Zhou W ., Yang Y ., Gu Z . et al . ALDH1 activity identifies tumor-initiating cells and links to chromosomal instability signatures in multiple myeloma . Leukemia 2014; 28(5): 1155-8 .

Поступила: 10.01.2015

Источник: cyberleninka.ru