Ретро- та проспективний аналіз досягнень і проблем у вивченні взаємовідносин «пухлина – організм»

Сьогодні в дослідженнях, присвячених виникненню та розвитку злоякісного процесу, проблемі взаємовідносин пухлини та організму надається домінуюче значення. Особливістю такої уваги до зазначеної проблеми стали мінорні результати оптимізації методів діагностики та терапії. Виявилося, що, незважаючи на різнобічні досягнення фундаментальних і клінічних досліджень, подолання 50% бар’єра ефективного лікування залишається мрією оптимістів. Окрім того, критичного значення для охорони здоров’я набула проблема резистентності до медикаментозної терапії. Непокоять темпи зростання захворюваності на рак у людей молодого віку. Сьогодні, як і раніше, залишаються нез’ясованими причини та механізми метастазування, здатності пухлинних клітин уникати імунного розпізнавання.

У рамках сучасних досліджень значно зростає інтерес щодо механізмів «порозуміння» пухлинних клітин зі стромальним мікрооточенням, а також безліччю продукованих ними цитокінів та факторів росту, які регулюють процеси канцерогенезу. Важливо зрозуміти, як злоякісні клітини завдяки порушенням у системі про- та антиоксидантного стресу і мережі метаболічних процесів підпорядковують інші регуляторні й захисні системи та спрямовують їх на прогресування пухлинної хвороби. Нещодавно висунута D. Hanahan та L.M. Coussens концепція, яка передбачає, що ракові клітини не сприяють проявам хвороби самі по собі, а скоріше мобілізують і порушують функції організму і залучають нормальні клітини на бік спільності нових аномальних клітин, сягає рівня аксіоми. Нещодавні масштабні дослідження геному й екзону хворих на рак дозволяють стверджувати, що розуміння кооперативної взаємодії геному та епігеному відкриває нові можливості для діагностики і терапії. Саме такий формат досліджень дозволив виявити нові фундаментальні молекулярно-генетичні та епігенетичні процеси, залучені до порушень мережі сигнальних каскадів, що сприяє появі нових ознак біології пухлинної клітини. Настав момент, важливий з позиції нашого бурхливого сьогодення, озирнутися навколо і через призму двох десятиліть переглянути сторінки 1-го збірника праць науковців ІЕПОР ім. Р.Є. Кавецького «Шляхи та перспективи розвитку експериментальної онкології в Україні», оглянути минуле й зазирнути в майбутнє однієї з актуальних медико-біологічних проблем людства. У структурі збірника видання 2001 р. акцент було зроблено на таких базових напрямах досліджень:

• молекулярні та клітинні основи онкогенезу;
• розробка методів ранньої діагностики та стратегії протипухлинної терапії;
• протипухлинна резистентність та створення засобів реабілітації захисних систем організму;
• екологія раку;
• фізико-хімічні методи корекції в онкології.

У збірці статей у рамках пріоритетних напрямів досліджень того часу були всебічно проаналізовані механізми злоякісної трансформації клітин, виявлені нові маркери та потенційні мішені для таргетної терапії, з’ясовані певні порушення в мережі сигнальних каскадів злоякісних клітин та запропоновані біотехнологічні підходи до їх ідентифікації та фармакокорекції. Розроблена стратегія захисту та реабілітації захисних систем організму шляхом підвищення вибірковості дії цитостатиків і сорбційної дезінтоксикації залишає надію на підвищення ефективності терапії та збереження якості життя онкологічних хворих.

Однак попри значні успіхи в поглибленні фундаментальних знань, появу новітніх технологій діагностики, оцінки прогнозу перебігу хвороби та засобів терапії, проблему злоякісних новоутворень ще зарано знімати з порядку денного. Результати сучасних досліджень стрімко змінюють «канонічне» уявлення про причини, механізми та особливості перебігу злоякісного процесу. Виявлені зміни молекулярно-генетичного, епігенетичного та метаболічного різноманіття з урахуванням численних мутацій у злоякісній клітині сприяють швидкому формуванню власного мікрооточення та появі індивідуального фенотипу компонентів пухлинного вогнища. Порушення балансу ростових і супресорних факторів, залучених до формування мережі сигнальних каскадів, генерує появу клітинного різноманіття – гетерогенності, яка внаслідок численної варіабельності забезпечує систему виживання пухлинних клітин, їх дисемінацію та утворення метастазів. Стрімкий розвиток фундаментальної науки дозволяє розкрити глибинні механізми внутрішньоклітинної передачі регуляторних сигналів, регуляції клітинного циклу, проліферативного потенціалу й росту пухлин, а також виявити інтенсивність цих процесів на різних етапах прогресування пухлинного процесу.

Важливою складовою, що зумовлює прогресування пухлинної хвороби, є порушення метаболічних процесів. Відомо, що у ключових компонентах жирової тканини – адипоцитах – відбувається синтез прозапального гормону лептину та протизапального адипонектину. Лептин за допомогою нейропептидів регулює різні фізіологічні функції, зокрема імунну відповідь. Порушення експресії лептину або його рецептора може індукувати синтез антиапоптотичних та інших білків, таких як VEGF, HIF-1α, TNFα, IL-6.

Кожний етап прогресування пухлини характеризується комплексними змінами експресії онкогенів або супресією антионкогенів, порушеннями різноманітних сигнальних шляхів, що призводять до змін генетичного та епігенетичного ландшафтів, білкового складу клітин, а також порушенням їх функцій, які синхронізуються з мікрооточенням пухлинного вогнища та загальним станом організму.

На шляху пошуку онкосинергетичних процесів, які залучені до формування механізмів взаємовідносин з пухлиною, ми визначили ряд пріоритетних завдань.

1. Дослідити порушення експресії ключових компонентів сигнальних каскадів та редоксзалежні процеси в клітинах, мікрооточенні та віддалених сайтах дисемінації пухлин.
2. Оцінити роль елементів запалення і сигнальних молекул ЕМП у прогресуванні патогенезу раку.
3. Визначити асоціативні зв’язки показників метаболічного синдрому з агресивністю пухлинного процесу.
4. Виявити нові маркери злоякісної трансформації клітин, з’ясувати роль у цьому процесі мікроРНК та інших молекулярно-біологічних маркерів.
5. Визначити асоціації морфологічних та імуноцитохімічних змін у клітинах крові при лімфопроліферативних захворюваннях.
6. Оцінити молекулярні, цитогенетичні та метаболічні зміни в лімфоцитах крові хворих із неопластичними процесами для моніторингу чутливості в умовах терапевтичних впливів.
7. Дослідити функціональну активність фагоцитів крові та проаналізувати їх зв’язок з ефективністю дії терапевтичних засобів.

У рамках визначених пріоритетів у процесі наукових досліджень співробітники інституту одержали низку важливих результатів. Так, у хворих із передпухлинною патологією молочної залози виявлені значні порушення окисного метаболізму, пов’язані з одночасним збільшенням рівня вільних радикалів та розбалансуванням активності ферментів антиоксидантного захисту. Активація вільнорадикальних процесів (збільшення концентрації супероксидного аніон-радикала в лімфоцитах, прооксидантно-антиоксидантного співвідношення в крові) при одночасному зменшенні активності каталази та збільшенні активності супероксиддисмутази супроводжується підвищенням рівня раннього маркера – окисної модифікації білків, що вказує на розвиток оксидативного стресу. Унаслідок розбалансування вільнорадикального гомеостазу відбувається стійке зміщення прооксидантно-антиоксидантного співвідношення в напрямку прооксидантних процесів, посилення пероксидного окислення ліпідів та тривале підвищення рівня спонтанної й металкаталізованої окисної модифікації білків. Порушення вільнорадикального гомеостазу в організмі за поєднаної дії екзогенних оксидів азоту та іонізувального випромінювання призводить до накопичення одно- і двониткових пошкоджень ДНК та інгібування системи репарації в лімфоцитах периферичної крові, що свідчить про дестабілізацію ДНК і підвищення канцерогенного ризику (В.М. Михайленко, Е.А. Дьоміна, М.О. Дружина, О.А. Главін, Л.І. Маковецька).

Встановлено, що саме експресія білка р53 «дикого» типу та інгібіторів циклінзалежних кіназ p21WAF1/CIP1, p16INK4a має суттєве значення для набуття певного морфологічного фенотипу клітин аденокарциноми ендометрія, у рамках якого формуються пухлини з різним профілем експресії молекулярних маркерів, що визначає проліферативний потенціал та ступінь анаплазії пухлин. На основі скринінгу панелі молекулярних маркерів (P53, FOXP3, p21WAF1/CIP1, Е2F1, циклінів Е та D1, HER2, MYC, Е-кадгерин, β-катенін, віментин, антигени CD44, CD24) у пухлинних клітинах ендометрія формується високовалідний за специфічністю та чутливістю (95%) молекулярний фенотип ендометріоїдної карциноми P53highFOXP3lowMYChigh, який дозволяє ідентифікувати найбільш злоякісний серозоподібний підтип цієї форми раку та забезпечує предиктивну оцінку персоналізованого прогнозу перебігу захворювання. Встановлено, що 15,8% ендометріоїдних карцином ендометрія мають анеуплоїдний ДНК-профіль і характеризуються низьким ступенем диференціювання, глибокою інвазією пухлини у міометрій та високим проліферативним потенціалом. Визначені клініко-морфологічні особливості корелюють із меншою кількістю клітин, які експресують такі маркери епітеліально-мезенхімального переходу (ЕМП), як Е-кадгерин, β-катенін, віментин та високий рівень білка MYC у порівнянні з цими показниками у диплоїдних пухлинах ендометрія. Отримані дані свідчать про морфогенетичну гетерогенність карцином ендометрія, що є підґрунтям для визначення більш агресивних молекулярних підтипів цієї форми раку. На основі клініко-морфологічних та генетичних показників карцином ендометрія (висока проліферативна активність, анеуплоїдія, низький ступінь диференціювання та високий інвазивний потенціал) визначено, що більш злоякісні варіанти пухлин характеризуються відсутністю експресії віментину, високим рівнем експресії онкогенів MYC, HER-2 та фактора транскрипції E2F1 (Л.Г. Бучинська, І.П. Несіна, Н.Ю. Юрченко). Встановлена здатність екзогенного бета-дефенсину-2 проникати в цитоплазму клітин та накопичуватися в ядрі, що призводить до дефосфорилювання онкосупресорного білка pRB, блокування клітинного циклу у фазі G1/S та зниження експресії циклінів Е та D1, CDK4, протонкогена BRAF. Отримані дані дозволили встановити одну з функцій бета-дефенсину-2 як потенційного транскрипційного фактора. Показано, що hBD-2 може регулювати рівновагу між процесами ЕМП та мезенхімально-епітеліального переходу (МЕП) і зрушувати її в той чи інший бік залежно від типу клітинної лінії шляхом впливу на експресію маркерів ЕМП віментину та Е-кадгерину. Але при цьому характер впливу бета-дефенсину-2 на рівновагу ЕМП/МЕП може залежати від спектра експресії інших індуцибельних бета-дефенсинів людини в культивованих пухлинних клітинах. Отримані дані свідчать про залучення hBD-2 до механізмів регуляції диференціювання пухлинних клітин (П.В. Погрібний, М.О. Солдаткіна).

Уперше доведена потенційна роль hBD-2 у регуляції експресії мРНК ключових транскрипційних факторів (IRF4, BLIMP-1), необхідних для диференціювання злоякісно трансформованих клітин В-лімфоцитарного походження (лінії BJAB, Raji, Т5-1), а також можливість регуляції експресії hBD-2 через поверхневі рецептори клітин зазначених ліній (чл.-кор. НАН України С.П. Сидоренко, П.В. Погрібний).

Уперше ідентифіковано білок S18-2 – представник родини мітохондріальних білків, залучений до механізмів регуляції, проліферації злоякісно трансформованих клітин. Отримані дані дозволяють розглядати його як один із потенційних онкогенів, що відкриває перспективи для з’ясування його ролі в механізмах взаємовідношення пухлини та організму. Аналіз кінетики протеасомної деградації трьох протеїнів родини MRPS18 показав найвищу стабільність MRPS18-2. Особлива роль цього протеїну належить підтримці моноубіквитування гістона H2B, який забезпечує конфігурацію еухроматину та опосередковано впливає на експресію ряду генів, що контролюють проліферацію клітин (О.В. Кашуба, Л.М. Ковалевська).

Доведено, що клітинні лінії пухлин ендометрія (HTB-112 і CRL-1671), трансфіковані злитим білком GFP-S18-2, характеризуються підвищенням міграційного потенціалу, високим рівнем експресії маркера мезенхімальних клітин віментину, зниженням експресії цитокератинів, β-катеніну та Е-кадгерину, що вказує на участь S18-2 в ЕМП (Л.Г. Бучинська, О.В. Кашуба). Уперше обґрунтовано значення показників експресії металовмісних білків у проліферативній активності та ступені агресивності раку молочної залози (РМЗ). Показано, що найвищий рівень експресії феритину, церулоплазміну та гепсидину спостерігається в зразках пухлин хворих на РМЗ базального та Her2-позитивного підтипів, яким притаманний агресивний перебіг та низька чутливість до протипухлинної терапії (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, І.М. Тодор).

Уперше ідентифіковано профіль експресії мікроРНК клітинних ліній РМЗ людини в системі in vitro. Встановлено, що в клітинах РМЗ високого ступеня злоякісності (MDA-MB-468 та MDA-MB-231) спостерігається суттєве підвищення експресії онкогенних (мікроРНК-10b, мікроРНК-221) та зниження рівня онкосупресорних мікроРНК (мікроРНК-200b, мікроРНК- 34а, мікроРНК-320а). Зазначені зміни епігенетичної регуляції білків у клітинах MDA-MB-468 та MDA-MB-231 індукують підвищення їх проліферативної й інвазивної активності та пригнічують експресію рецепторів стероїдних гормонів. Окрім того, встановлено, що в клітинах РМЗ найбільш агресивного базального підтипу (MDA-MB-231 та MDA-MB-468) спостерігається також зниження експресії онкосупресорних мікроРНК-133а та мікроРНК-200b, що беруть участь у регуляції експресії важких та легких ланцюгів феритину. Зростання рівня білків обміну заліза та збільшення пулу вільного заліза призводить до підвищення генерування активних форм кисню (В.Ф. Чехун, Т.В. Борікун).

Уперше встановлено, що провідну роль у формуванні ступеня агресивності пухлинних клітин відіграють порушення епігенетичної регуляції гена колагенази II типу. Показано, що гіпометилування CpG ділянок промоторного регіону гена колагенази II типу, а також вірогідне збільшення рівня експресії онкогенної мікроРНК-21 на тлі суттєвого зниження експресії онкосупресорної мікроРНК-122 у пухлинних клітинах хворих є характерною ознакою базального молекулярного підтипу РМЗ із високим ризиком виникнення рецидивів захворювання (Н.Ю. Лук’янова, Т.М. Яловенко, Т.В. Борікун, В.Ф. Чехун).

Доведено, що одним із механізмів гормональної рефрактерності клітин раку передміхурової залози (РПЗ) людини є порушення посттранскрипційної регуляції біосинтезу стероїдних гормонів (мікроРНК-21), родини білків, залучених до процесів проліферації (мікроРНК-133а) та ЕМП (мікроРНК- 214). Встановлено, що в клітинах андрогенрезистентної лінії РПЗ DU-145 спостерігається суттєве підвищення експресії онкогенних (мікроРНК- 214, мікроРНК-21 та мікроРНК-199а) і зниження рівня онкосупресорної мікроРНК-133а.

Уперше обґрунтовано значення фактора транскрипції NANOG для поглибленої характеристики фенотипу стовбурових пухлинних клітин і предиктивного прогнозу РПЗ. Показано, що високий рівень мРНК NANOG у пухлинній тканині прямо корелює з критеріями за шкалою TNM, індексом Глісона та рівнем ПСА у сироватці крові хворих. Доведена можливість використання показників експресії мРНК NANOG у пухлинній тканині як прогностичного фактора безрецидивної виживаності хворих на РПЗ (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, Т.В. Задворний).

Встановлено, що при прогресуванні РПЗ знижуються рівні експресії ферментів синтезу поліамінів (аргінази, орнітиндекарбоксилази й спермінсинтази), зростають рівні експресії ферментів їх катаболізму (спермін/спермідинацетилтрансферази й поліаміноксидази) та різко падає рівень сперміну (С.П. Залєток, В.О. Шляховенко, С.В. Гоголь).

Уперше доведено участь білків ремоделювання кісткової тканини у формуванні ступеня агресивності злоякісних клітин. Встановлено вірогідно вищий рівень експресії BMP-7 та остеонектину у гормонорефракторних клітинах ліній MDA-MB-231, MDA-MB-468 та DU-145, які характеризувалися високою проліферативною та інвазивною активністю, а також низькими адгезивними властивостями (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, Л.А. Налєскіна). Встановлено, що зміни рівня мікроРНК та їх співвідношення в сироватці крові тварин і тканині карциносаркоми Уокер можуть відігравати провідну роль у процесах взаємовідносин пухлини та організму. Показано, що найбільш суттєве збільшення рівня онкогенних мікроРНК-10b, мікроРНК-21 та мікроРНК-221 спостерігається в експоненційній та термінальній фазах росту зазначених пухлин. Водночас зниження рівня експресії онкосупресорних циркулюючих та пухлинних мікроРНК-34, мікроРНК-200b і мікроРНК-320а може вказувати на порушення окремих елементів епігенетичної системи, що забезпечують стабільність геному (В.Ф. Чехун, І.М. Тодор, Ю.В. Лозовська, Т.В. Борікун).

Уперше встановлено, що хронічний лімфолейкоз характеризується підвищенням експресії генів факторів транскрипції JUNB, JUN, RELB, NFAT5, NFATC1; генів мережі фактора транскрипції NF-κB1, гена антиапоптотичного білка BCL-2, що свідчить про суттєві зміни в регуляції їх транскрипційної активності. Значне підвищення рівня експресії гена антиапоптотичного білка BCL-2 зі збільшенням співвідношення BCL-2/BAX може бути одним із механізмів протидії апоптозу в злоякісних лімфоїдних клітинах. Виявлені особливості профілю експресії генів факторів транскрипції дають змогу ідентифікувати функціональні зміни в певних шляхах передачі регуляторних сигналів у злоякісних лімфоїдних клітинах (Д.Ф. Глузман, Л.М. Скляренко, С.В. Коваль, Т.С. Іванівська, М.П. Завелевич, О.О. Фільченков).

Було проаналізовано молекулярні механізми порушень у програмі апоптозу, які призводять до стійкості пухлинних клітин до терапевтичного втручання, у клітинах Jurkat/A4 гострого лімфобластного лейкозу з фенотипом множинної лікарської резистентності. Продемонстровано, що набуття цими клітинами резистентності до хіміопрепаратів відбувається на тлі відсутності активації каспази-9 та -8 за дії апоптоз-індукуючих препаратів із підвищенням експресії маркерів клітинної адгезії. Виявлена перехресна резистентність до індукції апоптозу цитотоксичними препаратами, природними поліфенолами, рентгенівським опроміненням та фотодинамічним впливом із сенсибілізатором хлоринового типу фотолоном чи його композитів із наночастинками золота. Аналіз профілю експресії генів у резистентних клітинах Jurkat/A4 продемонстрував суттєве, порівняно з вихідною лінією клітин, підвищення експресії генів, що сприяють виживанню клітин (GADD45A, GADD45B, STAT5B, IER3 й SNCA) та відновленню пошкоджень ДНК (CDKN1A), а також зниження рівня проапоптотичних мікроРНК miR-29b, miR-181 й miR-221. Отримані результати можуть стати важливим підґрунтям для розробки персоналізованого терапевтичного підходу, спрямованого на подолання резистентності пухлин (О.О. Фільченков, М.П. Завелевич, М.Ф. Гамалія, М.О. Дружина).

Доведено провідну роль рецептора CD150 у регулюванні рівня експресії транскрипційних факторів (IRF4 й IRF8), протеїнфосфатази SHP-2 та інозитолфосфатази SHIP на різних стадіях диференціювання В-лімфоцитів (С.П. Сидоренко, Л.М. Шлапацька).

У хворих на прогностично різні варіанти гострого мієлоїдного лейкозу (ГМЛ) серед загального пулу бластних клітин вперше виявлено нечисленний субклон лейкемічних стовбурових клітин із фенотипом CD34⁺CD38^– CD117^–CD90^–CD123⁺, поява якого характерна для варіантів ГМЛ із мінімальними ознаками диференціювання бластів, а також для мієломоноцитарного та монобластного лейкозу. Відсутність цього субклону при промієлоцитарному і мієлобластному варіантах ГМЛ, клітинним субстратом яких є бластні клітини вищого ступеня диференціювання (CD34^–CD38^–CD117^–/+ CD33⁺CD13^+/–), можна вважати сприятливою прогностичною ознакою, що передбачає найвищу ефективність терапії та швидке досягнення ремісії (Д.Ф. Глузман, С.В. Коваль, Л.М. Шлапацька).

Показано, що лейкемічні стовбурові клітини при хронічній фазі хронічного мієлоїдного лейкозу (ХМЛ) мають морфоцитологічні ознаки лімфобластоподібних клітин, є цитохімічно інертними та за імунофенотипом збігаються з поліпотентними стовбуровими клітинами гемопоезу (CD34⁺CD38^–). У фазі акселерації ХМЛ, набуваючи здатності до неконтрольованої самопідтримки, малодиференційовані клітини-попередники починають експресувати антиген CD38. У фазі бластного кризу ХМЛ кількість CD34⁺CD38⁺ клітин у кістковому мозку зростає до 20% і більше, частина з них (до 10%) демонструє мінімальні ознаки лінійної спрямованості диференціювання. Визначення CD34+ клітин-попередників при ХМЛ може бути критерієм ефективності лікування захворювання (Д.Ф. Глузман, Л.М. Скляренко, С.В. Коваль).

Уточнена діагностика клінічно та прогностично різних варіантів гострих лімфобластних лейкозів, що базується на імуноцитохімічному визначенні експресії патогномонічних антигенів В-лімфоцитів (CD19, CD22, CD10, CD20, CD79α, CD58), Т-лімфобластів (CD7, CD2, CD3, CD4, CD8, CD5) та експресії неспецифічних мієлоїдних маркерів (CD34, CD33, CD13). Це дозволило ідентифікувати патологічний клон клітин, які за своїми імунофенотиповими характеристиками є наближеними до лейкемічних стовбурових клітин з імунофенотипом CD34^+/–CD33^–/+CD19^+/–. Наявність зазначеного імунофенотипу є маркерною ознакою належності пацієнта до групи несприятливого перебігу захворювання (Д.В. Глузман, Т.С. Іванівська, С.В. Коваль).

Уперше показано, що активація поверхневих рецепторів CD150 та CD180 на В-лімфоцитах при хронічному лімфолейкозі призводить до вірогідного зниження рівня експресії мРНК та секреції імуносупресорного IL-10, який сприяє виживаності та проліферації злоякісно трансформованих лімфоцитів. Виявлено, що CD150 та CD180 позитивно регулюють рівень експресії ключової мішені для цільової терапії хронічного лімфолейкозу – поверхневого рецептора CD20, що може бути враховано для підвищення ефективності терапії (І.М. Гордієнко, В.В. Бентрад).

Розробки в галузі нанотехнологій сприяли отриманню принципово нових знань про роль металовмісних білків у виникненні та прогресуванні пухлинної хвороби. Вперше встановлено, що одним із важливих механізмів формування резистентності до протипухлинних препаратів є порушення регуляції металовмісних білків та обміну ендогенного заліза (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, С.І. Шпильова). Показано, що в пухлинних клітинах, резистентних як до цисплатину, так і до доксорубіцину, спостерігається гіперметилування промотора гена рецептора трансферину 1, зміни рівня білків, які регулюють обмін ендогенного заліза (рецептор трансферину, трансферин, легкі та важкі ланцюги феритину, феропортин та гепсидин). Отримані дані свідчать про те, що одним із механізмів формування фенотипу лікарської резистентності до різних за механізмом дії протипухлинних препаратів є порушення обміну заліза на рівні регуляції експресії метилування генів-регуляторів обміну заліза. У модельній системі in vitro визначено зміни спектра металовмісних білків периферичної крові та пухлинної тканини у динаміці розвитку лікарської резистентності карциносаркоми Walker-256 до доксорубіцину. Показано, що трансферин, феритин, церулоплазмін та металотіонеїни можуть бути використані як позапухлинні маркери чутливості до доксорубіцину. Встановлено, що зміни рівня зазначених білків у сироватці крові безпосередньо пов’язані з порушенням енергетичного та оксидантно/антиоксидантного балансу в пухлинній тканині (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, І.М. Тодор, Л.А. Налєскіна).

Знайдені зміни продукування супероксидних радикаланіонів, оксиду азоту та ендотеліну-1 сприяють з’ясуванню особливостей механізму неоваскуляризації при розвитку злоякісного процесу. Встановлено, що радикали кисню (супероксидні радикали, оксид азоту), генеровані мітохондріями пухлинних клітин і нейтрофілами крові, сприяють деградації позаклітинного матриксу та процесам неоваскуляризації. Разом із тим, формування гіпоксії в тканинах пухлин сприяє утворенню комплексів FeS-NO та активації матриксних металопротеїназ (ММП) 2-го й 9-го типів (Є.П. Сидорик, А.П. Бурлака, С.М. Лукін).

Встановлено, що високий рівень гіпоксії корелює з активацією у кістковому мозку ММП-2 і підвищенням експресії рецептора VEGF 1 типу, що визначає підвищення рівня агресивності новоутворення і стимуляцію віддаленого метастазування. Показано, що активність ММП-9 тромбоцитів крові хворих на рак шлунка є фактором, що пов’язаний зі стадіями пухлинного процесу, метастазуванням та осіданням дисемінованих пухлинних клітин у місцях віддаленого метастазування (С.П. Осинський, Л.М. Бубновська, І.І. Ганусевич, А.В. Ковельська).

У хворих на рак органів шлунково-кишкового тракту II-III стадії з надмірною масою тіла під впливом пухлини мітохондрії клітин жирової тканини набувають зміненого редокс-стану, показники якого асоційовані зі збільшенням кількості пухлинасоційованих адипоцитів як важливого джерела енергії для прогресування пухлини та високими рівнями супероксидних і NO-радикалів, що утворюються нейтрофілами крові. Встановлено, що дефекти в механізмі окисного фосфорилювання, поглиблення гіпоксії, зростання швидкості генерування супероксидних радикалів, активності ММП та окислення гуаніну в ДНК у прилеглій до пухлини жировій тканині корелюють із ознаками їх агресивного фенотипу та наявністю віддалених метастазів пухлини і є перспективними маркерами персоналізованого прогнозу перебігу захворювання. Показано, що порушення функцій жирової тканини є модифікатором мікрооточення пухлини. Дефекти в механізмі окисного фосфорилювання, зростання активності ММП-2 й ММП-9, швидкості генерування супероксидних радикалів та окислення гуаніну в ДНК у прилеглій до пухлини жировій тканині активують низку редоксзалежних факторів у пухлині та є важливими чинниками прогресування пухлинного росту. Дослідження показників редокс-стану прилеглої до пухлини жирової тканини й тканини печінки показали, що формування метастатичного мікрооточення характеризується високими рівнями генерування супероксидних радикалів, вмісту NO, комплексів FeS-білків із NO, активністю ММП-2 й ММП-9 (І.І. Ганусевич, А.П. Бурлака).

Встановлено, що високий рівень гіпоксії у пухлині, її низька інфільтрація ефекторними Т-лімфоцитами пам’яті з фенотипом CD8⁺CD45RO⁺, низький рівень лізофосфатидилхоліну у сироватці крові, висока активність ММП-2 і низький рівень CD8⁺ Т-лімфоцитів у кістковому мозку корелюють із появою дисемінованих пухлинних клітин у кістковому мозку, особливо у хворих із категорією М0. На основі отриманих даних вперше розроблено та апробовано в клінічній практиці тест-систему для оцінки агресивності пухлинного процесу та прогнозу його перебігу у хворих на рак шлунка (С.П. Осинський, Л.М. Бубновська, А.В. Ковельська). Встановлено, що одним із механізмів толерантності пухлинних клітин, який забезпечує їх виживаність, є надмірна продукція лактату. Знаходження клітин пухлини в дефіцитному середовищі поживних субстратів дозволяє використовувати його як енергетичний субстрат для синтезу АТФ. З іншого боку, високий рівень лактату в пухлинній тканині сприяє виживаності пухлинних клітин шляхом інактивації функціональної протипухлинної активності пухлинасоційованих макрофагів (Г.І. Соляник, О.М. Пясковська, О.Г. Федорчук).

Надзвичайно важливим є те, що прогресування пухлинного процесу визначається інтегральним впливом імуносупресуючих факторів мікрооточення та зміною експресії білків-регуляторів клітинного циклу в пухлинних клітинах. Високий рівень експресії транскрипційного фактора FOXP3 у лімфоцитах пухлинного мікрооточення призводить до супресії місцевої клітинної відповіді ефекторних Т-лімфоцитів і корелює з високою щільністю мікросудин, низьким ступенем диференціювання, високою проліферативною активністю та глибокою інвазією пухлини. У хворих із глибокою інвазією клітин карциноми ендометрія охарактеризовано молекулярний фенотип за експресією хемокіну CXCL12 та його рецептора CXCR4 (CXCL12^lowCXCR4^high), що асоціюється з підвищеним вмістом CXCL12⁺-фібробластів, М2-макрофагів, високою щільністю мікросудин у стромальному компоненті новоутворення, який визначає агресивний перебіг злоякісного процесу (Л.Г. Бучинська, Н.П. Юрченко).

Аналіз функціонального стану макрофагів, виділених із селезінки або перитонеальної порожнини в динаміці росту карциноми Ерліха, дозволив встановити обернену залежність між розміром пухлинного вузла, показниками продукції NO та активності аргінази у фагоцитуючих клітинах і свідчить про переважання на термінальних стадіях розвитку пухлини макрофагів із фенотипом М2 (пропухлинних). Отримані дані відкривають перспективу пошуку підходів до вивчення феномену пластичності макрофагів із метою підвищення протипухлинної резистентності організму (Г.В. Діденко, Н.І. Федосова, І.М. Воєйкова, А.В. Чумак, В.Ф. Чехун).

На експериментальній моделі карциноми легень Льюїс у динаміці пухлинного росту визначено ряд основних параметрів функціональної активності макрофагів (цитотоксична активність, продукція NO, аргінази, екзогенної пероксидази), що відображають їх імунорегуляторні про- або протипухлинні реакції. Виявлено, що популяція макрофагів, незалежно від біологічної ніші, на ранніх стадіях пухлинного процесу (до 14-ї доби) представлена клітинами, що володіють протипухлинним ефектом (М1). При прогресуванні пухлинного процесу (до 28-ї доби) спостерігали їх поступову поляризацію до фенотипу М2, що має пропухлинні властивості. Виявлені зміни були найбільш вираженими в популяції легеневих макрофагів та мали високий кореляційний зв’язок із показниками метастазування. Отримані дані відкривають перспективу використання феномену пластичності макрофагів для пошуку підходів до зменшення ризику розвитку метастазів (Г.В. Діденко, Н.І. Федосова, І.М. Воєйкова, А.В. Чумак).

На клітинних моделях РМЗ (T-47D), злоякісних новоутворень печінки (HepG2), кишечнику (COLO 205), легень (А-549), лейкозу (К-562) встановлений новий механізм протипухлинної дії інтерферону, який реалізується шляхом інгібіції експресії транскрипційних факторів (Twist та Slug), що контролюють процес ЕМП та злоякісність клітин. Така дія інтерферону нормалізує характер експресії молекул адгезії й клітинного цитоскелета, відновлює функції пухлинних супресорів (p14^ARF, p21^WAF1), що супроводжується модифікацією фенотипу пухлинних клітин та зниженням їх злоякісності. Отримані дані є вагомим теоретичним підґрунтям для визначення шляхів регуляції процесів розвитку пухлинної хвороби. На моделі пухлинних ліній різного тканинного походження встановлена здатність α-інтерферону індукувати реверсію ЕМП, що супроводжується зниженням їх злоякісності, у тому числі змінами фенотипових та цитогенетичних характеристик клітин. Важливо, що така дія інтерферону призводить до зменшення в них проявів, характерних для стовбурових пухлинних клітин, зокрема підвищує їх чутливість до цитостатичних препаратів (Ю.Й. Кудрявець, А.Л. Воронцова, Н.Ю. Бездєнєжних).

Уперше показано, що безконтактне кокультивування клітин ліній РМЗ MCF-7 із компонентами стромального мікрооточення в системі in vitro призводить до зниження чутливості фібробластів до інсуліну та посилення метаболізму глюкози. Зазначені зміни супроводжуються пригніченням експресії білків, що беруть участь у регуляції рівня експресії рецептора інсуліну, та вказують на зниження ступеня злоякісності пухлинних клітин (В.Ф. Чехун, О.О. Лихова).

Культивування клітин MCF-7, MCF-7/CP та MCF-7/Dox РМЗ з артемізином як фактором корекції епігенетичних порушень обміну ендогенного заліза призводить до підвищення експресії онкосупресорних мікроРНК-34а, мікроРНК-200b та мікроРНК-320а, що сприяють суттєвому зниженню рівнів важких ланцюгів феритину, лактоферину, гепсидину й феропортину та зумовлюють підвищення чутливості резистентних клітин РМЗ до цитостатиків (В.Ф. Чехун, І.М. Тодор, Н.Ю. Лук’янова, Т.В. Борікун).

Встановлено, що гальмування пухлинного процесу рослинними поліфенолами зеленого чаю і червоного винограду реалізується через значне підвищення в асцитних клітинах рівня глобального метилювання ядерної ДНК, метилювання промотору гена ключового ферменту біосинтезу поліамінів ОДК та генів фактора транскрипції NF-κВ. Такі процеси супроводжуються зростанням активності цитоплазматичних РНКаз, інгібуванням біосинтезу поліамінів, пригніченням активності фактора NF-κВ, зниженням активності деацетилази гістонів і зменшенням експресії білків-продуктів залежних від нього генів (MYC, NOS2, BCL2L1), які залучені до регуляції процесів росту і проліферації клітин (С.П. Залєток, В.О. Шляховенко, С.В. Гоголь).

Пошук ендогенних факторів модифікації мікрооточення пухлинних клітин дозволив встановити, що виникнення доброякісних та злоякісних новоутворень молочної або передміхурової залози супроводжується різноспрямованими змінами експресії залізозв’язуючого білка лактоферину. Найвищі показники експресії лактоферину (246±8,6 бала) відзначено в клітинах нормальної передміхурової залози та пухлинних клітинах хворих на РМЗ, тоді як низькі показники експресії лактоферину (<100 балів) – у клітинах нормальної молочної залози та у клітинах РПЗ. Фіброаденоми молочної залози та аденоми передміхурової залози характеризувалися середнім рівнем експресії лактоферину – від 110 до 167 балів (Н.Ю. Лук’янова, Л.А. Налєскіна).

Уперше доведено участь лактоферину у формуванні молекулярного та про/антиоксидантного профілю клітин РМЗ. Встановлено, що суттєве пригнічення експресії лактоферину спостерігається у рецепторнегативних клітинах РМЗ (MDA-MB-231, MDA-MB-468). Воно корелює зі зниженням їх адгезивних та підвищенням інвазивних характеристик. Встановлено зворотній асоціативний зв’язок наявності лактоферину з показниками про/антиоксидантного захисту клітин РМЗ (рівень АФК, вільного заліза, швидкості генерації NO, перекисного окислення ліпідів та мітохондріальний трансмембранний потенціал). Отримані дані є фундаментальним підґрунтям для дослідження механізмів дії ендо- та екзогенного лактоферину на гормонозалежні та рецепторнегативні клітини РМЗ (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, А.П. Бурлака).

Встановлено, що лактоферин викликає порушення про/антиоксидантного балансу шляхом підвищення рівня реактивних форм кисню, «вільного заліза» та швидкості генерації NO. Зазначені порушення призводили до блокування клітинного циклу у G₂/M-фазі та загибелі злоякісних клітин шляхом апоптозу (В.Ф. Чехун, Ю.В. Лозовська).

Проведений короткий огляд досягнень співробітників ІЕПОР ім. Р.Є. Кавецького НАН України у поглибленні розуміння механізмів «протистояння» та «порозуміння» у взаємовідносинах «пухлина – організм» відкриває нові горизонти оптимізації діагностики та підвищення ефективності терапії онкологічних хворих. Встановлено, що зазначені фактори, механізми, системно-комплексні зміни активно залучені як до процесів ініціації, так і протистояння прогресуванню пухлинної хвороби. Існує мережа ендогенних та екзогенних факторів, яка здатна потенціювати про- та/або антиканцерогенні процеси шляхом ініціації чи блокування апоптотичних шляхів у пухлинній клітині та змінювати пластичність клітин макрофагальної системи, які за зразком дволикого Януса підпорядковуються панівному впливу організму чи пухлини.

Останнім часом пріоритети розв’язання проблем онкології концентруються навколо біотехнологічного кластера, який дозволить не лише поглибити знання про природу виникнення злоякісних новоутворень, але й розробити новий алгоритм їх діагностики та терапії. Реалізація зазначених науково-практичних амбіцій можлива у випадку концентрації особливої уваги на ролі й місці в цьому процесі мікробіому людини. Нещодавно у представленому нами огляді проаналізовано та узагальнено сучасні наукові дані щодо ключових механізмів, за якими мікробіота бактеріального походження впливає на пухлинний процес та ефективність протипухлинної терапії. Сучасні технології досліджень геному дозволили реалізувати науковий проєкт Human Microbiome Project (2008-2013), завдяки якому було отримано уточнені дані щодо кількості та різноманіття складу мікробіоти організму людини. Також стало відомо, що ряд захворювань людини, включаючи запальні стани кишечнику, метаболічні, алергічні та аутоімунні хвороби, серцево-судинні захворювання, нейродегенеративні хвороби та психічні розлади, а також онкологічні хвороби, асоційовані з певним видовим складом кишкової мікробіоти. Наведено сучасні дані щодо механізмів, за якими бактерії певних видів сприяють утворенню чи гальмують розвиток пухлин людини та експериментальних тварин. Крім того, доведено, що метаболічна активність мікробіоти впливає на ефективність хіміо-, радіо- та імунотерапії при злоякісному рості. Оцінка стану мікробіоти надає важливу інформацію щодо прогнозування агресивності перебігу пухлинного процесу і чутливості пухлини до терапії. Оскільки дієта є ключовим фактором впливу на склад та функції мікробіоти, розробка індивідуальних програм дієтичного харчування онкологічних хворих є одним із пріоритетних напрямів сучасних клінічних спостережень (В.Ф. Чехун, Н.Ю. Лук’янова, Ю.В. Шишова).

Пандемія COVID-19 поки що лише опосередковано змушує звернути увагу на роль фактора інфекції та вакцинації як стратегії протистояння патологічному процесу. Словосполучення «поки що» у цій ситуації виступає як можливий коморбідний фактор додаткових випадків ініціації злоякісного процесу. І вже сьогодні варто досліджувати та розробляти систему стримання рівня зростання захворюваності на злоякісні новоутворення.

Звичайно, наші попередні напрацювання в цьому напрямі дають підстави для оптимізму. Однак поглиблення досліджень ролі мікробіому у протистоянні виникненню злоякісного процесу потребує ще надзвичайно багато зусиль. Аналіз і синтез нових досягнень у цьому напрямі дозволить закласти основу нової стратегії у лікуванні онкологічних хворих, яка буде базуватися перш за все на результатах новітніх досягнень у галузі біотехнології. Зокрема, варто розраховувати на появу нових маркерів ранньої діагностики, отримання нових засобів біотерапії, в тому числі протипухлинних та антиметастатичних вакцин і векторних систем їх цілеспрямованої дії, які безпосередньо впливатимуть на ключові ланки систем диференціації, трансформації, індукції апоптозу пухлинних клітин та формування протипухлинного імунітету. Нові технології пошуку й знищення неопластичних клітин при максимальному збереженні та реабілітації систем протипухлинної резистентності організму вселяють надію та оптимізм на успішне подолання 50% бар’єра ефективного лікування онкологічних хворих і значного покращення якості їхнього життя.

Шляхи та перспективи розвитку експериментальної онкології в Україні: наук. видання; за заг. ред. В.Ф. Чехуна. – К., 2021. – С. 9-22.

Тематичний номер «Онкологія. Гематологія. Хіміотерапія» № 6 (79) 2022 р.