А.А. Штиль
ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России, Москва
Несмотря на достижения современной фармакологии, эффективность химиотерапии опухолей остается недостаточной. Это связано с важнейшей особенностью живых систем (в т.ч. опухолевых клеток) – способностью адаптироваться к изменениям внешней среды. Одно из проявлений такой пластичности – развитие в опухолевых клетках устойчивости к лекарственным препаратам. Множественная лекарственная устойчивость (МЛУ) злокачественных новообразований — сохранение клетками жизнеспособности в ответ на воздействие ряда лекарственных веществ — одна из основных причин прогрессирования болезни: опухоль нечувствительна к химиотерапии независимо от комбинации применяемых лекарств. Не будет преувеличением сказать, что МЛУ — наиболее подробно исследованный (и исследуемый) вид лекарственной устойчивости.
Основной механизм МЛУ - пониженное накопление препаратов в клетке, обусловленное активным выведением веществ в межклеточную среду [7]. Такой транспорт осуществляется белком плазматической мембраны Р гликопротеином (Pgp), кодируемым геном MDR1 (multidrug resistance 1) [6]. Этот механизм обеспечивает долговременное выживание клеток в присутствии веществ, различных по структуре и биологическому действию. Антрациклиновые антибиотики (адриамицин, даунорубицин), винкаалкалоиды (винкристин, винбластин), таксаны (таксол, таксотер), митоксантрон, ингибиторы топоизомераз (этопозид) — вот неполный перечень групп противоопухолевых препаратов, устойчивость к которым обусловлена Pgp-опосредованным транспортом. Увеличение количества иРНК MDR1 и Pgp часто служит фактором устойчивости многих типов опухолей к лечению [4, 9, 11, 15, 16, 20].
Рассмотрим два аспекта проблемы преодоления МЛУ: 1) срочное становление резистентности в ответ на действие противоопухолевых препаратов и 2) расширение роли Pgp за пределы транспортной функции и представление об этом белке как “универсальном” факторе выживания клетки. Анализ этих вопросов позволяет критически оценить подход к терапии новообразований, основанный на воздействии на конкретный механизм в опухолевой клетке.
МЛУ формируется в ответ на воздействие химиопрепаратов. Как клетка накапливает иРНК MDR1 и белок Pgp? Правомерно предположить, что устойчивые клетки несут несколько копий гена MDR1 (амплификация гена). Однако такой механизм не выявлен в опухолях человека. Следовательно, этот ген должен активироваться в ответ на внеклеточные сигналы. Действительно, однократного кратковременного (несколько часов) воздействия лекарств на культивируемые клетки достаточно, чтобы накопились иРНК MDR1 и функционирующий Pgp. Активация МЛУ подтверждена и в клинической ситуации, например, при интраоперационной перфузии адриамицином легких у больных с метастазами фибросаркомы [2]. МЛУ может развиваться в клетках различного тканевого происхождения в ответ на действие многих химиопрепаратов. В активации МЛУ участвуют многочисленные механизмы проведения внутриклеточных сигналов. Важно, что эти механизмы не уникальны для регуляции данного гена, а обеспечивают другие защитные реакции клетки на стресс.
Регуляция гена MDR1 (а значит и МЛУ) осуществляется на многих уровнях; возможны “обходы” сигналов, если тот или иной механизм не функционирует. Такая взаимозаменяемость механизмов надежно обеспечивает развитие МЛУ при действии лекарств.
Итак, МЛУ “с готовностью” развивается в клетках, переживших воздействие химиопрепаратов. Более того, активация гена MDR1 возрастает с увеличением концентрации токсина [5]. Поэтому применение высокодозных режимов лечения (оправданное потребностью повысить его эффективность) может вести к развитию МЛУ в выживших клетках. Снижение доз (с целью избежать развития МЛУ) заведомо неэффективно; концентрации же лекарств, требуемые для полной элиминации опухоли, могут оказаться выше допустимых для больного, что определяет предел эскалации доз.
МЛУ - компонент многофакторной защиты клетки. Казалось бы, один механизм устойчивости (даже обеспечивающий резистентность к нескольким веществам) не способен сильно ограничить возможности противоопухолевой терапии. Однако МЛУ оказывается не единственным фенотипом устойчивости, а Pgp — не только молекулярный транспортер. Исследования последних лет показывают, что Pgp может защищать клетку и помимо транспортной роли. Накапливаются свидетельства того, что Pgp может препятствовать гибели клетки, сопровождающейся активацией каспаз — протеолитических ферментов, вызывающих деградацию важнейших клеточных структур в ответ на действие токсинов [12]. Так Pgp выступает как один из механизмов анти-апоптоза.
Кроме того, Pgp - не единственный фактор защиты. Опухолевые клетки, пройдя отбор в организме на способность “ускользать” от контроля пролиферации и дифференцировки, накапливают механизмы, способствующие выживанию. Классические примеры - химерная тирозинкиназа Bcr-Abl в клетках острого лимфобластного лейкоза, хронического миелоидного лейкоза, стромальных опухолей желудочно-кишечного тракта, нарушения структуры и функции р53, рецепторов семейства фактора некроза опухоли и др. Это не удивительно: выдержали отбор те опухолевые клетки, в которых имеются (до лечения) молекулярные детерминанты выживаемости. Если в процессе химиотерапии в таких клетках накопится Pgp, то их резистентность будет действительно многофакторной. Таким образом, способность быстро приобретать МЛУ проявляется в уже устойчивых клетках. Как преодолеть эту плейотропную резистентность?
Механизм-специфическая химиотерапия и МЛУ. Возможно ли преодоление резистентности воздействием на конкретный механизм? Представляется дискутабельным доминирующее в современной литературе стремление к непременной идентификации клеточных мишеней в надежде на создание конкретного для отдельной опухоли (или, шире, клинической ситуации) подхода к лечению (mechanism-based therapy). Это стремление продиктовано необходимостью добиться максимального противоопухолевого эффекта при возможно меньшей обще резорбтивной токсичности. Мишенями направленной терапии служат нарушения, чаще встречаемые в опухолях (но не всегда специфичные для новообразований), чем в интактных клетках. Такие нарушения могут быть обусловлены изменениями структуры генов (например, инактивация функции р53 за счет мутаций или делеций гена) и/или эпигенетической дизрегуляцией экспрессии онкогенов и антионкогенов. Несомненно, детальное изучение механизмов выживания и смерти опухолевых клеток плодотворно и для фундаментальной биологии, и для практической онкологии. Уже сегодня в клинике применяются препараты-антагонисты конкретных механизмов регуляции пролиферации, в частности, ингибитор эпидермального фактора роста ZD1839 (Иресса) и блокатор тирозинкиназы Bcr-Abl STI-571 (Гливек). Однако безупречен ли подход к терапии опухолей, основанный на взаимодействии препарата с одной клеточной мишенью? Всегда ли целесообразно уменьшать обще резорбтивный эффект химиотерапии за счет прицельной манипуляции с конкретной структурой опухолевой клетки? Не послужит ли такая индивидуализация лечения сужению терапевтического спектра и снижению эффективности препарата?
Во-первых, специфичность взаимодействия малых молекул — а именно они составляют подавляющее большинство современных средств противоопухолевой терапии — с биологическими структурами относительна. Например, ингибиторы того или иного семейства протеинкиназ реагируют и с другими киназами. Ингибирование фермента предполагает взаимодействие малой молекулы с участком (участками) молекулы энзима, существенным для ее активности, в частности, с каталитическим сайтом или сайтом связывания АТФ. Однако структура этих районов редко бывает уникальной для конкретного фермента. Кроме того, проникновение в клетку чужеродного химического соединения вызовет ряд общих стрессорных реакций. Эти реакции (а они неизбежны как ответ на раздражитель!) в клетке налагаются на эффект взаимодействия потенциального модулятора с его основной мишенью. Еще более проблематична оценка эффекта ингибитора на уровне организма.
Второе возражение связано с биологической гетерогенностью опухоли. Экспрессия того или иного механизма может широко варьировать между участками опухоли. Поэтому неодинаковой будет и чувствительность к лечебному препарату отдельных клеток или клеток в разных зонах новообразования. Если так, то применение узко специфического агента предоставит селективное преимущество в выживании клеткам, в которых механизм-мишень экспрессирован слабее. Но тогда остаточная опухоль будет резистентна к препарату из-за отсутствия его мишени в клетках, т.е. эффект лечения оказывается заведомо неполным. Предположение же о том, что мишень, против которой действует препарат, есть единственный или главный фактор злокачественности в данной опухоли, может оказаться неправомерным. Ведь основные черты злокачественной трансформации — неконтролируемая пролиферация, способность к выживанию и делению без контакта с адгезивным субстратом, инвазия, метастазирование — обеспечиваются многочисленными механизмами, и блокирование одного фактора приведет к смене фенотипов резидуальной опухоли, но не обязательно к ее исчезновению. Как быть в случаях рецидивов опухоли в результате развития устойчивости, например, к STI571, благодаря выживанию клеток с мутацией в киназном домене Bcr-Abl [24]? А ведь МЛУ может развиваться быстро в ответ на воздействие многих веществ (см. выше); тогда рецидивная опухоль окажется резистентной и к STI571, и к ряду других препаратов.
Наконец, третье, важнейшее возражение, возвращает нас к поставленной в начале статьи проблеме необычайной пластичности опухолевой клетки как биологической системы. Функции клетки, нарушенные при злокачественном росте — пролиферация, смена фаз клеточного цикла и др. — регулируются чрезвычайно “надежно”. Мы представили это многообразие регуляторных механизмов на примере становления МЛУ; и преодоление этого фенотипа путем обхода механизмов устойчивости также обосновано сложностью (многочисленностью, взаимозаменяемостью) процессов, обеспечивающих выживание клеток. В ряде ситуаций удается блокировать приобретение клетками Pgp-опосредованной МЛУ, воздействуя на конкретный механизм [5, 12, 27]. Однако всегда остается возможность ускользания опухолевой клетки от терапевтических воздействий. Такая возможность может возрастать при прогрессии опухоли. Важнейшая особенность онкологического заболевания — именно развертывание каскадов регуляции клетки. “Вооружаясь” таким образом, клетка и получает способность ускользать от систем биологического контроля.
Приведенные соображения не умаляют значимости терапии опухолей, ориентированной на конкретный механизм. Однако постоянная возможность (или угроза) “ускользания” опухоли заставляет критически оценить стремление этой стратегии к универсальности. Многофакторная устойчивость — результат постоянного ускользания, приобретения опухолью новых возможностей надежного регулирования функций, важных для ее выживания; эта способность злокачественных клеток предполагает, что оптимизация противоопухолевой терапии может быть достигнута сочетанием механизм-специфических воздействий с активацией путей гибели, сохраняющих функцию при формировании резистентности.
Одним из таких путей является нарушение целостности плазматической мембраны. Некроз не нарушен в Pgp-экспрессирующих клетках с МЛУ [13, 25, 26]. При некрозе быстро произойдут повреждения практически любых субклеточных структур, в отличие от апоптотических каскадов, сопровождающихся последовательным расщеплением субстратов и строгой специфичностью взаимодействия протеаз с мишенями [29]. Блокирование одного или нескольких звеньев апоптотических каскадов прервет передачу сигналов на нижележащие механизмы, результатом чего станет ускользание клетки от гибели и, в итоге, формирование устойчивости. Такая возможность не исключена при формировании многофакторной резистентности, в том числе Pgp-опосредованной МЛУ. Еще и по этой причине для борьбы с МЛУ желательно, чтобы механизмы смерти были множественными и включали активацию каспаз и других протеаз (лизосомальных, протеосомальных, ядерных), путей потенцирования сигнала (митохондриальный путь) и нарушения проницаемости мембран. Таким образом, терапевтическими мишенями выступают не только отдельные молекулы, но и надмолекулярные комплексы (органеллы, плазматическая мембрана).
МЛУ — не единственный фенотип устойчивости клеток к ксенобиотикам, а Pgp — не единственный механизм, обеспечивающий выживание в присутствии токсинов. Сегодня не представляется возможным предсказать, совокупность каких факторов резистентности (транспорт веществ через плазматическую мембрану, внутриклеточный катаболизм токсинов, антиоксидантная защита и др.) определит неэффективность конкретного лечебного режима в отношении конкретной опухоли. Блокирование отдельного “специфического” механизма может оказаться заведомо недостаточным. Чем больше механизмов смерти удастся активировать в резистентных клетках, чем менее зависима такая стратегия от динамичного “молекулярного профиля” опухоли, тем надежнее конечный результат — преодоление многофакторной резистентности.
Список литературы:
1. Трунова С.А. Инициация вхождения в митоз и проблема избыточности функций митотических циклинов // XIV Всероссийский симпозиум “Структура и функции клеточного ядра”. Санкт-Петербург, 15-17 октября 2002 г.: Цитология. — 2002. — Т. 44. С. 910.
2. Abolhoda A., Wilson A.E., Ross H. et al. Rapid activation of MDR1 gene expression in human metastatic sarcoma after in vivo exposure to doxorubicin. // Clin. Cancer Res. — 1999. — Vol. 5. — P. 3352-3356.
3. Ambudkar S.V., Dey S., Hrycyna C.A. et al. Biochemical, cellular, and pharmacological aspects of the multidrug transporter // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. — 1999. — Vol. 39. — P. 361-398.
4. Arceci R.J. Clinical significance of P-glycoprotein in multidrug resistance malignancies // Blood. 1993. — Vol. 81. — P. 2215-2222.
5. Chaudhary P.M., Roninson I.B. Induction of multidrug resistance in human cells by transient exposure to different chemotherapeutic drugs // J. Natl. Cancer Inst. — 1993. — Vol. 85. — P. 632-639.
6. Chen C.-J., Chin J.E., Ueda K. et al. Internal duplication and homology with bacterial transport proteins in the mdr1 (P-glycoprotein) gene from multidrug-resistant human cells // Cell. — 1986. — Vol. 47. — P. 381-389.
7. Dano K. Active outward transport of daunorubicin in resistant Ehrlich ascites tumor cells // Biochim. Biophys. Acta. — 1973. — Vol. 323. — P. 466-483.
8. Fang B., Roth J.A. Tumor-suppressing gene therapy // Cancer Biol. Ther. 2003. — Vol. 2. — P. S115-S121.
9. Goldstein L.J., Galski H., Fojo A. et al. Expression of a multidrug resistance gene in human cancers // J.Natl. Cancer Inst. 1989. — Vol. 81. — P. 116-124.
10. de Graaf D., Sharma R.C., Mechetner E.B. et al. P-glycoprotein confers methotrexate resistance in 3T6 cells with deficient carrier-mediated methotrexate uptake // Proc.Natl. Acad. Sci. USA. — 1996. — Vol. 93. — P. 1238-1242.
11. Hegewisch-Becker S., Hossfeld D.K. The MDR phenotype in hematologic malignancies: prognostic relevance and future perspectives // Ann. Hematol. 1996. — Vol. 72. — P. 105-117.
12. Johnstone R.W., Cretney E., Smyth M.J. P-glycoprotein protects leukemia cells against caspase-dependent, but not caspase-independent, cell death // Blood. 1999. — Vol. 93. — P. 1075-1085.
13. Johnstone R.W., Taiinton K.M., Rueffli A.A. et al. P-glycoprotein does not protect cells against cytolysis induced by pore-forming proteins // J.Biol. Chem. 2001. — Vol. 276 — P. 16667-16673.
14. Juliano R., Ling V. A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants // Biochim. Biophys. Acta. — 1976. — Vol. 455. — P. 152-162.
15. Leith C.P., Kopecky K.L., Godwin J. et al. Acute myeloid leukemia in the elderly: assessment of multidrug resistance (MDR1) and cytogenetics distinguishes biologic subgroups with remarkably distinct responses to standard chemotherapy. A Southwest Oncology Group study // Blood. 1997. — Vol. 89. — P. 3323-3329.
16. Marie J.P. Drug resistance in hematologic malignancies // Curr. Opin. Oncol. 2001. — Vol. 13. — P. 463-469.
17. O'Dwyer M.E., Mauro M.J., Druker B.J. STI571 as a targeted therapy for CML // Cancer Invest. 2003. — Vol. 21. — P. 429-438.
18. Ogretmen B., Hannun Y.A. Updates on functions of ceramide in chemotherapy-induced cell death and in multidrug resistance // Drug Resist. Updat. 2001. — Vol. 4. — P. 368-377.
19. Pallares-Trujillo J., Lopez-Soriano F., Argiles J.M. Lipids: A key role in multidrug resistance? // Int.J.Oncol. — 2000. — Vol. 16. — P.783-798.
20. del Poeta G., Stasi R., Aronica G. et al. Clinical relevance of P-glycoprotein expression in de novo acute myeloid leukemia // Blood. 1996. — Vol. 87. — P. 1997-2004.
21. Reddy A., Kaelin W.G.Jr. Using cancer genetics to guide the selection of anticancer drug targets // Curr. Opin. Pharmacol. — 2002. — Vol. 2. — P. 366-373.
22. Russello S.V., Shore S.K. Src in human carcinogenesis // Front Biosci. 2003. — Vol. 8. — P.1068-1073.
23. Sattler M., Scheijen B., Weisberg E., Griffin J.D. // Adv. Exp. Med. Biol. 2003. — Vol. 532. — P.121-140.
24. Shah N.P., Sawyers C.L. Mechanisms of resistance to STI571 in Philadelphia chromosome-associated leukemias // Oncogene. — 2003. — Vol. 22. — P. 7389-7395.
25. Shtil A., Turner J., Durfee J. et al. Cytokine-based tumor cell vaccine is equally effective against parental and isogenic multidrug-resistant myeloma cells: the role of cytotoxic T-lymphocytes // Blood. — 1999. — Vol. 93. — P. 1831-1837.
26. Shtil A., Turner J., Dalton W., Yu H. Alternative pathways of cell death to circumvent pleiotropic resistance in myeloma cells: role of cytotoxic T-lymphocytes // Leukemia and Lymphoma. — 2000. Vol. 38. — P. 59-70.
27. Shtil A.A. Emergence of multidrug resistance in leukemia cells during chemotherapy: mechanisms and prevention. // J.Hematother. Stem Cell Res. — 2002. — Vol. 11. — P. 231-241.
28. Tamura K, Fukuoka M. Molecular target-based cancer therapy: tyrosine kinase inhibitors. // Int. J. Clin. Oncol. 2003. — Vol. 8. — P. 207-211.
29. Thornberry N.A., Lazebnik Y. Caspases: enemies within. //Science. — 1998. — Vol. 281(5381). — P.1312-1316.
30. Warmuth M., Damoiseaux R., Liu Y. et al. SRC family kinases: potential targets for the treatment of human cancer and leukemia. // Curr. Pharm. Des. 2003. — Vol. 9. — P. 2043-2059.
