Глиобластома и сосудистая мимикрия Введение Глиобластома (ГБ) является наиболее распространенной внутричерепной злокачественной опухолью с ежегодной заболеваемостью примерно 3 C 5 случаев на 100 000 человек. С точки зрения общего онкологического бремени ГБ является редкостью, однако сочетание локализации в головном мозге, инвазивности и крайне неблагоприятного прогноза делают ее одним из самых страшных онкологических диагнозов. В настоящее время общая медиана выживаемости при глиобластоме составляет 12-15 месяцев, несмотря на максимально комбинированную терапию, включающую нейрохирургию, облучение и комбинированную термотерапию. Интересно отметить, что крайне медленное развитие эффективной терапии/лечения резко контрастирует с быстро расширяющимся фундаментом знаний о молекулярном патогенезе этого заболевания. Подавляющее большинство исследований в области нейроонкологии было опубликовано в последние 20-30 лет, в основном благодаря более глубокому пониманию генетики опухолей головного мозга. Более современная молекулярная классификация дала основу для существования четырех различных типов первичной глиобластомы высокого класса: классического, мезенхимального, нейронального и пронейронального подтипов. Эти подтипы различаются молекулярно на основе различных протеомных характеристик, сигнатурных мутаций, особенностей метилирования и идентифицированных в настоящее время регуляторов трансляции. Всесторонняя молекулярная классификация глиомы высокой степени злокачественности только сейчас начинает трансформировать существующую классификацию, которая в настоящее время следует консенсусным гистопатологическим критериям ВОЗ. Несмотря на сложные схемы молекулярной классификации, относительно высокий процент глиомы по-прежнему трудно воспроизводимо классифицировать из-за значительного гистологического перекрытия. Фенотипически опухоль демонстрирует выраженную гиперклеточность, серпигинозные участки некроза, обширную пролиферацию эндотелиальных клеток, при этом сосудистая сеть опухоли извилистая, дезорганизованная и высокопроницаемая. Новообразования IV степени демонстрируют чрезвычайно агрессивную пролиферацию эндотелиальных клеток по сравнению с опухолями II и III степени. Повышенная проницаемость сосудов усугубляет проблему, приводя к увеличению отека головного мозга и воспалению. Нарушения в эндотелиальных стенках, перицитах и базальной мембране также приводят к потере структуры и функции критического барьера «кровь-мозг». Формирование сосудистой сети глиомы происходит как минимум через три различных процесса. 1) Ангиогенез； процесс образования новых кровеносных сосудов в результате перенаправления и ремоделирования ранее существовавших сосудов; 2) Васкулогенез； классически считался эмбриональным процессом, но впоследствии был идентифицирован в опухолях как де-новообразование примитивных кровеносных сосудов в результате дифференцировки циркулирующих эндотелиальных предшественников костного мозга. и 3) сосудистая мимикрия (VM)；, которая, как недавно было установлено, вносит вклад в развитие сосудистой сети опухоли путем трансдифференцировки клеток глиомы в эндотелиальные клетки, полученные из опухоли (TDECs). Молекулярные пути Говорят, что метастазы рака, независимо от первичной опухоли, играют по иным правилам, чем первичная опухоль, и смерть от рака в первую очередь является результатом инвазии и метастазов, устойчивых к традиционным методам лечения, которые могут эффективно лечить первичную опухоль. Выживание опухоли зависит от богатого кровоснабжения, необходимого для поддержания роста опухоли и дальнейшего метастазирования. Злокачественные глиомы, как и другие новообразования, нуждаются в ангиогенезе для создания источника питательных веществ/кислорода и удаления клеточных отходов. Опухолевая сосудистая сеть также создает локализованную «нишу» микрососудистой среды, в которой клетки, инициирующие опухоль, могут эффективно противостоять терапии. Ангиогенез является ключевым патологическим событием и необходим для прогрессирования одиночного локализованного новообразования в высокоагрессивную опухоль. Этот критический момент впоследствии зажег область исследований неопластического ангиогенеза, которые были направлены на борьбу с эндотелиальными клетками, формирующими неоваскулатуру растущих опухолей, и послужили основным организующим принципом для разработки лекарств в различных клинических испытаниях. Поскольку ГБ является одной из наиболее богатых сосудами опухолей, а VEGF (фактор роста эндотелия сосудов) вырабатывается опухолевыми клетками, в клинических испытаниях использовались анти-VEGF антитела (бевацизумаб/Авастин). Результаты клинических испытаний, мягко говоря, неутешительны, более половины пациентов с ГБ лишь транзиторно отвечают на комбинированное лечение Авастином и иринотеканом. Механизмы, предложенные для объяснения резистентности к анти-VEGF терапии, включают 1) активацию других про-ангиогенных сигнальных путей 2) привлечение миелоидных клеток костного мозга (КМ), которые защищают и питают сосудистые клетки и/или 3) защиту кровеносных сосудов за счет увеличения перицитарного покрытия. При ГБ противоопухолевый эффект антиангиогенной терапии, вероятно, связан с нормализацией сосудистого русла, что также уменьшает отек. Неутешительные результаты испытаний ингибиторов ангиогенеза, а также новые данные, полученные в ходе молекулярных исследований и исследований на животных опухолевой прогрессии ГБ человека, позволили понять молекулярные механизмы, лежащие в основе перфузии опухолей, особенно тех, которые выражают агрессивный инвазивный фенотип, как ГБ. В опухолевом ангиогенезе предшественники эндотелиальных клеток (ECPs), полученные из костного мозга, исторически считались основным источником эндотелиальных клеток сосудов. Однако недавно было показано, что эндотелиальные клетки-предшественники, полученные из костного мозга, не только способствуют образованию сосудистого эндотелия, и теперь стало понятно, что TDECs в ГБ трансдифференцируются из нейроэктодермы и что опухолевые клетки сами могут быть вовлечены в опухолевый ангиогенез. Последние данные свидетельствуют об альтернативном механизме, при котором микрососуды опухоли образуются непосредственно из опухолевых клеток, и этот процесс называется сосудистой мимикрией (СМ). ВМ описывает функциональную пластичность агрессивных раковых клеток, формирующих де-новаскулярные сети, обеспечивающие перфузионные пути для расширения опухоли, транспортировку жидкости из негерметичных сосудов и/или соединение с сосудистой сетью, выстланной эндотелием. Данные о ВМ свидетельствуют о том, что эта микрососудистая сеть, перфузируемая кровью, играет критическую роль в развитии опухоли и не зависит от ангиогенеза эндотелиальных клеток. Интересно, что сети ВМ также проявляют антикоагулянтные свойства за счет локальной экспрессии антикоагулянтных молекул с общей целью облегчить приток крови в агрессивные опухоли и между ними. Первоначальное исследование, описывающее ВМ, было основано на данных, показывающих транспорт введенного флуоресцентного красителя по сетям ВМ. Последующие экспериментальные данные показали перфузию крови в реальном времени между эндотелиально выстланными сосудами мыши и сетями ВМ в ксенотрансплантатах опухолей человека с помощью доплеровской визуализации циркуляции микробусин. Это исследование показало, что агрессивные клетки меланомы способны к образованию трехмерных сосудистых структур de novo, что впоследствии было подтверждено с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, которая показала морфологические/структурные детали образованных опухолью сосудов и сходство в ультраструктуре между ВМ и традиционными сосудистыми сетями, выстланными эндотелием. Исследования меланомы также показали, что опухолевые клетки могут совместно экспрессировать маркеры эндотелия, эмбриональных/стволовых клеток и опухолевых клеток. Действительно интересное исследование, описывающее гипоксию как катализатор фенотипа ВМ, было продемонстрировано при пересадке метастатических клеток меланомы человека в ишемизированную конечность мыши, что привело к образованию смешанной сосудистой сети, состоящей из клеток меланомы человека и эндотелиальных клеток мыши. После того как кровоток в конечности был перекрыт, клетки меланомы сформировали большую опухоль. Это исследование демонстрирует удивительное влияние микроокружения на трансэндотелиальную дифференцировку клеток меланомы, которые при изменении условий окружающей среды возвращаются к более опухолеродному фенотипу. Трансдифференцировка стволовых клеток GB (GSCs) в муралоподобные (сосудистые гладкие мышцы/перицитоподобные) опухолевые клетки подчеркивает пластичность GSCs. Пластичность ГСК проявляется в мультипотентности нейрональных стволовых клеток, которые способны дифференцироваться в несколько клеточных линий (т.е. астроциты, нейроны, олигодендроциты)； и в различные клетки, такие как клетки крови, мышечные клетки и эндотелиальные клетки сосудов. Многие молекулярные детали, лежащие в основе ВМ, уже расшифрованы, но, как и в любой другой области научных исследований, вопросов остается гораздо больше, чем ответов. Однако известно, что критические гены, модулирующие ВМ, связаны с сосудистыми (VE-cadherin, EphA2, VEGF1) эмбриональными и/или стволовыми клетками (Nodal, Notch4), а также с сигнальными путями, связанными с гипоксией (HIF, Twist1). В данной статье будут кратко рассмотрены несколько отдельных общих генов и путей. 1) Notch и Nodal сигнальные пути — это сигнальные пути, которые, как было показано, являются критическими как для регуляции эмбриональных стволовых клеток, так и для поведения опухолевых клеток. Интересно, что перекрестное взаимодействие между этими путями регулирует поведение опухолевых клеток, их агрессивность и формирование сети VM. Nodal-сигналинг модулирует эмбриогенез позвоночных, участвуя в определении лево-правой асимметрии и плюрипотентности стволовых клеток, обычно отсутствует во взрослых тканях, но, как известно, реактивируется при агрессивном раке. Примечательно, что агрессивные раковые опухоли реактивируют Nodal, но не его регуляторный белок Lefty, поэтому сигнализация Nodal протекает бесконтрольно и может способствовать агрессивному поведению опухолевых клеток. Сигнализация Notch важна для дифференцировки и самообновления стволовых клеток и экспрессируется в различных эмбриональных и взрослых тканях. 2) Комплекс Hypoxia-Inducible-Factor (HIF) является ключевым регулятором кислородного гомеостаза как в физиологической, так и в патологической среде. HIF может модулировать и взаимодействовать с сигнальными путями Notch и Nodal. Сверхэкспрессия HIF при раке вызывает экспрессию генных продуктов, участвующих в ангиогенезе (например, VEGF). Важно отметить, что гипоксия индуцирует как Notch, так и Nodal пути через HIF1-alpha/2-alpha и HRE сигнализацию. Существует значительное перекрестное взаимодействие между HIF1-alpha и Notch-сигнализацией, которые в целом работают в опухолевых клетках, способствуя недифференцированному состоянию клеток. Таким образом, становится возможным, что терапевтическое использование антиангиогенных агентов может интуитивно способствовать пластичности опухоли и метастатической/инвазивной прогрессии. Генетический анализ отдельных ЭК с помощью микродиссекции с последующим генетическим анализом ЭК ГБ показал, что 50-90％； ЭК в опухолях ГБ несут генетические аномалии, обнаруженные в самих опухолевых клетках, что указывает на общее происхождение.
Более того, эксперименты на мышах показали, что эндотелиальные клетки, полученные из опухоли, возникли из клеток, инициирующих опухоль, а не в результате слияния клеток ЭК и опухолевых клеток. Анализ витродифференцировки в том же исследовании показал, что гипоксия является критически важным фактором дифференцировки опухолевых клеток GB в ECs и не зависит от VEGF. Образование опухолевых эндотелиальных клеток (TDEC) было не только устойчиво к ингибитору анти-VEGF рецепторов, но и привело к увеличению их частоты. Можно предположить, что TDEC вносят важный вклад в резистентность ГБ к анти-VEGF терапии, и поэтому они также могут быть потенциальной мишенью для терапии ГБ. В целом, ВМ опухолевых клеток хорошо иллюстрирует функциональную пластичность агрессивных фенотипов рака и служит селективным преимуществом для быстро растущих опухолей, нуждающихся в перфузии. ВМ может служить одним из нескольких источников кровоснабжения опухоли, которые могут прямо или косвенно взаимодействовать с другими сосудистыми сетями. Литература сходится во мнении, что в основе индукции VM лежит гипоксия, которая, в свою очередь, активирует различные генетические изменения, описанные ранее, которые затем непосредственно способствуют трансэндотелиальному фенотипу опухолевых клеток, способных к VM. Препятствия в лечении Как уже упоминалось ранее, детальное и точное понимание молекулярной биологии глиобластомы резко контрастирует с отсутствием достижений в терапии. С расширением знаний в области молекулярной биологии было выявлено больше потенциальных мишеней, и ключевым моментом будет разработка мощных ингибиторов и эффективное использование их комбинаций соответствующим и целенаправленным образом. Основным ограничением для адресной доставки лекарств является то, что мигрирующие первичные опухолевые ГБ-клетки сливаются с нормальной тканью, их трудно идентифицировать и нацелить на них, и они не вызывают ответа на ангиогенез. Дополнительные терапевтические препятствия включают: 1) отсутствие эффективных агонистов/антагонистов против идентифицированных мишеней; 2) терапевтические молекулы должны пройти ВВВ, чтобы достичь инвазивных клеток, включая те, которые расположены на расстоянии от центральной части опухоли. Различная степень дисрегуляции ВВВ существует в данной опухоли ГБ, сама по себе ВВВ, как известно, представляет проблему для эффективного транзита терапевтических молекул в мозг, и необходимо продолжать изучение ВВВ в опухолевых условиях, чтобы дать представление об эффективной доставке лекарств в ГБ, и 3) в настоящее время отсутствует идеальная животная модель для изучения лечения ГБ. Комбинированная антисосудистая терапия, направленная как на муралоподобные опухолевые клетки, так и на эндотелиальные клетки, в дополнение к цитотоксическим препаратам, направленным на опухолевые клетки, может оказаться перспективной. Кажется правдоподобным, что наиболее эффективным способом воздействия на пластичность опухолевых клеток является одновременное ингибирование нескольких сигнальных путей. Молекулярные пути, которые были экспериментально идентифицированы как критически вовлеченные в ВМ. Молекулярные пути, которые были экспериментально идентифицированы как критически вовлеченные в ВМ, наряду с данными неудачных клинических испытаний должны служить стратегической дорожной картой для разработки лекарственных препаратов с целью преодоления пластичности опухолевых клеток, лекарственной устойчивости, неопластического ангиогенеза, инвазии и метастазирования. Появившиеся данные об эмбриональных путях, Notch и Nodal, которые реактивируются в агрессивных опухолевых клетках, могут стать ценными терапевтическими мишенями, использующими конвергенцию эмбриональной и опухолевой сигнализации. Подавление этих путей приводит к ингибированию опухолегенности ВМ и реверсии фенотипа стволовых клеток в дифференцированный тип клеток. Одновременное воздействие на пути Notch и VEGF может, возможно, обеспечить более жизнеспособный комбинированный подход к воздействию на раковые стволовые клетки с помощью анти-VEGF терапии. Заключение и дальнейшая работа Несколько столетий исследований показали высокую степень пластичности, связанную с агрессивными новообразованиями. С недавнего времени, когда появились сложные молекулярные инструменты, точные механизмы, этиология и последствия патобиологии опухолевых клеток стали еще более понятными. За это время исследования показали, что наличие небольшой популяции ГСК тесно связано с устойчивостью к радиотерапии и антиангиогенной терапии. Однако клиническое лечение с использованием только анти-VEGF терапии обычно не оказывало существенного влияния на выживаемость пациентов и клинические исходы. Логично предположить, что в рамках своей способности выживать в присутствии антиангиогенных агентов и возрождаться из спящих первичных опухолей, ГСК могут подвергаться альтернативной васкуляризации, которая развивает муралеподобные сети, связанные с клетками, и питает основную массу растущих опухолевых клеток. Из литературы в области неопластического ангиогенеза стало ясно, что сосудистая сеть опухоли очень сложна и может быть получена из различных источников, включая ангиогенные сосуды, кооптирование ранее существовавших сосудов, мозаичные сосуды, выстланные как опухолевыми клетками, так и эндотелием, и постнатальный васкулогенез. Кроме того, недавние исследования показали опухолевое происхождение эндотелиоподобных клеток, сосудистую мимикрию, в определенных видах рака, что еще больше усложняет стратегии воздействия на генетически нестабильную и гетерогенную сосудистую сеть. Стремление к геномной характеристике РМЖ способствовало значительному прогрессу в понимании этого рака, особенно за последние 5-10 лет. Обширная геномная характеристика позволила получить изображение высокого разрешения различных молекулярных изменений, лежащих в основе ГБ, и предполагает, что это заболевание представляет собой несколько гистологически сходных, но молекулярно неоднородных заболеваний. Гетерогенная природа этого новообразования, как внутри опухоли, так и между опухолями, подчеркивает сложность разработки эффективного лечения и создает проблему как для аннотации опухолей, так и для стратификации пациентов для проведения испытаний и лечения. Несмотря на огромный прогресс в понимании генетической основы глиобластомы, целевые терапевтические подходы, основанные на известных геномных изменениях, еще не доказали свою эффективность. Морфологическая гетерогенность, которая послужила основанием для первоначального определения глиомы высокой степени тяжести как «мультиформы», действительно распространилась на молекулярный уровень. Вполне вероятно, что внутриопухолевая гетерогенность и кооперативность мишеней создают состояние множественной зависимости, при котором ингибиторов одной мишени недостаточно для значительного ослабления роста опухоли. Существует также неполное понимание функциональных последствий многих мутировавших генов при ГБ. Исследования только сейчас начинают понимать, как проявляется эта молекулярная гетерогенность и каковы именно функциональные последствия этих генетических изменений. Также неясно, ведут ли эти смешанные популяции клеток с уникальными геномными изменениями себя как независимые опухоли или они взаимозависимы друг от друга. Помимо понимания молекулярной основы гетерогенности ГБ, важно также рассмотреть вклад и фенотипы различных неопухолевых типов клеток, таких как стромальные и воспалительные клетки, которые также населяют микроокружение глиомы. Дальнейшая работа действительно необходима для полного понимания биологии ГБ и потребует комплексных исследований, включая геномные, животные модели заболевания и, как всегда, тщательное изучение тканей человека.