Инвазия экстрацеллюлярного матрикса (ECM)

Как известно, ткани нашего организма организуются в определенные компартменты, отделенные друг от друга посредством двух разновидностей ECM: базальными мембранами и интерстициальной соединительной тканью. Хотя и по различному организованные, все они состоят из коллагенов, гликопротеинов и протеогликанов. Из рисунка 6-26 видно, что опухолевые клетки взаимодействуют с ECM на различных этапах метастатического каскада. Карцинома первым делом должна проникнуть через базальную мембрану, затем преодолеть интерстициальную соединительную ткань и, в конце концов, попасть в кровоток, проникнув через базальную мембрану сосуда. Этот цикл повторяется, когда опухолевые эмболы попадают в ткани в отдаленном месте. Таким образом, для того, чтобы дать метастаз, опухолевая клетка должна пересечь несколько различных базальных мембран, а также преодолеть как минимум два интерстициальных матрикса. Инвазия ECM – активный процесс, протекающий в четыре этапа (рис. 6-27):

1. Отделение опухолевых клеток друг от друга

2. Разрушение ECM

3. Прикрепление к новым компонентам ECM

4. Миграция опухолевых клеток

Первый этап в метастатическом каскаде – ослабление связей между опухолевыми клетками. Как было упомянуто раньше, E-кадгерины функционируют как межклеточный клей, а их цитоплазматические участки связываются с β-катенином (см. рис. 6-23). Смежные молекулы E-кадгеринов связывают клетки вместе. К тому же, E-кадгерин может передавать антиростовые сигналы путем связывания -катенина. Функция E-кадгерина утрачена в практически всех эпителиальных опухолях либо вследствие мутационной инактивации генов E-кадгерина, либо активации генов β-катенина, либо вследствие нарушения экспрессии транскрипционных факторов SNAIL и TWIST, которые ингибируют экспрессию E-кадгерина.

Второй этап инвазии – локальное разрушение базальной мембраны и интерстициальной соединительной ткани. Опухолевые клетки секретируют протеолитические ферменты сами, либо стимулируют стромальные клетки (например, фибробласты и клетки воспаления) вырабатывать протеазы. Множественные различные семейства протеаз, такие как матриксные металлопротеиназы (matrix metalloproteinases, MMPs), катепсин D и урокиназный® активатор плазминогена, вовлечены в процесс опухолевой инвазии. MMPs регулируют опухолевую инвазию не только путем ремоделирования нерастворимых компонентов базальных мембран и интерстициального матрикса, но также высвобождая секвестрированные в ECM ростовые факторы. Действительно, продукты расщепления коллагена и протеогликанов также оказывают хемотаксические, ангиогенные и рост-стимулирующие эффекты. Например, MMP-9 является желатиназой, которая расщепляет коллаген IV типа базальных мембран эпителиев и сосудов, а также стимулирует высвобождение VEGF из ECM. В доброкачественных опухолях молочной железы, толстой кишки и желудка обнаруживается незначительная активность коллагеназы® IV типа, в то время как в их злокачественных аналогах эта активность очень высока. В то же время уровни ингибиторов металлопротеиназ уменьшены, поэтому баланс значительно смещен в сторону разрушения тканей. Избыточная экспрессия MMPs и других протеаз отмечается во многих опухолях. На основании этих наблюдений предпринимаются попытки использовать ингибиторы протеаз в терапевтических целях.

Третий этап включает изменения связей опухолевых клеток с белками ECM. Нормальные эпителиальные клетки имеют рецепторы (такие как интегрины) к ламинину и коллагенам базальной мембраны, которые сгруппированы на базальной поверхности клеток. Эти рецепторы помогают поддерживать клетки в покоящемся, дифференцированном состоянии. Нарушение адгезии нормальных клеток приводит к их апоптозу, тогда как, что неудивительно, опухолевые клетки устойчивы к этой форме клеточной гибели. В дополнение, матрикс модифицируется таким образом, что сам начинает способствовать инвазии и метастазированию. Например, расщепление коллагена IV типа и ламинина базальных мембран посредством MMP-2 или MMP-9 генерирует новые поверхности, которые связываются с рецепторами опухолевых клеток и стимулируют их миграцию.

Миграция – последний этап инвазии, когда опухолевые клетки продвигаются сквозь разрушенные базальные мембраны и интерстициальный матрикс. Миграция это сложный, многоэтапный процесс, в который вовлечены многие семейства рецепторов и сигнальных белков. Все это в итоге ведет к изменениям в актиновом цитоскелете. Это продвижение потенцируется и управляется цитокинами, выделяемыми опухолью (аутокринные факторы подвижности). В дополнение, продукты расщепления компонентов матрикса (коллаген, ламинин) и некоторые факторы роста (инсулиноподобные факторы I и II) имеют хемотактическую активность для опухолевых клеток. Стромальные клетки также продуцируют паракринные эффекторы клеточной подвижности, такие как фактор роста гепатоцитов/рассеивающий фактор (hepatocyte growth factor/scatter factor, HGF/SF), которые связываются с рецепторами опухолевых клеток. В краях высокоинвазивной опухоли мозга мультиформной глиобластомы концентрация HGF/SF повышена, что подтверждает его роль в клеточной подвижности.

В последние годы стало ясно, что ECM и стромальные клетки, окружающие опухоль, не являются всего лишь статичным барьером, который должны преодолеть опухолевые клетки, но, скорее, представляют собой изменчивое окружение, где обоюдные взаимодействия между опухолевыми и стромальными клетками могут как способствовать, так и препятствовать канцерогенезу и/или опухолевой прогрессии. Стромальные клетки, взаимодействующие с опухолью, включают клетки воспаления (будет рассмотрено ниже), а также фибробласты. Различные исследования показали, что в опухоль-ассоциированных фибробластах изменена экспрессия генов, кодирующих молекулы ECM, протеазы, ингибиторы протеаз и различные факторы роста. Таким образом, опухолевые клетки находятся в сложном и постоянно меняющемся окружении, состоящем из ECM, ростовых факторов, фибробластов, иммунных клеток, где все компоненты постоянно взаимодействуют друг с другом. Наиболее успешными опухолями являются те, которые способны адаптировать и использовать это окружение под свои нечестивые цели.