Раковые стволовые клетки - Cancer stem cell

Рисунок 1: Специфические для стволовых клеток и традиционные методы лечения рака

Раковые стволовые клетки ( CSC ) - это раковые клетки (обнаруживаемые в опухолях или гематологических раковых опухолях ), которые обладают характеристиками, связанными с нормальными стволовыми клетками , в частности, способностью давать начало всем типам клеток, обнаруженным в конкретном образце рака. Следовательно, CSC являются онкогенными (образующими опухоль), возможно, в отличие от других неканцерогенных раковых клеток. РСК могут генерировать опухоли посредством процессов самообновления и дифференцировки стволовых клеток на несколько типов клеток. Предполагается, что такие клетки сохраняются в опухолях как отдельная популяция и вызывают рецидивы и метастазы , давая начало новым опухолям. Таким образом, разработка специфических методов лечения, направленных на РСК, дает надежду на улучшение выживаемости и качества жизни онкологических больных, особенно пациентов с метастатическим заболеванием .

Существующие методы лечения рака в основном были разработаны на основе моделей на животных , где методы лечения, способствующие уменьшению размеров опухоли, были признаны эффективными. Однако животные не могут служить полной моделью болезни человека. В частности, у мышей, продолжительность жизни которых не превышает двух лет, трудно исследовать рецидив опухоли.

Эффективность лечения рака на начальных этапах тестирования часто измеряется долей абляции от массы опухоли ( дробное уничтожение ). Поскольку CSC образуют небольшую часть опухоли, это не обязательно означает выбор лекарств, которые специфически действуют на стволовые клетки. Теория предполагает, что обычные химиотерапевтические методы убивают дифференцированные или дифференцирующиеся клетки, которые составляют основную часть опухоли, но не генерируют новые клетки. Популяция РСК, которая его породила, могла остаться нетронутой и вызвать рецидив.

Раковые стволовые клетки были впервые идентифицированы Джоном Диком при остром миелоидном лейкозе в конце 1990-х годов. С начала 2000-х они были в центре внимания онкологических исследований . Сам термин был придуман в 2001 году в широко цитируемой статье биологов Танништы Рей , Шона Дж. Моррисона , Майкла Ф. Кларка и Ирвинга Вайсмана .

Модели распространения опухоли

В различных подтипах опухолей клетки в популяции опухолей проявляют функциональную гетерогенность, а опухоли образуются из клеток с различной способностью к пролиферации и дифференцировке . Эта функциональная гетерогенность среди раковых клеток привела к созданию множества моделей распространения для учета гетерогенности и различий в способности опухоли к регенерации: раковых стволовых клеток (CSC) и стохастической модели. Тем не менее, некоторые точки зрения утверждают, что это разграничение является искусственным, поскольку оба процесса действуют взаимодополняющим образом, если речь идет о реальных популяциях опухолей. Важно отметить, что в то время как в эпителии пищевода здорового человека пролиферативная нагрузка ложится на стохастически делящийся базальный эпителий. Однако при переходе к предраковому эпителию пищевода Барретта появляется небольшой специализированный отсек стволовых клеток, который поддерживает пролиферацию эпителия, в то время как сопутствующие доказательства стохастического деления компартмента, способствующего поддержанию ткани, исчезают. Следовательно, по крайней мере, для некоторых неопластических тканей специальные компартменты стволовых клеток поддерживают и увеличивают размер трансформированного компартмента.

Рисунок 2: Нормальная клеточная иерархия, включающая стволовые клетки на верхушке, которые генерируют общие и более ограниченные клетки-предшественники и, в конечном итоге, типы зрелых клеток, которые составляют определенные ткани.
Рисунок 3 . В модели раковых стволовых клеток (CSC) только CSC обладают способностью генерировать опухоль на основе их свойств самообновления и пролиферативного потенциала.

Модель раковых стволовых клеток

Модель раковых стволовых клеток, также известная как иерархическая модель, предполагает, что опухоли иерархически организованы (CSC лежат на верхушке (рис. 3).) В раковой популяции опухолей есть раковые стволовые клетки (CSC), которые являются опухолегенными клетками. и биологически отличаются от других субпопуляций. Они имеют две определяющие особенности: их долгосрочную способность к самообновлению и их способность дифференцироваться в потомство, которое не является канцерогенным, но все же способствует росту опухоли. Эта модель предполагает, что только определенные субпопуляции раковых стволовых клеток обладают способностью управлять прогрессированием рака, а это означает, что существуют определенные (внутренние) характеристики, которые могут быть идентифицированы, а затем нацелены на уничтожение опухоли в долгосрочной перспективе без необходимости бороться с ней. целая опухоль.

Стохастическая модель

Чтобы клетка стала злокачественной, она должна претерпеть значительное количество изменений в своей последовательности ДНК. Эта клеточная модель предполагает, что эти мутации могут произойти в любой клетке тела, что приведет к раку. По сути, эта теория предполагает, что все клетки обладают способностью быть онкогенными, что делает все опухолевые клетки равноценными со способностью к самообновлению или дифференцировке, что приводит к гетерогенности опухоли, в то время как другие могут дифференцироваться в не-CSC. На потенциал клетки могут влиять непредсказуемые генетические или генетические факторы. эпигенетические факторы, приводящие к образованию фенотипически разнообразных клеток как в онкогенных, так и в неканцерогенных клетках, составляющих опухоль. Согласно «стохастической модели» (или «модели клональной эволюции») каждая раковая клетка в опухоли может получить способность к самообновлению и дифференцировке в многочисленные и гетерогенные клоны раковых клеток, которые ставят под угрозу опухоль.

Эти мутации могут постепенно накапливаться и повышать устойчивость и приспособленность клеток, что позволяет им побеждать другие опухолевые клетки, что более известно как модель соматической эволюции . Модель клональной эволюции, которая встречается как в модели CSC, так и в стохастической модели, постулирует, что мутантные опухолевые клетки с преимуществом роста опережают другие. Клетки в доминирующей популяции обладают аналогичным потенциалом для инициирования роста опухоли. (Рис.4).

Рисунок 4: В модели клональной эволюции все недифференцированные клетки имеют одинаковую возможность превращаться в опухолегенные клетки.

Эти две модели не исключают друг друга, так как сами ОСК претерпевают клональную эволюцию. Таким образом, могут появиться вторичные более доминантные РСК, если мутация придает более агрессивные свойства (рис. 5).

Связывание CSC и стохастических моделей вместе

Исследование, проведенное в 2014 году, утверждает, что разрыв между этими двумя противоречивыми моделями можно преодолеть, предоставив альтернативное объяснение неоднородности опухоли. Они демонстрируют модель, которая включает аспекты как стохастической, так и CSC модели. Они исследовали пластичность раковых стволовых клеток, при которой раковые стволовые клетки могут переходить между нераковыми стволовыми клетками (Non-CSC) и CSC посредством in situ, поддерживая более стохастическую модель. Но существование как биологически разных популяций, не относящихся к CSC, так и CSC, поддерживает модель, в большей степени CSC, предполагая, что обе модели могут играть жизненно важную роль в гетерогенности опухоли.

Рисунок 5 : Обе модели опухоли могут играть роль в поддержании опухоли. Первоначально рост опухоли обеспечивается специфическим CSC (CSC1). При прогрессировании опухоли из-за клональной селекции может возникнуть другой CSC (CSC 2) . Развитие нового, более агрессивного РСК может быть результатом приобретения дополнительной мутации или эпигенетической модификации .

Модель иммунологии раковых стволовых клеток

Эта модель предполагает, что иммунологические свойства могут быть важны для понимания туморогенеза и гетерогенности. Таким образом, CSC могут быть очень редкими в некоторых опухолях, но некоторые исследователи обнаружили, что большая часть опухолевых клеток может инициировать опухоли, если их трансплантировать мышам с тяжелым иммунодефицитом, и, таким образом, поставили под сомнение актуальность редких CSC. Однако как стволовые клетки, так и ОСК обладают уникальными иммунологическими свойствами, которые делают их очень устойчивыми к иммунному надзору. Таким образом, только CSC могут быть способны засеять опухоли у пациентов с функциональным иммунным надзором, и иммунная привилегия может быть ключевым критерием для идентификации CSC. Более того, модель предполагает, что CSCs могут изначально зависеть от ниш стволовых клеток, и CSCs могут функционировать там как резервуар, в котором мутации могут накапливаться в течение десятилетий без ограничений со стороны иммунной системы. Клинически явные опухоли могут расти, если: A) ОСК теряют зависимость от нишевых факторов (менее дифференцированные опухоли), B) их потомки высокопролиферативных, но изначально иммуногенных нормальных опухолевых клеток развиваются, что позволяет избежать иммунного надзора или C) иммунная система может потерять свою способность подавлять опухоли, например, из-за старения.

Дебаты

Существование CSC обсуждается, потому что многие исследования не обнаружили клеток с их специфическими характеристиками. Раковые клетки должны быть способны к непрерывной пролиферации и самообновлению, чтобы сохранять множество мутаций, необходимых для канцерогенеза и поддерживать рост опухоли, поскольку дифференцированные клетки (ограниченные пределом Хейфлика ) не могут делиться бесконечно. С терапевтической точки зрения, если большинство опухолевых клеток наделены свойствами стволовых клеток, прямое нацеливание на размер опухоли является действенной стратегией. Если CSC составляют незначительное меньшинство, нацеливание на них может быть более эффективным. Другая дискуссия связана с происхождением РСК - от нарушения регуляции нормальных стволовых клеток или от более специализированной популяции, которая приобрела способность к самообновлению (что связано с проблемой пластичности стволовых клеток ). Эти дебаты мешают открытию того факта, что многие раковые клетки демонстрируют фенотипическую пластичность при терапевтическом воздействии, изменяя свои транскриптомы до более стеблевого состояния, чтобы избежать разрушения.

Свидетельство

Первые убедительные доказательства РСК были получены в 1997 году. Боннет и Дик выделили субпопуляцию лейкозных клеток, экспрессирующих поверхностный маркер CD34 , но не CD38 . Авторы установили, что субпопуляция CD34 + / CD38 - способна инициировать опухоли у мышей NOD / SCID , гистологически сходных с донорскими. Первые доказательства наличия стволовых клеток рака солидной опухоли последовали в 2002 году с открытием клоногенных сферических клеток, выделенных и охарактеризованных из глиом головного мозга взрослого человека . Глиальные опухоли коры головного мозга человека содержат нервные стволовые клетки, экспрессирующие астроглиальные и нейрональные маркеры in vitro . Было показано, что раковые стволовые клетки, выделенные из глиом взрослого человека, индуцируют опухоли, напоминающие исходную опухоль, при трансплантации в интракраниальные модели голых мышей.

В экспериментах по исследованию рака опухолевые клетки иногда вводят экспериментальному животному, чтобы установить опухоль. Затем вовремя отслеживают прогрессирование заболевания, и можно проверить эффективность новых лекарств. Для образования опухоли необходимо ввести тысячи или десятки тысяч клеток. Классически это объяснялось плохой методологией (т. Е. Опухолевые клетки теряли свою жизнеспособность во время переноса) или критической важностью микросреды, особого биохимического окружения инъецированных клеток. Сторонники парадигмы CSC утверждают, что только небольшая часть инъецированных клеток, CSC, имеет потенциал для образования опухоли. При остром миелоидном лейкозе человека частота этих клеток составляет менее 1 на 10 000.

Дальнейшие доказательства получены из гистологии . Многие опухоли являются гетерогенными и содержат несколько типов клеток, присущих органу-хозяину. Гетерогенность опухоли обычно сохраняется за счет метастазов опухоли . Это говорит о том, что клетка, которая их производила, обладала способностью генерировать несколько типов клеток, что является классическим признаком стволовых клеток .

Существование стволовых клеток лейкемии побудило исследовать другие виды рака. РСК недавно были идентифицированы в нескольких солидных опухолях, в том числе:

  • Головной мозг
  • Грудь
  • Двоеточие
  • Яичник
  • Поджелудочная железа
  • Простата
  • Меланома
  • Множественная миелома
  • Немеланомный рак кожи

Механистические и математические модели

После того, как гипотеза о путях к раку выдвинута, можно разработать прогностические математические модели, например, на основе метода клеточного компартмента . Например, рост аномальных клеток может быть обозначен определенной вероятностью мутации. Такая модель предсказывала, что повторное повреждение зрелых клеток увеличивает образование аномального потомства и риск рака. Клиническая эффективность таких моделей остается неустановленной.

Источник

Рисунок 6: Иерархическая организация опухоли согласно модели CSC.

Происхождение CSC - активная область исследований. Ответ может зависеть от типа и фенотипа опухоли . До сих пор гипотеза о том, что опухоли происходят из одной «клетки происхождения», не была продемонстрирована с использованием модели раковых стволовых клеток. Это связано с тем, что раковые стволовые клетки не присутствуют в опухолях на конечной стадии.

Гипотезы происхождения включают мутанты развивающихся стволовых клеток или клеток-предшественников, мутанты взрослых стволовых клеток или взрослых клеток-предшественников и мутантные дифференцированные клетки, которые приобретают свойства стволовых. Эти теории часто сосредотачиваются на «клетке происхождения» опухоли.

Гипотезы

Мутации стволовых клеток

Гипотеза «мутации в популяциях ниш стволовых клеток во время развития» утверждает, что эти развивающиеся популяции стволовых клеток мутируют и затем воспроизводятся, так что мутация является общей для многих потомков. Эти дочерние клетки гораздо ближе к тому, чтобы стать опухолями, и их количество увеличивает вероятность раковой мутации.

Взрослые стволовые клетки

Другая теория связывает взрослые стволовые клетки (ASC) с образованием опухоли. Чаще всего это связано с тканями с высокой скоростью обновления клеток (такими как кожа или кишечник ). В этих тканях ASC являются кандидатами из-за их частых клеточных делений (по сравнению с большинством ASC) в сочетании с длительной продолжительностью жизни ASC. Эта комбинация создает идеальный набор обстоятельств для накопления мутаций: накопление мутаций является основным фактором, приводящим к возникновению рака . Факты показывают, что эта ассоциация представляет собой реальное явление, хотя определенные виды рака были связаны с определенной причиной.

Дедифференциация

Дедифференцировка мутировавших клеток может создавать характеристики, подобные стволовым клеткам, предполагая, что любая клетка может стать раковой стволовой клеткой. Другими словами, полностью дифференцированная клетка претерпевает мутации или внеклеточные сигналы, которые возвращают ее в стеблевое состояние. Эта концепция была продемонстрирована совсем недавно на моделях рака простаты , где клетки, подвергающиеся терапии депривации андрогенов, по- видимому, временно изменяют свой транскриптом на транскриптом стволовых клеток нервного гребня с инвазивными и мультипотентными свойствами этого класса стволовых клеток.

Иерархия

Концепция иерархии опухолей утверждает, что опухоль представляет собой гетерогенную популяцию мутантных клеток, каждая из которых имеет некоторые мутации, но различается по конкретному фенотипу . Опухоль содержит несколько типов стволовых клеток, один из которых оптимален для конкретной среды, а другие - менее успешные. Эти вторичные линии могут быть более успешными в других средах, позволяя опухоли адаптироваться, включая адаптацию к терапевтическому вмешательству. Если это правильно, то эта концепция влияет на режимы лечения, специфичные для раковых стволовых клеток. Такая иерархия усложнила бы попытки точно определить происхождение.

Идентификация

РСК, о которых в настоящее время сообщается в большинстве опухолей человека, обычно идентифицируют и обогащают с помощью стратегий выявления нормальных стволовых клеток, сходных во всех исследованиях. Эти процедуры включают сортировку клеток с активацией флуоресценции (FACS) с использованием антител, направленных на маркеры клеточной поверхности, и функциональные подходы, включая анализ побочной популяции или анализ Aldefluor. Затем результат, обогащенный CSC, имплантируют в различных дозах мышам с иммунодефицитом, чтобы оценить его способность к развитию опухоли. Этот анализ in vivo называется анализом предельного разведения. Подмножества опухолевых клеток, которые могут инициировать развитие опухоли при низком количестве клеток, дополнительно проверяются на способность к самообновлению в серийных исследованиях опухолей.

ОКК могут быть также идентифицированы путем эманации объединенной Hoechst красителей через множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) и АТФ-связывающего кассетного (ABC) Транспортеры .

Другой подход - это сферические анализы. Многие нормальные стволовые клетки, такие как кроветворные или стволовые клетки из тканей , в особых условиях культивирования образуют трехмерные сферы, которые могут дифференцироваться. Как и нормальные стволовые клетки, ОСК, выделенные из опухолей головного мозга или простаты, также обладают способностью образовывать не зависящие от якоря сферы.

В последние годы появились генетические подходы к идентификации раковых стволовых клеток у экспериментальных грызунов. В таких исследованиях после индукции рака (обычно путем применения мутагенов) активируется генетическая кассета, что приводит к экспрессии легко идентифицируемого маркера, например зеленого флуоресцентного белка (GFP). Это преодолевает ограничения традиционных подходов (например, классическая методика мечения бромдезоксиуридином (BrdU) использовалась для идентификации клеток с медленным циклом у животных), поскольку генетические подходы не зависят от клеточного цикла и могут использоваться для мечения in vivo с отслеживанием импульсов для идентификации покоящихся / клетки с медленным циклом. Эта стратегия, например, сыграла важную роль в идентификации так называемого компартмента Lgr5 + как компартмента раковых стволовых клеток при раке печени и продемонстрировала его потенциал в качестве жизнеспособной терапевтической мишени.

Неоднородность (маркеры)

Гетерогенность ОСК представляет собой пул дифференцированных и недифференцированных опухолевых клеток, которые пополняются клетками, обладающими свойствами, подобными как опухолевым, так и стволовым клеткам, и фенотипической и метаболической гетерогенностью внутри единой опухолевой массы. Есть две теории, объясняющие фенотипическую и метаболическую гетерогенность РСК; клональные вариации и теория раковых стволовых клеток. В то время как предыдущая теория диктует роль генетической, эпигенетической и микросреды, в которой находятся опухолевые клетки, для приобретения недифференцированных онкогенных признаков. Последняя теория больше фокусируется на признаках злокачественности, приобретаемых стволовыми клетками, когда эти недифференцированные и высоко канцерогенные стволовые клетки повторно заселяют дифференцированную опухолевую массу.

РСК были идентифицированы в различных солидных опухолях . Обычно маркеры, специфичные для нормальных стволовых клеток, используются для выделения РСК из солидных и гематологических опухолей. Маркеры, наиболее часто используемые для выделения CSC, включают: CD133 (также известный как PROM1 ), CD44 , ALDH1A1 , CD34 , CD24 и EpCAM ( молекула адгезии эпителиальных клеток , также известная как эпителиальный специфический антиген, ESA ).

CD133 (проминин 1) представляет собой гликопротеин с пятью трансмембранными доменами, экспрессируемый на CD34 + стволовых клетках и клетках-предшественниках , в предшественниках эндотелия и нервных стволовых клетках плода . Он был обнаружен с помощью его гликозилированного эпитопа, известного как AC133.

EpCAM (молекула адгезии эпителиальных клеток, ESA, TROP1) представляет собой гемофильную Ca 2+ -независимую молекулу адгезии клеток, экспрессируемую на базолатеральной поверхности большинства эпителиальных клеток .

CD90 (THY1) представляет собой гликозилфосфатидилинозитоловый гликопротеин, закрепленный в плазматической мембране и участвующий в передаче сигнала . Он также может опосредовать адгезию между тимоцитами и стромой тимуса.

CD44 (PGP1) представляет собой молекулу адгезии, которая играет плейотропную роль в передаче клеточных сигналов, миграции и хоминга. Он имеет несколько изоформ, включая CD44H, который проявляет высокое сродство к гиалуронату, и CD44V, который обладает метастатическими свойствами.

CD24 (ЧС) представляет собой гликозилированная glycosylphosphatidylinositol-якорь молекула адгезии, которая имеет костимуляторную роль в B и Т - клетках .

CD200 (OX-2) представляет собой мембранный гликопротеин 1 типа , который доставляет тормозящий сигнал иммунным клеткам, включая Т-клетки, естественные клетки-киллеры и макрофаги .

ALDH - это широко распространенное семейство ферментов альдегиддегидрогеназы , которое катализирует окисление ароматических альдегидов до карбоксильных кислот . Например, он играет роль в превращении ретинола в ретиноевую кислоту , которая необходима для выживания.

Первым солидным злокачественным новообразованием, из которого были выделены и идентифицированы ОСК, был рак груди, и они наиболее интенсивно изучаются. РСК груди обогащены субпопуляциями CD44 + CD24 - / low , SP и ALDH + . РСК груди, по-видимому, фенотипически разнообразны. Экспрессия маркеров CSC в клетках рака молочной железы, по-видимому, неоднородна, и популяции CSC молочной железы различаются в зависимости от опухоли. Обе популяции клеток CD44 + CD24 - и CD44 + CD24 + являются клетками, инициирующими опухоль; Тем не менее, CSC наиболее сильно обогащены с использованием профиля маркера CD44 + CD49f привет CD133 / 2 привет .

Сообщалось о РСК при многих опухолях головного мозга. Стволеподобные опухолевые клетки были идентифицированы с использованием маркеров клеточной поверхности, включая CD133, SSEA-1 (стадийно-специфический эмбриональный антиген-1), EGFR и CD44. Использование CD133 для идентификации стволовых клеток головного мозга может быть проблематичным, поскольку онкогенные клетки обнаруживаются как в CD133 +, так и в CD133 - клетках в некоторых глиомах, а некоторые CD133 + опухолевые клетки головного мозга могут не обладать способностью инициировать опухоль.

Сообщалось о РСК при раке толстой кишки человека . Для их идентификации использовали маркеры клеточной поверхности, такие как CD133, CD44 и ABCB5 , функциональный анализ, включая клональный анализ и анализ Aldefluor. Использование CD133 в качестве положительного маркера для CSC толстой кишки дало противоречивые результаты. Эпитоп AC133, но не белок CD133, специфически экспрессируется в CSC толстой кишки, и его экспрессия теряется при дифференцировке. Кроме того, CD44 + раковые клетки толстой кишки и дополнительное субфракционирование популяции клеток CD44 + EpCAM + с помощью CD166 повышают успешность приживления опухолей.

Сообщалось о множественных РСК в простате , легких и многих других органах, включая печень , поджелудочную железу , почки или яичники . При раке простаты инициирующие опухоль клетки были идентифицированы в субпопуляции клеток CD44 + как CD44 + α2β1 + , TRA-1-60 + CD151 + CD166 + или ALDH + клеточные популяции. Сообщалось о предполагаемых маркерах ОСК легких , включая CD133 + , ALDH + , CD44 + и онкофетальный белок 5T4 + .

Метастаз

Метастазы - основная причина летальности опухоли. Однако не все опухолевые клетки могут давать метастазы. Этот потенциал зависит от факторов, определяющих рост , ангиогенез , инвазию и другие основные процессы.

Эпителиально-мезенхимальный переход

В эпителиальных опухолях эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) считается решающим событием. EMT и обратный переход от мезенхимального к эпителиальному фенотипу ( MET ) вовлечены в эмбриональное развитие , которое включает нарушение гомеостаза эпителиальных клеток и приобретение мигрирующего мезенхимального фенотипа. EMT, по-видимому, контролируется каноническими путями, такими как WNT и трансформирующий фактор роста β .

Важной особенностью EMT является потеря мембранного E-кадгерина в слипчивых соединениях , где β-катенин может играть важную роль. Транслокация β-катенина из адгезивных соединений в ядро может привести к потере E-кадгерина и впоследствии к EMT. Ядерный β-катенин, по-видимому, может напрямую транскрипционно активировать связанные с ЕМТ гены -мишени , такие как репрессор гена E-кадгерина SLUG (также известный как SNAI2 ). Механические свойства микросреды опухоли , такие как гипоксия , могут способствовать выживанию РСК и метастатическому потенциалу за счет стабилизации факторов, индуцируемых гипоксией, посредством взаимодействия с АФК ( активные формы кислорода ).

Опухолевые клетки, подвергающиеся EMT, могут быть предшественниками метастатических раковых клеток или даже метастатических РСК. В инвазивном крае карциномы поджелудочной железы была определена субпопуляция клеток CD133 + CXCR4 + (рецептор для хемокина CXCL12, также известный как лиганд SDF1 ). Эти клетки проявляли значительно более сильную миграционную активность, чем их аналоги CD133 + CXCR4 - клетки, но оба показали сходную способность к развитию опухолей. Более того, ингибирование рецептора CXCR4 снижает метастатический потенциал без изменения канцерогенной способности.

Двухфазный паттерн экспрессии

При раке молочной железы клетки CD44 + CD24 - / low обнаруживаются в метастатических плевральных выпотах. Напротив, повышенное количество клеток CD24 + было идентифицировано в отдаленных метастазах у пациентов с раком груди. Возможно, что клетки CD44 + CD24 - / low первоначально метастазируют и в новом сайте изменяют свой фенотип и претерпевают ограниченную дифференцировку. Гипотеза о двухфазной экспрессии предполагает две формы раковых стволовых клеток - стационарные (SCS) и мобильные (MCS). SCS внедряются в ткань и сохраняются в дифференцированных областях на протяжении всего развития опухоли. MCS расположены на интерфейсе опухоль-хозяин. Эти клетки, по-видимому, происходят из SCS посредством получения временной EMT (Рисунок 7).

Рисунок 7: Концепция мигрирующих раковых стволовых клеток (МСК). Стационарные раковые стволовые клетки встроены в ранние карциномы, и эти клетки обнаруживаются в дифференцированной центральной области опухоли. Важным шагом на пути к злокачественному новообразованию является индукция эпителиального мезенхимального перехода (EMT) в стационарных раковых стволовых клетках (SCS), которые становятся мобильными или мигрирующими раковыми стволовыми клетками. Стволовые клетки делятся асимметрично. Одна дочерняя клетка начнет пролиферацию и дифференцировку. Оставшаяся MCS мигрирует на небольшое расстояние, прежде чем подвергнется новому асимметричному делению, или распространяется по кровеносным или лимфатическим сосудам и вызывает метастазы.

Подразумеваемое

CSC имеют значение для терапии рака, в том числе для идентификации заболевания, селективных мишеней для лекарств, предотвращения метастазирования и стратегий вмешательства.

Уход

РСК по своей природе более устойчивы к химиотерапевтическим агентам . Этому способствуют 5 основных факторов:

1. Их ниша защищает их от контакта с большими концентрациями противораковых препаратов.
2. Они экспрессируют различные трансмембранные белки, такие как MDR1 и BCRP , которые выкачивают лекарства из цитоплазмы.
3. Они делятся медленно, как это обычно делают взрослые стволовые клетки , и, таким образом, не уничтожаются химиотерапевтическими агентами, которые нацелены на быстро реплицирующиеся клетки посредством повреждения ДНК или ингибирования митоза.
4. Они активируют белки восстановления повреждений ДНК.
5. Для них характерна гиперактивация антиапоптотических сигнальных путей.

После химиотерапевтического лечения выжившие ОСК могут повторно заселить опухоль и вызвать рецидив. Для предотвращения этого необходимо использовать дополнительное лечение, направленное на удаление РСК в дополнение к раковым соматическим клеткам.

Таргетинг

Селективное нацеливание на CSC может позволить лечение агрессивных, неоперабельных опухолей, а также предотвратить метастазирование и рецидив. Гипотеза предполагает, что после удаления РСК рак может регрессировать из-за дифференцировки и / или гибели клеток. Доля опухолевых клеток, которые являются РСК и поэтому необходимо удалить, неясна.

Исследования искали специфические маркеры и протеомные и геномные сигнатуры опухолей, которые отличают РСК от других. В 2009 году ученые идентифицировали соединение салиномицин , которое избирательно снижает долю РСК молочной железы у мышей более чем в 100 раз по сравнению с паклитакселом , широко используемым химиотерапевтическим средством. Некоторые типы раковых клеток могут выжить при лечении салиномицином за счет аутофагии , когда клетки используют кислые органеллы, такие как лизосомы, для разложения и рециркуляции определенных типов белков. Использование ингибиторов аутофагии может убить раковые стволовые клетки, которые выживают за счет аутофагии.

Рецептор интерлейкина-3 на поверхности клеток (CD123) сверхэкспрессируется на CD34 + CD38- лейкозных стволовых клетках (LSC) при остром миелогенном лейкозе (AML), но не на нормальных CD34 + CD38- клетках костного мозга . Лечение мышей NOD / SCID с привитыми AML CD123-специфическими моноклональными антителами приводило к нарушению LSC, возвращающимся к костному мозгу, и уменьшало общую репопуляцию клеток AML, включая долю LSC у вторичных мышей-реципиентов.

В исследовании 2015 года наночастицы с miR-34a и бикарбонатом аммония доставлялись в РСК простаты на мышиной модели. Затем они облучали эту местность лазером в ближнем инфракрасном диапазоне . Это заставляло наночастицы набухать в три раза или более в размере, разрывая эндосомы и рассеивая РНК в клетке. miR-34a может снизить уровень CD44.

Исследование 2018 года выявило ингибиторы ферментов семейства ALDH1A и показало, что они могут избирательно истощать предполагаемые раковые стволовые клетки в нескольких линиях клеток рака яичников.

Пути

Разработка новых лекарственных средств для нацеливания CSCs требует понимания клеточных механизмов , которые регулируют клеточную пролиферацию. Первые успехи в этой области были сделаны с гемопоэтическими стволовыми клетками (HSC) и их трансформированными аналогами при лейкемии , заболевании, происхождение которого лучше всего изучено. Стволовые клетки многих органов имеют те же клеточные пути, что и HSC, происходящие от лейкемии.

Нормальная стволовая клетка может быть трансформирована в CSC посредством нарушения регуляции контролирующих ее путей пролиферации и дифференцировки или путем индукции активности онкопротеинов .

ИМТ-1

Группа Polycomb транскрипционного репрессора Bmi-1 был обнаружен в качестве общего онкогена активированной в лимфомы , а затем показано, регулирует ГСК. Роль Bmi-1 была проиллюстрирована на нервных стволовых клетках. Этот путь, по-видимому, активен в ОСК опухолей головного мозга у детей .

Notch

Путь Notch играет роль в контроле пролиферации стволовых клеток для нескольких типов клеток, включая гематопоэтические, нервные и грудные клетки. Было высказано предположение, что компоненты этого пути действуют как онкогены в опухолях молочной железы и других опухолях.

Ветвь пути передачи сигналов Notch, которая включает фактор транскрипции Hes3, регулирует ряд культивируемых клеток с характеристиками CSC, полученными от пациентов с глиобластомой.

Соник ёжик и Wnt

Эти пути развития являются регуляторами SC. Как Sonic hedgehog (SHH), так и Wnt пути обычно гиперактивированы в опухолях и необходимы для поддержания роста опухоли. Однако факторы транскрипции Gli, которые регулируются SHH, получили свое название от глиом , где они высоко экспрессируются. Между этими двумя путями существует определенная степень перекрестных помех, и они обычно активируются вместе. Напротив, при раке толстой кишки передача сигналов hedgehog, по-видимому, противодействует Wnt.

Доступны блокаторы звукового ежа, такие как циклопамин . Водорастворимый циклопамин может быть более эффективным при лечении рака. DMAPT, водорастворимое производное партенолида , вызывает окислительный стресс и ингибирует передачу сигналов NF-κB для AML (лейкемии) и, возможно, миеломы и рака простаты. Теломераза - предмет изучения физиологии РСК. GRN163L ( Иметелстат ) недавно начал испытания, направленные на нацеливание на стволовые клетки миеломы.

Передача сигналов Wnt может стать независимой от обычных стимулов посредством мутаций в последующих онкогенах и генах-супрессорах опухолей, которые становятся постоянно активированными, даже если нормальный рецептор не получил сигнала. β-катенин связывается с факторами транскрипции, такими как белок TCF4, и в сочетании молекулы активируют необходимые гены. LF3 сильно ингибирует это связывание in vitro в клеточных линиях и снижает рост опухоли на моделях мышей. Это предотвращало репликацию и уменьшало их способность к миграции, не затрагивая здоровые клетки. После лечения не осталось раковых стволовых клеток. Это открытие явилось результатом « рационального дизайна лекарств » с использованием технологий AlphaScreens и ELISA .

использованная литература

дальнейшее чтение