Аптамеры для диагностики и лечения глиальных опухолей человека

Глиомы головного мозга – первичные опухоли центральной нервной системы, характеризующиеся распространенной инфильтрацией опухолевых клеток, проявляющих цитологические и гистологические особенности глиальной дифференцировки [1, 2]. Границы, размер, форма и локализация опухоли, наличие или отсутствие зоны отека определяют методом магнитно-резонансной томографии, которая позволяет дифференцировать популяции мягких тканей на основе клеточной плотности [3].

Современная классификация глиом основывается на морфологическом описании опухоли и ее молекулярной структуре. Выделяют две основные группы глиальных опухолей – IDH-дикие и IDH-мутантные, которые далее делятся на более узкие подтипы. Согласно новой классификации, степень тяжести глиом может оцениваться внутри каждого типа опухоли. Такой подход улучшает прогноз развития опухолевого процесса [1].

В настоящее время одним из широко используемых методов лечения больных опухолями голов- ного мозга является хирургический. Подсчитано, что глиальная опухоль средних размеров включает в себя примерно 100 млрд клеток. Обычно при оперативном лечении глиобластомы удаляется не более 92 % опухоли, следовательно, в головном мозге человека после операции остается более миллиарда клеток, способных пролиферировать, что может способствовать дальнейшему развитию опухолевого процесса [4]. Исследование на 41 117 больных с глиальными опухолями головного мозга показало, что существует четкая зависимость между радикальностью хирургического удаления опухоли и выживаемостью пациентов [5]. Неполное удаление опухолевого очага с неизбежностью вызывает рецидив заболевания.

При химиотерапии глиобластомы используют темозоломид, стимулирующий апоптоз опухолевых клеток [6]. При рецидивировании глиобластомы рекомендована терапия моноклональными антителами – бевацизумабом. Однако несмотря на появление новых методов диагностики, а также подходов в хирургии, радио- и химиотерапии, показатели смертности от глиобластом остаются вы- сокими. Это делает актуальным разработку новых препаратов для диагностики и таргетного лечения (тераностиков) этого агрессивного заболевания. Основой для тераностиков могут стать аптамеры, короткие РНК- или ДНК-олигонуклеотиды, способные с высокой аффинностью связываться с различными молекулярными мишенями.

Цель исследования – оценить возможности использования функциональных аналогов моноклональных антител – ДНК/РНК-аптамеров в диагностике, лечении и прогнозировании развития глиальных опухолей головного мозга человека.

Поиск соответствующих источников литературы проводили в системах Scopus, Web of Science, PubMed, Elibrary с включением публикаций с 2000 по 2023 г. В обзоре представлены данные из 60 статей.

Аптамеры представляют собой молекулярные распознающие элементы на основе ДНК/РНК-олигонуклеотидов, способных связываться с заданными молекулярными мишенями и различать в них даже отдельные функциональные группы. Зачастую при использовании клеточных культур и тканей исследователи ставят перед собой цель выявить особенности патологической клетки, а не получить аптамер к определенному белку, что объясняется отсутствием специфических био- маркеров. В этом случае с помощью аптамеров осуществляется поиск уникальных особенностей, позволяющих отличать патологическую клетку или ткань от нормальной. И уже на следующем этапе с помощью определенных технологий пытаются определить мишень аптамера, которая в последующем может выполнять роль биомаркера. Аптамеры, выбранные к глиальным клеткам головного мозга человека, представлены в таблице.

Молекулярные мишени аптамеров к настоящему времени определены не для всех аптамеров, в частности, при селекции аптамеров к клеткам глиальных опухолей головного мозга человека было получено около 2 десятков олигонуклеотидов (таблица, рис. 1), которые эффективно находят глиальные опухолевые клетки in vitro и in vivo и даже способствуют их гибели, но молекулярная мишень которых неизвестна [38–42].

Все же большинство аптамеров получено к уже известным биомаркерам глиомы головного мозга, селекция к которым осуществлялась с использованием как клеточных культур и послеоперационных материалов, так и рекомбинантных белков. Одним из наиболее хорошо представленных в опухолевых тканях онкомаркеров, в том числе в глиоме головного мозга, является рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), представляющий

Рис. 1. Аптамеры и их молекулярные клеточные мишени для диагностики и терапии глиальных опухолей головного мозга чело-века.Примечание: рисунок выполнен авторами

Fig. 1. Aptamers and their molecular cellular targets for the diagnosis and therapy of glial tumors of the human brain.

Note: created by the authors

Аптамер/Aptamer	Мишень/Target
GBI-10, ТТА1	Тенасцин-C/Tenascin-C
32, 41, 43, 47	EGFRvlll
U2,8,19, 31	EGFR/EGFRvlll
Anti-VEGFR2, Al, A2, АЗ, A4, AS	VEGFR
AS1411	Нуклеолин/Nucleolin
111.1	Пигпен/Pygpene
SA43	Ku70/Ku80
H02	aSpl
GIF-233	Тубулин/Tubulin
CD133-A15, CD133-B19, A40s	CD133
GTM3, GTM4, GTM5, GTM8, GTM9, W5-7	Поверхностные белки (?)/Surface proteins (?)

Таблица /Table

У о

К

й

Pi

S й ё

й 5й

га

Я

ей 2 о ед

)й

Е Z

О

га

id Р

я о

я

го id

0) М О

о я Л я я ю ей

я

2 л я

3 я

)Я о я

у Я §

га И ш

О

-Я §

ед

Я

о

й

Ф

го п о 5

О

О z м о

го

ГО

Е

Ф

О

Ф

О X

о

Е

О

Е

Р^

о

ГО

D)

О

го

Е

ф

S

га

о

й о

га

М 5

• Я ti

о я ед

О й

Й

5 Й

о

id

го Q. Ф

го W W о

ГО

О о

ф

го

о

К

2 ф Е го

Ф S го

я я

О

С

gD

id

У о

я

я

Я Я я Я У ей id

Я у

II

о 3 в

О

Й

ЧЙ

я я ея 3

я я я я ей

S щ о о й .о

м

S й о га

р

s .°

8 м

S

ч о

с

К

га я

id

i

о

у

я о га

Я

га

га

ей

Й

S

z

Я

у id

X

В я л я g

У я id я

3 у я

2 о я g id о

о я га Я

ьо .8

га

й

>я

У id

У

У

о

я ^

сед §-

ей

Й

О 3

S

ей

Я

я я

S

У Я

Я Я я га

га ед о й о га

3 ей

ей

Й

£

Я ед

я я о й я

я р^ рр О

Я Я id я 5

я

я

У я id я -ея я I

й о

га

о

S

Z

3 я 3

5 я й У

I ё I

Q я я я о я я я 8 о

2 и г

Я id у о

о й ей У id

я о

1 я о

я

я

ей У О га И

й я я ей

О

о

о Я

га

о

га й

га й. О S й

й ед ей

о 3 й

® Л- Й

ей

Я Я я Я 1=5

S

я а я

_<Й

S О й g

S id

Я Я я Я у

S

ffl ё

I I

га

ей

.о

m

с

й й о ей У Й

2 О

о

Е

§ й о

m

)Я о Z я р

2 я о я я

s я я I я о ^ я я га

Я

S ffl

о

о

Я id

Е Z

Я

р^

е

га

о У

У

S

я id

я

га

р с га

Е

ед о

Й •

,g

с

3 3 ей

О

Я О га

ей Й

О ед

= e

О й ей

Щ

О у о

id о у

□

S z z z -

о

га

Й

О

Й

z

Я

га я

m

я я о й я ей Я 2 О я

о

о

я я я щ ей Ч о я

о й о

й

о

ffl ей Z Z

2 S

S

о

I й о ей

о ед

о

о

Pi ffl о ffl о

едга

ей

Й

о

S

m

m

О

Б

Я

и о s й й о

^

я Z ей у О й Я ю я

я

^

2^

О я о

■ё

р о

я

3 я

3 У я й §

id

я

Я ;

У

й о

й

° й

S

в

D

га

.о

я

ffl

Рр

и §

ffl ffl

я щ га 5 с

Й

Ы) га

ей

Й

S

Pi ffl о ffl ffl ffl о

z

3 я

5 я й У

I ё I

я л и я У

о 1=5 о

Я id

га

у я й ей У О й я У я й о

я id о

X

о

о

S я и ей 5 Я of й О

я

я я m о й я ю

я я к

я я я S о о & я 3

)Я о я

я

я

I я о я я я id

га

х

5'

2 я В о 3 о я

id У о й я

о

я я я ей

ей

й й о га

О

й

о га

я я о й я

й с

О

■я В

Я

Я ^ о й .д У й и

о 3 о о я У о

У g я У

I я о id О

У id

Рн о

Я id у

у

Я

о га

я 5 й

я

У

о у о

О га id

У S щ S

S

Pi

о о

ед о

о

■Я

я Z ё У ей ГУ О я id" р

я й о га

о у о ей id СО ей

о

У

К

ей й О

S й

ей

S га

о

ей

о ед

о

га

Р Е о

^ я я id

о

о I о й о

О

о я о

о з й

о

О я

О ■

S

о

о

й

О Й РР ед

° 3

о 3

Р^

й

X

z

3 я у га

Р Я о § у я я у

2 я

я

Я

ей ед

о

О

О I о й о

О

id

О

У id

X

Я

I й о X я В 2

я

ей У О ш ей И

ед га

О I ед га

й

S .а

I

Й о

Я

о

о

В

и О й о

я у ей ГУ О я

й

Рн о

р^ Рн о

Pi р-О

р

Я ю я

я

Я id

У

У

о

я

Pi ffl о

s

й

о й о ^ о

й

m

Й

О

Р-н

О

р^ рр о

Я id

о S

id о у

2 О S

pi

Продолжение таблицы /Table

z

га

с

S

S

г

-

S

га

s

о ч о

ед о

3 ~

S ■£

о Е о

О й о

S

S S

е-

Z 2 s'

S га

z

О

О .=

га

о

О Q-□

Z

-

X га 5 С

Z

D

S ю

S

Z

S о S

Z

z

К

Й

О К

-

Z

S ^

Z га

о

)S о

О

^

о га О § р

S

Й

S о о й о

Е й о

о

1S

Он ■ = С

Е

к

S

м g .3 „

га

S р о

я

Е ,й ед "

В ед '

га V

S

о га ед Е й о

о

й

S

К

р ед о Е

В

о Е _Й

о й

га га

а Pi Рн

Q

Pi Q

Продолжение таблицы /Table

гя

MD CM

p

га

g

ra

о

s

к

s

m s Й

3 s 2

ra m CL

I

GS24 Глиальная опухоль/               tFNA–TMZ                               Подавление роста опухоли in vitro, in vivo /

Glial tumor                                                                    Suppression of tumor growth in vitro, in vivo

Окотнчание таблицы /End of Table

Note: created by the authors.

собой трансмембранный гликопротеин и являющийся членом надсемейства тирозинкиназных рецепторов. Передача сигналов EGFR приводит к внутриклеточной активации пути MAPK и в последующем активирует киназы PI3K и Src и фактор транскрипции STAT3. Нисходящие пути ведут к синтезу ДНК и клеточной пролиферации. EGFR является мощным онкогеном и модифицирован несколькими способами при различных стадиях астроцитомы, глиобластомы, в том числе путем сверхэкспрессии, амплификации, возникновения делеционных мутантов. Изменения EGFR способствуют пролиферации, выживанию, ангиогенезу и инвазии опухолевых клеток [44]. Наиболее распространенным мутантом EGFR является EGFRvIII [45]. Повышенная экспрессия EGFRvIII влияет на выживаемость, пролиферацию клеток, подвижность и инвазивность, а также резистентность к лечению. К настоящему времени подобрано более 10 аптамеров к EGFR/EGFRvIII (таблица, рис. 1), использование которых позволяет не только идентифицировать глиальные клетки головного мозга человека, но и подавлять рост опухоли [12, 13, 46–50].

Другими не менее распространенными онкомаркерами глиобластомы являются рецепторы EphB3, EphB2, EphA2, принадлежащие к семейству тирозинкиназ Eph, которые гиперэкспрессированы в глиомах и вызывают пролиферацию, миграцию и инвазию опухолевых клеток, развитие опухоли, ангиогенез и метастазы [51]. Таким образом, рецепторы Eph могут служить в качестве основы для разработки препарата для терапии глиомы. Полученные к рецепторам Eph аптамеры подавляют пролиферацию и миграцию клеток глиобластомы in vitro и рост опухоли in vivo [10, 11].

Удобной мишенью для терапии глиобластомы являются также рецепторы с тирозинкиназной активностью, активируемые сигнальным белком VEGF [11, 23–25], представляющим собой фактор роста эндотелия сосудов, вырабатываемый клетками с целью стимуляции ангиогенеза. Проведение клеточных сигналов рецептором VEGFR играет ключевую роль в неопластическом ангиогенезе [52]

Глиома часто сопровождается увеличением экспрессии белков PDGFRβ/PDGFRα и усилением передачи сигналов тромбоцитарного фактора роста PDGF. Адресная доставка микроРНК к рецепторам тромбоцитарного фактора роста PDGFRβ/PDGFRα с помощью аптамеров подавляет миграцию и инвазию опухолевых клеток, рост опухоли, ингибирует экспрессию фактора транскрипции STAT3, индуцирует дифференцировку, стимулирует апоптоз [21, 22].

Немаловажное значение в канцерогенезе играют процессы адгезии и миграции клеток, огромную роль в которых играют белки внеклеточного матрикса, в том числе белок тенасцин-С [53]. При глиоме тенасцин-С экспрессируется опухолевыми и стромальными клетками, причем уровень его экспрессии коррелирует с прогрессированием опухоли и неблагоприятным прогнозом. При этом тенасцин-С не только стимулирует рост опухоли, но и влияет на морфологию и функцию ассоциированных с опухолью микроглии и макрофагов. Клинически этот белок может служить биомаркером опухолевой прогрессии. Тенасцин-С действует как онкогенный фактор, способствуя пролиферации и стволовости раковых клеток, ингибируя апоптоз и химиочувствительность к паклитакселу при глиоме посредством модуляции передачи сигналов PI3K/AKT [54], что делает его потенциальной терапевтической мишенью при глиобластоме [55]. Однако аптамеры, выбранные к тенасцину-С, до настоящего времени были использованы только для визуализации опухоли in vitro и in vivo в качестве онкомаркера для идентификации опухоли и прогноза ее развития [56].

Характерным онкомаркером опухолевой клетки является нуклеолин. Нуклеолин – белок ядрышка, принимающий участие в процессе образования рибосом. При этом белок является мультифунк-циональным, универсальность которого заключается в том, что он участвует во многих клеточных процессах, в том числе регулирует эндоцитоз и клеточный цикл. Нуклеолин, находящийся на поверхности клеточной мембраны, управляет дифференцировкой и клеточной адгезией, способствует воспалению, ангиогенезу и развитию опухолей. Однако этот белок оказывается на клеточной мембране только при его сверхэкспрессии и выявляется только в эндотелиальных и злокачественных клетках. Наиболее успешным с точки зрения применения аптамеров в противоопухолевой терапии, в том числе глиомы, является аптамер AS1411 к нуклеолину, прошедший к настоящему времени I и II стадии клинических испытаний [57].

Подобраны аптамеры, специфичные к внутриядерным белкам системы репарации ДНК – Ku 70 и Ku 80, играющим важную роль в прогрессировании опухоли [30]; гепарин-связывающему белку мидкину, способствующему делению и росту клеток и отвечающему за регенерацию поврежденных тканей [30].

Гораздо в меньшем количестве представлены аптамеры к интегрину, представляющему собой трансмембранный гетеродимерный клеточный рецептор, взаимодействующий с внеклеточным матриксом и передающий различные межклеточные сигналы, от которых зависят форма клетки, ее подвижность и др. На данный момент к инте-грину α5β1 глиомы был получен аптамер – Н02 [31], способный лишь идентифицировать опухоль. Интегрин может стать хорошей терапевтической мишенью, поскольку бивалентный аптамер

4-1BB-OPN с двумя мишенями – остеопонтином и интегрином – проявлял хороший терапевтический эффект, увеличивающий выживаемость при внутричерепной глиоме в экспериментах in vivo [37]. Белки цитоскелета, контролирующие важные клеточные функции – форму, подвижность, клеточный цикл и т.д., – также являются хорошими потенциальными мишенями для терапии глиомы, в частности, аптамер Gli233, мишенью которого является тубулин [32]. В клетках глиомы тубулин имеет пострансляционные модификации, способствующие онкогенной прогрессии.

В последнее время доказана важная роль железа в процессах развития злокачественной опухоли, поскольку оно не только необходимо для многих клеточных процессов, таких как синтез ДНК и клеточная пролиферация, но и для защиты опухолевых клеток от воздействия естественных киллеров, оно также участвует в ингибировании апоптоза. Рецепторы трансферрина (TfR) обеспечивают транспорт железа через клеточную мембрану путем эндоци-тоза [58]. Их экспрессия в клетках глиобластомы увеличивается, что приводит к активации транскрипционного фактора NF-κB в злокачественных клетках посредством взаимодействия аптамера с ингибитором комплекса киназы NF-κB, тем самым увеличивая выживаемость раковых клеток. На данный момент получено два аптамера к рецептору трансферрина (TfR) [33] – потенциальной мишени для лечения глиобластомы.

В развитии глиобластомы важную роль играют стволовые глиальные клетки, маркером которых является белок CD133, его содержание в глиомах