Гликоделин - потенциальный биомаркер злокачественных опухолей

Objective of the study to analyze and summarize the available data on the role of glycodelin in carcinogenesis and its expression in various cancers. Material and Methods. A literature search was conducted in Medline, PubMed Central, NCBI databases in the time interval from January 1983 to October 2019 using the key words glycodelin and cancer. Of the 104 publications found, 21 were used to write the review. Results. This paper presents the overview of the findings in current research focusing on the properties of glycodelin, the major lipocalin protein of the human reproductive system. Some lipocalins are known to play a key role in cancer development as well as influence signaling pathways in the regulation of cell motility, differentiation and neovascularization. Most likely they can be used as cancer markers. Glycodelin A is determined in serum and, due to its special immunoregulatory properties, can serve as a useful prognostic marker and a promising target for future anti-cancer therapies. The presence of glycodelin A in breast cancer tissue is known to be mostly linked to a better prognosis than is attributed to glycodelin-negative tissue, as glycodelin is a protein typical of differentiated tissue. On the other hand, glycodelin might play a role in neovascularisation, thereby promoting tumor growth. Glycodelin is a biomarker of aggressive malignant pleural mesothelioma and a prognostic biomarker of metastatic non-small cell lung cancer at late stages. Glycodelin hyperexpression is associated with brain metastasis in lung adenocarcinoma, and its determination can be used as an additional prognostic factor. Conclusion . The review reflects basic scientific data and results of clinical trials, as well as identifies future prospects that allow the development of new methods for cancer detection and treatment. It should be noted that glycodelin plays an important role in tumor development, progression, angiogenesis, and the formation of distant metastases, and therefore can serve as a useful diagnostic and prognostic marker. Further studies of the functional properties of glycodelin are needed to develop promising strategies in cancer therapy.

Гликоделин (Gd) – основной липокалин репродуктивной системы. Липокалины имеют уникальную трехмерную структуру и выполняют целый ряд функций: являются переносчиками низкомолекулярных гидрофобных лигандов, связывают мембранные рецепторы, участвуют в образовании иммунных комплексов, осуществляют транспорт одорантов и феромонов, синтез простагландинов, регуляцию клеточного гомеостаза и формирование иммунного ответа. Многие липокалины играют ключевую роль в развитии рака, влияют на сигнальные пути регуляции клеточной подвижности, дифференцировки и процессов неоваскуляризации. Таким образом, их можно использовать в качестве биомаркеров рака для улучшения прогнозирования заболевания. Gd – это липокалин, существует в четырех различно гликозилированных изоформах (GdA, GdF, GdC и GdS) и выполняет при этом различные функции. Наиболее изученной изоформой является GdA. Gd был впервые выделен и идентифицирован в 1976 г. Д.Д. Петруниным и Ю.С. Татариновым с коллегами как новый антиген плаценты, который был назван хорионическим α2-микроглобулином [1].

Gd представляет собой димерный гликопротеин, состоящий из 180 аминокислотных остатков (из которых 18 являются N-концевым сигнальным пептидом), молекулярная масса которого варьируется от 42 до 56 кДа, в зависимости от источника и метода выделения [2, 3]. Гликоделин синтезируется железистыми эпителиальными клетками секреторного эндометрия, в фаллопиевых трубах, семенниках и ампулах семявыносящего протока, в здоровых тканях и опухолях яичников и молочной железы, в костном мозге. Также его можно обнаружить в эпителиальных клетках пупочной вены.

GdA обладает выраженной иммуносупрессорной активностью. Его роль в регуляции иммунной системы состоит в ингибировании пролиферации лимфоцитов, T-клеток и снижении цитокинового ответа Th1, подавлении продукции интерлейкина-1 и интерлейкина-2, индукции апоптоза Т-клеток, а также регуляции В-клеточного иммунного ответа путем связывания В-клеточного рецептора CD22 [3]. Более того, GdA in vitro блокирует Е-селектин-опосредованную клеточную адгезию в 1000 раз эффективнее по сравнению с сиалированным Lewis-X [4].

В исследованиях Индийского научного института установлено, что GdA снижает цитотоксичность периферических NK путем снижения экспрессии перфорина, гранзима В и интерферона (IF)-γ. Он также индуцирует каспаза-зависимый апоптоз только в активированных периферических NK, и этот эффект опосредован связыванием GdA с поверхностными NK-клеточными рецепторами. В период постменопаузы определяются лишь очень небольшие концентрации Gd [3].

Гликоделин и рак

По данным ряда исследований, экспрессия Gd характерна для некоторых злокачественных новообразований, включающих опухоли женской репродуктивной системы (рак тела матки, рак яичников и рак молочной железы), а также рак легких, толстой кишки [5], двухфазную синовиальную саркому [3], меланому [6]. Экспрессия Gd коррелирует с диагнозом и прогнозом заболевания [5]. Экспрессия Gd в злокачественных опухолях обычно свидетельствует о более благоприятном прогнозе относительно опухолей, не синтезирующих Gd, так как его относят к типичному для дифференцированных тканей протеину. In vitro и в моделях онкогенеза in vivo обнаружили, что Gd активирует экспрессию генов онкосупрессоров и в то же время снижает экспрессию онкогенов. Таким образом, можно предположить, что Gd является опухолевым супрессором. Более того, экспрессия Gd A отрицательно коррелирует со степенью злокачественности, т.е. снижается в GIII–IV опухолях (FIGO). С другой стороны, Gd обладает способностью регулировать пролиферацию раковых клеток, процессы их дифференцировки и инвазии, стимулирует неоангиогенез в опухоли и таким образом способствует ее росту. Известно, что в раке молочной железы уровень экспрессии GdA отражает более дифференцированное состояние опухолевых клеток и является биомаркером более благоприятного прогноза, в то же время он играет важную роль в ангиогенезе. GdА определяется в сыворотке и благодаря своим особым иммунорегуляторным свойствам может служить надежным прогностическим маркером и перспективной мишенью для будущих терапевтических вмешательств [3, 5].

Гликоделин – потенциальный биомаркер при злокачественной мезотелиоме плевры Злокачественная мезотелиома плевры (ЗМП) – редкая и агрессивная опухоль, развивающаяся из клеток плевры. Растворимые пептиды семейства мезотелина (SMRP), остеопонтин (сиалопротеин I) или EFEMP1 (Fibulin-3) – это хорошо изученные биомаркеры ЗМП с умеренной чувствительностью и специфичностью. M.A. Schneider et al. определяли экспрессию Gd в тканях ЗМП и изучали его потенциал в качестве биомаркера. Они установили наличие Gd в сыворотке больных ЗМП, уровень которого был значительно выше, чем в сыворотке пациентов с доброкачественными заболеваниями легких. Концентрация Gd в сыворотке отрицательно коррелирует с ответом опухоли на лечение, а также с продолжительностью жизни пациентов с ЗМП. Эти результаты не обязательно противоречат прогностическим результатам измерений сыворотки. Высокая концентрация в сыворотке, очевидно, указывала на высокую опухолевую нагрузку. Авторы считают, что оценка уровня Gd и SMRP в сыворотке может способствовать повышению достоверности диагностики ЗМП. Высокий уровень экспрессии Gd также выявлен в тканях ЗМП. В анализах тканевых микропанелей ЗМП отметили положительную корреляцию экспрессии иммуномодулирующего GdА с общей выживаемостью пациентов. Таким образом, Gd может служить надежным биомаркером агрессивной формы ЗМП [7].

Гликоделин при немелкоклеточном раке легкого

В настоящее время достоверно подтверждена экспрессия Gd в тканях немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ). Предположительно, Gd, секретируемый клетками НМРЛ, может способствовать преодолению клетками опухоли иммунного надзора. Очевидно, непосредственное воздействие на секрецию Gd может стать новым подходом в онкотерапии. В этом контексте важно понять пути регуляции экспрессии Gd, которые до сих пор недостаточно изучены. R. Weber et al. (2019) проанализировали влияние некоторых индукторов и протеинкиназных сигнальных путей на экспрессию Gd в клеточных линиях аденокарциномы (АДК) и плоскоклеточного рака легких (ПРЛ). Экспрессия Gd была значительно усилена трансформирующим фактором роста (ТФР)β-1 -2 и -3 в ПРЛ, но не в АДК, а активация протеинкиназа С сигнального каскада – в обеих клеточных линиях. В целом, результаты исследования свидетельствуют о том, что ингибирование протеинкиназных сигнальных путей влияет на экспрессию Gd и его иммуносупрессивное действие в НМРЛ. Более того, понимание регуляции экспрессии Gd может привести к разработке новых терапевтических подходов, с помощью которых можно будет ослабить защиту опухоли со стороны иммунной системы [8].

Гликоделин – тканевой и сывороточный биомаркер НМРЛ на поздней стадии опухолевого процесса при наличии метастазов

Несмотря на большое количество ранее изученных биомаркеров, необходимость в надежном биомаркере НМРЛ все еще существует. В исследовании 2018 г. был изучен потенциал гликоделина как биомаркера НМРЛ на поздней стадии опухолевого процесса при наличии метастазов. Экспрессию мРНК и белка Gd определяли с помощью методов количественной ПЦР и иммуногистохимического анализа в 28 образцах резецированных опухолей, метастазировавших в головной мозг (n=16) и надпочечники (n=12) у пациентов, не получавших медикаментозную терапию. Более того, сопоставили экспрессию гена Gd в криоконсервированных биоптатах ранее не подвергавшихся терапии пациентов (n=55) с поздней стадией НМРЛ с концентрацией гликоделина в сыворотке и выживаемостью пациентов. Используя контрольные образцы, исследователи регистрировали концентрацию Gd во время терапии. Экспрессия Gd была сравнима в первичных опухолях и в отдаленных метастазах у одних и тех же пациентов. Экспрессия гена Gd в тканях пациентов в отсутствие терапии также положительно коррелировала с сывороточными концентрациями Gd у этих пациентов (r=0,6). У больных с более высоким уровнем сывороточного Gd проявлялась тенденция к снижению общей выживаемости (p=0,088). По увеличению уровня Gd прогрессирование заболевания выявлялось раньше, чем при обычной клинической диагностике. Очевидно, Gd является надежным прогностическим и дополнительным биомаркером поздних стадий метастатического НМРЛ [9].

Метастазы в мозг являются серьезным осложнением АДК легких, являясь значимым фактором, приводящим к высокой летальности. В исследовании 2019 г. авторы анализировали экспрессию Gd в тканях прогрессирующей AДК легких, чувствительной к ингибитору тирозинкиназы мутантного эпидермального фактора роста (ЭФР). По результатам исследования, пациенты с прогрессирующей АДК легких и гиперэкспрессией Gd проявляли предрасположенность к метастазированию опухоли в головной мозг (p<0,05) и демонстрировали значительно меньшую продолжительность общей выживаемости (11,8 vs 20,4 мес, p<0,05) по сравнению с пациентами без гиперэкспресии Gd. При мультифакторном регрессионном анализе было показано, что гиперэкспрессия Gd и метастазы опухоли в мозг независимо влияют на прогноз при прогрессирующей АДК легких (p<0,05). Сверхэкспрессия Gd, в свою очередь, связана с наличием метастазов в мозг при АДК легких и может быть использована как вспомогательный прогностический показатель прогрессирующей АДК легких [10].

Гликоделин при раке молочной железы

Интенсивно изучаются экспрессия Gd в тканях рака молочной железы (РМЖ) и ее корреляция с клиническими показателями. Когда стало известно, что GdА экспрессируется тканями за пределами репродуктивной системы, в том числе в нормальном и опухолевом железистом эпителии молочных желез, началось изучение его функций в этих тканях. После того как GdА был обнаружен в высокодифференцированном ацинозном эпителии, предположили, что он играет определенную роль в организации эпителиальных тканей. Сделано заключение, что экспрессия Gd сопровождается приобретением клетками фенотипа организованного железистого эпителия: он индуцирует дифференцировку, снижает экспрессию онкогенов и увеличивает экспрессию генов опухолевой супрессии, что вносит вклад в более благоприятный прогноз [3, 5, 11].

GdА был обнаружен в эндотелиальных клетках пуповины и в кровеносных сосудах опухоли. M. Song et al., исследуя миграцию эндотелиальных клеток вены пуповины человека HUVECs и образование тубулярных структур, определяли, могут ли амниотическая жидкость, богатая Gd, и синтетический пептид гликоделина (Gp) способствовать ангиогенному ответу тубулярных структур in vitro . Амниотическая жидкость и Gp усиливали клеточную миграцию и формирование тубулярных структур, что служит признаком стимуляции ангиогенеза. Этот эффект был заблокирован антителами против синтетического пептида Gp или фактора роста сосудистого эндотелия (ФРСЭ). Можно предположить, что эффект Gd опосредуется ФРСЭ, так как он увеличивает экспрессию как мРНК и белка ФРСЭ, так и рецепторов к ФРСЭ. Таким образом, GdА играет важную роль в неоваскуляризации опухолей [12].

Экспрессия Gd может быть индуцирована лизофосфатидиловой кислотой (ЛФК) и носит дозозависимый характер. ЛФК имеет сходство с форболмиристатацетатом (ФMA), концентрация которого увеличивается в крови пациентов со злокачественными опухолями. Контроль концентрации ЛФК/ФMA может помочь предотвратить усиление экспрессии гликоделина и уменьшить или замедлить неоангиогенез [13].

При сравнительном иммуногистохимическом анализе экспрессии Gd при доброкачественных и злокачественных опухолях молочной железы выявлено его присутствие в опухолевых клетках у всех пациенток с РМЖ. Однако в доброкачественных образованиях молочной железы Gd обнаружили только в фиброаденомах (15 % случаев). При исследовании тканей молочной железы с внутри- протоковой папилломой и фиброзно-кистозной мастопатией (ФКМ) Gd не обнаружен. При определении Gd в образцах жидкости, полученных при пункции кист молочной железы у 186 женщин с доброкачественным и осложненным течением ФКМ, выяснилось, что при доброкачественном течении гликоделин выявляется в 10 % случаев. Позднее у 10 из 186 обследованных женщин диагностировали РМЖ, Gd был обнаружен в аспиратах в 8 (80 %) случаях. Таким образом, наличие Gd в содержимом кист больных ФКМ можно рассматривать в качестве неблагоприятного признака, ассоциированного с высокой вероятностью малигнизации тканей, а сам белок ‒ как потенциальный маркер для формирования группы риска среди больных с доброкачественными образованиями молочной железы [14].

В эксперименте по анализу экспрессии генов на микропанели показано, что экспрессия Gd, связанная с низким уровнем пролиферации и высокодифференцированной формой опухоли, зарегистрирована в случаях спорадического РМЖ. Для сравнения, при наследственном не BRCA 1/2-зависимом РМЖ экспрессия Gd ассоциировалась с худшим прогнозом, регионарными метастазами в лимфоузлы, экспрессией HER2 (рецептор эпидермального фактора роста человека) и высоким риском отдаленных метастазов. Вероятно, это обусловлено различными профилями генной экспрессии в семейном и спорадическом РМЖ, в результате чего болезнь развивается по разным сценариям, что нужно принимать в расчет при оценке экспрессии Gd и ее значения для пациента [3].

В 2005 г. было показано, что инвазивная карцинома без метастазов в подмышечные лимфатические узлы (лучший прогноз), вероятнее всего, будет экспрессировать Gd. Напротив, в случаях с метастазами в лимфатические узлы экспрессии Gd либо не было, либо она была очень слабой (худший прогноз). На основании этих результатов можно сделать предположение, что экспрессия Gd потенциально может использоваться как прогностический маркер РМЖ. Эти результаты требуют дальнейшего подтверждения в более масштабных исследованиях [15].

С учетом роли Gd и сурвивина как ключевых регуляторов клеточной пролиферации, апоптоза и ангиогенеза, а также принимая во внимание противоречивые мнения об их функциях в опухолевой ткани, в 2006 г. был изучен уровень транскрипционных факторов этих белков в локализованном РМЖ. При использовании метода количественной ПЦР результаты были рассчитаны с помощью Г3ФДГ (глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы), референсного гена RPL37A и соотнесены с клиникоморфологическими и молекулярными параметрами опухоли и продолжительностью жизни пациентов. В исследование были включены 272 пациента. Исходя из полученных результатов сделан вывод, что транскрипционная активность Gd и сурвиви-на связана с относительно молодым возрастом, пременопаузой, экспрессией HER2 рецепторов, неблагоприятными клинико-морфологическими и молекулярными характеристиками первичного РМЖ с метастазами в регионарные лимфоузлы. При этом результаты не дают возможности прогнозировать исход заболевания. Необходимы дополнительные исследования для определения функциональной роли Gd и сурвивина в онкогенезе [5, 16].

В 2008 г. впервые продемонстрировали, что Gd замедляет рост РМЖ in vivo . Клетки линии MCF-7, трансфицированные Gd, переносили в жировую строму молочных желез мышей. В результате сформировались опухоли меньших размеров и с более высокодифференцированным фенотипом по сравнению с имплантацией нетрансфицированных клеток в контрольной группе. Gd-индуцированная дифференцировка была связана со снижением экспрессии онкогенов и увеличением экспрессии генов опухолевой супрессии. Эти результаты позволили предположить, что Gd ведет себя как опухолевый супрессор в отношении РМЖ. Это может объяснить его связь с благоприятным прогнозом для некоторых опухолей [3, 17].

Экспрессию Gd зарегистрировали как в нормальных тканях, так и в тканях карциномы молочной железы человека. С. Scholz et al. проанализировали 121 образец ткани карциномы молочной железы для оценки экспрессии Gd. Ни в одном случае не обнаружена карцинома in situ. Gd экспрессировался в дольковой и протоковой карциномах молочной железы независимо от степени злокачественности опухоли. Значимой разницы в экспрессии Gd в опухолевых тканях у пациенток с метастазами в подмышечные лимфоузлы или без метастазов не было. Однако наблюдали увеличение экспрессии Gd при положительной иммуногистохимической реакции на наличие рецепторов к эстрогену и прогестерону А. Эти результаты дают основания полагать, что Gd можно использовать как дополнительный маркер дифференцировки опухолевых клеток при РМЖ. Увеличение экспрессии Gd может также являться дополнительным индикатором выживаемости при РМЖ [18]. В 2010 г. было обнаружено увеличение экспрессии GdА в образцах опухоли с эстрогеновыми и прогестероновыми рецепторами с вовлечением лимфоузлов, т. е. в дополнение к роли маркера дифференцировки GdА может играть некую роль в метастазировании в регионарные лимфоузлы. Помимо этого, экспрессия Gd может считаться прогностическим маркером, так как его экспрессия значительно снижается по мере озлокачествления опухоли, но находится на высоком уровне в тканях пациентов с благоприятным прогнозом [19]. Стоит принять во внимание, что определяющим прогностическим фактором является наличие продукции белка, а не мРНК Gd, количество которой не снижается по мере озлокачествления опухоли. Не обнаружено прогностической ценности экспрессии мРНК гликоделина для оценки общей выживаемости и продолжительности жизни без рецидивов [3].

Для исследования связи Gd с клинико-морфологическими особенностями РМЖ и исходом заболевания L.C. Hautala et al. определяли экспрессию Gd в образцах опухолей. Иммуногистохимический анализ использовали для оценки экспрессии Gd в 399 спорадических и 436 семейных BRCA1/2-несвязанных РМЖ с сильно отягощенным анамнезом. Анализ экспрессии генов использовался для определения других генов, экспрессируемых вместе с Gd в вышеупомянутых типах опухолей. При исследовании тканей спорадических случаев заболевания экспрессия Gd была ассоциирована с низким уровнем пролиферации (p<0,001), тенденцией к высокодифференцированному фенотипу опухолей (степень дифференцировки 1 и 2, p=0,012) и высокой экспрессией циклина D1. Однако в случае семейного рака с сильно отягощенным анамнезом экспрессия Gd ассоциирована с менее благоприятным течением, т.е. с наличием регионарных метастазов (p=0,003) и HER2-положительными опухолями (p=0,009). Более того, пациентки с Gd-положительными опухолями, не связанными с BRCA1/2, имели повышенный риск отдаленных метастазов (p=0,001), и в мультифакторных анализах экспрессия Gd являлась независимым предвестником метастазирования (ОР=2,22, 95 % ДИ 1,22–4,03, p=0,009) [20]. Дальнейший анализ выявил различные генные профили, коррелирующие с экспрессией Gd, в исследуемых типах РМЖ. Эти результаты наводят на мысль о разных путях прогрессирования при спорадическом и семейном РМЖ и возможном потенциале Gd в прогнозировании повышенного риска летального исхода у этих пациенток.

В 2011 г. S.A. Bidgoli et al. сравнили взаимодействие между Gd и генами арил-гидрокарбоновых