О роли аутофагии в прогрессировании дифференцированного рака щитовидной железы (обзор литературы)

Дифференцированный рак щитовидной железы (ДРЩЖ) является одной из самых распространенных злокачественных опухолей эндокринной системы. [1]. В Российской Федерации доля рака щитовидной железы составила 4,5 % в общей структуре онкологической заболеваемости, из них опухоли III–IV стадии составляли 21 %. ДРЩЖ с резистентностью к терапии радиоактивным йодом отличается неблагоприятным прогнозом [2]. Тактика лечения и прогноз при ДРЩЖ во многом определяются стадией заболевания и степенью дифференцировки опухоли. Однако даже в клинически однородных группах ДРЩЖ характеризуется гетерогенным течением и неодинаковым ответом на терапию, поскольку опухоли обладают вариабельностью по широкому спектру морфологических и функциональных показателей, различающихся по своему молекулярному патогенезу.

Особое место в выборе терапии при ДРЩЖ отводится молекулярно-биологическим характеристикам опухоли. Важная роль в механизмах резистентности к широкому спектру противоопухолевых препаратов отводится аутофагии. В литературе рассматривается возможность модуляции уровня аутофагии в опухолевых клетках для повышения эффективности противоопухолевой терапии. Для больных с ДРЩЖ большое значение имеет разработка терапевтических стратегий, направленных на механизмы программированной гибели клеток, таких как апоптоз, аутофагическая гибель. В поисках возможностей индивидуального планирования терапии ДРЩЖ значительное внимание уделяется изучению процессов аутофагии в опухоли, а также связанных с этим молекулярнобиологических маркеров.

Целью исследования является анализ и обобщение данных современной литературы о роли аутофагии в прогрессировании рака щитовидной железы (РЩЖ).

Роль аутофагии при раке щитовидной железы

Аутофагия является физиологическим клеточным процессом, необходимым для поддержания клеточного гомеостаза за счет удаления поврежденных компонентов, таких как органеллы или избыточные белки. Последствия аутофагии при раке парадоксальны: аутофагия может как предотвращать возникновение некоторых видов рака, так и поддерживать рост опухоли. Некоторые исследователи предполагают, что аутофагия является регулятором многих онкогенов и генов-супрессоров опухолей [3], в то время как другие авторы показали, что аутофагия способствует выживанию опухолевых клеток в условиях стресса, участвует как в стимулировании онкогенеза и развитии рака, так и в ингибировании данных процессов [4]. В отличие от нормальных клеток в тканях, опухо- левые клетки часто находятся в среде, лишенной питательных веществ, факторов роста и кислорода в результате недостаточной васкуляризации. Аутофагия запускается в ответ на различные стимулы, такие как нехватка питательных веществ, гипоксия и активация онкогенов, помогая раковым клеткам выживать в условиях клеточного стресса.

В настоящее время принята гипотеза о том, что аутофагия играет двойную и противоречивую роль в развитии рака. С одной стороны, процессы аутофагии защищают нормальные клетки от превращения их в злокачественные, удаляя поврежденные органеллы и агрегированные белки и уменьшая количество активных форм кислорода, митохондриальные нарушения и повреждение ДНК. С другой стороны, повышение аутофагии наблюдается в гипоксических опухолевых зонах, наиболее удаленных от питательных кровеносных сосудов, где поддерживается жизнедеятельность опухолевых клеток [5]. Известно, что путем аутофагии происходит селективное разрушение митохондрий. Метаболизм митохондрий приводит к образованию побочных продуктов, которые, в свою очередь, приводят к повреждениям ДНК и мутациям.

Таким образом, аутофагия поддерживает пролиферацию опухолевых клеток, обеспечивает клетку питательными веществами, которые имеют решающее значение для метаболизма и роста опухолевых клеток, эти клетки противостоят химио- и радио-терапевтическому лечению и в конечном итоге вызывают рецидив рака [6]. Данными ряда исследований подтверждается, что аутофагия участвует как в подавлении, так и в прогрессировании рака, влияет на проводимое лечение и, следовательно, на прогноз [7].

Поддерживающие опухоль функции аутофагии способны: улучшать устойчивость раковых клеток к эндогенным состояниям, которые обычно провоцируют гибель клеток, сделать трансформированные клетки менее чувствительными к вызванной терапией гибели клеток; поддерживать выживание раковых клеток, которые находятся в состоянии покоя или старения в ответ на терапию; обеспечить поддержание компартмента раковых стволовых клеток, эпителиально-мезенхимального перехода. Механизмы, приводящие к запуску процессов аутофагии в раковых клетках, пока не полностью изучены. Установлено, что реакция клеток на аутофагию зависит от стадии рака [6]. Известно, что аутофагия может помочь уменьшить метастазирование рака на ранних стадиях и поддерживает прогрессирование рака на поздних стадиях [8, 9].

Недавно описаны основные механизмы аутофагии в регуляции и развитии ДРЩЖ [10]. Один из ключевых механизмов того, как аутофагия способствует прогрессированию рака щитовидной железы, может заключаться в ее способности поддерживать клеточный метаболизм и митохон- дриальную систему окисления в биоэнергетике клетки [11]. Доказано, что процессы аутофагии и эпителиально-мезенхимальный переход взаимосвязаны и значительно влияют на прогрессирование опухоли [12].

Онкогены и онкосупрессоры, вовлеченные в онкогенез щитовидной железы, участвуют в регуляции сложных процессов аутофагии. В механизме развития рака щитовидной железы принимают участие генетические факторы, которые способствуют возникновению BRAF и RAS-мутаций, что, в свою очередь, активирует ERK-сигнальный путь. Приведенные в исследованиях данные говорят о влиянии активных онкогенов BRAF и Ha-RAS на аутофагию. J.D. Rabinowitz et al. при изучении влияния EGFR на злокачественные клетки опухоли установили, что развитие аутофагии особенно проявляется в злокачественных опухолях с мутациями генов семейства RAS [5]. Авторы отметили, что мутации RAS являются маркером агрессивного поведения рака щитовидной железы и неблагоприятного прогноза. Данные M.J. Kim et al. показывают, что онкогенные мутанты Ha-RAS и K-RAS придают метаболические преимущества раковым клеткам посредством усиления регуляции базальной аутофагии [13].

Основными сигнальными путями, вовлеченными в регуляцию аутофагической активности при раке щитовидной железы, являются RAS-RAF-MEK-ERK и класс I PI3k-AKT-mTOR [14, 15]. Изучая роль аутофагии в развитии и прогрессировании рака, F. Morani et al. отметили, что окончательный результат регуляции аутофагии онкогенным RAS будет зависеть от того, какой путь будет преобладать [15].

Считается, что белок mTOR, центральный регулятор роста клеток, является основным регулятором молекулярных путей аутофагии, контролирует рост опухолевых клеток при онкогенезе и метастазировании [16]. Прогрессирование РЩЖ, низкая эффективность лечения связаны с инициацией защитной аутофагии, изменениями экспрессии компонентов AKT/m-TOR сигнального каскада [17].

F. Morani et al. при исследовании генетических и эпигенетических факторов, которые связывают РЩЖ и аутофагию, показали, что в случае реаранжировки гена RET, кодирующего онкобелок, ингибирование аутофагии способно снижать пролиферативный потенциал опухолевых клеток [15]. Установлено, что у больных РЩЖ с наличием мутации гена BRAF злокачественные новообразования с дефицитом аутофагии часто более чувствительны к лечению таргетными препаратами [6, 18].

Основными маркерами, связанными с аутофагией в раковых клетках, являются Beclin-1, LC3, p62 и ULK1, вовлеченные в процессы развития ДРЩЖ [19]. Ген Beclin-1 был первым геном онкосупрессором, который доказал связь между аутофагией и восприимчивостью к раку. Belcin-1 был обнаружен мутированным в различных злокачественных опухолей. Подобные изменения генов также обнаружены при раке щитовидной железы. В частности, Beclin-1 высоко экспрессируется при папиллярном РЩЖ и ассоциируется с метастазами в лимфоузлы [20]. Показана взаимосвязь между Beclin-1 и другими белками аутофагии Ambra1, ULK1, Vps15, регулирующими как индукцию, так и подавление аутофагического пути.

Основным компонентом процесса аутофагии при раке щитовидной железы является белок LC3, который способствует формированию аутофагосом. Наличие изоформы LC3II у пациентов с ДРЩЖ свидетельствует об аутофагии [15]. На поздних стадиях в клетках опухолей наблюдается гиперэкспрессия LC3-II. H.M. Kim et al. исследовали экспрессию белков LC3, LC3B, p62 и BNIP-3, связанных с аутофагией, при различных типах рака щитовидной железы. Показано, что экспрессия белков отличается в зависимости от подтипа РЩЖ [21].

Белок p62, накапливающийся в результате ингибирования аутофагии, переносит убиквити-нированные белки в аутофагосому, участвует в нескольких важных сигнальных путях в клетке, а также в регуляции апоптоза и влияет на окислительные стрессы. Другим супрессором опухолей, связывающим аутофагию и прогрессирование РЩЖ, является р53, мутации которого возникают на поздних стадиях рака. В регуляции аутофагии р53 играет двойную роль. Стимуляция аутофагического потока реализуется через прямой путь транскрипции проаутофагичных генов, а ингибирование – через независимый от транскрипции механизм [22]. Данные P. Gao et al. показали, что аутофагия может ингибировать экспрессию р53 и блокировать апоптоз, вызванный лучевой терапией при раке щитовидной железы. Неполный ответ на радиотерапию может происходить через аутофагию и путь p53, особенно у пациентов с папиллярным раком щитовидной железы [23].

Выявлены изменения в паттернах miRNA, которые происходят во время развития и прогрессирования РЩЖ. Предполагается, что в раковых клетках щитовидной железы с низким уровнем miR200 аутофагия активируется. J.S. Gundara et al. предположили возможность использования механизмов аутофагии, нацеленных на miRNA, для лечения рака щитовидной железы [24].

Исследования показали, что мутация генов может привести к значительному снижению уровня белков, ответственных за поглощение радиоактивного йода [25]. Накоплено большое количество фактических данных, показывающих роль белков DNMT, HDAC в регуляции аутофагии при раке щитовидной железы [26]. Полагают, что некоторые HDAC (а именно, SIRT1, HDAC1, HDAC2, HDAC6) действуют как ингибиторы транскрипционной супрессии регуляторных генов ключевого апоптоза и клеточного цикла и тем самым стимулируют остановку клеточного цикла и апоптоза [27]. Существуют доказательства того, что ингибиторы HDAC можно использовать в сочетании с другими химиотерапевтическими средствами для повышения эффективности лечения РЩЖ. Большинство исследователей сходятся во мнении, что исследование молекулярных маркеров, репрезентированных с аутофагией, является перспективным направлением для поиска мишеней в регуляции данного процесса.

Аутофагия и молекулярно направленная терапия рака щитовидной железы

Основной терапевтической проблемой в лечении пациентов с ДРЩЖ является развитие устойчивости к терапии радиоактивным йодом, в результате чего больные подвергаются высокому риску рецидива и развития метастазов. Резистентность к ингибиторам тирозинкиназы связывают с повышенной аутофагической активностью [28]. Формирование радиойодрезистентных форм ДРЩЖ и ответ на лечение определяются молекулярными особенностями регуляции аутофагии. Исследователями сделаны важные выводы о том, что ингибирование аутофагии эффективно для ингибирования роста опухоли. Следовательно, рационально разработать стратегии молекулярноприцельной терапии для повышения эффективности лечения ДРЩЖ и преодоления лекарственной устойчивости.

Результаты экспериментальных и клинических исследований показали, что применение химиотерапии, лучевой терапии в комбинации с ингибиторами аутофагии оказывает сильный противоопухолевый эффект [24]. Одним из первых сообщений, предполагающих участие аутофагии в ответе на терапию РЩЖ, было исследование C.I. Lin et al., которые обнаружили, что применение доксорубицина и лучевой терапии вызывало аутофагию и гибель клеток в культивируемых клетках рака щитовидной железы. Авторы считают, что аутофагия способствует клеточной токсичности при обоих методах лечения [29].

Продемонстрировано применение новых молекулярных методов лечения РЩЖ с использованием ингибиторов киназы и ингибиторов протеасом [30]. Некоторые препараты из этой группы могут регулировать аутофагию, подавлять онкогенные белки.

В современной клинической практике у пациентов с ДРЩЖ, резистентным к радиоактивному йоду, все чаще используется молекулярно направленная терапия, подавляющая онкогенные белки. В последние годы протестированы ингибиторы про-теинкиназ: дабрафениб, селуметиниб и вемурафе-ниб, которые продемонстрировали положительные эффекты у пациентов с ДРЩЖ, резистентным к радиоактивному йоду, у которых имеется мутация гена BRAF [12, 31]. В других исследованиях показано, что низкомолекулярные мультикиназные ингибиторы сорафениб и ленватиниб подавляют внутриклеточные киназы, ингибирующие аутофосфорилирование и активацию тирозинкиназ ключевых сигнальных каскадов MAPK, AKT/mTOR. Согласно последним данным, мультикиназные ингибиторы играют ключевую роль в процессах апоптоза и индуцируют накопление аутофагосом в культивируемых клетках РЩЖ [29, 32]. Результаты клинических испытаний продемонстрировали, что ингибирование аутофагии может преодолеть лекарственную устойчивость в солидных опухолях, в том числе при РЩЖ [33]. Ингибиторы, блокирующие мутированный BRAF, восстанавливают поглощение радиоактивного йода. Данные препараты были признаны эффективными для лечения ДРЩЖ и показали преимущества с точки зрения выживаемости без прогрессирования заболевания [1].

X. Meng et al. при изучении влияния апатиниба на папиллярный рак щитовидной железы установили, что апатиниб оказывает противоопухолевое действие путем подавления роста опухоли, стимулирования апоптоза и ингибирования миграции опухолевых клеток через сигнальный путь PI3K / Akt / mTOR [34]. Апатиниб может вызывать аутофагию, причем апатиниб-индуцированная аутофагия была цитопротективной. По мнению авторов, комбинированное лечение апатинибом и ингибитором аутофагии может быть полезной терапевтической стратегией для йод-невосприимчивого папиллярного РЩЖ. Ряд исследований подтверждают, что аутофагия является новой молекулярной терапевтической мишенью при ДРЩЖ. Фармакологические ингибиторы аутофагии могут оказывать устойчивые противоопухолевые эффекты, привести к повторной чувствительности резистентных опухолевых клеток к терапии.

Будущие исследования, нацеленные на изучение специфической роли аутофагии в прогрессировании ДРЩЖ, могут предоставить новые