Роль стволовых опухолевых клеток в канцерогенезе и прогрессировании аденокарциномы толстой кишки

Колоректальный рак (КРР) является одним из самых распространенных новообразований среди населения нашей планеты, занимая в общей структуре онкологической патологии второе место среди женщин, после карциномы молочной железы, и третье место у мужчин, уступая только раку легкого и предстательной железы [1, 2]. Немаловажно, что на протяжении последних десятилетий фиксируется устойчивая тенденция прироста заболеваемости КРР, что связано как с увеличением потенциала диагностических возможностей, так и с возрастающим влиянием факторов риска развития данной патологии. Высокая социальная значимость рака толстой кишки подтверждается и показателями смертности. Так, в структуре мировой онкологической летальности за 2020 г. КРР занял второе место после рака легкого [2]. Таким образом, несмотря на многообразие современных диагностических программ и методов лечения, КРР остается актуальным и социально значимым заболеванием, занимая лидирующие позиции по распространенности и смертности среди всех новообразований.

На сегодняшний день стадирование и характеристика прогноза онкологического заболевания определяется системой TNM, которая основана как на клинико-инструментальных данных, так и на результатах морфологических исследований. В процессе рутинной микроскопии КРР проводится определение таких влияющих на прогноз заболевания признаков, как глубина инвазии в стенку кишки, число пораженных лимфатических узлов, опухолевые депозиты, состояние краев резекции, наличие феномена почкования опухоли, лимфоваскулярной и периневральной инвазии, степень диффренцировки опухоли. Кроме того, для определения эффективности противоопухолевого лечения отмечают такие предиктивные факторы, как мутации в генах RAS и BRAF, статус микросателлит-ной нестабильности. Однако на сегодняшний день диагностическая значимость многих маркеров требует уточнения. Например, данные о связи прогноза заболевания и пролиферативной активности опухоли, определяемой с помощью иммуногистохомического (ИГХ) метода с антителами к белку Ki67, остаются противоречивыми [3]. Также особое внимание уделяется изучению стволовых клеток опухоли как одному из наиболее интересных и перспективных прогностических факторов, влияющих на процессы канцерогенеза и метастазирования.

Открытие стволовых клеток опухоли (cancer stem cells, CSC), впервые описанных D. Bonnet и J. E. Dick в 1997 г., послужило толчком к созданию господствующей в настоящее время иерархической модели канцерогенеза [4]. В ее основе лежит концепция о том, что только CSC способны дать начало росту опухоли как в первичном очаге, так и в метастазах. Данная теория вытеснила более раннюю стохастическую модель, которая подразумевала, что каждая клетка новообразования может дать начало опухолевому росту [5].

Следует отметить, что предпосылки к развитию теории CSC были заложены еще в трудах морфологов XIX в., в которых описывалось сходство ткани опухоли и эмбриона, а также высказывалась гипотеза о происхождении новообразований из клеток, подобных эмбриональным. Затем J. F. Cohnheim предложил теорию возникновения опухолей из эмбриональных зачатков. Однако изучение собственно CSC берет начало с 1997 г., когда D. Bonnet и J. E. Dick описали эту популяцию при остром миелоидном лейкозе. В их работе продемонстрирована способность данной клеточной популяции к самообновлению, пролиферации и дифференцировке, а также формированию опухоли, фенотипически идентичной донорcкой [4].

Согласно современным представлениям под CSC подразумевается клетка, обладающая способно- стью к самоподдержанию и формированию полного пула опухолевых клеток, а также характеризующаяся экспрессией уникального набора маркеров [5]. Иерархическая модель канцерогенеза подразумевает, что в опухоли, как и в нормальной ткани, содержится относительно малая популяция недифференцированных клеток с особыми свойствами, благодаря которым осуществляется инициация, поддержание роста и распространение онкологического процесса, а также формирование дочерних клеток, составляющих организованную клеточную популяцию. Данная концепция предполагает, что тотальное уничтожение опухоли возможно только при устранении всей ее стволовоклеточной популяции [5].

Опухолевые и нормальные стволовые клетки имеют множество общих свойств: способность к неограниченному самообновлению и воссозданию полного пула, существование в особом микроокружении («клеточной нише»), а также обладание особым иммунофенотипом [6, 7]. Еще одним важным свойством стволовой клетки является способность как к симметричному, так и к асимметричному митозу, при котором одна из дочерних клеток остается в пуле стволовых, а другая дифференцируется в более зрелые формы [7]. Феномен асимметричного митоза необходим для поддержания постоянной клеточной массы и пополнения клеток в обновляющихся тканях, однако его молекулярные механизмы остаются на сегодняшний день до конца не изученными [8]. На примере стволовых клеток эпителия кишечной крипты прослежено, что результатом симметричного митоза может быть как образование двух стволовых клеток, так и двух клеток-прогениторов (транзиторно-амплифицирующих клеток), с их дальнейшим созреванием и миграцией к вершине крипты. Таким образом, происходит или самообновление, или дифференцировка клеток. При этом симметричное деление стволовых клеток наблюдается при неблагоприятных условиях: воспалении, травмы слизистой, формировании опухоли [7].

Помимо общих с нормальными стволовыми клетками свойств, CSC обладают способностью к миграции и инвазии, что обуславливает агрессивность опухоли. Такие особенности могут проявляться в раковых стволовых клетках как изначально, так и возникать вследствие изменений окружающей среды (при метаболическом стрессе, усилении гипоксии, в ходе лечения). На сегодняшний день отсутствуют однозначные данные о происхождении CSC. Считается, что их возможным источником являются нормальные стволовые клетки органов и тканей, в которых происходят генетические изменения, превращающие их в раковые. Данное предположение описывалось в одном из самых ранних исследований лейкозных CSC [4]. Мутации в стволовых клетках могут изменить нормальную дифференцировку, вследствие чего происходит генерация гетерогенной популяции клеток опухоли. Однако помимо мутаций важную роль отводят эпигенетическим изменениям и факторам микроокружения, которые опре- деляют изменчивость раковых стволовых клеток в процессе развития новообразования, способствуя внут-риопухолевой гетерогенности [9]. Предполагаемым источником CSC толстой кишки является стволовая клетка базального отдела кишечной крипты [7, 10].

Другое представление о происхождении CSC связано с дедифференцировкой клеток-прогениторов или дифференцированных клеток вследствие воздействия внешних факторов и возникновения мутаций, которые влияют на деление и выживаемость, а также способствуют приобретению стволовоклеточных свойств [5, 9]. На мышиных моделях продемонстрирована дедифференцировка кишечных эпителиальных клеток в стволовые клетки при запуске сигнала Wnt и воспалительного сигнального пути ядерного фактора NFκB (nuclear factor-kappa B).

Активации Wnt-сигнального пути может способствовать накопление таких мутаций, как KRAS-G12D, запускающих воспалительный сигнальный путь, совместно с утратой функции гена APC. Данный процесс является начальным этапом канцерогенеза из дифференцированных клеток. Однако нельзя исключить одновременное присутствие в опухоли как CSC, произошедших из нормальных стволовых клеток, так и из дифференцированных опухолевых клеток [5].

Феномен эпителиально-мезенхимального перехода, определяющий способности клеток к инвазии, миграции, формированию метастазов и характеризующийся приобретением эпителиальными клетками мезенхимальных свойств, также рассматривается как один из возможных механизмов формирования популяции опухолевых клеток со стволовыми свойствами [7]. Данный процесс сопровождается изменением экспрессии многих генов, отвечающих за «стволо-вость». Однако до конца не ясно, почему стволовоклеточная трансформация касается только некоторых клеток первичной опухоли.

Таким образом, на сегодняшний день доказана роль CSC в развитии опухоли, однако связь между иммунофенотипом и прогнозом заболевания остается до конца не изученной. Существуют трудности в однозначной идентификации стволовоклеточной популяции. По данным литературы, имеется совокупность иммунофенотипических признаков «стволо-вости» клеток в различных новообразованиях, однако данные особенности могут варьировать на разных стадиях развития и меняться от индивида к индивиду. Предполагается, что на это влияет эпигенетическая регуляция механизмов, определяющих свойства CSC [11]. Для более точной оценки стволовоклеточной популяции новообразования целесообразно использовать несколько маркеров в совокупности. Кроме того, нельзя исключить гетерогенность популяции CSC в пределах одной опухоли.

В 2007 г. C. Ginestier et al. выделили ALDH1 как один из наиболее селективных маркеров для определения CSC. На основании проведенного эксперимента они установили, что наименьшее число опухо- левых клеток, способных вызвать развитие опухоли, явились ALDH1-позитивными [3]. ALDH1 – это фермент, который вследствие катализа окисления внутриклеточных альдегидов придает устойчивость клетки к алкилирующим агентам. По данным ряда авторов, положительная реакция с антителами к ALDH1 коррелирует с распространенностью опухоли и низкими показателями выживаемости. Вместе с тем в исследовании Г. А. Раскина продемонстрировано, что количество CSC, измеренное при помощи ИГХ-исследования с применением ALDH1, не является прогностически значимым фактором, определяющим риск прогрессирования рака толстой кишки [3].

Помимо фермента ALDH1, для ИГХ-иденти-фикации CSC колоректальной аденокарциномы используется белок CD44 [7]. Данная молекула является адгезивным протеином, отвечающим за межклеточные взаимодействия и контакты клетки-матрикс. Влияние CD44 на прогрессию и гематогенную диссе-минацию КРР неоднозначна. По некоторым данным, уменьшение экспрессии CD44 связано со снижением метастатического потенциала клеток КРР. Однако, согласно другим исследованиям, снижение уровня данного маркера способствует увеличению метастатического и миграционного потенциалов [5].

В 2007 г. группы исследователей выявили, что раковые клетки с иммунофенотипом CD133+, в отличие от CD133- клеток, обладают способностью инициировать опухолевый рост. Они пришли к выводу, что клетки КРР с иммунофенотипом CD133+ могут являться стволовыми [5].

Однако в ряде исследований продемонстрировано, что экспрессия CD133 выявляется не только в стволовых клетках, но и в дифференцированном эпителии толстой кишки у человека и мышей [3].

Одним из маркеров CSC аденокарциномы толстой кишки считается рецептор к хемокинам 4-го типа CXCR4. Хемокиновые лиганды и их рецепторы играют важнейшую роль в процессе генерализации опухолей, регулируя органоселективность метастазов. По данным ряда авторов, выраженная ИГХ-реакция с антителами к CXCR4 свидетельствует о неблагоприятном прогнозе рака ободочной кишки II и III стадии.

Одним из специфичных маркеров стволовых клеток на сегодняшний день считается гистон H2A.Z, отражающий одно из их важнейших свойств – способность к асимметричному митозу [8]. Гистон – специальный белок, которые является базовым структурным компонентом хроматина, образуя комплекс с ДНК. Антитела к гистону H2A.Z позволяют визуализировать асимметричный тип митоза, что позволяет расценивать данный маркер как один из наиболее специфичных в отношении стволовых клеток. Однако его чувствительность показывает высокую вариабельность в разных тканях, в зависимости от программы самообновления: стволовые клетки, подвергающиеся симметричному митозу, не обнаруживаются с помощью этого метода [8].

Обобщая вышеизложенное, необходимо отметить, что как нормальные, так и опухолевые стволовые клетки обладают выраженной изменчивостью, обусловленной воздействием множества факторов, влияющих в том числе на их генетические особенности. Как следствие идентификация популяции CSC аденокарциномы толстой кишки, а также изучение особенностей ее влияния на развитие неопластического процесса остается нерешенной проблемой. Таким образом, дальнейшее изучение иммунофенотипа CSC у больных КРР является не только важным направлением в уточнении механизмов канцерогенеза, но и эффективным инструментом в прогнозировании биологического поведения опухоли, что представляет большой интерес для клинической онкологии.