Современные схемы лучевой терапии и биомаркеры радиорезистентности опухолевых клеток прямой кишки

В настоящее время в мире рак толстой и прямой кишки занимает 4-е место по числу смертей среди всех онкологических заболеваний. По данным ВОЗ, в 2018 г. данные нозологии стали причиной смерти 10,9 % из всех онкологических больных мужчин и 9,5 % онкологических больных женщин. Рассматривая рак прямой кишки (РПК), стоит отметить, что в 2018 г. было зарегистрировано 704 376 новых случаев РПК по всему миру (3,9 % от всех случаев диагностирования онкологических заболеваний) и 310 394 смерти от рака прямой кишки (3,2 %) [1]. Данная нозология наиболее характерна для развитых и активно развивающихся стран. В 2018 г. наиболее часто РПК диагностировался у жителей Восточной Европы (у мужчин – 16,9 новых случаев на 100 000, у женщин – 9,0 новых случаев на 100 000).

Поиск новых методов лечения рака прямой кишки является одним из актуальных вопросов современной онкологии. Лучевая терапия (ЛТ) при раке прямой кишки играет важную роль как в облегчении симптомов, так и в локальном контроле заболевания. Использование ЛТ исторически было ограничено в случаях рецидива у тех пациентов, которые ранее получали высокодозное облучение. Напротив, ЛТ может играть роль в увеличении доли пациентов, ранее не подвергшихся облучению и потенциально пригодных для радикальных операций [2].

Сегодняшние тщательные предоперационные исследования и множество вариантов лечения фактически приводят к слишком большому количеству переменных в процессе принятия решений, с которыми не может справиться ни один хирург, именно поэтому необходимо, чтобы принятие решений о тактике лечения осуществлялось междисциплинарными командами (радиологами, хирургами, генетиками и др.) [3]. Современное лечение рака прямой кишки с применением лучевой терапии имеет несколько вариантов [4]:

• 1.    Предоперационная лучевая терапия:

  – короткий курс с последующей немедленной операцией. Показан при более поздних стадиях опухолевого процесса (30–40 % случаев), в этом случае предполагаемый риск рецидива при хирургическом вмешательстве без лучевой терапии слишком высок, при применении короткого курса ЛТ он будет снижен на 50–70 %;

  – продолжительный курс с задержкой перед операцией для уменьшения опухоли. Данный подход наиболее часто применяется для пациентов пожилого возраста с распространённым опухолевым процессом (25–30 % случаев).

• 2.    Постоперационная химиолучевая терапия (ХЛТ).

• 3.    Предоперационная химиолучевая терапия.

Помимо проблемы местного рецидива, было показано, что значительная часть пациентов после радикальных операций по поводу рака прямой кишки серьезно страдала и от длительности пребывания в стационаре. Так, по данным ретроспективного анализа, проведенного по материалам госпитальных регистров в центральной Швеции, было показано, что в среднем у 38 % пациентов возникала недостаточность анастомоза [5]. Эти неудовлетворительные непосредственные результаты послужили основанием для ряда исследований по всему миру, целью которых было определение оптимального подхода к лечению рака прямой кишки.

Короткий или продолжительный курс лучевой терапии?

Использование той или иной формы предоперационной ЛT стало стандартом для лечения рака прямой кишки. Методика обычно используется либо в виде короткого курса (СОД 25 Гр, фракциями по 5 Гр в течение 1 нед) [6] либо в виде длительного курса лечения (СОД 50,4 Гр, по 1,8 Гр в течение 5,5 нед в сочетании с химиотерапией (ХТ) на основе 5-фторурацила). При кратковременной ЛТ операция чаще всего проводится в течение недели после прекращения лечения. При длительном облучении операция откладывается на 4–8 нед после завершения ХЛТ. Подобный подход приводит к полной резектабельности опухоли у 80 % пациентов, первоначально не подлежащих хирургическому лечению [7].

Эти методики предоперационной ЛТ ориентированы на одинаковые целевые объемы, но различаются по дозе, фракционированию, применению адъюванта и времени до хирургического вмешательства. Например, краткосрочный курс лечения – это североевропейские протоколы лечения, а длительный курс терапии – североамериканские протоколы лечения. Однако цели применения краткосрочной и долгосрочной терапии отличаются. Краткосрочное облучение обеспечивает исключительный локальный контроль и хорошо себя показывает на более ранних стадиях по сравнению с длительным курсом ЛТ, который применяется для локализации распространенного опухолевого процесса, а также для уменьшения негативных последствий лучевой терапии [4].

До- или послеоперационная радиотерапия

Протоколы лечения рака прямой кишки продолжают совершенствоваться, и вместе с этим меняется роль лучевой терапии. Схемы лечения часто зависят от стадии заболевания, результатов визуализации или хирургической патологии. Использование лучевой терапии в различных схемах лечения купирует симптомы у 80 % пациентов с метастазами [8].

В литературе имеется большое количество данных, подтверждающих эффективность предоперационной лучевой терапии по сравнению с послеоперационным облучением. В частности, 2 крупных рандомизированных исследования, проведенных в Упсале и в Германии, показали, что частота местных рецидивов и уровень токсичности меньше при предоперационной лучевой терапии [9]. При метаанализе 14 рандомизированных исследований, сравнивающих предоперационную ЛТ с радикальной операцией, продемонстрировано значительное снижение вероятности смерти и местного рецидива – на 16 и 51 % соответственно [10]. В другом исследовании было продемонстрировано, что предоперационная ХЛТ может повысить резектабельность и вероятность достижения резекции R0 с 26 % до 43–50 % [11]. Комбинированный эффект предоперационного химиолучевого лечения у пациентов, не подвергавшихся облучению, с рецидивным раком прямой кишки и резекцией R0 может увеличить 3-летнюю локальную выживаемость без прогрессирования заболевания на 20 % [12]. Масштабный метаанализ, проведенный по данным нескольких рандомизированных исследований, показывает те же результаты: дооперационное облучение лучше, чем послеоперационная ЛТ [13].

В «Стокгольмском исследовании» оценивали предоперационную ЛТ при операбельном раке прямой кишки у 849 пациентов в период с 1980 по 1986 г. Все рандомизированные пациенты с операбельным раком прямой кишки получили либо предоперационную ЛТ, либо облучение сразу после операции. Отмечено значимое различие в частоте рецидивов у больных, получавших ЛT и не получавших ЛT, – 11 против 27 % соответственно (р<0,001) [14]. Авторы считают, что улучшение показателей выживаемости отражает влияние предоперационной ЛТ на частоту местных рецидивов.

В «Голландском исследовании» были проанализированы результаты лечения 1861 пациента. При этом в группе с предоперационной ЛТ было выявлено снижение частоты местных рецидивов (2,4 % против 8,2 % соответственно; р<0,001), что подтвердило преимущества кратковременной методики облучения. Преимущество предоперационной лучевой терапии сохранялось в течение 12-летнего наблюдения (5 % против 11 % соответственно; р<0,0001) [15].

Радиорезистентность опухолевых клеток как фактор снижения частоты успешных случаев лечения рака прямой кишки

Несмотря на то, что применение предоперационной лучевой терапии позволяет значительно снизить риск местного рецидива [9, 16], лишь в 10–30 % случаев удается достичь полного ответа опухоли на облучение [17, 18]. Большая роль в недостаточной эффективности лучевой терапии отводится радиорезистентности опухолевых клеток. По данным ряда

Таблица

Молекулярные маркеры радиорезистентности опухолевых клеток

Маркер	Уровень экспрессии	Функции немутантной формы генного продукта	Прогностическая или предсказательная ценность маркера
TS [24]	Сверхэкспрессия	Пиримидиновый метаболизм	Неблагоприятный прогностический маркер
P53 [28, 34]	Сверхэкспрессия	Контроль топологии ДНК	Неблагоприятный прогностический маркер
ERCC1 [43]	Сверхэкспрессия	Восстановление аддуктов платиновых ДНК-агентов	Неблагоприятный прогностический маркер
HER-2 [44]	Сверхэкспрессия	Клеточная сигнальная трансдукция	Благоприятный прогностический маркер
PD-L1 [45]	Сверхэкспрессия	Иммунный чекпоинт	Неблагоприятный прогностический маркер
PTEN [46]	Отсутствие экспрессии	Фосфатазная активность	Неблагоприятный прогностический маркер
EGFR [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция пролиферации клеток	Неблагоприятный прогностический маркер
VEGF [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция роста сосудов	Неблагоприятный прогностический маркер
P21 [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция клеточного цикла	Неблагоприятный прогностический маркер
Bax [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция апоптоза	Неблагоприятный прогностический маркер
Bcl2 [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция апоптоза	Неблагоприятный прогностический маркер
Ki67 [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регуляция пролиферации клеток	Неблагоприятный прогностический маркер
HIF1-a [28, 34]	Увеличение экспрессии	Регулятор транскрипции ответа на гипоксию	Неблагоприятный прогностический маркер
NPTX-2 [47]	Снижение экспрессии	Формирование возбуждающего синапса	Благоприятный прогностический маркер
MMP-2,9,12 [20]	Увеличение экспрессии	Разрушение внеклеточного матрикса, ремодуляция тканей	Неблагоприятный прогностический маркер
PLEC1 [48]	Увеличение экспрессии	Поддержание механической целостности клеток, поддержание упругости тканей	Неблагоприятный прогностический маркер
HADHA [48]	Увеличение	Бета-окисление длинноцепочечных жирных кислот	Неблагоприятный прогно-
	экспрессии		стический маркер
TKT [48]	Увеличение экспрессии	Участие в гликолизе	Неблагоприятный прогностический маркер
TAGLN [48]	Увеличение экспрессии	Кальций-независимое сокращение гладких мышщ	Неблагоприятный прогностический маркер
XRCC2, 3 [49]	Увеличение экспрессии	Репарация двунитевых разрывов в ДНК	Неблагоприятный прогностический маркер
NF- K B [42]	Увеличение экспрессии	Контроль экспрессии генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла	Неблагоприятный прогностический маркер
HSD17B2 [50]	Увеличение экспрессии	Инактивация стероидных гормонов (андрогенов и эстрогенов)	Благоприятный прогностический маркер
HMGCS2 [50]	Увеличение экспрессии	Катализирует первую реакцию кетогенеза	Благоприятный прогностический маркер
VNN1 [51]	Увеличение экспрессии	Белки данного семейства участвуют в транспорте гематопоэтических клеток	Неблагоприятный прогностический маркер
DSG3 [52]	Увеличение экспрессии	Клеточная адгезия	Неблагоприятный прогностический маркер
ATM [53]	Увеличение экспрессии	Фосфорилирует несколько ключевых белков, которые инициируют остановку клеточного цикла, запускают репарацию ДНК или апоптоз	Неблагоприятный прогностический маркер
MRE11 [53]	Сверхэкспрессия	Участие в гомологичной рекомбинации, обслуживание теломерных фрагментов, и репарации двойных разрывов ДНК	Неблагоприятный прогностический маркер
PLK1 [54]	Сверхэкспрессия	Участие в клеточном цикле	Неблагоприятный прогностический маркер
GOLPH3 [55]	Увеличение экспрессии	Играет ключевую роль в сортировке и модификации белков, экспортируемых из эндоплазматического ретикулума	Неблагоприятный прогностический маркер

окончание таблицы
PAF15 [56]	Увеличение экспрессии	Регулятор репарации ДНК во время репликации ДНК	Неблагоприятный прогностический маркер
BECN1 [57]	Снижение экспрессии	Регулирует аутофагию, катаболический процесс деградации, вызванный голодом	Неблагоприятный прогностический маркер
VRK1 and VRK2 [58]	Увеличение экспрессии	Участие в пролиферации клеток	Неблагоприятные прогностические маркеры
FAK [59]	Увеличение экспрессии	Участие в клеточной адгезии	Неблагоприятный прогностический маркер
FGFR4 [41]	Увеличение экспрессии	Пролиферация, дифференцировка, миграция клеток, биосинтез желчных кислот, метаболизм витамина D и липидов, поглощение глюкозы и гомеостаз фосфатов	Неблагоприятный прогностический маркер
RAD51 [41]	Увеличение экспрессии	Участие в гомологичной рекомбинации и репарации двунитевых разрывов в ДНК	Неблагоприятный прогностический маркер
APAF-1 [60]	Увеличение экспрессии	Инициация апоптоза	Благоприятный прогностический маркер
COX-2 [60]	Увеличение экспрессии	Формирование простаноидов (например, тромбоксана и простагландинов)	Неблагоприятный прогностический маркер
c-Myc [37]	Увеличение экспрессии	Играет роль в прогрессировании клеточного цикла, апоптозе и клеточной трансформации	Неблагоприятный прогностический маркер
PCNA [37]	Увеличение экспрессии	Участие в репликации	Неблагоприятный прогностический маркер
TIMP1 [37]	Увеличение экспрессии	Ингибирование матриксных металлопротеиназ	Неблагоприятный прогностический маркер
NDRG1 [23]	Увеличение экспрессии	Участвует в реакции на стресс, ответе гормонов, росте клеток и их дифференцировке	Неблагоприятный прогностический маркер
OCT4 [21]	Увеличение экспрессии	Играет ключевую роль в эмбриональном развитии и плюрипотентности стволовых клеток	Неблагоприятный прогностический маркер

Примечания: TS – thymidylate synthase; PLEC1 – Plectin-1; HADHA – hydroxyacyl-CoA dehydrogenase; TKT – transketolase; TAGLN – transgelin; XRCC2 – X-ray repair cross-complementing protein 2; NF-KB – nuclear factor-KB; HSD17B2 –17-p-hydroxysteroid dehydrogenase type 2; HMGCS2 – 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A synthase; VNN – vascular non-inflammatory molecule 1; DSG3 – desmoglein 3; ATM – ataxia telangiectasia mutated; MRE11 – meiotic recombination 11 homolog A; Plk1 – polo-like kinase 1; GOLPH3 – golgi phosphoprotein 3; Paf15 – PCNA-associated factor 1; VRK1 and 2 – vaccinia-related kinase 1 and 2; FAK – focal adhesion kinase; FGFR4 – fibroblast growth factor receptor 4; APAF-1 – apoptotic protease-activating factor 1; COX-2 – cyclooxygenase-2; PCNA – proliferating cell nuclear antigen; TIMP1 – tissue inhibitor of metalloproteinases 1; XRCC2, 3 – X-ray repair cross-complementing protein 2, 3; NPTX2 – Neuronal pentraxin II; EGFR – epidermal growth factor receptor; VEGF – vascular endothelial growth factor; Bax – BCL2-associated X protein; Bcl2 – B-cell CLL/lymphoma 2; Ki67 – marker of proliferation Ki67; COX-2 – cyclooxygenase-2; HIF1-a – hypoxia-inducible factor 1-a; MMP-2, 9, 12 – matrix metalloproteinase-2, 9, 12; NDRG1 – N-Myc Downstream Regulated 1; OCT4 – octamer-binding transcription factor 4.

авторов, при наблюдении за пациентами, получавшими как предоперационную, так и постоперационную ЛТ, полная регрессия была отмечена лишь у 54 (9,8 %) больных, также в ходе исследования был отмечен летальный исход у 196 (33 %) пациентов. Авторы отмечают необходимость интенсификации исследований по поиску эффектных биомаркеров радиорезистентности [19].

Молекулярные, биохимическиеи другие маркеры прогноза леченияи радиорезистентности опухолевых клеток

Исследования в области биомаркеров радиорезистентности опухолевых клеток вызывают большой научный интерес [20–24]. Все биомаркеры ответа опухоли на лучевую терапию можно разделить на три группы:

– биомаркеры в опухолевой ткани:

• •    генетические (различные фракции РНК, мутации в генах, повышенная экспрессия отдельных генов и пр.),

• •    протеомные (экспрессия белков и концентрация, активность ферментов и др.);

  – биомаркеры, обнаруживаемые в крови.

Генетические маркеры радиорезистентности опухолевых клеток

Мутации и изменения экспрессии отдельных генов и микро-РНК. В ответе опухолей на терапию большую роль отводят мутациям в генах KRAS и TP53. В ряде исследований было показано, что при наличии у пациентов дикого типа гена p53 был хороший ответ на лучевую терапию [25]. Значимыми мутациями в гене KRAS, обусловливающими плохой ответ опухолей на химиолучевую терапию, по мнению ряда авторов, считаются мутации в 12, 13 и 16 кодонах данного гена, хотя, по мнению других авторов, данные являются спорными [26–27]. Теме изменения уровня экспрессии отдельных генов или групп генов посвящено большое количество исследований. Особую роль в ответе опухолевых клеток на химиолучевую терапию отводят повы- шению экспрессии генов «стволовости» (OCT4) [21], гена NDRG1 (N-Myc Downstream Regulated 1) [23], а также семейства генов XRCC (X-ray repair cross-complementing protein 2, 3) [20].

МикроРНК

На основании множества статей, исследовавших профиль экспрессии отдельных видов микроРНК, было выявлено, что при лучевой терапии происходит увеличение уровня экспрессии следующих РНК-молекул: miR-1183, miR-1224-5p, miR-1246, miR-125a-3p, miR-125b, miR-125-b1, miR-1274b, miR-1290-3p, miR-145, miR-1471, miR-153, miR-16, miR-188-5p, miR-190b, miR-1909, miR-196b, miR-200c, miR-205-5p, miR-21, miR-21-5p, miR-215, miR-29b-2, miR-450a, miR-450b-5p, miR-483-5p, miR-490, miR-519c-3p, miR-561, miR-590-5p, miR-622, miR-630, miR-671-5p, miR-720, miR-765, miR-99, miR-99a, let-7c, let-7e, miR-492, miR-542-5p, miR-584, miR-483-5p, miR-144, miR-2110, miR-652, miR-375, miR-147b, miR-148a, miR-190, miR-26a/b, and miR-338-3p, miR-135b, miR-21 [2833]. При этом особую роль в ответе на лучевую терапию при раке прямой кишки играют такие микроРНК, как miR-21, miR-99b и miR-375, повышенная экспрессия которых была ассоциирована с плохим ответом опухолевых клеток [33].

Протеомные биомаркеры

В ответ на лучевую терапию увеличивается экспрессия ряда белковых молекул в опухолях разных нозологий (EGFR, VEGF, p21, p53, MMP-2, 9, COX-2, Bax, Bcl2, ki-67, HIF1-a) [28, 34]. При работе с клеточными линиями рака прямой кишки также выявлены подобные белки (NDRG1, c-MYC, PCNA, TIMP1, XRCC2, 3, FGFR4, RAD51, NPTX2, MMP12) [20]. Подробное описание данных маркеров радиорезистентности представлено в таблице.

Маркеры ответа на лучевую терапию, обнаруживаемые в крови

Среди биомаркеров, ассоциированных с радиорезистентностью клеток, стоит отметить раковоэмбриональный антиген (РЭА, Carcinoembryonic antigen (CEA), повышенная концентрация которого была ассоциирована с регрессией заболевания и хорошим ответом на лучевую терапию. Соответственно, низкая концентрация данного антигена в крови была ассоциирована с плохим ответом на терапию [20].

К маркерным микроРНК, выявляемым при лучевой терапии, экспрессия которых увеличивалась у пациентов, не отвечающих на терапию, относятся: miR-154, miR-409-3p, miR-127-3p, miR-214*, miR-299-5p и miR-125b, miR-345; экспрессия которых уменьшалась у пациентов, не отвечающих на терапию: miR-33a, miR-30e, miR-338-3p, miR-200a и miR-378) [35, 36]. К другим маркерам, обнаруживаемым в крови при лечении рака прямой кишки, можно отнести циркулирующие опухолевые клетки (Circulating Tumor Cells (CTC’s), уровень которых был значительно ниже у пациентов, опухоли которых положительно реагировали на терапию; Бесклеточно-циркулирующие нуклеиновые кислоты (Circulating Cell-Free Nucleic Acids) также являются хорошим жидкобиопсийным маркером при лечении рака прямой кишки, уровень данных НК возрастает при раке прямой кишки, а при лечении у людей с положительным ответом на терапию наблюдается метилирование промотора MGMT в циркулирующей ДНК; хорошими маркерами являются и цитокины, в частности, более высокий уровень IL-6 и TNF-a был отмечен у пациентов, положительно отвечавших на терапию [20].

Заключение

Протоколы лечения рака прямой кишки сильно изменились за последнее десятилетие и находятся в состоянии постоянного совершенствования. Применение ЛТ вызывает уменьшение размеров опухоли и явно снижает риск локального рецидива. Однако полного ответа удается достичь в небольшом числе клинических наблюдений, что связано с радиорезистентностью опухолевых клеток. Ряд молекулярных биомаркеров предложен в качестве предикторов ответа на химиолучевую терапию, однако ни один из них не дошел до клинической практики. Это можно объяснить несколькими причинами.

Во-первых, в большинстве исследований оценивается один тип биомаркеров, состоящий из профилей экспрессии генов, белков или микроРНК, без оценки их эффективности по сравнению с другими маркерами и с недостаточной чувствительностью и специфичностью. Таким образом, существует необходимость сравнивать различные типы биомаркеров. Примеры успешной интеграции биомаркеров включают в себя тканевую экспрессию трех белков c-MYC, PCNA и TIMP1 в сочетании с экстраму-ральной сосудистой инвазией, выявленной на МРТ [37]. Циркулирующие опухолевые клетки также могут быть многообещающими биомаркерами, поскольку их эффективность в прогнозировании ответа на терапию была выше, чем у РЭА [38].

Во-вторых, рак прямой кишки является гетерогенным заболеванием, поэтому очень сложно подобрать универсальный биомаркер, который смог бы прогнозировать успех лечения для всех пациентов. Хотя эксперименты in vitro с использованием клеточных линий выявили потенциальные функции некоторых биомаркеров, в частности XRCC3 [39], XRCC2 [40], FGFR4 [41] и NF-KB [42], в отношении чувствительности к лучевой терапии, однако есть необходимость в изучении радиорезистентности опухолевых клеток.

В-третьих, существуют значительные различия в схемах лечения, включая режимы химиотерапии, дозы облучения и интервал между ними и хирургическим вмешательством. Поэтому будущие исследования должны быть спланированы таким образом, чтобы иметь достаточное количество образцов, следуя тем же режимам химиолучевой терапии и стандартизированной системе оценки опухолевого ответа.

Таким образом, пока прогностические молекулярные биомаркеры для ответа на лучевую терапию не являются достаточно надежными, чтобы иметь клиническую значимость, интеграция