Прецизионная иммунотерапия рака и других злокачественных опухолей
Андрей Степанович Брюховецкий

Рецензенты:

Главный научный сотрудник Центра биомедицинских технологий ФГАОУ ВО «Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта (г. Калининград, Россия) врач-иммунолог, доктор медицинских наук, профессор иммунологии Селедцов Виктор Иванович.

Руководитель Отдела лабораторной диагностики Медицинского радиологического научного центра им. А.Ф.Цыба – филиала ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр радиологии Минздрава России (г.Обнинск, Россия) онкоиммунобиолог, доктор биологических наук Гривцова Людмила Юрьевна.

© Андрей Степанович Брюховецкий, 2019

ISBN 978-5-0050-5633-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

В предисловии к данной книге мне хотелось бы поделиться с читателем своими мыслями на счет иммунотерапии рака. Уже более 40 лет я занимаюсь проблемами онкологии и не видел ни одного случая, когда онкологический больной смог бы излечиться от рака самостоятельно. Считается, что система врожденного иммунитета, сформированная у человека в процессе эволюции, является достаточно совершенной, полифункциональной и многоуровневой, и она способна адекватно и быстро защитить организм человека от воздействия вирусов, бактерий и образования опухолей. Однако, если в отношении бактерий и вирусов, в большинстве случаев, иммунная система находится «на высоте», то в борьбе с развитием опухоли иммунитет во многих случаях малоэффективен, хотя и остается самым перспективным противоопухолевым инструментом.

Несмотря на все научные прорывы в иммунобиологии рака и достижения современной онкологии, смертность от рака в мире неуклонно растет и достигает по разным данным от 10 до 14 млн. человек в год в разные периоды. Почему иммунная система человека, столь совершенная в обезвреживании инфекционных агентов, при опухолях «дает сбой» и становится уязвимой? Это вечная дилемма мировой онкологии: способен ли организм онкологического больного сам излечиться от рака мобилизацией собственных ресурсов иммунитета или нет? С одной стороны, оставить больного один на один с раком в надежде на то, что его собственная иммунная система справится с болезнью сама, представляется кощунственным и бесчеловечным. Больной обязательно погибнет, и этот исход предрешен. С другой стороны, современные методы онкохирургии, химиотерапии и радиотерапии в большинстве случаев не позволяют полностью излечить больного от злокачественного новообразования, а лишь приводят организм к уровню минимальной остаточной болезни. Далее, все надежды опираются на совершенный и уникальный защитный механизм, сформированный врожденным и адаптивным иммунитетом человека. Этот механизм, как правило, блестяще справляется с функцией элиминации трансформированных и опухолевых клеток до болезни. Однако, единожды «пропустив» развитие опухоли, иммунитет больного в большинстве случаев не способен «догнать» и «блокировать» этот процесс, несмотря на нормальные показатели иммунного статуса, и на активную инфильтрацию опухолевой ткани иммунокомпетентными клетками. Мы неоднократно обращали внимание на такой парадоксальный научный факт, что у больного с огромной опухолью показатели иммунного статуса могут быть идеальными. Этот факт указывает на то, что иммунная система не видит угрозы со стороны опухоли, что и становится основной причиной её роста и метастазирования.

Сегодня показано, что системные механизмы канцерогенеза блокируют противоопухолевые механизмы иммунных клеток больного, проявляясь в частных молекулярно-биологических механизмах уклонения опухоли от иммунного надзора. Поэтому классические механизмы и модели современной иммунологии, полученные при лечении целого ряда инфекционных и вирусных заболеваний, при раке абсолютно не работают. Этот факт объясняется, прежде всего, тем, что к подавляющему большинству опухоль-ассоциированных антигенов существует врожденная иммунная толерантность. Соответственно, иммунологии рака, в том виде, как она традиционно понимается с позиций классической инфекционной иммунологии, не существует вовсе. В ней нет первичного иммунного ответа на патологические онкоантигены, нет вторичного иммунного ответа, нет накопления эффекторов (антител, клеток натуральных киллеров, цитотоксических Т-лимфоцитов, макрофагов и т.д.), которые ведут к элиминации патогена (в нашем случае раковых клеток) и выздоровлению организма. Тогда почему же мы так много говорим об иммунологии злокачественных опухолей? Почему мы не можем до сих пор активировать иммунный ресурс организма на борьбу с раковыми заболеваниями? По-видимому, в этом реализуется давняя мечта онкологов найти специфический подход к удалению злокачественных клеток из организма ракового пациента. Несмотря на то, что позади большой полувековой путь изучения Т-клеточного иммунитета в терапии опухолей, существенного прогресса в лечении рака этими технологиями достигнуто так и не было. Несомненно, современные исследования, направленные на снятие иммунной толерантности посредством выключения PD1/PD-L1,2 механизма и других иммуносупрессорных механизмов, а также прямые воздействия на опухолевые клетки, с использованием целой батареи моноклональных антител, дали определенные позитивные результаты и привели к появлению целого класса онкоиммунологических и противоопухолевых молекулярно-нацеленных (таргетных) препаратов. Но эффективность этих инновационных онкоиммунных и таргетных препаратов ограничена, так как опухолевые клетки достаточно быстро к ним приспосабливаются и через 3—6 месяцев успешно нарабатывают механизмы защиты от них. Тем не менее, основные достижения клинической онкоиммунологии проявились в формировании «иммунологического окна возможностей» в лечении рака (J-.F.Rossi, 2017), и они позволяют сформировать новые системные подходы к иммунотерапии рака. Иммунобиология рака во многом противоречит базовым канонам инфекционной иммунологии. Это абсолютно самостоятельная наука, которая требует принципиально нового научно-методологического подхода и нового инструментария. Здесь нет абсолютной специфичности, присущей адаптивным иммунным реакциям. Здесь включаются свои механизмы врожденного иммунитета. «Безумная» активация иммунной системы, приводящая к потере ориентации «свое-чужое», малоперспективна в онкологии. Нужно искать другие подходы, новые альтернативные решения. То, что в инфекционной иммунологии решается за счет генетических программ, заложенных в геном клетки эукариот, для рака не предусмотрено природой. В организме человека и млекопитающих не заложено жесткого системного программного обеспечения организации противоопухолевой иммунной защиты. Подобную многоуровневую защиту можно попытаться создать искусственно, опираясь на фундаментальные закономерности функционирования иммунной системы. И подобная попытка предпринята в этой монографии, где мы уделяем большее внимание гуморальному иммунитету и, особенно врожденному его компоненту. В действительности, врожденные пентамерные IgM антитела к опухоль-ассоциированным гликанам способны индуцировать гибель раковых клеток особым механизмом апоптоза – липоптозом. Этот инструмент надо научиться правильно использовать, не только в иммунотерапии рака, но и для профилактики его развития.

Выход на рынок огромного количества онкологических иммунных препаратов на основе современных моноклональных антител доказал, что применение иммунотерапии в лечении рака научно обоснованно и оправдано. Но сегодня, на рынке современных противоопухолевых таргетных и онкоиммунных препаратов, цена таргетных противоопухолевых онкоииммунных препаратов начинается от нескольких десятков тысяч долларов США на курс лечения и заканчивается в суммах эквивалентных почти миллиону долларов США. Большинство этих препаратов разрешено Минздравом России к клиническому применению в России, но пока широкого применения эти препараты не нашли из-за их высокой стоимости и ограниченной эффективности. Поэтому поиск альтернативы с использованием клеточных подходов приветствуются в онкологии. Есть обоснованная надежда, что основной научный прорыв в современной онкологии будет совершен именно в области клеточной онкоиммунологии.

Я хочу пожелать авторам этой книги продолжить столь интересные научные изыскания в области онкоиммунологии и иммунотерапии рака, а также создании новых отечественных противоопухолевых клеточных препаратов и биомедицинских клеточных продуктов. Я убежден в эффективности и безопасности специфических иммунологических подходов к терапии рака и желаю читателям отказаться от догм и канонизированных представлений об иммунотерапии рака. Поиск новаторских путей диагностики и терапии рака, несомненно, пролегает через онкоиммунологию (иммунодиагностику, процессы иммунологического стадирования и иммунологической оценки эффективности болезни и т.д.) и иммунотерапия должна стать совершенным инструментарием онколога в лечении этого тяжелого недуга.

Главный онколог Министерства здравоохранения Российской Федерации Директор ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский научный центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Введение

В настоящее время об иммунотерапии рака и других злокачественных новообразований написано достаточно много научных статей, авторских и коллективных монографий и научно-популярной литературы ведущими специалистами в области онкологии и иммунологии, как в нашей стране, так и за рубежом. Поэтому автор очередной научной монографии на эту тему, особенно идущей в разрез традиционным представлениям об иммунотерапии рака, во многом рискует, так как он должен понимать, что подвергнется массивной критике, как со стороны консервативных онкологов, так и со стороны классических иммунологов. И эта критика будет очень жесткой и малоприятной. Это связано с тем, что информация об иммунотерапии рака нарастает лавинообразно, и при этом, она не очень системная и недостаточно структурированная.

На запрос «cancer immunotherapy» Google выдает 8 080 000 результатов. Соответственно, профессионалов в этой области достаточно много и они обладают большим объемом знаний и технологий. Предполагаем, что каждый из этих специалистов из числа онкологов, онкоиммунологов и «чистых» иммунологов, убежден, что иммунотерапии рака и других злокачественных новообразований (ЗНО) – самая «изученная территория» в современной онкологии и иммунологии, и любая высказанная новая гипотеза или концепция, не совпадающая с общепризнанными подходами и стратегиями, будет обозначена как научный нигилизм или научная ересь.

Особенно наглядно это демонстрируется, когда решает высказаться не классический онколог, а организатор медицины и по совместительству профессор в области биомедицинских приборов и технологий. Но я подумал: «А почему бы и нет?» Ведь я – не новичок в области онкологической науки, автор ряда рецензированных монографий по онкологии и онкопротеомике, большого количества глав в зарубежных руководствах по онкологии, автор более 130 статей в российских онкологических журналах и в зарубежных высокорейтинговых научных онкологических журналах. Если я и раньше не боялся насмешек и нападок по этому поводу, то сейчас, тем более не стоит думать о том, «кто и что скажет и, тем более, подумает». Поэтому было принято решение, что пришло время и надо высказать свою альтернативную точку зрения на иммунотерапию рака, тем более, что она не очень-то совпадает с взглядами основных корифеев современной онкологии и онкоиммунологии. От чего она становится еще более интересной и неожиданной.

Иногда пристальный взгляд опытного клинициста и организатора здравоохранения и ученого, не отягощенного специальными онкологическими знаниями в профессии, являются как бы взглядом со стороны. Возможно, этот взгляд, может увидеть и подметить больше, чем споры и дискуссии блестящих ученых и профессионалов онкологов и онкоиммунологов, «погруженных в свою проблему с головой» и «растворившихся» в ней полностью. В большинстве случаев, «замыленный» взгляд профессионала, не видит очевидного и банального. То есть того, что, как правило, лежит на самой поверхности. Помните русскую пословицу – «в чужом глазу соринку видит, а в своем – бревна не замечает»? И это не от того, что кто-то умнее или глупее: дело лишь в том, что очевидное и естественное не всегда является предметом пристального анализа для ученого, занимающегося фундаментальной или прикладной наукой, и это очевидное, настолько «на виду», что на него не обращают серьезного внимания большие ученые и профессионалы. Любой ученый-онколог и (или) онкоиммунолог «копает» так глубоко и фундаментально, что фокус его интересов находится, как правило, на молекулярно-биологическом уровне онкогенеза, на путях внутриклеточной сигнальной трансдукции опухолевой клетки. Он, преимущественно, направлен на изучение целей и мишеней терапии при исследовании экспрессии генов опухолевой клетки и поиске генетических поломок при раке и ЗНО и т. д. Считается, что все в онкологии, так и онкоиммунологии, уже детально очерчено и хорошо изучено. Все уже было ранее описано, нашими великими предшественниками-онкологами и иммунологами, а ответ на все нерешенные вопросы современной онкологии будет найден именно на уровне молекулярно-биологических характеристик болезни или даже ниже, на уровне атомов и элементарных частиц, что сегодня обеспечивается современными возможностями нанотехнологий, клеточных, геномных и постгеномных технологий.

И это абсолютно верно и научно обоснованно. Все основные фундаментальные знания, в онкологии и иммунологии, были накоплены еще в конце прошлого и позапрошлого века, однако, современные онкоиммунологические подходы очень серьезно отличаются от существовавших подходов еще 30-40-летней давности. Поэтому, мы попытались доказать в своей книге, что современная иммунотерапия рака и злокачественных опухолей, в том виде, в каком она сегодня существует, теоретически сильно устарела и научно-методологически нуждается в ревизии с учетом системных позиций и новых научных фактов современной биологии рака, так как основной точкой своего приложения она видит исключительно собственную иммунную систему пациента.

Мы полагаем, что стимуляция и активация клеток собственной иммунной системы ракового больного, как фактор терапии и выздоровления от рака – одно из величайших научных заблуждений мировой онкологии и современной онкоиммунологии. Онкологи и онкоиммунологи смотрят на проблему иммунотерапии рака так же, как они смотрят на иммунотерапию инфекционных и вирусных заболеваний, где иммунология доказала свою эффективность и научную состоятельность. Принцип аналогий не является научным способом доказательства в науке вообще, и в медицине в частности, но аналогии способны наглядно и убедительно показать системную ошибку во взглядах и заблуждениях специалистов. В нашем случае, мы говорим об общей системной и методологической ошибке онкологов и онкоиммунологов в решении проблемы иммунотерапии рака и других ЗНО. Одна из таких аналогий, позволяющая объяснить неэффективность современной иммунотерапии рака и других злокачественных опухолей в клинике, заключается в сравнении современных стратегий иммунотерапии рака с запусками баллистических ракет типа «земля-воздух» для уничтожения вражеских летательных объектов. Ракеты данного класса были созданы для уничтожения определенных летательных аппаратов вероятного противника. Мы обнаруживаем цель, совершаем ракетные стрельбы и залпами выпускаем огромное количество ракет, но к нашему удивлению видим, что наши ракеты не попадают в цель. Мы утверждаем, что выявленные нами цели, успешно «уклоняются» от наших ракет и даже понимаем, как им это удается сделать. Однако мы не пытаемся решить проблему попадания в цель путем применения ракет нового поколения с усовершенствованными системами целенаведения и навигации, не пытаемся создать более высокоточное оружие, а решаем проблему путем наращивания количества ракет старого образца и увеличением мощности их заряда. То есть, мы исходно не учитываем, что у этих ракет остается неэффективная система навигации и целенаведения и они технически и практически не способны выполнить поставленную перед ними задачу. Аналогичная ситуация с иммунотерапией рака. Если опухолевые клетки способны уклониться от собственных киллерных клеток иммунной системы онкологического больного, используя системные и (или) частные молекулярно-биологические механизмы выживания в организме ракового больного, то увеличение количества этих клеток и активация их функций будут малоэффективны и научно не обоснованы.

Читая статьи ведущих онкологов и онкоиммунологов об иммунотерапии рака, мы ловим себя на мысли о том, что современная иммунотерапия подходит к лечению рака абсолютно стандартно, как и к любой другой иммунологической болезни, а противоопухолевые препараты создаются так же, как для лечения от инфекционных агентов и вирусных заболеваний. Очевидно, что в иммунотерапии рака нельзя создать уникальную «волшебную пулю» в виде инновационного онкоиммунного препарата или эксклюзивную противоопухолевую вакцину, способную излечить от рака всех онкобольных. Это еще одна методологическая ошибка современных онкологов и иммунологов. Примером этому служит системность и многовекторность иммунного ответа организма, сформированного и запрограммированного в организме человека при инфекционных заболеваниях. При раке и ЗНО такого запрограммированного ответа в геноме человека не существует. Именно поэтому, у тех млекопитающих, у которых такие генетические программы существуют, канцерогенезу противостоит системное противоопухолевое реагирование клеток микроокружения или генерализованный иммунный противоопухолевый ответ, проявляющийся системной экспрессией противоопухолевых молекул генома клеток этих животных. Ученые выяснили, что у слонов в геноме клеток имеются по 20 копий подавляющего опухоли гена TP53, который не позволяет осуществляться процессу повреждение ДНК, вызывающего рак. Дополнительные копии увеличивают чувствительность к процессу повреждения ДНК, который заставляет клетки быстро совершать суицид при повреждении или опухолевой трансформации. https://www.nature.com/news/how-elephants-avoid-cancer-1.18534), а вот у шимпанзе этот механизм пока не понятен, так как имеется более 1500 отличий ДНК их генома от человеческого. Например, у таких грызунов как голые землекопы формирование определенного пласта ОК приводит к тому, что соседние с ОК здоровые клетки микроокружения начинают секретировать бета-интерферон, который элиминирует все ОК. Именно отсутствие системообразующей генетической программы противоопухолевой защиты от онкоантигенов в клетках и есть основная причина рака и ключ к самозащите от рака у живых существ. Michael Zimmerman и его коллега Rosalie David обследовали сотни мумий в безуспешных попытках найти следы злокачественных опухолей у древних людей (David AR, Zimmerman MR., 2010). В течение 10-ти лет, они методично изучали сотни мумий древнего Египта и Южной Америки возрастом около 3 тысяч лет и не нашли у них явных признаков опухолей. Лишь у одной египетской мумии, вроде бы, обнаружился рак толстой кишки, хотя это могла быть доброкачественная опухоль. В литературных источниках, включая древнейшие письменные свидетельства, нет намеков на заболевание, которое спустя тысячелетия, стало чуть ли не самой массовой причиной смертности населения на Земле. Мы вернемся еще к обсуждению этих фактов, по ходу изложения материала, но очевидно, что рак и ЗНО являются болезнями современной цивилизации, связанными с изменением экологии и отрицательным воздействием человека на окружающую среду.

Современные онкологи ставят именно эти причины во главу угла этой проблемы роста злокачественных опухолей. Однако создается впечатление о том, что современные иммунологи и онкологи думают «штампами» и «клише», существующими в иммунологии со времен Луи Пастера. А это, в отношении рака, ошибочно и не верно. Рак требует особого подхода и нового понимания и переосмысления методологии проводимой иммунотерапии. Мы предполагаем, что именно это и есть основная системная ошибка, не обеспечивающая эффективность иммунотерапии рака. Мы попытаемся в этой книге объяснить, почему до настоящего времени иммунотерапия рака, абсолютно обоснованно, считается большинством маститых онкологов экспериментальным лечением и не относится к конвенциональным методам лечения онкологических заболеваний, хотя существует более 70 лет, а также, почему иммунологи не могут на уровне доказательной медицины обосновать необходимость и обязательность иммунотерапии в комплексном лечении рака.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что иммунная система онкологического больного «не видит» и «не слышит» клеток опухоли и не важны причины этой молекулярно-биологической «глухоты» и «слепоты» клеток надзорного аппарата иммунитета. В каждом случае они могут быть разными. Стимуляция и активация отсутствующей функции иммунокомпетентных клеток и основных существующих звеньев иммунитета у онкологического больного не способны преодолеть порог «невосприимчивости» иммунной системой опухолевой клетки (ОК), как патологической, так и трансформированной клетке. Нужны принципиально новые не линейные, не традиционные, а правильнее – ассиметричные подходы к разработке и созданию технологий иммунотерапии рака. Профессор Jean-Fracois Rossi из Университета Монпелье (Франция) говорит о необходимости создания «прецизионной (высокоточной, точно-ориентированной) иммунотерапии рака» и иммунологическом «окне возможностей» в его лечении (J.-F. Rossi, 2017). Методология этого французского ученого нам очень понятна, она является продвинутым и современным методологическим подходом к лечению рака. Но о какой высокой точности иммунотерапии можно говорить, когда «сбит прицел» у используемого оружия, и опухолевые клетки способны ускользать от киллерных иммунных клеток. J.-F.Rossi видит решение в создание генетически модифицированных клеток и это, отчасти, правильно, с методологических и теоретических позиций, но далеко не совершенно с позиций клиники и биоэтики. Эти технологии еще долго будут вызывать сомнения в их целесообразности, даже при доказанной эффективности. Последствия применения генетических подходов еще непредсказуемы для будущих поколений и могут быть как чудесными, так и ужасающими.

Нужна новая парадигма лечения рака с использованием новой философии иммунотерапии и переосмысления известных научных фактов биологии рака. Подобной парадигмой иммунотерапии рака может стать ремоделирование собственной новой противоопухолевой функции у онкологического больного искусственным путем. Ведь обратите внимание, при раке и ЗНО страдает только противоопухолевый компонент иммунитета, а противогрибковая, противовирусная, противобактериальная и другие функции и составляющие иммунитета практически не страдают. Решением проблемы может стать искусственне создание временной копии эффективной противоопухолевой защиты с использованием лекарственных препаратов, неманипулированных аллогенных и (или) транскриптом-модифицированных (генно-модифицированных) аутологичных клеточных систем человека. То есть, мы предположили, что не нужно заменять все функции иммунной системы у онкологического больного (как например, путем трансплантации совместимых гемопоэтических клеток костного мозга), а необходимо создать временные рабочие иммунологические копии иммунных клеток, способных выполнять противоопухолевые функции, в виде локальных кластеров онкоиммунитета, способных каскадно (на разных уровнях) осуществлять эффективный надзор и контроль над ОК и ограничивать их количество в организме пациента. В вычислительной технике создание резервных копий называется эмулированием функции, поэтому мы говорим, что эта стратегия ремоделирования противоопухолевой функции у онкологических пациентов может называться стратегией эмулирования противоопухолевой функции.

Сегодня общепризнанно у онкологов, что рак это заболевание ядра тканеспецифической стволовой клетки (СК) (Заридзе Д. Г.,2004). Канцерогенез формирует из здоровой тканеспецифичной СК мутантную и патологическую ОСК. Это было убедительно продемонстрировано в работах ведущих американских ученых еще в 2001 году (Reya T, Morrison S.J.,Clark M.F., Weissman I. L.,2001) в статье «Stem cells, cancer and cancer stem cells», опубликованной в журнале Nature в №414. Рак – это уникальный способ выживания и существования в организме пациента ОСК и её потомков, всесторонне обеспеченный клетками всего организма (Давыдов М. И.,2010). Раковые клетки – паразиты, которые выживут даже в самых неблагоприятных условиях микроокружения и внешней среды, и при благоприятных условиях они всегда дадут потомство и, соответственно, манифестируют рецидивом остаточной болезни (А.С.Брюховецкий, 2014).

В этой монографии мы хотели бы поделиться с учеными и практическими врачами своими теоретическими гипотезами и многолетним опытом наблюдения специализированного противоопухолевого лечения и иммунотерапии крайне тяжелого контингента онкологических больных, которым в конвенциональном лечении было отказано. По крайней мере, нам есть, что сказать, и мы уверены, что читатель сам сможет решить, правы мы или нет. И судить нас будут наши читатели (коллеги, пациенты, ученые, студенты и т.д.) по сложившемуся у них впечатлению от прочитанного материала в этой книге, и время, которое «всегда и всё расставляет на свои места».

Наши научные представления об иммунотерапии рака и других опухолей менялись постепенно под воздействием объективных обстоятельств, с появлением новых научных фактов о биологии рака и увеличением длительности работы в стенах специализированных онкологических медицинских учреждений, где мы трудимся до настоящего времени. Вот уже более 17 лет автор этой книги возглавляет частную онкологическую клинику, территориально расположенную на базе Национального медицинского исследовательского центра онкологии им. Н. Н. Блохина Министерства Здравоохранения России (ФГБУ НМИЦО им. Н. Н. Блохина Минздрава России). Так, в споре и дискуссиях с онкологами ФГБУ НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина и онкологами собственной клиники, рождались наши общие воззрения на эти различные онкологические болезни и формировались научные взгляды. На самом деле, когда твое основное рабочее место расположено на территории самого крупного в стране национального ракового центра, то ты поневоле контактируешь с ведущими специалистами-онкологами страны и прислушиваешься к их мнению и разным точкам зрения на частные и узловые проблемы онкологии. При организации частной онкологической клиники планировалось заниматься только нейроонкологическими пациентами, поскольку основной вектор исследований и практической работы стационара был неврологический и нейрохирургический, но поневоле, из-за территориального положения мы столкнулись «лицом к лицу» со всей современной онкологией, законодателями правил отечественной онкологии страны и крайне тяжелыми раковыми больными. Надо признать, что наш Национальный центр онкологии это одна из самых сильных медицинских научных школ в России. Опыт 17-ти летнего взаимодействия с основными подразделениями онкологической службы и ведущей профессурой этого учреждения и конечно, Главным онкологом Минздрава России академиком РАН профессором М. И. Давыдовым и его заместителями (академиком РАН Личиницером М. Р., академиком РАН Алиевым М. Д.), заместителями директоров институтов академиком РАН Поляковым В. Г. и профессором Менткевичем Г. Л. научил нас очень многому. Моя военная «научная спесь» профессора, доктора медицинских наук, главного специалиста Военно-морского флота России и полковника медицинской службы очень быстро слетела при постоянной работе и контакте с этим элитарным контингентом ученых и врачей. Работа со специалистами ФГБУ НМИЦО им. Н. Н. Блохина Минздрава России научила быть крайне осторожным в диагностике рака и выборе тактики лечения. Стала быстро понятна существующая в онкологии пословица о том, что «рак – это обезьяна всех болезней» и то, что существует тысячи масок, под которыми он манифестирует в клинике. Но то, как работают многие специалисты этого научного заведения, заставляло испытывать определенный пиетет к этим высоким профессионалам. Это действительно элита отечественной медицины, и нельзя не признавать этого.

Вся мировая и отечественная онкология представляет собой очень стройную систему стандартов и клинических протоколов, опирающуюся на международные рандомизированные исследования, жесткие критерии выживаемости и установки об оценке эффективности. С одной стороны, быть может, именно жесточайший консерватизм самой онкологической науки, её канонизированность, догматичность и конкретное рамочное мышление ведущих ученых-онкологов и клиницистов мешает им думать свободно и нетривиально. С другой стороны, именно эти особенности клинического мышления врачей-онкологов позволяют добиваться системного и программного выполнения существующих протоколов и нередко получать требуемый результат. А хорошая научная школа, учебная и диагностическая база российских онкологов позволяют рассматривать отечественную онкологию как одну из самых конкурентоспособных научных медицинских дисциплин на рынке мировых медицинских услуг. При этом существующий миф о том, что в России медицинское оборудование в онкологических центрах и онкологических больницах уступает зарубежным раковым центрам, абсолютно не имеет под собой никакой основы и является скорее информационным «вбросом» недоброжелателей. Так было, может, лет 10—15 назад. Сегодня по оснащению современным специализированным медицинским оборудованием ФГБУ НМИЦО им. Н. Н. Блохина Минздрава России не уступает лучшим мировым раковым клиникам и научным онкологическим центрам, а по ряду параметров даже опережает многие из них.

Однако у каждого человека первые впечатления от работы с контингентом раковым больных всегда специфичны, и для нас они были крайне удручающими и депрессивными. Быть может, это было связано с тем, что основной контингент пациентов, которые госпитализировались в частную онкологическую клинику, представлял собой преимущественно крайне тяжелых хосписных раковых больных, которым уже были выполнены почти все стандартные конвенциональные противоопухолевые методы лечения и дни их жизни были сочтены. Мы полагали, что, возможно, все перспективные и «сохранные» онкологические больные находились «под курацией» у специалистов-онкологов ФГБУ НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина, и до нас просто не доходили. Этот вывод был сделан, исходя из факта мировой статистики лечения онкологических больных, согласно которому более 20% больных полностью излечиваются от онкологического заболевания. По статистике, пятилетняя выживаемость онкологических больных составляет во Франции 57,9%, в США – 62% среди мужчин и 63,5% среди женщин. В России она не достигает и 43%. Это самый низкий показатель в Европе, что, в частности, связывают с запоздалой диагностикой и лечением устаревшими препаратами. Однако в настоящее время это не так. Сегодня все самые передовые технологии в онкологии есть в ФГБУ НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина Минздрава России, и, возможно, это статистика регионов, а не головных национальных специализированных исследовательских центров страны.

Таким образом, основным контингентом онкологических пациентов, на основе которых была написана эта книга, были пациенты частного онкологического стационара, и это были крайне тяжелые онкологические больные, входящие в те самые оставшиеся 57% онкобольных, у которых лечение было малоэффективно. В нашей онкологической клинике средняя продолжительность общения с онкологическим пациентом составила 1—2 года. Это очень тяжело. Несомненно, при возможности мы широко применяли хирургические циторедуктивные операции, наши больные получали очередные линии химиотерапии и многомесячные сеансы лучевой терапии, но большого прогресса именно у этих пациентов не было. И это не национальная проблема, а проблема всемирная. Мы принимали в нашей клинике онкологических больных, прошедших самое современное конвенциональное противоопухолевое лечение за рубежом (в Германии, в Швейцарии, в США, Израиле и т.д.), но, как и в случае лечения в отечестве, существенного прогресса они не отметили. Бесперспективность собственного труда очень угнетала и приводила в уныние. Параллельно мы занимались лечением также малоперспективных (с точки зрения конвенциональной неврологии и нейрохирургии) спинальных больных (тетраплегиков и параплегиков) со всего мира, и полученные успехи в результате терапевтического применения биомедицинских технологий на основе стволовых клеток (СК) у этих больных были просто фантастическими, что резко контрастировало с общей беспросветностью, тотальной тоской и полной не эффективностью лечения прогрессии/рецидивов тяжелых онкологических пациентов.

При этом, следует признать и еще раз подчеркнуть, что современная онкология это самая «продвинутая» и очень стандартизированная и наукоемкая медицинская дисциплина, в которой все определено международными протоколами (лечение лимфомы и лейкозы – Чикагский протокол, лечение лимфогрануломатоза – Бостонский протокол и т.д.). И, действительно, сегодня успехи в лечении гематоонкологических заболеваний впечатляющие, а вот прогресса в лечении солидных опухолей и нейроонкологических заболеваний нет. За последние 100 лет медиана выживаемости раковых больных с метастазами в головной и спинной мозг не изменилась даже на месяц и составляет 6—8 месяцев; медиана выживаемости больных с мультиформной глиобластомой варьируется от 8 до 12 месяцев в течение века. Неизлечимость большинства раковых больных, по определению, предполагает, что диагноз рака «это окончательный приговор без права на помилование» и «ничего сделать больше нельзя». Остается только паллиативная терапия и хоспис. Наверное это действительно реальный выход и способ социальной и морально-этической защиты общества, родственников и врачей-онкологов от профессиональной несостоятельности, а также беспомощности перед раком и другими злокачественными опухолями. Но иммунологи убеждены, что это не так, что именно иммунотерапия может предложить решение проблемы борьбы с рецидивами/прогрессированием рака. И с этим трудно не согласится. Но к иммунотерапии рака каждый из моих врачей клиники пришел своим путем, и мы попытаемся ниже обосновать, почему мы стали заниматься именно этой терапией.

Много лет я пытался анализировать клиническую ситуацию в онкологии, понять причины недостаточной эффективности терапии рака, и в настоящей книге впервые осмелился изложить свою альтернативную точку зрения. Ранее в научной монографии «Клеточные технологии в нейроонкологии. Циторегуляторная терапия глиальных опухолей головного мозга», вышедшей свет в 2013 году я уже представлял свои взгляды на развитие рака и других ЗНО. Это была большая экспериментальная научно-исследовательская работа на клеточных культурах и экспериментальных животных, которая позволила увидеть массу нюансов современной онкологии и биологии рака и выработать свое собственное понимание проблемы рака. Сегодня нами сформулировано новое понимание проблемы формирования и динамики развития рака и злокачественных новообразований (ЗНО), которое позволило посмотреть на проблему биологии рака не как на проблему неизлечимого фатального заболевания, а как на проблему нерегулируемого и неуправляемого количества ОК, являющихся потомками ОСК. Была предложена циторегуляторная парадигма перевода смертельного онкологического заболевания в хроническое и не смертельное, путем установления контроля над количеством ОК и регуляции эффекторных функций ОСК (пролиферации, миграции, деления и репродукции). Одним из естественных инструментов контроля количества ОК, в организме онкологического больного человека стали тканеспецифичные стволовые клетки (СК) и клетки-предшественники (КП).

Сама глобальная идея современных онкологов о полном излечении раковых больных сегодня нам представляется методологически ошибочной и не верной. Это связано с тем, что в норме у каждого человека существует около 500 000 (5х10⁵) ОК, которые образуются в организме здорового человека в результате физиологической регенерации и мутагенной нагрузки, связанной с ограниченными сроками жизни большинства клеток. Например, клеточный цикл гемопоэтической стволовой клетки (ГСК) 360 дней, лейкоциты живут 100- 120 дней, эритроциты 90—100 дней и т. д. Поэтому постоянное клеточное обновление может сопровождаться мутагенезом и сбоями в репродукции. Контроль и надзор клеток иммунной системы человека, во главе иерархии которых находится ГСК, контролируется иммуннокомпетентными клетками (ИКК) врожденного иммунитета так, чтобы количество ОК было не больше 10⁵. Традиционные научные представления об этом процессе выглядят следующим образом. Когда происходит системный сбой во врожденной иммунной защите, то количество ОК в организме человека повышается до 10⁹, и это клинически проявляется предраковыми заболеваниями. На этом этапе в борьбу с раковыми клетками вступает адаптивный иммунитет, поскольку достигается необходимый пороговый уровень антигенного воздействия. В случае неэффективности адаптивного иммунитета количества ОК в организме становится больше чем 10⁹ и диагностируется рак. Хирургия при онкологических заболеваниях способна сократить количество клеток до уровня 10⁹ ОК. Химиотерапия и лучевая терапия уничтожают ОК путем цитостатического и цитотоксического воздействия в диапазоне 10⁷—10⁹ ОК. С уровня 10⁷ ОК и ниже работает только врожденный иммунитет и ГСК. Мы к этому аспекту вернемся ниже, при обсуждении системных механизмов уклонения ОК и ОСК от киллеров иммунной системы. Здесь же, во вступлении, хотим отметить только тот факт, что современная конвенциональная противоопухолевая терапия рака завершается после хирургии, лучевой терапии и химиотерапии. То есть, на уровне, когда количество ОК не превышает 10⁷, самая продвинутая противоопухолевая терапия заканчивается. Дальше нет стандартов лечения! Но своя иммунная система, скомпрометированная как заболеванием, так и его лечением, уже не способна контролировать ОК, и именно поэтому их количество стремительно увеличивается, манифестируя прогрессией/рецидивом опухоли. Поэтому ни теоретически, ни практически невозможно решить проблему противоопухолевого лечения и профилактики рака без восстановления реального иммунного контроля над ОК в организме.

Последние успехи современной иммунотерапии рака подвигли основных корифеев отечественной онкологии признать целесообразность и обоснованность иммунотерапевтических методов в лечении рака. В марте 2017 году главный онколог Минздрава страны директор ФГБУ РОНЦ им Н.Н.Блохина Минздрава России академик РАН профессор д. м. н. М.И. Давыдов выступил с программной статьей в национальных СМИ, в которой указал на доминирующую роль иммунотерапии в мировой онкологии. С аналогичной серией публикаций выступил заместитель директора по науке ФГБУ РОНЦ им. Н.Н.Блохина Минздрава России академик РАН профессор д. м. н. Личиницер М. Р. Он также в ряде научных статей и публикаций в СМИ и Интернете, в 2016 году призвал к более широкому внедрению иммунотерапии в современную онкологию. Что произошло? Почему эти очень консервативные топ-менеджеры отечественной государственной онкологии вдруг решили признать заслуги иммунотерапии в лечении раковых больных, которую они категорически отвергали все последние годы. Ответ достаточно прост и очевиден. С одной стороны, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) признала в своем докладе в 2015 году, что применение молекулярнонацеленных (таргетных) фармацевтических иммуноонкологических препаратов у онкологических больных в развитых странах позволило продлить их жизнь на 15—20 лет. И от этого неоспоримого научного факта деться никуда нельзя. С другой стороны, за последние годы эти препараты стали доступными для практического здравоохранения. Большинство этих препаратов уже официально разрешены к клиническому применению в Российской Федерации, однако их стоимость исключительно высока.

Таким образом, вопрос о целесообразности онкоиммунотерапии в сегодняшней онкологии уже не обсуждается. Иммунотерапия важна, нужна и очевидна. Но её место в терапии рака должно быть жестко определено и регламентировано. Заслугой ряда крупных фармацевтических компаний «Большой Фармы» является организации многоцентровых клинических испытаний онкоиммунных препаратов, создания обучающих программ для врачей по онкоиммунологии и получение одобрения у регуляторных органов США, Европейского Союза и Российской Федерации. Несмотря на то, что тема иммунотерапии рака, с нашей точки зрения, во многом дискуссионная и неоднозначная, нами было решено не отходить от стандартного представления имеющегося материала, и в изложении основных разделов монографии, было решено придерживаться академического принципа написания научной книги.

В первой главе книги мы решили представить нашему читателю современные взгляды ученых на проблему рака и других злокачественных новообразований (ЗНО), современные представления о канцерогенезе, а также провести критический анализ состояния проблемы эффективности терапии рака. Мы не стали повторять в этой книге теории происхождения рака и обсуждать теории опухолевых стволовых клеток. Эти исследования подробно и основательно описаны в наших предыдущих монографиях 2013—2014 года, и пытливый читатель всегда с ними может ознакомиться. В этой книге предпринята попытка обобщить самые последние взгляды исследователей на роль «дормантных» или спящих опухолевых клеток в возникновении рака, а также новые терапии рака и других ЗНО. Также в этой книге не ставилась цель составить информационную конкуренцию существующим онкологическим руководствам по описанию механизмов канцерогенеза и лечения рака, в ней предпринята попытка дать наиболее системообразующие понятия этой проблемы и отразить основные вехи формирования современного онкологического мировоззрения и современных научных представлений о раке. Насколько это у нас получилось, оценит сам читатель.

Во в 2-ой главе монографии представлено современное понимание противоопухолевого устройства и принципов работы иммунной системы человека, а также изложены основные известные молекулярно-биологические механизмы противоопухолевой защиты, имеющейся у человека. В основном, это глава для студентов медицинских вузов и для пациентов. Она позволит ввести неосведомленного читателя в мир современной иммунологии. Когда-то Альберт Энштейн, произнес свою крылатую фразу: «Как много мы знаем, и как мало мы понимаем». И, действительно, объем наших знаний об иммунитете человека огромен, но полного понимания механизмов его работы у нас нет. Особенно это касается противоопухолевого иммунитета человека, в частности, как особой и специфической защитной функции человека. Поэтому было решено напомнить об основных эшелонах противоопухолевой защиты в системе врожденного и приобретенного иммунитета человека. В этой главе, также, не ставилась задача максимально подробного изложения всех фундаментальных аспектов этой проблемы, так как они очень неплохо изложены в современных руководствах для врачей по иммунологии и целом ряде онкологических руководств для врачей. Здесь хотелось лишь только напомнить читателю основные закономерности, присущие врожденному и приобретенному иммунитету, опираясь на которые, мы обосновываем свои взгляды на будущее онкоиммунологии.

В 3-й главе было решено более детально обсудить системные закономерности и частные молекулярно-биологические механизмы уклонения ОК и ОСК от иммунного надзора. Здесь, мы посчитали целесообразным высказать свои соображения относительно системных механизмов «ускользания» ОК от иммунологического надзора. Это не обычный взгляд врача на онкологическую проблему, а попытка взглянуть на онкологическую проблему неэффективности терапии опухолей через призму математической теории систем и теории управления. Мы не стали использовать формулы для большей убедительности, так как убеждены, что большая часть врачей на них даже не обратит внимание. Мы попытались, через системные отношения теории управления, показать проблему и системные пути её решения. Интересным представляется разбор частных фундаментальных механизмов уклонения ОК от уничтожения натуральными киллерами (NК-клетками), Т-лимфоцитами. Понимание этих механизмов позволяет по-новому взглянуть на проблему неэффективности иммунотерапии и предложить альтернативные иммунотерапевтические подходы.

В 4-й главе монографии представлен небольшой исторический экскурс в разработку разных способов иммунотерапии рака и ЗНО. Несомненно, что данная глава не претендует на исчерпывающее представление информации по всем историческим вехам иммунотерапии опухолей, но она дает представление о том, как зарождалась и развивалась иммунотерапия злокачественных опухолей. Из неё также становится очевидным, что всё иммунные препараты, которые использовались для иммунотерапии рака (иммуностимуляторы, противоопухолевые вакцины, иммуномомодуляторы и т.д.), были изначально разработаны для активации и стимуляции собственного иммунитета, как способ активации собственных иммунных ресурсов организма. Интересно, что вся известная история мировой иммунологии идет от философии мобилизации собственных ресурсов иммунной системы пациента для борьбы с болезнью. Поэтому, как нам кажется, предлагаемая нами в книге прецизионная ИТ рака принципиально отличается от современных стандартов иммунотерапии опухолей и является ассиметричным и нестандартным иммунотерапевтическим подходом, который основывается на формировании временного и параллельно существующего искусственного аллогенного или транскриптом- (геном- или протеом-) модифицированного противоопухолевого клеточно-гуморального кластера иммунитета, дополняющего иммунную систему пациента. Основной целью предлагаемой прецизионной иммунотерапии рака и других ЗНО представляется не стимуляция собственного иммунитета для борьбы с опухолевым заболеванием, как это было общепризнанно, а создание искусственным путем новой противоопухолевой функции врожденного и приобретенного иммунитета у онкологического больного при сохранности и коррекции его собственного иммунитета. Решение поставленной нами проблемы реализуется путем целого каскада молекулярно-биологических манипуляций с аллогенными и аутологичными иммуннокомпетентными клетками человека: 1) молекулярно-генетического подбора пары донора и реципиента для повышения противоопухолевой активности донорских аллогенных NK-клеток; 2) системное обогащение организма NKТ-клетками, NK-клетками и ɣδ Т-клетками; 3) стимуляция адаптивных противоопухолевых иммунных реакций донорских лимфоцитов; 4) применение протеом-основанных модифицированных персонифицированных молекулярнонацеленных (таргетных) клеточных препаратов и т. д. И эта новая история иммунотерапии рака пишется уже сегодня, просто мы этого пока не видим. Но за рубежом более 5 лет около 15 исследовательских групп работают с применением клеточных систем врожденного иммунитета: аллогенные НК-клетки применяются при лечении солидных опухолей и гемабластозов, активно рассматриваются вопросы применения аллогенных костно-мозговых прогениторных и иммунокомпетентных клеток, а также естественных антител в лечении разных опухолевых заболеваний.

В 5-й главе дается анализ основных известных современных видов иммунотерапии рака, которые существуют в клинике. Мы не ставили задачу критиковать эти методы или отрицать эти подходы. Мы просто представляем их и делаем ревизию основного противоопухолевого арсенала зарубежных и отечественных препаратов. Обсуждается современная стратегия специфической и не специфической иммунотерапии, активная и пассивная иммунотерапия. Сочетания в клинике активной и пассивной иммунотерапии представлены в форме комбинированной иммунотерапии.

Особняком стоит адоптивная иммунотерапия, и мы хотим более подробно обсудить этот методологический подход. При всем многообразии существующих стратегий и подходов к иммунотерапии опухолей, достаточно очевидно, что ни один из существующих подходов не является оптимальным и достаточным.

Роль и место иммунотерапии в комплексном противоопухолевом лечении представлены в 6-й главе. В ней анализируются общие закономерности различных стадий рака в зависимости от количества опухолевых клеток (ОК) в организме пациента, а также возможности по элиминации ОК при циторедуктивном хирургическом лечении, химиотерапии (ХТ) и лучевой терапии (ЛТ). Обосновывается учет количественных параметров ОК при проведении иммунотерапии. Проведенный анализ 17-ти летней деятельности врачей-онкологов частной клиники с 2002 по 2019 год в лечении более 10 тысяч онкобольных показал, что к нам попадали преимущественно крайне тяжелые онкологические пациенты с массивной генерализацией опухолевого процесса, множественными метастазами (в кости, внутренние органы, головной и спинной мозг и т.д.) и тяжелой раковой интоксикацией, которым было отказано в дальнейшем специфическом противоопухолевом лечении, и у которых ресурс лечебных конвенциональных мероприятий (хирургии, химиотерапии, лучевой терапии), как правило, был ограничен или вообще исчерпан из-за тяжелых осложнений и побочных эффектов специализированного противоракового лечения. Агрессивная и интервенционная дезинтоксикационная терапия (гемодиафильтрация, гемодиализ, гемосорбция, плазмоферез, «искусственная печень» и т.д.), правильно подобранная нутриативная (питательная) поддержка, электролитная и метаболическая терапия и хороший медицинский уход, позволяли стабилизировать этих больных и значительно улучшить их клиническое состояние и качество жизни. Все это время мы широко использовали у этого контингента больных современные стратегии (специфической и неспецифической, активной и пассивной, адоптивной) иммунотерапии (ИТ) рака с применением противоопухолевых дендритных вакцин (ПОДВ), внутривенное и подкожное введение цитотоксических лейкоцитов (ЦТЛ), проведение цитокинотерапии, а также терапии иммуномодуляторами, и убедились в их недостаточной эффективности. Анализ иммунного и интерферонового статуса у 75,2% этих больных на фоне ИТ показал, что при прогрессировании или рецидиве неопластического процесса их иммунная система не отвечала адекватной противоопухолевой иммунной реакцией и их ОК легко уклонялись от иммунного надзора и контроля. Мы пришли к выводу, что современные методы ИТ рака и других ЗНО, преимущественно направленные на стимуляцию и активацию функций собственных иммунокомпетентных клеток, требуют ревизии и пересмотра. Они способны значительно активировать и стимулировать эффекторные функции клеток иммунной системы, ответственные за элиминацию и уничтожение ОК, но достоверного эффекта уменьшения количества ОК в организме ракового больного отмечено не было. Все выявленные изменения ИТ были зарегистрированы на уровне плацебо-эффекта (не более 15—20%) и статистической погрешности. Несмотря на то, что у нас были отмечены единичные очень позитивные результаты ИТ рака и небольшое увеличение медианы выживаемости пациентов, мы пришли к выводу о недостаточной убедительности и недоказанной эффективности изолированного применения каждого из этих иммунотерапевтических методов отдельно.

Эффективность иммунотерапии при различных типах рака и других злокачественных опухолях и целесообразность использования стратегии прецизионной ИТ рака обсуждается в 7-ой главе книги. Причиной низкой эффективности проводимой современной ИТ рака нам представляется методологическая ошибочность существующих технологий, нацеленных на активацию отдельных клеток собственной иммунной системы пациента, которая уже дала «непоправимый сбой» в своей работе. Проиллюстрируем это на еще одной аналогии. Если больной плохо слышит, в связи с органической или морфофункциональной патологией слухового аппарата, то проблема не решится быстрей, если вы будете кричать ему на ухо в мегафон. Проще установить слуховой протез и разговаривать с ним обычным голосом. Также и с иммунной системой у ракового больного – необходимо не только активировать её клетки (ЛАК-клетки, ЦИК-клетки и т.д.), но и искусственно осуществить протезирование противоопухолевой активности за счет иммунокомпетентных клеток здорового человека. Набор этих клеток достаточно известен: натуральные киллеры (NК-клетки), γδТ-лимфоциты, В1-лимфоциты, дендритные клетки (ДК), цитотоксические лимфоциты (ЦТЛ) и тканеспецифические (гемопоэтические, мезенхимальные, нейральные и др.) стволовые клетки (СК).

Начиная с 8 главы, в монографии представлена фундаментальная часть наших исследований, направленная на изучение роли стволовых клеток в иммунологии рака, молекулярно-биологических особенностей гемопоэтической стволовой (ГСК) клетки у различных онкологических пациентов и здоровых доноров. В этой главе обсуждается роль и значение ГСК и НСК в формировании первичного и вторичного иммунного ответа на опухолевые антигены на модели глиобластомы, механизмы формирования опухолевых СК (ОСК). В этом разделе книги анализируются также молекулярно-биологические характеристики ГСК у больных с различными онкологическими заболеваниями, а также обсуждаются установленные нами онкоспецифические особенности экспрессии маркеров мембранной поверхности ГСК человека в оценке толерантности иммунной системы к опухолевым антигенам и их возможную роль в ранней диагностике рака. В этой главе была впервые сформулирована гипотеза иммунной недостаточности организма у онкологического больного и вводятся новые понятия острой и хронической иммунной недостаточности, основанные на изменениях молекулярно-биологических характеристик мембранной поверхности ГСК.

В 9-ой главе монографии описаны основные фундаментальные молекулярно-биологические механизмы формирования онкокоспецифических особенностей клеточной поверхности ГСК у онкологических пациентов. Эта глава также основана на наших собственных экспериментальных и научно-теоретических исследованиях, которые ранее уже были представлены в различных рецензируемых отечественных и зарубежных научных журналах. Здесь же была предпринята попытка систематизировать и обобщить наши многочисленные данные в виде стройной системы авторского научного мировоззрения на эту проблему. Для сравнения с ГСК онкологических больных были представлены инновационные и ранее не опубликованные данные о молекулярно-биологических изменениях мембранного ландшафта ГСК у больных с боковым амиотрофическим склерозом и системной атрофией головного мозга и мозжечка.

В 10-ой главе книги мы публикуем свой авторский способ ранней диагностики рака у человека, основанный на многочисленных данных о профилировании экспрессии маркеров мембранной поверхности ГСК и ГПК у большой когорты (400 взрослых и детей) онкологических больных. Эту работу мы выполнили совместно с д. б. н. Л.Ю. Гривцовой. Выявление определенного, онкоспецифического профиля мембранных белковых маркеров ГСК и ГКП у человека, позволяет говорить о возможности ранней диагностики рака, а точнее ранней диагностике иммунной недостаточности, на фоне которой может развиться рак даже тогда, когда еще количество ОК не превышает допустимого количества (10⁵ОК) и не сформировалась тканеспецифическая принадлежность трансформированных или неопластических клеток. Несомненно, это предположение требует детальной проверки и обсуждения, но сам научный факт существования онкоспецифического профиля нормализованной сигнальной интенсивности белков мембранной поверхности ГСК и ГКП у онкологических больных крайне интересен и важен для дальнейшего исследования.

В 11-ой главе представлены наши собственные данные по изучению роли ГСК в иммунном ответе на ОК. Это работа была выполнена нами совместно со Школой биомедицины Дальневосточного Федерального Университета (отв. исполнитель д. м. н. Брюховецкий И. С.). Нами были проанализированы результаты межклеточного in vitro взаимодействия между ГСК и ГПК и опухолевыми клетками рака легких, рака молочной железы и мультиформной глиобластомы. Были показаны фундаментальные механизмы горизонтального и вертикального переноса белковой информации между взаимодействующими клеточными системами ОК и ГСК.

В 12-й главе анализируется функциональный молекулярно-биологический потенциал ГСК и ГКП in vivo, то есть в условиях экспериментального применения суспензии клеточных систем ГСК и ГКП у экспериментальных животных с модельными опухолями – глиобластомами. Это работа была выполнена по гранту Федеральной Целевой программы и очень хорошо проиллюстрирована данными экспериментальных исследований. Думаю, она будет очень интересна для большинства ученых и практических онкологов и нейроонкологов.

В 13-й главе представлен совместный труд с руководителем лаборатории онкопротеомики ФГБУ НМИЦО им Н.Н.Блохина профессором д. б. н. Шевченко Валерием Евгеньевичем и руководителем клеточной лаборатории Санкт-Петербургского института ядерной физики (Курчатовский центр) к.б. н. М.В. Филатовым, посвященный межклеточному информационному обмену экзосомами опухолевых клеток и иммунокомпетентных клеток крови как возможному способу формирования иммунотолерантности у онкологических больных. Мы изучили содержание белков в экзосомах ОК и экзосомах клеток крови здоровых пациентов и убедительно продемонстрировали, что межклеточный обмен экзосомами между ОК и здоровыми клетками является фундаментальной основой информационного переноса онкоспецифических белков в здоровые клетки иммунной системы, в том числе и ГСК.

В 14-й главе публикуется предложенная нами стратегия искусственного эмулирования (копирования, ремоделирования) противоопухолевой функции иммунной системы. Инновационная стратегия этой прецизионной иммунотерапии (прИТ) рака была реализована нами путем формирования у больного временного эквивалента искусственной противоопухолевой функции иммунитета (ИПОФИ). Термин «эмулирование» взят нами из вычислительной техники и означает копирование определенной функции с одной операционной системы и инсталляция её в другую (поврежденную) операционную систему. Нам представляется, что этот термин очень наглядно и по существу отражает суть предлагаемой биотехнологии прецизионной ИТ опухолей. То есть, наряду с существованием собственного иммунитета у больного создаются новые модули донорского здорового противоопухолевого иммунитета. Фундаментальной основой создания модулей ИПОФИ является временное искусственное формирование в пострадавших от опухоли органах и тканях больного клеточно-гуморальных «костно-мозговых иммуннокомпетентных кластеров» (КМИК), содержащих аллогенные NК-клетки, аллогенные Т-лимфоциты, аутологичные ЦТЛ, а также разработанный и запатентованный (Патент РФ №2535972 RU) аутологичный протеом-основанный персонифицированный молекулярнонацеленный (таргетный к пути интегринов и фокальной адгезии ОК и ОСК) клеточный препарат с транскриптом-модифицированными аутологичными гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК). Противоопухолевые КМИК из трансплантированных иммунокомпетентных клеточных систем и экзосом поддерживаются периодическими программными трансфузиями аллогенных и аутологичных клеточных препаратов, которые имеют разные сроки функционирования (от 60 до 120 дней), требуют программной замены и предназначены для элиминации ОК, путем иммунной реакции «трансплантат против опухоли» (РТПО) и профилактики рецидивов.

В 15-ой главе было решено остановиться на научно-практических аспектах реализации методологии клинического применения стратегии искусственного эмулирования противоопухолевой функции иммунной системы в прецизионной ИТ рака и других злокачественных опухолей. Эта глава раскрывает методологию расчета общего количества ОК и ОСК в организме пациента, используемую нами в клинике, расчет необходимого количества иммунокомпетентных клеток для прецизионной иммунотерапии (NK-клеток, Т-лимфоцитов, дендритных клеток (ДК) и цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ) и тканеспецифических (гемопоэтических, мезенхимальных, нейральных и др.) СК. Наши расчеты потребности иммунокомпетентных клеток для прецизионной ИТ не претендуют по точности на аксиому. Эти рекомендации по использованию иммунных клеток, были выработаны нами при применении этой стратегии в клинике. Более того, мы убедились в эффективности применения медикаментозного расширения при использовании биомедицинских клеточных препаратов и продуктов в ИТ опухолей и рекомендуем их к широкому применению в клинике для повышения клинического эффекта проводимой ИТ.

Глава 16-я монографии посвящена обсуждению используемых нами клеточных препаратов для реализации предложенной стратегии искусственного эмулирования противоопухолевой функции иммунной системы в лечении рака и других злокачественных опухолей. Все клеточные препараты готовились ex vivo, то есть биоматериал (периферическая кровь, лейкоконцентрат мобилизованных мононуклеаров костного мозга) изымался у донора или пациента и готовился в культуральных лабораториях GMP- уровня in vitro. Для эффективного цитолитического использования аллогенных NК- и NKT-клеток против ОК, был использован подбор гаплоидентичного биоматериала реципиента к близкородственному донору, основываясь на несовпадении его клеток крови по HLA 1-го типа к КИР-рецепторам НК клеток донора. Профилактика иммунных «реакций трансплантат против хозяина» (РТПХ), вследствие применения аллогенных лимфоцитов осуществлялась программным внутривенным введением иммунотолерантных доз аллогенных Т-лимфоцитов, а также применением биоматериала гаплоидентичных (близкородственных) доноров совместимых по HLA 2 типа. Применение индивидуальных противоопухолевых дендритных вакцин (ПОДВ) и цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ), изготовленных из собственных клеток пациента, препарата аллогенных аллореактивных NК-клеток, подобранного с учетом молекулярно-биологических характеристик крови донора и реципиента, а также персонифицированных противоопухолевых таргетных клеточных препаратов, существенно дополнило существующий арсенал клеточных продуктов, которые могут быть использованы для лечения пациентов, когда ресурсы хирургии, ХТ и ЛТ в лечении рака у конкретного больного были исчерпаны. Инструктивное действие аллогенных и модифицированных аутологичных иммунокомпетентных противоопухолевых клеточных систем на иммуннокомпетентые клетки самого пациента, в соответствии с законами системной биологии, способны мобилизовать собственные резервы иммунной системы больного и настраивает её на противодействие развитию рака.

В 17-й главе анализируется эффективность и безопасность ограниченных клинических исследований по созданию технологии искусственного эмулирования противоопухолевой функции иммунной системы в лечении рака и других злокачественных опухолей. Наши клинические исследования были направлены на разработку и создание инновационных противоопухолевых биотерапевтических технологий и биомедицинских клеточных продуктов (БМКП), способных обеспечить предотвращение рецидива опухоли и профилактику метастазирования различных солидных злокачественных новообразований (ЗНО). В основу этой работы были положены уникальные экспериментальные и клинические исследования рабочей группы отечественных онкологов, проводившиеся нами совместно с ФГБУ НМИЦО им. Н. Н. Блохина в 1982—1993 г. под руководством академика РАН проф. Н. Н. Трапезникова. Используя принцип частичной гистосовместимости и аллореактивности клеток костного мозга (КМ) донора и реципиента, российские ученые изучали и эксплуатировали в терапевтических целях иммунологический феномен «реакция трансплантат против опухоли» (РТПО) и «реакция трансплантата против хозяина» (РТПХ), возникающий после аллогенной (чужеродной или близкородственной) трансплантации КМ (алло-ТКМ) у разных групп онкобольных. Была достигнута эффективность полного выздоровления у 41% пациентов с солидными опухолями, а в 56% случаев отмечена длительная ремиссия заболевания с отсутствием метастазирования опухоли в течение 4—10 лет. Пионерские исследования и новаторские результаты лечения различных ЗНО российских ученых были незаслуженно забыты в период «развала» СССР, социально-экономических потрясений и деградации национальной науки в 90-х годах ХХ века, и из-за безвременного ухода из жизни их руководителя академика РАМН и РАН проф. Н. Н. Трапезникова. В настоящее время, по указанию главного онколога страны академика РАН проф. М.И.Давыдова, стараниями его учеников и последователей (проф. Тупицын Н. Н., Гривцова Л. Ю. и т.д.), эти исследования были возобновлены на очередном витке научно-технического прогресса и фундаментальных знаний об иммунологии и биологии рака. В представленных клинических исследованиях с новых молекулярно-биологических позиций современной онкологии рассматривается не столько аллоТКМ, сколько аллогенная иммунотерапия (аллоИТ). В этой главе представлена технология не «полной замены» клеток иммунной системы пациента, как при аллоТКМ после высокодозной ХТ (ВДХТ), а «частичная замена» клеток иммунного контроля и надзора (NK-клетки, NKТ-клетки, В1 клетки и γδ Т-клетки) реципиента на аналогичные аллореактивные донорские клетки. В соответствии с изменением параметров иммунного и интерферонового статуса нами были использованы цитокинотерапия, адоптивная иммунотерапия, противоопухолевые дендритные вакцины, препараты цитотоксических лимфоцитов, иммуномодуляторы и иммуносупрессоры и т. д. Предложенная аллоИТ – реальная альтернативна противоопухолевой терапии в случаях невозможности проведения ХТ и ЛТ у онкологических больных с высоким риском прогрессирования/рецидива и (или) профилактики метастазов рака и ЗНО.

В «Заключении» книги подводятся итоги представленного материала и обсуждаются перспективы будущих технологий иммунотерапии рака и других новообразований. В данном разделе этой книги мы не претендуем на исчерпывающие представления будущих инновационных технологий иммунотерапии рака, а остановимся только на основных тенденциях этого лечения в будущем. Будут представлены наши собственные соображения на этот счет, а также найденные нами в научной литературе прогнозы развития иммунотерапии рака. Также, в заключение монографии, будет подведен итог существующего положения иммунотерапии рака в современной онкологии, обобщен наш собственный экспериментальный и клинический опыт применения клеточных иммунотерапевтических препаратов в лечении рака. А также в «Заключении» будут даны рекомендации к применению иммунотерапии в лечении рака и ЗНО.

Автор хотел бы поблагодарить за совместную работу над этой книгой сотрудников Клиники восстановительной интервенционной неврологии и терапии «НейроВита» без которых издание этой книги было бы просто не возможно. Автор выражает искреннюю благодарность заведующей онкологическим отделением клиники А. Т. Коколишвили, заведующему реабилитационным отделением Коваленко Н. И., которые принимали личное участие в проведении иммунотерапии различным онкологическим больным. Также авторы благодарят главного онколога Минздрава России – директора ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им Н. Н. Блохина Минздрава России академика РАН профессора Давыдова М. И. за поддержку этих исследований, а также руководителя лаборатории иммунологии гемопоэза НИИ клинической онкологии ФГБУ НМИЦО им Н.Н.Блохина Минздрава России профессора, д.м.н., Н. Н. Тупицына и ведущего научного сотрудника этой же лаборатории, д.б.н., Гривцову Л. Ю. за совместную и очень интересную работу в области онкоиммунологии. Автор благодарит за методологическую и практическую помощь в иммунологических исследованиях старшего научного сотрудника НИИДиЭТ опухолей ФГБУ НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина к. б. н. Чкадуа Г. З. за его критические оценки, замечания и объяснение сложных иммунологических парадоксов исключительно просто, доступно и понятно. Огромную методологическую помощь в понимании проблемы иммунотерапии рака нам оказала онкоиммунолог Лаборатории клинической иммунологии ФГБУ НМИЦО им. Н.Н.Блохина Минздрава России к. м. н. Борунова А. А., за что авторы выражает ей глубокую благодарность и признательность. Автор выражает благодарность за сотрудничество специалистам отделения трансплантации костного мозга НИИ клинической онкологии ФГБУ НМИЦО им. Н.Н.Блохина Минздрава России и лично руководителю этого отделения профессору к. м. н. Мелковой К. Н., а также сотрудникам Банка костного мозга НМИЦО им. Н.Н.Блохина Минздрава России к. м. н. Д.М.Мхеидзе и к. м. н. Гришиной В. В. Надеемся, что эта книга будет интересна самому широкому кругу врачей, студентов и аспирантов медицинских университетов, а также онкологических пациентов и их родственников.

Автор

Глава 1. Современные научные представления о раке и других злокачественных новообразованиях

Ежегодно на земном шаре раком и злокачественными новообразованиями (ЗНО) заболевают 14 миллионов человек, и умирает 8,2—9 миллионов людей (Stewart B.W, Wild C.P.,2014; O.Lim et al.,2015). Согласно данным Международного агентства по изучению рака (International Agency for Research on Cancer), ежегодно онкологическая патология диагностируется более, чем у 12 млн. человек во всем мире, а порядка 8 млн. жителей планеты ежегодно умирают от рака. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) за 2017 год смертность от рака занимает второе место в ряду основных причин смертности населения в мире, уступая лишь сердечно-сосудистым заболеваниям. Однако, по мнению Главного онколога Минздрава России директора ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр онкологии (НМИЦО) им Н. Н. Блохина Минздрава России академика РАН проф. М. И. Давыдова, рак стоит на первом месте среди причин смертности населения в России (Давыдов М. И.,2017). Он убежден, что большое число случаев рака и других онкологических заболеваний в регионах (в первую очередь на селе), не диагностируется, а статистика смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, доминирует из-за частых смертей вследствие чрезмерного пьянства и алкоголизма. По данным ВОЗ (2016), во всем мире наибольшее количество мужчин умирает от 5 видов онкологических заболеваний: рак легкого, рак желудка, рак печени, рак ободочной и прямой кишки, рак пищевода. В свою очередь, наибольшая смертность среди женщин отмечается от рака молочной железы, рака легкого, рака желудка, рака прямой и ободочной кишки, рака шейки матки.

В 2014 г. в России было выявлено 566 970 новых случаев злокачественного новообразования (54,2% у женщин, 45,8% у мужчин), что на 21,1% больше по сравнению с 2004 г (468 029). В конце 2014 года, в территориальных онкологических учреждениях России состояли на учете 3 291 035 больных (3 098 855 в 2013 г.). Совокупный показатель распространенности рака составил 2 252,4 на 100 000 населения. Согласно данным Росгосcтата, смертность от злокачественных новообразований в 2014 составляла 290 182 человек – 198.7 случаев на 100 000 населения. В 2015 году было зарегистрировано 293 499 случаев гибели пациентов от злокачественных новообразований, что составило 200,6 случаев на 100 000 населения. По данным Росстата, «в 2016 году по сравнению с 2011 годом показатель пятилетней выживаемости увеличился с 51,3% до 53,3%, одногодичная летальность снизилась с 27,4% до 23,2%». Других критериев оценки ситуации с онкологической заболеваемостью в РФ действующая система статистики не предусматривает.

По данным Минздрава России, представленным в ноябре 2017 года, рак занимает второе место в структуре смертности россиян (15,6%). В 2016 году от онкологических заболеваний скончались 299 тысяч человек. Всего в России зарегистрировано более 3,5 млн. пациентов, страдающих онкологическими заболеваниями. Заболеваемость раком среди детей составляет 3,5 тысячи в год. Другие данные в ноябре 2016 года приводил главный внештатный специалист по детской онкологии и гематологии Министерства здравоохранения РФ директор НМИЦ ДОГ им. Дмитрия Рогачева Минздрава России профессор академик РАН А. Г. Румянцев. По его данным, этот показатель выше и достигает 5 тысяч в год. При этом, как отметил А. Г. Румянцев, в России выздоравливают порядка 75—80% детей с онкологической патологией.

Среди онкологов существует распространенная точка зрения, что каждый человек способен «дожить до своего рака». Это «крылатое» выражение означает, что основная тенденция увеличения общей продолжительности жизни населения в мире способствует повышению вероятности заболеть раком каждому человеку с увеличением его возраста. Несмотря на то, что рак может развиться у человека в любом возрасте (даже внутриутробно), после 50 лет его вероятность увеличивается с арифметической прогрессией, а после 70 лет прогрессия вероятности заболеть раком становится геометрической.

Однако, несмотря на столь пессимистичные статистические данные о раке и других злокачественных опухолях, есть и позитивные сдвиги в современной онкологии. Так, основные научные достижения в современной онкологии за последние пять лет (с 2013 года по 2018 год), можно сформулировать рядом важных научно-практических и технологических прорывов:

• Разработка, создание и массовое применение в терапии рака и других злокачественных опухолей молекулярнонацеленных (таргетных) противоопухолевых фармацевтических препаратов;

– Появление и легализация в онкологии инновационного класса онкоиммунных лекарственных средств для лечения опухолей, на основе моноклональных антител и природных веществ;

• Появление и одобрение FDA USA биотехнологий редактирования генома клеток эукариот системой CRISPR/Сas9, системой активаторов транскрипции TALEN или нуклеазами цинковых пальцев (ZFN);

• Применение системы CRISPR/Сas9 позволило отключить Oct4, один из ключевых генов, связанных со стволовыми клетками, и раскрыть его роль в развитии эмбриона и опухолей;

• Первое в мире официальное клиническое применение генно-инженерных способов клеточной терапии рака генно-модифицированными CAR-Т лимфоцитами;

• Применение и одобрение FDA USA персонифицированной протеом-основанной терапии рака в виде противоопухолевых вакцин и препаратов на основе цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ);

• Применение молекулярно-генетически подобранных аллогенных NK-клеток для лечения солидных раков и гемабластозов;

• Появление уникальной технологии прецизионной (точно-ориентированной) лекарственно-клеточной иммунотерапии рака;

• Разработка и одобрение FDA USA первого клеточного продукта из пуповинной крови «ГЕМАКОРД» для лечения онкологических больных после химио- и лучевой терапии;

• Разработка и одобрение FDA USA стереотаксической хирургии в нейроонкологии фокусированным ультразвуком под контролем МРТ

О некоторых из них и других инновационных достижениях современной онкологии мы поговорим ниже в этой главе. Общепризнанно, что ранняя диагностика рака способствует наибольшей эффективности его терапии и увеличению выживаемости онкологических больных (Давыдов М. И.,2016). С одной стороны это верно, так как диагностика рака на начальных этапах заболевания позволяет достаточно полно удалить основную массу новообразования хирургическим путем (Давыдов М. И., с соавт.,2015), но это мало касается наиболее злокачественных неоплазий, которые начинают бурное метастазирование, не превышая размера горошины. С другой стороны, основным достижением современной мировой онкологической науки считается разработка и создание противоопухолевых молекулярнонацеленных (таргетных) фармацевтических препаратов, внедрение которых в современные протоколы лечения рака и ЗНО в высокоразвитых экономических странах Европы и Америки привело к увеличению продолжительности жизни населения этих стран на 15—20 лет (Ю. Уварова,.2010). Этот прорыв стал возможен из-за нового понимания биологии рака и фундаментальной роли иммунной системы человека в развитии и формировании рака и ЗНО и появлении целого класса фармакологических молекулярнонацеленных (таргетных) и иммуноонкологических препаратов нового поколения.

За последние два десятилетия ХХI века кардинально изменились базовые научные представления о происхождении рака и его биологии. В руководстве для врачей «Канцерогенез», выпущенном еще в 2004 году в свет специалистами НИИ канцерогенеза ФГБУ «Российского онкологического научного центра им. Н. Н. Блохина Минздрава России (сегодня ФГБУ НМИЦО им Н. Н. Блохина Минздрава России), впервые было официально заявлено, что «рак это генетическое заболевание ядра стволовой клетки» (Д.Г.Заридзе, 2004). В основу этих утверждений были положены многочисленные публикации в отечественной и зарубежной печати, подтверждающие научный факт существования опухолевых стволовых клеток (ОСК), впервые представленный в концепции развития рака группой американских ученых под руководством профессора I. L. Weissman (Reya T, Morrison S.J.,Clark M.F., Weissman I. L.) в статье «Stem cells, cancer and cancer stem cells», опубликованной в журнале «Nature» №414 в 2001 году. Несмотря на то, что последние 15 лет всё еще продолжаются академические научные споры ученых и практических онкологов о том, «что первично – опухолевая клетка (ОК) или ОСК?», «может ли ОСК образоваться из любой тканеспецифичной СК?» или «может ли ОСК формироваться путем дедифференцировки из обычной клетки с поврежденным геномом?», сегодня очевидно, что сам факт того, что рак и другие злокачественные опухоли формируется из ОСК, уже не вызывает сомнений и возражений у ученых всего мира. Проблема рака и других ЗНО, с этих позиций, является проблемой бесконтрольного и неуправляемого роста количества ОК, из ОСК в организме пациента и потери надзора за трансформированными клетками собственной иммунной сиcтемы пациента.

Фундаментальные научные представления о раке в настоящее время претерпели определенные изменения, в частности на сегодняшний день известно, что канцерогены (неблагоприятные факторы внешней среды и микроокружения) системно воздействуют не только и не столько на отдельные тканеспецифические клетки организма, сколько повреждают преимущественно тканеспецифические стволовые клетки (СК) и приводят к возникновению в них анеуплоидий (дополнительных хромосом или отсутствие хромосом). Повреждения (мутации) генома в тканеспецифической СК ведут к неустойчивости её кариотипа (P. Duesburg et al, 2011). Анеуплодии приводят к неустойчивости хромосом у потомков этой опухолевой СК (ОСК), то есть, во всех опухолевых клетках (ОК) организма, что абсолютно согласуется с классическими представлениями о морфологии ОК (Theodor Boveri,1914). Хромосомная нестабильность в клетке приводит к появлению мутаций в онкогенах и генах-онкосупрессорах в ОСК (Reya T, Morrison S.J.,Clark M.F., Weissman I. L.,2001). Накопление мутаций в генах приводят к нестабильности генов (F. Urh et al., 2005). Появление случайных мутаций в ОСК приводит к генерации дефектных белков (L.A. Loeb, 1976). Наши собственные исследования по протеомному картированию и профилированию нормализованной сигнальной интенсивности белков в ОСК при различных онкологических заболеваниях показали (Брюховецкий А.С,2014), что их белковый состав или протеом ОСК на 35—65% состоит из онкоспецифических белков (ОСБ), то есть белков, не встречаемых в норме у человека. Это белки «не человеческого вида», то есть не вида «homo sapiens», а мутантные «чужеродные» ОСБ, которые формируют количественные и качественные онкоспецифические патологические изменения в хромосомах ядра СК в виде анеуплодий (Брюховецкий А. С., 2014). В то же время стало известно, что возможна обратимость трансформации ОК при дифференцировке в нормальные клетки из-за нестабильности дефектных белков (Васильев Ю.М,1986). Появление анеуплодий и изменений хромосомного видового баланса ядра ОСК и ОК при раке стало причиной создания новой теории происхождения рака, представленной американским ученым Pеter Duesberg с соавт. (2011), в основе которой лежит фундаментальный тезис о том, что «канцерогенез это одна из форм видообразования» в эволюции. Свои доказательства Duesberg с соавт. (2011) основывает на демонстрации изменения модифицированных кариотипов в ОК при различных типах рака. Можно скептически отнестись к данным исследованиям, как это сделали множество исследователей, но наши собственные исследования (Брюховецкий А. С.,2013, Брюховецкий А. С. с соавт.,2015, Брюховецкий И. С., 2017), направленные на сравнение результатов протеомного картирования и профилирования ОСК и ОК и здоровых тканеспецифических СК организма человека, полностью подтвердили исследования P. Duesberg и его команды (2011), по части формирования в результате канцерогенеза нового фенотипа тканей, содержащего белки, не характерные для протеома здоровых тканей данного вида организма. Характерной особенностью этих протеомных модификаций, вследствие определенных геномных трансформаций, происходящих в ОСК и ОК под воздействием процессов канцерогенеза, является изменение не столько геномной (она минимальна), сколько эпигеномной (транскриптомной и протеомной) структуры ядра и других компартаментов этих клеточных систем, изменяя их видоспецифичный фенотип на опухолевый. Канцерогенез кардинально изменяет функционирование большинства внутриклеточных путей сигнальной трансдукции (ВКПСТ) в пострадавшей ОСК и ОК, модифицирует их и делает их малоуправляемыми для основных регуляторных клеточных и гуморальных систем иммунитета и собственных тканеспецифических СК.

Нарушение внутриклеточного сигналинга в ОК и ОСК является самым очевидным нарушением в функционировании ОК, и об этом написано огромное количество научных работ и научных обзоров литературы. Поэтому, мы не будем в этой главе останавливаться на перечислении всех пострадавших при канцерогенезе внутриклеточных путей сигнальной трансдукции (ВКПСТ) в ОСК и в ОК, так как эти изменения хорошо описаны в большинстве руководств для врачей онкологов и специализированных руководствах по молекулярной биологии рака, а остановимся на другой особенности молекулярно-биологического повреждения ОК и ОСК, которая была выявлена нами в процессе собственных исследований при многоуровневом сравнительном протеомном картировании и профилировании белков ОСК и ОК и нативных тканеспецифических СК (Брюховецкий А. С., 2014; Bryukhovetskiy A.S. et al.,2015). Большинство современных мировых научных исследований сосредоточены на изучении ОСБ в ОК и ОСК с целью сделать их основными целями и мишенями для таргетной (молекулярнонацеленной) терапии рака (Личиницер М. Р., 2016, Горбунова В. А. с соавт.,2017). Несомненно, эти изменения очень важно понимать и использовать в создании инновационных противораковых лекарственных средств, но в каждом конкретном случае рака они крайне специфичны и вариабельны в процессе персонального канцерогенного неопластического перерождения клеток и тканей. Мы же задались вопросом о том, что осталось не измененным (не пострадавшим в результате канцерогенеза) в протеомной структуре ОСК и ОК при завершении процесса канцерогенеза и формировании определенной, фенотипически завершенной клеточной линии ОСК при различных видах рака. К нашему удивлению, при целом ряде злокачественных онкологических заболеваний (раке молочной железы, раке легких, мультиформной глиобластоме и др.) оказались не пострадавшими всего 10 путей внутриклеточной сигнальной трансдукции, а все остальные ВКПСТ, в той или иной мере, были трансформированы опухолевым процессом.

Акцепторные белки этих неопластически измененных ВКПСТ в ОК и ОСК были замещены на онкоспецифические белки, которые становятся малодоступными для регуляции известными белками-лигандами, найденными нами в международных базах данных белок-белковых взаимодействий (Брюховецкий А. С., 2014).

Таблица 1.

Внутриклеточные сигнальные пути в опухолевых стволовых клетках рака молочной железы, рака легкого и мультиформной глиобластомы, не пострадавшие в процессе канцерогенеза

Список внутриклеточных путей сигнальной трансдукции, не пострадавших в результате канцерогенеза в ОК и ОСК различных опухолей представлен в таблице 1. Таким образом, небольшое количество внутриклеточных сигнальных путей в ОСК и ОК остались не вовлечены в процесс канцерогенеза, и они могут быть основными объектами целенаправленного регуляторного и управляющего воздействия на них, и белки этих путей могут быть основными целями и мишенями в регуляторной терапии рака.

Почему эти новые знания о биологии рака так важны для терапии злокачественных опухолей? Потому, что стандартная методология поиска мишеней и целей таргетной терапии среди известных онкоспецифических белков (ОСБ) в ОК и ОСК не позволяет добиться длительного и стойкого подавления патологических эффекторных функций (пролиферации, миграции, репродукции, метастазирования и т.д.) этих клеток. Попытка полного и окончательного уничтожения ОСК таргетными фармацевтическими препаратами, абсолютно очевидно, потерпела фиаско. Она показала преходящий (временный) эффект этого научно-методологического подхода в терапии опухолей и продемонстрировала не достаточную терапевтическую эффективность прямого блокирующего воздействия самых различных моноклональных антител (МКАТ) на онкоспецифические белки ВКПСТ в этих клетках. МКАТ, разработанные различными фармацевтическими компаниями «Большой Фармы», эффективны в течении 3—4 месяцев, а в дальнейшем ОСК и ОК приспосабливаются к ним, и эффективность терапии снижается.

Оказалось, что убить ОСК физически достаточно трудно, а зачастую вообще, практически не возможно. ОСК выживает в самых неблагоприятных условиях микроокружения и экстремального внешнего воздействия. ОСК человека – один из уникальных способов выживания поврежденных или «мутантных» клеток эукариот в природе, совершенный способ преодоления и переживания неблагополучия биологической клеточной системой в неблагоприятных условиях окружающей среды. Она идентична споре растения или цисте у бактерий, и в этой форме существования живая ОСК способна перенести самые экстремальные воздействия, сохранив основные свойства своего генома для продолжения своего биологического вида. При улучшении условий она очень быстро сможет восстановиться и дать потомство. По-видимому, именно сохранность и функциональность при канцерогенезе путей фокальной адгезии и пути интегринов в ОК и ОСК обеспечивает ей высокий уровень репродуктивных функций, миграции и патотропизма (Bryukhovetskiy A.S. et al.,2016).

ОСК как конечные мишени (цели) в противораковой терапии совсем недавно были описаны в работе A.Shabbir, Esfandiar T., Farassati F. (2018). С научных позиций группы этих авторов, концепция опухолевых стволовых клеток в настоящее время представляет значительный интерес по причине высокой значимости и выводов для нашего понимания биологии опухоли, а также развития новейших противораковых терапевтических средств. Опухоли, впрочем, как это происходит и в здоровых органах, содержат в себе плюрипотентные клетки, способные генерировать свой собственный тип, а также клетки, способные продолжать дальнейшую дифференциацию. Считается, что ОСК являются высоко резистентными к цитотоксическим воздействиям режимов традиционной противораковой терапии (Polyak K.,Hahn W.C., 2006), что приводит к возникновению и развитию невосприимчивого (рефракторного) статуса у опухолей (Polyak K., Hahn W.C., 2006; Aquirre- Ghiso J.A.,2007). Следовательно, ОСК могут рассматриваться как основные драйверы опухолевой целостности и функциональности. Этот факт напоминает роль и значение, которые играют здоровые стволовые клетки (СК) при развитии тканей и органов. Терапевтические меры, призванные элиминировать дифференцированные раковые клетки, оставляя (сохраняя) при этом ОСК, вследствие этих причин, обречены на неудачу из-за резистентности ОСК и их способности репопулировать опухоли (Fujiki H.,Sueoka E., 2017). Данное явление, в действительности, рутинным образом наблюдается в клинической практике. Клиническая ответная реакция на режим химиотерапии с течением времени понижается, по мере того, как опухоль вступает в рефракторную (невосприимчивую) фазу, которая индуцируется за счет обогащения ОСК в популяции опухолевых клеток. Данное явление даже наблюдается в клетках, окультуренных у больных на ранних стадиях заболевания, как, например, при колоректальном раке (SW480, ATCC CCL-228), и рецидивы злокачественных признаков приводят к широко распространенному метастазированию (SW620, ATCC CCL-227). Такой показатель, как SW260, согласно данным, полученным группой A.Shabbir, Esfandiar T., Farassati F. (2018), демонстрирует существенно более высокий процент клеток, позитивных к CD133 – маркеру ОСК.

Современные методы по выявлению ОСК включают в себя поверхностные маркеры, такие, как CD24, CD34, CD44, CD44, CD90, CD133, ABCB5, и EpCAM, каждый из которых был показан, как способный указывать на субпопуляции (группы в популяциях) ОСК в целом ряде злокачественных новообразований (Aponte P.M., 2017). Кроме того, функциональные пробы, такие, как обнаружение фенотипа сторонней популяции с помощью метода исключения Hoechst 33342, способность прорастания в качестве блуждающих сфер в среде, свободной от сыворотки, а также ALDH активность, тоже были задействованы для выявления и изолирования ОСК.

С терапевтической точки зрения, две основные стратегии для таргетирования ОСК были заявлены до сего времени. Первая стратегия основывается на распознавании характеристик клеточного сигналинга опухолевых стволовых клеток. В основном виде, определенные про-онкогенные клеточные сигнальные пути обнаруживаются, как являющиеся сверхактивными в раковых стволовых клетках на более высоких уровнях, чем дифференцированные раковые клетки или незлокачественные клетки. Сверх-активация подобных путей способствует формированию фенотипических признаков раковых стволовых клеток, как, например, сопротивляемость апоптозу и усиленная инвазивность. К примерам подобных путей можно отнести JAK/STAT, Wnt/B-catenin, Hedgehog, Notch, и пути TGF-B (Takebe N.,Miele L.,Harris P.J et al.,2015, Jung H.J.,2017). Пути сигналинга RalA были показаны группой A.Shabbir et al. (2018), как являющиеся сверх-активизированными в ряде злокачественных онкологических заболеваний человека, таких как, например, рак печени, рак легких, медуллобластома, злокачественные опухоли выстилки периферического нерва, и рак яичников (Ginn K.F., Fangman B.,Terai et al., 2016; Wang K.,Terai K., Peng W et al., 2013; Male H., Patel V.,Jacob M.A. et al., 2012; Ezzeldin M.,Borrego-Diaz, Taha M. et al., 2014; Borrego-Diaz E., Terrai K.,Lialite K et al.,2012; Bodempudi V.,Yamoutpoor F., Pan W. et al., 2009). В соответствии с данными, полученными A.Shabbir et al. (2018), в то время как уровни RalA экспрессии являются сопоставимыми с уровнями, наблюдаемыми в ОСК и дифференцированных раковых клетках, экспрессия RalAGTP (активная форма RalA) происходит на более высоких уровнях в ОСК. В общем виде, ни один из выше обозначенных путей клеточного сигналинга, не является специфичным к ОСК; следовательно, стратегии на основе их ингибирования могут оказывать воздействие на другие клетки.

К ряду других мишеней с предпочтительной экспрессией в ОСК можно отнести поверхностные маркеры, как, например, CD44, CD90, CD33, и CD133 (Mallard B.W.,Tiralongo J., 2017; Jang J.W., Song Y.,Kim J et al.,2017), помпа АТФ-связывающих кассетных транспортеров и множественной лекарственной устойчивости (Ding X.W. Wu J.H.,Jiang C.P.,2010), и маркеры микроокружения (как CXCL12/CXCR4 и VEGF/VEGFR) (Wang X.,Cao Y.,Zhang S.et al., 2017).

Вторая же стратегия основывается на применении онколитических вирусов для таргетирования ОСК. Онколитические вирусы представляют собой перспективный класс компетентных по репликации вирусов, которые во многих случаях выходят на передовой уровень онкологии посредством клинических испытаний, и один из заявленных вирусов уже получил одобрение Администрации США по лекарственными препаратам и пищевым продуктам (FDA USA) для терапии меланомы (Fukuhara H.,Ino Y.,Todo T.,2016; Lawler S.E.,Speranza M.C.,Cho C.F., Chiocca E.A., 2017; Borrego-Diaz E., Mathew R.,Hawkinson D., 2012). Предполагается, что ряд подобных вирусов способен уничтожать ОСК. Группа ученых Shabbir A., Esfandiar T., Farassati F. (2018) занялась разработкой и оценкой мутированных версий вируса herpes simplex-1, которые могут нацеливаться на ОСК. Работа команды A.Shabbir, Esfandiar T., Farassati F. (2018) крайне важна, так как их данные показали, что таргетирование подобной неосновной популяции может эффективно ингибировать рост опухолевых клеток in vitro и вызывать существенную регрессию в установленных моделях гетеротопических и ортотопических опухолях на животных. Дальнейшие исследования по таргетированию ОСК могут привести к разработке высокоэффективных противораковых средств с минимальным количеством побочных эффектов.

С позиций современной онкологии и новых знаний о молекулярной биологии рака и других злокачественных опухолей научное определение термина «рак» или «злокачественное новообразование» (ЗНО) можно сформулировать следующим образом: рак и другие ЗНО это онкологические заболевания человека, обусловленные минимальным генетическим повреждением и накоплением критического количества (4—5 мутаций) анеуплодий в ядре тканеспецифичной стволовой клетки (СК) человека в результате неблагоприятного (канцерогенного) воздействия на неё клеток микроокружения и факторов внешней среды, которое приводит к формированию ОСК с неопластическим фенотипом из ОСБ, неконтролируемыми эффекторными функциями (пролиферации, деления, миграции, репродукции и т.д.) и способностью к уклонению от регуляторного надзора и контроля клеток собственной иммунной системы человека.

Уклонение ОСК и её потомков от надзорных киллерных клеток собственной иммунной системы человека является центровым механизмом канцерогенеза и приводит к потере системного контроля иммунитета над общим количеством ОК в организме, что сопровождается бурным опухолевым ростом, гипоксией и нарушением функции вовлеченного в неопластических процесс органа или ткани. В данном механизме заболевания представлены и эксплуатируются все основные молекулярно-биологические характеристики рака, которыми оперирует современная онкология. На механизмах уклонения ОК от контроля специализированных киллерных клеток иммунной системы мы остановимся ниже в следующих главах. Но именно недостаточность надзора иммунной системы за «оборотом» ОК в организме человека и считается краеугольной причиной опухолевого роста и возникновения неконтролируемого количества ОК в организме онкологического пациента.

Вообще, наличие ОК и допустимое количество ОК в организме здорового человека является предметом научной дискуссии. По мнению известного американского онколога W.R. Shapiro (1982), в норме, у каждого здорового человека, имеется около 500 000 (5х10⁵) ОК. Их появление обусловлено естественными сбоями и ошибками в процессах физиологической регенерации и естественного самообновления клеток организма человека в саногенезе. Однако собственная иммунная система способна и должна контролировать это количество ОК в организме человека, и рак не развивается, когда у больного сохранны молекулярно-биологические механизмы врожденного и приобретенного противоопухолевого иммунитета а тканеспецифические стволовые клетки способны контролировать ОСК. Установлено, что иммунная система способна самостоятельно распознать и элиминировать опухоль, когда количество клеток в ней не превышает 5х10⁵ клеток (W.R. Shapiro, 1982). При аутопсии людей умерших от несчастных случаев, травмы не совместимой с жизнью или от острой сердечной недостаточности у них находили бессимптомные злокачественные опухоли в виде осункованных объемов значительно большего количества ОК, но генерализации опухоли и метастазирования при этом не отмечалось (Олюшин В. Е. с соавт.,2012). Таким образом, проблема рака и других ЗНО это проблема количественного контроля и надзора клеток иммунной системы в организме больного человека над ОК и ОСК.

Как утверждает W.R.Shapiro (1982), когда количество ОК не превышает более 1х10⁹ (<1 миллиарда), то это состояние диагностируется как «предрак», а когда количество ОК становится больше 1х10⁹, то диагностируется рак. В то же время показано, что после радикальной хирургической операции в организме онкологического пациента остается 1—5 х10⁹ ОК (Арчаков А. И.,2014). Радио- и химиотерапия позволяет в лучшем случае уменьшить количество ОК в организме до 1х10⁷ (Shapiro W.R., 1982, Черных Е. Р. с соавт,2010). Таким образом, что бы ожидать выздоровления, нужно еще, как минимум, на 2 порядка уменьшить количество ОК в организме (Черных Е. Р., Ступак В. В., Центнер М. И. с соавт.,2004). Однако, как утверждает Давыдов М. И. (2017), «однажды пропустив рак, иммунная система пациента вряд ли сможет его догнать…» и начать снова контролировать количество ОК.

Другими словами, современные циторедуктивные хирургические методы лечения опухолей способны удалить количество ОК только до 10⁹, так как ниже этого количества глаз человека не способен различить опухоль даже с использованием микрохирургической техники и флюоресцентных методов интраоперационной диагностики ОК. Химиотерапия (ХТ) и лучевая терапия (ЛТ) опухолей работают в диапазоне от 1х10⁹ до 1х10⁷ ОК на уровне цитостатического и цитотоксического воздействия на ОК. Поэтому при чувствительности опухоли к ХТ и ЛТ проведение дополнительных линий ХТ и ЛТ не целесообразно и научно не обосновано. При количестве ОК от 1 х10⁷ до 1х10⁵ должна работать собственная иммунная система, а точнее её клеточное и гуморальное звено. Поэтому стимулирование иммунной системы иммунопрепаратами и другие современные методы неспецифической и специфической, активной и пассивной адоптивной иммунотерапии (ИТ) рака способны регулировать работу иммунной системы именно в этом диапазоне ОК. Очевидно, что ИТ рака должна являться непосредственным продолжением любой конвенциональной противоопухолевой терапии, направленной на снижение общего количества ОК в организме больного и служить её логичным завершением. Не проведение ИТ онкологическим пациентам обрекает их на высокую вероятность прогрессирования и рецидива заболевания, как только будут вновь сформированы благоприятные условия для выживания ОСК и спящих ОК.

К сожалению, когда в результате проведенного стандартного противоопухолевого лечения (хирургии, ХТ, ЛТ) количество ОК становится ниже 10⁵ клеток, контроль над количеством ОК может быть обеспечен только механизмами клеточной регуляции системами врожденного иммунитета, обеспечивающими жесткий контроль над функциями ОСК и элиминации оставшихся ОК. Можно ли «спротезировать» эти регуляторные иммунные воздействия клеточных систем врожденного иммунитета современными онкоиммунными лекарственными препаратами и добиться достаточной элиминации ОК? Скорее всего, да. Однако, очевидно, что эти попытки искусственного иммунного надзора не способны обеспечить системный контроль над эффекторными функциями ОСК (пролиферацией, миграцией, митозами, метастазированием и т.д.), а также осуществить полное уничтожение оставшихся (резидуальных) ОК в организме больного. Поэтому спонтанное выздоровление или излечение от рака после комплексного противоопухолевого лечения не реально и не возможно, так как в организме больного не мобилизуются фундаментальные механизмы противоопухолевого саногенеза, изучение и понимание которых, может позволить создать новые протоколы иммунокоррекции механизмов врожденного иммунитета (Личиницер М. Р.,2016).

Стоит отметить, что, несмотря на достижения современной науки, по-прежнему актуальным и неразрешенным остается вопрос комбинирования различных подходов с иммунотерапией опухоли и традиционных методов лечения в рамках единой программы для онкологических пациентов. Благодаря данным фундаментальных исследований в онкологии в настоящее время в медицинской среде сформировалось целостное видение особой роли, которую способна играть иммунная система в терапии онкологического процесса. С одной стороны, стимуляция ответа опухолеспецифических иммунокомпетентных клеток способна пресекать, либо существенно ограничивать процесс роста и распространения раковых клеток в организме, однако, с другой стороны, также известно о негативном влиянии микроокружения опухоли, которое напрямую задействует иммунные клетки в патологический процесс и благодаря секреции ряда факторов поляризует иммунокомпетентные клетки в толерантные подтипы, усугубляя злокачественный процесс в организме больного. Это способствует появлению большого количества химио- и радиорезистентных и иммунологически не чувствительных ОК и ОСК, находящихся в «спящем» состоянии.

Исследование «спящего» состояния раковых клеток и изучение их роли в механизмах и последствиях рецидивов и метастазирования рака и других злокачественных новообразований является наиболее важным фундаментальным аспектом изучения биологии рака последнего времени. Проблема заключается в том, что метастазирование болезни и ее рецидивы, появляющиеся спустя несколько лет (даже несколько десятилетий) после хирургической ремиссии у многих больных, перенесших онкологические заболевания, и это воспринимается и обозначается учеными как «спячка» опухоли (tumor dormancy). Однако достоверные знания относительно данного явления до настоящего времени остаются крайне ограниченными. Значительное количество проделанных работ и научных обзоров (Х.Gao et al.2017) суммировали три основные потенциальные модели, которые могут послужить объяснением подобного процесса, и к ним можно отнести ангиогенную спячку, иммунологическую спячку, и клеточную спячку. Очень важно для биологии рака обсудить только что приоткрытые механизмы, лежащие в основе спячки раковых клеток.

Основное внимание в области «спящих» ОК в большинстве работ уделяется взаимовлиянию, происходящему между «спящими» или дормантными раковыми клетками и их микросредой. Кроме того, важно понимать потенциальные механизмы реактивации подобных спящих клеток в определенных анатомических участках организма человека, в том числе в лимфоузлах и костном мозге. Также в подобных процессах важно понимать молекулярный механизм клеточной спячки при раке и других ЗНО.

Как мы уже отмечали выше, рецидивы опухоли и метастазирование при некоторых видах онкогенеза могут возникать спустя годы и даже десятилетия после проведенного лечения, причиняя огромный вред пациентам, и именно они несут ответственность за подавляющее большинство смертельных случаев, связанных с онкогенезом. Неспособность предотвратить и устранять метастазирование ОК, согласно большинству литературных обзоров, представляет собой наиболее существенную трудность, с которой сталкиваются современные врачи-онкологи (Х.Gao et al.2017). Последнее время, обширный временной период, при котором больные остаются бессимптомными до образования метастазов и рецидива, представляет собой период клинических наблюдений, известный как состояние покоя опухоли (опухолевая спячка). Подобное явление в настоящее время попало под пристальное внимание ученых онкологов всего мира. Состояние покоя опухоли впервые было определено R. Willis (Willis R.A. 1934), и затем R. Hadfield (1954) заново охарактеризовал это явление как временную митотическую и ростовую задержку. Митотическая задержка в точности соотносится с дремлющим состоянием клеток, что предполагает факт существования G₀-G1 фазы задержки клеточного цикла в каких-либо конкретных раковых клетках (Goss PE, Chambers AF., 2010). Задержка роста ОК означает дремлющую канцерогенную массу, в которой компоненты раковых клеток сохраняются в постоянном количестве за счет баланса между делением клеток и их апоптозом. Помимо того, современные научные источники дают основания для предположения, что сохранение постоянной численности ОК может происходить как вследствие ангиогенной, так и/или иммунологической спячки ОК (Aguirre-Ghiso JA., 2007; Rakhra K, Bachireddy P, Zabuawala T, et al.,2010; Kareva I.,2016). Широко известен тот факт, что остаточные раковые клетки непрерывно сталкиваются с различными сдерживающими рост состояниями во время распространения и туморогенного прогрессирования, как, например, гипоксией, истощением и воздействием химиотерапии (Osisami M, Keller ET.,2013; Rankin EB, Giaccia AJ.,2016). Эти раковые клетки могут секретировать ряд факторов в целях модулирования своих сигнальных путей, имеющих отношение к росту, через механизм взаимовлияния между остаточными раковыми клетками и их микросредой, что приводит к состоянию покоя или пролиферации. Остаточные раковые клетки могут уклоняться от иммунологического надзора и летального воздействия химиотерапии при тяжелых состояниях выживания за счет задержки роста. Тем не менее, они могут покинуть состояние покоя (спячки) и пролиферировать снова в отдаленных органах.

За прошедшие 2 десятилетия, постоянно получаемые научные результаты пролили свет на источники, фенотипы, свойства, хостинг-ниши (ниши хозяина), и сигнальные пути диссеминированных туморогенных клеток (ДТК), которые прогнозируют выживаемость, состояние покоя, и реактивацию минимального остаточного заболевания. Большой объем исследований был выполнен для того, чтобы установить ДТК в качестве избирательных маркеров и инструмента мониторинга, позволяющего идентифицировать раннюю стадию онкогенеза, благодаря их все более возрастающему определению как причины метастатического рецидива. ДТК преимущественно обнаруживаются в костном мозге. Большая часть ДТК продолжает оставаться в состоянии покоя. Подгруппа ДТК, циркулирующая в крови, получила обозначение циркулирующие туморогенные клетки (ЦТК) или циркулирующие ОК (ЦОК), и некоторые выводы указывают на то, что ДТК могут обладать фенотипом, схожим со стволовыми клетками, получившим обозначение ОСК. Наличие ДТК и ЦОК неоднократно отмечалось у бессимптомных больных с меланомой, раком груди, головы и шеи, и другими ЗНО (Wu XL, Tu Q, Faure G, 2010; Hansel G, Schonlebe J, Haroske G, et al.,2010; Lianidou ES, Markou A, Strati A.,2015). Однако по-прежнему неясно, каким образом ДТК и ЦОК сохраняют долгосрочную выживаемость и реактивируют, чтобы сформировать микро-метастазы в отдаленных органах. Недавно, были выявлены основополагающие механизмы ДТК при состоянии покоя опухоли. В данной главе нами уделяется внимание преимущественно механизмам, ответственным за управление покоем раковых клеток, и обсуждается то, каким образом ДТК и их ниша совместно модулируют состояние покоя опухоли при метастатическом прогрессировании онкогенеза. Важно то, что все более возрастающий объем исследований механизмов туморогенной спячки может привнести новые перспективы и надежды для нео-адьювантной химиотерапии и прецизионной медицины, которые оказались бы полезны для пациентов в будущем.

Опухолевые клетки, связанные с состоянием покоя можно подразделить на диссеминированные туморогенные клетки (ДТК), циркулирующие туморогенные клетки (ЦТК или ЦОК) и тумор-локализованные опухолевые стволовые клетки (ТЛ ОСК). Состояние покоя (спячка) опухоли является важнейшим этапом развития, как первичной опухоли, так и метастатической болезни. Хорошо известен факт выживания и сохранения некоторого количества ОСК и ОК на фоне внешне успешно проведенного лечения. Кроме того, ОК и ОСК даже могут они поселяться в отдаленных органах на ранней стадии рака и, в конечном итоге, содействовать рецидивам заболевания (Eyles J, Puaux AL, Wang X, et al.,2010). В 1980-90-х годах были опубликованы новаторские исследования групп Schlimok et al., согласно которым ДТК могут быть рутинно обнаружены в костном мозге больных с разными видами онкогенеза (Schlimok G, Funke I, Hozmann B, et al.,1987) и Riethmuller и Johnson (Riethmuller G., Johnson JP. 1992). Более того, полученные в настоящее время результаты поддерживают предположение о том, что определенные ДТК сохраняют спящее состояние в течение продолжительных периодов времени, что характеризуется нехваткой пролиферирующих маркеров (Ki-67, PCNA), наряду с нехваткой TUNEL метода, что и может лежать в основе устойчивости к обычной химио-радиотерапии (Lohr JG, Adalsteinsson VA, Cibulskis K, et al., 2014, Magbanua MJ, Das R, Polavarapu P, Park JW.,2015). Кроме того, новые маркеры, в том числе NR2F1, DEC2, и p27, недавно позволили выдвинуть предположение о дремлющих ДТК (Fluegen G, Avivar-Valderas A, Wang Y, et al., 2017).

ДТК при различных эпителиальных канцерогенезах, включая рак груди, простаты, толстой кишки, головы и шеи, и другие виды рака, часто укрываются в костном мозге путем хоуминга (Pantel K, Brakenhoff RH, Brandt B., 2008). Также, значительное количество данных позволяет предположить, что ниша костного мозга является пермиссивной (разрешающей) для выживания и сохранения дремлющих ДТК. Однако наблюдается определенная разница между ранними ДТК и поздними ДТК. Поздние ДТК являются очевидно более туморогенными по сравнению с ранними ДТК. В целом, ДТК можно получить путем аспирации костного мозга. Но подобный метод не является универсальным в клинической практике из-за инвазивности. До сих пор, идентификация дремлющих ДТК преимущественно базируется на двух главных методах, к которым относятся иммунологические пробы с использованием моноклональных антител, направленных против гистогенных белков (GFP флюоресценция), и молекулярные пробы на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР), которые задействуют тканеспецифические транскрипты (количественная ПЦР).

ЦОК обычно также участвуют в процессе метастатического рецидива и прогрессирования. Выявление ЦОК в периферической крови – рутинная программа, позволяющая идентифицировать пациентов с канцерогенным метастазированием и неблагоприятным прогнозом при раке груди, простаты и прямой кишки (Zhang L, Riethdorf S, Wu G, et al.,2012; Zhang L, Riethdorf S, Wu G, et al., 2013; Zhang T, Armstrong A.J.,2016). Несмотря на их выявление при раке головы и шеи, ЦОК пока еще не получили широкого признания ввиду ограничений, связанных с малыми когортами больных, а также по причине слабого понимания воздействия этих клеток. По этой же причине ЦОК не очень широко применяются в рутинной клинической практике больным (Kulasinghe A, Perry C, Jovanovic L.et al.,2015, Nichols A.C., Lowes L.E., Szeto C.C., et al.,2012). Существуют сведения, что ДТК обладают большей ценностью, по сравнению с ЦОК, с точки зрения разъяснения явления туморогенной спячки. Однако ЦОК легче выявить в периферической крови, и этот метод предположительно влечет меньше вреда для пациентов, по сравнению с выявлением ДТК. Удобство и доступность последовательного анализа периферической крови для выявления ЦОК обладают чрезвычайным потенциалом. Обнаружение и обогащение ЦОК основываются на экспрессии EpCAMs (молекул адгезии эпителиальных клеток), и цитокератинов. Для неинвазивного мониторинга ЦОК в образцах онкологических пациентов, а также для изолирования единичных клеток для высокоточного геномного анализа применяется система CellSearch ®System (Campton D.E., Ramirez A.B., Nordberg J.J. et al.,2015). Небольшие количества ЦОК в периферической крови приведут к развитию передовых технологий и сверхчувствительных методов, которые могли бы улучшить клиническое использование клеток данного вида.

Множество исследователей выявили опухолевые стволовые клетки (ОСК) в ряде солидных опухолях, в том числе раке головы и шеи, простаты, груди, меланоме, толстой кишки и поджелудочной железы (Ricci-Vitiani L, Lombardi DG, Pilozzi E, et al.,2007; Schatton T, Murphy GF, Frank NY, et al.,2008; Adikrisna R, Tanaka S, Muramatsu S, et al.,2012; Moghbeli M, Moghbeli F, Forghanifard MM, Abbaszadegan MR.,2014; Chen X, Li X, Zhao B, et al.,2015) в очень небольшом количестве – 1—2%. ОСК не только играют ключевую роль в инициации онкогенеза и поддержании опухолевого объема, но и свидетельствуют о более агрессивном развитии и неблагоприятном прогнозе (Dionne LK, Driver ER, Wang XJ., 2015). К специфичным маркерам ОСК солидных опухолей преимущественно относятся CD44, CD133, ALDH, и EpCAM (Cohen SJ, Punt CJ, Iannotti N, et al., 2008; Yu M, Ting DT, Stott SL, et al.,2012; Tam WL, Weinberg RA.,2013). Кроме того, CD10 определяется как потенциальный маркер ОСК при плоскоклеточной карциноме головы и шеи (Fukusumi T, Ishii H, Konno M, et al.,2014). Все возрастающий объем данных указывает на то, что подвид ДТК и ЦОК подвергается эпителиально-мезенхимному переходу (EMT), и приобретает стволово-подобный фенотип. Также, этот фенотип ассоциируется с повышенной способностью к миграции и инвазии, и с устойчивостью к аноикозу и апоптозу. Известно, что при плоскоклеточной карциноме головы и шеи, рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), рецептор нейротрофина В, и интерлейкин-1В участвуют в эпителиально-мезенхимном переходе (EMT) и присутствуют в популяции ОСК (John MA, Dohadwala M, Luo J, et al.,2009;Kupferman ME, Jiffar T, EI-Naggar A, et al., 2010; Zuo JH, Zhu W, Li MY, et al.,2011). Однако большинство из этих раковых клеток представляются неспособными к прохождению обратного процесса, состоящего в мезенхимально-эпителиальном переходе (MET), способствующего метастазированию (Kang Y, Pantel K.,2013). Команда Chaffer и Weinberg (Chaffer CL, Weinberg RA., 2011) обнаружили, что ОСК обладают чрезвычайно сильным опухоле-инициирующим потенциалом, но временной задержкой роста внутри опухоли. Спячка (состояние покоя) и реактивация ОСК тесно взаимосвязаны с эпигенетическим перепрограммированием этих раковых стволовых клеток (Mascré G, Dekoninck S, Drogat B, et al.,2011; Naik PP, Das DN, Panda PK, et al.,2016). Подвид miRNA смог продемонстрировать свою ответственность за самообновление и дифференциацию ОСК в различных типах канцерогенеза (Chakraborty C, Chin KY, Das S.,2016). При раке ОСК выделяют miR-424, let-7a, miR-6836, и miR-6873 в меньших количествах, чем miR-147b и miR-7152 (Yata K, Beder LB, Tamagawa S, et al.,2015). Известно, что miRNA-34a способна подавлять EMT, активность альдегид-дегидрогеназы, степень инвазивности, и клоногенность ОСК (Sun Z, Hu W, Xu J, Kaufmann AM, Albers AE, 2015, Jia L, Tian Y, Chen Y, Zhang G., 2018) Однако, потенциальные пути, вовлеченные в данные процессы, не были детально описаны, и необходимы дальнейшие будущие исследования. Удивляет тот факт, что продуцирование ОСК при различных раках можно контролировать при помощи стресс-вызванного атавистического перепрограммирования (stress-triggered atavistic reprogramming, STAR), и даже течение злокачественной опухоли может быть сильно обусловлена STAR (Masuda M, Wakasaki T, Toh S.,2016).

Особого обсуждения требуют молекулярные механизмы, лежащие в основе состояния покоя раковых клеток. Состояние покоя раковых клеток можно считать состоянием, являющимся результатом функционирования остаточных ОК, которые испытывают недостаток в пролиферативных и апоптозных маркерах, и которые сохраняются в дремлющим виде без признаков непрерывного роста. В данной главе мы упоминаем лишь некоторые молекулярные механизмы раковых клеток, имеющие отношение к состоянию покоя, а также ряд взаимозависимостей, наблюдаемых между раковыми клетками и их микросредой.

А. Внутриклеточные сигналы. Пути митоген-активированной протеин киназы (Mitogen-activated protein kinase, MAPK). Семейство MAPK (также известное, как путь Ras-Raf-MEK-ERK) имеет первостепенное значение при превращении внеклеточных стимулов в широкий спектр клеточных ответных реакций, и его функции в развитии онкогенеза сложны. Некоторые результаты позволяют предположить, что p38 MAPK сигналинг по сути является палкой о двух концах, так как наделен и хорошими, и плохими аспектами применительно к росту раковых клеток. Р38a негативно регулирует прогрессирование клеточного цикла, такого, как p38y, тогда как p38b индуцирует пролиферацию клеток при плоскоклеточной карциноме (Oeztuerk-Winder F, Ventura JJ.,2011). Более того, ученые под руководством Sosa et al. (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P.et al,2011) сообщают о сниженном (ERK MAPK/p38 MAPK) соотношении сигналинга в спящих HEp3 клетках при карциноме головы и шеи. Затем, этот факт подтвердился для меланомы, фибросаркомы, рака груди, простаты и яичников, где полученные результаты показали, что около 90% линий дремлющих клеток выделяли схожий уровень ERK MAPK/p38 MAPK. Было показано, что изменение в ERK MAPK/p38 MAPK регулируется комплексом uPA-uPAR (активатор плазминогена урокиназного типа соединяется с uPA рецептором) во внеклеточном матриксе (Xue A, Xue M, Jackson C, Smith RC., 2009; Barkan D, Green JE, Chambers AF.,2010; Mazar AP, Ahn RW, O’Halloran TV.,2011; Chery L, Lam HM, Coleman I, et al.,2014). Активированный путь p38 MAPK индуцирует вхождение ДТК в зону задержки роста через активирующий p53 и p16 сигналинг и снижение экспрессии циклин D1 (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P.et al,2011). В общем, баланс равновесия между ERK MAPK и p38 MAPK тесно связан с состоянием покоя раковых клеток, и соотношение ERK MAPK/p38 MAPK может представлять собой ключевой определяющий фактор, ответственный за состояние покоя опухоли. Соответственно, ингибитор p38 следует использовать с осторожностью, так как он несет потенциальный риск для некоторых групп онкологических больных, учитывая, что p38a/b ингибирование после хирургического вмешательства может увеличивать нагрузку, оказываемую ДТК в костном мозге, печени, и селезенке (Bragado P, Estrada Y, Parikh F, et al.,2013).

Третий основной путь MAPK представляет собой Jun N-терминальную киназу (Jun N-terminal kinase, JNK), которая осуществляет функцию, обратную функции p38 MAPK сигналинга, поскольку JNK индуцирует пролиферацию и туморогенез раковых клеток (Sui X, Kong N, Ye L, et al.,2014). Однако большое количество проведенных опытов свидетельствует о противоречивом сценарии, который заключается в том, что для задержки роста необходима активная JNK, и она индуцирует спящее состояние при раке груди (Lotan T, Hickson J, Souris J, et al.,2008). Кроме того, недавно было показано, что митоген-активированная протеин киназа киназа4 (MKK4) может индуцировать временную задержку роста в раковых клетках (Lotan T, Hickson J, Souris J, et al.,2008; Knopeke MT, Ritschdorff ET, Clark R, et al.,2009).

Путь PI3K-AKT-m TOR является еще одним хорошо изученным сигнальным путем в управлении клеточного цикла. Группа ученых под руководством Jo H. описала регулирующую систему, выделяемую раковыми клетками, опосредованную путем PI3K-AKT-m TOR при стрессе дефицита питательных веществ, и показала, что пониженный PI3K-AKT сигналинг может привести к состоянию сна и аутофагии (Jo H, Jia Y, Subramanian KK, et al.,2008). В дальнейшем, подобное явление было подтверждено на спящих клетках плоскоклеточной карциномы (Schewe DM, Aguirre-Ghiso JA.,2008). Индуцируемая глюкокортикоидом лейциновая «молния» (Glucocorticoid-induced leucine zipper, GILZ) представляет собой важную восходящую мишень, расположенную против хода транскрипции PI3K/AKT сигнального пути, и AKT может быть снижен при помощи подавления и репрессии GILZ в дремлющих раковых клетках. Что касается FOXO3A (одного ключевого субстрата, относящегося к пути PI3K/AKT), то он вследствие этого уменьшается, а p21 увеличивается и, в конечном итоге, раковые клетки удерживают дремлющее состояние (Touil Y, Segard P, Ostyn P, et al.,2016). Ингибирование AKT может запускать процесс аутофосфорилирования EGFR, что также может привести к задержке роста раковых клетках (Humtsoe J.O., Kramer RH.,2014).

Б. Внеклеточные сигналы. Семейство трансформирующего ростового фактора-B (TGF-B). Семейство TGF-B является многосоставной цитокиновой сетью, которая модулирует целый ряд жизнеспособных свойств клеток, включая их пролиферацию, морфогенез, миграцию, продуцирование внеклеточного матрикса, секрецию цитокинов, и апоптоз. Исследования, проведенные в последние 2 десятилетия показали, что TGF-b семейство связан с процессами эпителиально-мезенхимного перехода, ангиогенезом и с дремлющим состоянием раковых клеток. Недавно было выдвинуто предположение, что латентный TGF-b-связующий белок 2 (LTBP-2) стимулирует спящего состояние, соответственно, ограничивает метастатический рост и ограничивает пролиферацию при назофарингеальной карциноме и плоскоклеточном раке пищевода. Но, он также может усиливать адгезию (соединение) и миграцию раковых клеток при меланоме. Таким образом, функция LTBP-2 соотносится с конкретными типами опухолей и их окружающей средой (Chen H, Ko JM, Wong VC, et al. 2012). Известно, что TGF-b1 может подавлять прогрессирование опухоли в предраковых состояниях и на ранних стадиях канцерогенеза, но он может стимулировать рост опухоли в распространенных опухолевых образованиях (Zhu H, Luo H, Shen Z, Hu X, Sun L, Zhu X.,2016). Недавно ряд исследователей показали, что TGF-b3 ускоряет рост, миграцию, и инвазию рака головы и шеи за счет индукции матриксно-специфичного белка периостин (POSTN) (Qin X, Yan M, Zhang J, et al.,2016). Однако, повышенная экспрессия TGF-b2 в пределах ниши политрансретиноевой кислоты (atRA) может индуцировать дремлющий фенотип через p38 MAPK-зависимый путь (Sosa MS, Parikh F, Maia AG, et al.,2015). Кроме того, спящее состояние раковых клеток, обсуловленное TGF-b2, также нуждается в AXL и GAS6 (Yumoto K, Eber MR, Wang J, et al., 2016). Когда в метастатическом участке повышается экспрессия Coco (антагонист TGF-b лигандов), раковые клетки избегают дремлющего состояния (Gao H, Chakraborty G, Lee-Lim AP, et al.,2012). По этой причине был сделан вывод о том, что TGF-b семейство воздействует на прогрессирование опухоли парадоксальным образом.

Группа ученых Wendt et al. (Wendt M.K., Taylor M.A., Schiemann B.J., Schiemann W.P.,2011) показала, что мульти-функциональность TGF-b во многом отражает его способность управлять уровнями экспрессии эпителиального кадгерина, являющегося отличительным признаком полностью дифференцированного эпителия, что находит свое отражение в процессе EMT. Тем не менее, основополагающие механизмы скрываются за многосоставными взаимосвязями между разнообразными цитокинами. Так, например, исследование Denys et al. (Denys H, Derycke L, Hendrix A, et al.,2008) доказала на модели канцерогенеза толстой кишки, что раковые клетки оставаются в спящем состоянии и не пролиферируют в экстракте базальной мембраны, которая в основном состоит из различных факторов роста и других компонентов (Barkan D, Kleinman H, Simmons J.L, et al., 2008).

Костные морфогенетические белки (Bone morphogenetic proteins, BMPs). Костный морфогенетический белок 7 (BMP7) является разветвлением семейства TGF-b, его выделяют обычные стромальные клетки костного мозга. Он выполняет разнообразные функции, в том числе формирование структур эмбрионального паттеринга и органогенеза, а также тканевое перемоделирование и восстановление, в особенности скелетной ткани. Ранее, было показано, что BMP7 индуцирует низкий уровень ERK MAPK/p38 MAPK сигнального соотношения в дремлющих HEp3 (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P et al.,2011). Кроме того, недавно было выявлено, что BMP7 может индуцировать спящее состояние ОСК за счет активации p38 MAPK, р21, и N-myc гена 1, регулируемого ниже по потоку (N-myc downstream-regulated gene1, NDRG 1), способом, зависимым от рецептора 2 BMP (BMPR 2-dependent manner). Нокдаун BMPR2 приводит к ингибированию активации BMP7, и обнаружилось, что BMPR2 экспрессия имеет обратную взаимосвязь с рецидивом канцерогенеза и костным метастазированием (Kobayashi A, Okuda H, Xing F, et al.,2011). По этой причине, представляется возможным существование спящего состояния в раковых клетках, обусловленное и зависимое от BMPR2 и индуцируемое BMP7. Группа Buijs et al. (Buijs J.T., Henriquez N.V., van Overveld P.G. et al.,2007) разработала гипотезу об антагонистической роли, которую играет BMP7 в Smad-опосредованных воздействиях, оказываемых TGF-b, и предположила, что BMP7 может выступать в качестве перспективной мишени для ингибирования локального прогрессирования канцерогенеза и метастазирования ОК в кости. Однако BMP7 также может индуцировать мезенхимно-эпителиальный переход – процесс, доказавший свое критическое значение для прогнозирования прорастания раковых клеток в макро-метастазы. Следовательно, BMP7 способен усиливать рост раковых клеток при прогрессирующих стадиях метастазирования (Na YR, Seok SH, Kim DJ, et al.,2009). Fang et al. в своем исследовании (Fang WT, Fan CC, Li SM, et al., 2014) обнаружили, что снижение экспрессии BMP4 за счет повышенной концентрации SOX2 может способствовать росту раковых клеток. Помимо того, сайленсинг (отключение) SOX2 может выступать в роли посредника для спящего состояния раковых клеток, и этот процесс сопровождается повышением экспрессии BMP4.

Ниша стромальных клеток, происходящих из костного мозга (BM-derived stromal cell niche). Понятие о нише гемопоэтических стволовых клетках (ниша ГСК,) впервые было предложено исследователем Schofield (Schofield R.,1978). Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) преимущественно располагаются в костном мозге, и ниша ГСК является благодатной почвой для выживания и развития диссеминированных туморогенных клеток. Серьезная работа, проделанная Schiozawa еt al. (Shiozawa Y., Pedersen E.A., Havens A.M., et al.,2011) показала, что ДТК могут быть нацелены на ГСК и смещать их, а также устанавливать пре-метастатическую нишу в пределах этого нового дома. Происходящие из кровеносных сосудов сигналы могут модулировать дремлющий фенотип ДТК в некоторых моделях опухолей. Так, например, оказалось, что протеин-1 васкулярной клеточной адгезии (vascular cell adhesion protein-1, VCAM-1) способен прогнозировать метастатическое прогрессирование за счет своего взаимодействия с интегрином -a4B1, выделяемым в остеокластах (Lu X., Mu E., Wei Y., et al.,2011). Очевидно, что ниша ГСК не только способствует выживанию ДТК, но и может являться опасным элементом для реактивации ДТК. Предполагается, что atRA представлены в изобилии в костном мозге и периваскулярной нише, и могут регулировать процесс обновления ГСК (Ghiaur G, Yegnasubramanian S, Perkins B, et al.,2013). В этой связи, существует единое мнение, что atRA вносят объединенный вклад в состояние покоя раковых клеток с вовлечением TGF-b2 и BMP7 в костном мозге (Linde N., Fluegen G., Aguirre-Ghiso J.A.,2016). Обработка T-HEp3 клеток с применением atRA приводила к индукции повышенной экспрессии NR2F1-RARa-SOX9 сигналирования и TGF-b2, что, в конце концов, заставляло раковые клетки принимать форму состояния покоя (Sosa M.S., Parikh F., Maia A.G., et al.,2015).

Остеобласты и остеокласты в костном мозге могут секретировать многие связанные с внеклеточным матриксом факторы, для того, чтобы управлять состоянием покоя и реактивации метастазирования. Недавно выполненные работы показали, что клетка рака простаты выделяет рецептор аннексина 2, который может соединяться с аннексином 2, выделяемым остеобластами. Кроме того, подобное соединение может индуцировать экспрессию AXL, Sky, и Mer, и в конечном итоге, индуцировать спячку раковых клеток через AXL-GAS6 сигнальный путь. Было доказано, что превращение отдельных единичных ДТК клеток в спящую раковую клетку регулируется AXL-GAS6 сигнальным путем, в то время как раковые клетки, быстро прорастающие в среде костного мозга, могут выделять меньшее количество GAS6 (Shiozawa Y., Pedersen E.A., Patel L.R., et al.,2010; Jung Y., Shiozawa Y., Wang J., et al.,2012; Jung Y., Decker A.M., Wang J., et al.,2016). Однако, группа Cackowski et al. (Cackowski F.C., Eber M.R., Rhee J., et al.,2017) провела дальнейшее изучение Mer тирозин киназы (Mer tyrosine kinase, MERTK), в ДТК рака простаты, и выявила, что нокдаун MERTK индуцирует низкое пропорциональное соотношение ERK MAPK/p38 MAPK, повышенную экспрессию NR2F1 и p27, а также блокировку (арест) G₀-G₁. По сравнению с AXL, у Tyro3 (подсемейство AXL), повышена экспрессия в более пролиферативных раковых клетках первичной опухоли, а высокие концентрации Tyro3 рассматриваются как маркер неблагоприятного прогноза при раке простаты (Taichman R.S., Patel L.R., Bedenis R., et al.,2013). Кроме того, Fra-1, который разделяет 50% корреляционного соотношения ко-экспрессии с AXL, производит высокую долю экспрессии во многих видах рака. Но сверх-экспрессия Fra-1 может непосредственным образом лишать ОСК состояния покоя, тем самым стимулируя химиочувствительность раковых клеток (Lu D., Chen S., Tan X., et al.,2012). Более того, группа Kim et al (Kim J.K., Jung Y., Wang J., et al.,2013) обнаружила, что соединение с остеобластами может вызывать экспрессию TANK-соединительной киназы 1 (TBK 1) в ДТК, что ингибирует mTOR и, в конечном итоге, приводит к блокировке клеточного цикла.

Эксперименты in vivo позволили выявить, что дремлющие раковые клетки обычно располагаются вблизи от периваскулярной ниши. Помимо того, низкие концентрации POSTN и TGF-b1 могут способствовать тому, чтобы ДТК оставались в дремлющем состоянии (Ghajar C.M., Peinado H., Mori H. et al.,2013). Предположительно, мезенхимные стволовые/стромальные клетки (МСК) вначале сталкиваются с ДТК в пределах костного мозга, так как они анатомически расположены в аблюминальной поверхности центральной сосудистой сети (Corselli M., Chin C.J., Parekh C., et al.,2013). Работы, выполненные группой Bliss et al (Bliss S.A., Sinha G., Sandiford O.A., et al.,2016) показали, что ДТК могут приказывать МСК выпускать экзосомы, наделенные какими-либо конкретными микроРНК (miRNAs), такими, как miR222/223 и miR23b, что приводит к цикличной спячке некоторых ДТК (Ono M., Kosala N., Tominaga N., et al.,2014). Любопытен факт, что каннибализм МСК в костном мозге с недавних пор может представлять собой уникальных механизм, поддерживающий и сохраняющий спящее состояние раковых клеток, используя переход ингибиторных микроРНК клеточного цикла через щелевые контакты и/или экзосомы (Lim P.K., Bliss S.A., Patel S.A., et al.,2011; Bartosh T.J., Ullah M., Zeitouni S., et al.,2016). Следовательно, МСК могут быть перспективным «инструментом» модулирования спящего состояния раковых клеток внутри костного мозга.

Гипоксия и состояние покоя раковых клеток. Гипоксия часто происходит в солидных опухолях человека, и её окружающая среда ассоциируется с неблагоприятной выживаемостью и повышенной метастатической активностью, а также отеком опухоли у больных с различными онкопроцессами, включая мультиформную глиобластому, а также раки головы-шеи, простаты, шейки матки, груди, и т. д. (van den Beucken T., Koch E., Chu K., et al.,2014; Hoskin P.J., 2015 Gilkes D.M., 2016). В условиях низких концентраций давления кислорода, раковые клетки обладают предрасположенностью к приобретению инвазивных свойств и распространению в отдаленные участки за счет гипоксии-ассоциированной транскрипционной активации, в том числе гипоксия-индуцируемого фактора (HIF), транскрипционных регуляторов, mTOR комплекса 1, аутофагии, стрессовых реакций эндоплазматического ретикулума, и т. д. (Qiu B., Simon M.C.,2015; Johnson R.W., Schipani E, Giaccia A.J.,2016). Также, появляется все больше предположений о том, что гипоксия ответственна за терапевтическую сопротивляемость как к химиотерапии, так и лучевой терапии, поскольку в подобной микросреде раковые клетки могут оставаться длительное время в состоянии спячки или блокировки роста. Так, например, белок forkhead box M1 (FOXM1), который появляется в качестве регулятора клеточной окислительно-восстановительной реакции и ответной реакции на облучение, был обнаружен в гораздо меньших концентрациях в дремлющих раковых клетках, чем в пролиферирующих раковых клетках (Eckers J.C., Kalen A.L., Sarsour E.H., et al.,2014). Эти результаты помогают понять базовый механизм, посредством которого раковые клетки входят в состояние покоя или реактивируются за счет гипоксической среды (Bragado P., Sosa M.S., Keely P. et al,2012). Группа A. Msaki et al (Msaki A., Pasto A., Curtarello M., et al.,2016) обнаружила, что HIF-1a в поздних ДТК рака молочной железы производил сильную экспрессию, и ученые предположили, что HIF-1a благоприятствовал усилению туморогенных качеств ДТК. Интересно, что есть сообщения о том, что обусловленная гипоксия может вызывать экспрессию эндогенного LOXL2, а затем стимулировать EMT в спящих MCF-7 клетках, заставляя эти клетки выделять фенотипы, схожие с раковыми стволовыми клетками, и, в конце концов, переходить из спящего состояния к метастатическому прорастанию (Weidenfeld K., Schif-Zuck S., Abu-Tayeh H. et al.,2016). Предположительно, гипоксия индуцирует активность аутофагии в том виде, который обуславливается действием HIF-1a, и данный процесс может приводить к состоянию временной спячки на ранней стадии канцерогенеза или к терапия-индуцируемой микросреде при раке (Zhang H, Bosch-Marce M, Shimoda LA, et al.,2008; Gammon L, Biddle A, Heywood HK, et al.,2013 Gammon L, Mackenzie IC.,2016). Рецептор фактора ингибирования лейкемии (LIF), лиганд LIF, принадлежащий к IL-6 семейству про-воспалительных цитокинов, недавно был признан подавляющим фактором (супрессора) отдаленного метастазирования рака и промоутера дремлющих раковых клеток (Chen D., Sun Y., Wei Y., et al.,2012; Iorns E., Ward T.M., Dean S., et al.,2012; Johnson R.W., Finger E.C., Olcina M.M., et al.,2016). Гипоксия может индуцировать свободный выход из спящего состояния у ДТК в костном мозге, и их ре-активацию посредством снижения экспрессии LIFR: STAT3:SOCS3 сигнального пути (Johnson R.W., Finger E.C., Olcina M.M., et al.,2016). Кроме того, гипоксия может повышать uPAR экспрессию, что запускает диссеминацию раковых клеток, их инвазию, EMT, и исход из состояния покоя с помощью сигнального пути ERK MAPK/p38 MAPK (Gonias S.L., Hu J.,2015).

При другом сценарии, однако, гипоксия, по-видимому, приводит к супрессии инвазии и прогрессирования рака, индуцируя состояние спячки у раковых клеток. Так, например, член 1 А семейства гипоксия-индуцируемого генного домена (hypoxia-inducible gene domain family member 1A, HIGD1 A), может стимулировать выживание и спящее состояние в виде, который независим от действия HIF (Ameri K, Maltepe E.,2015; Ameri K, Jahangiri A, Rajah AM, et al.,2015). Исследования подтвердили, что тяжелая форма гипоксии также может вызывать действие протеин фосфатазы 2А (protein phosphatase 2A, PP2A), которое опосредует ингибирование роста, и PP2A находится в положительной корреляции с экспрессией HIF-1 (Hofstetter C.P., Burkhardt J.K., Shin B.J., et al.,2012). Более того, было показано, как гипоксия повышает экспрессию маркеров спящего состояния, в том числе NR2F1 и DEC2 (Sosa M.S., Parikh F., Maia A.G., et al.,2015). В этой связи, необходимы дальнейшие исследования, чтобы проверить, может ли гипоксия стимулировать или ингибировать спящее состояние ДТК.

Региональное метастазирование в лимфоузлы и отдаленное метастазирование являются двумя основными моделями метастазирования у больных эпителиальным онкогенезом. Помимо того, считается, что метастазы в лимфоузлы представляют собой наиболее распространенное и неблагоприятное явление у больных плоскоклеточной карциномой головы и шеи, что снижает выживаемость на 50% (Arosio AD, Pignataro L, Gaini RM, Garavello W.,2017). Известно, что туморо-индуцируемый лимфатический ангиогенез участвует в росте опухоли и метастазировании, не только в первичном участке, но и в лимфоузлах, и отдаленных участках (Achen M.G., Stacker S.A., 2008; Sleeman J.P., Thiele W., 2009). Группа Beasley et al (Beasley N.J., Prevo R., Banerji S., et al.,2002) представила данные о том, что активное лимфатическое формирование происходило в более инвазивных опухолях, а высокая концентрация внутри-туморальных лимфатических сосудов существенным образом соотносилась с метастазированием шейных лимфоузлов. Аналогично этому, отмечается, что опухолевый лимфатический ангиогенез инициирует лимфатическое метастазирование (Okada Y., 2010). Значительный объем полученных данных позволяет сделать вывод о том, что туморогенные клетки, проникшие и укрывающиеся в костном мозге больных раком груди и раком головы-шеи, сохранялись в состоянии покоя (Schlimok G., Funke I., Hozmann B. et al.,1987). Несмотря на наличие очевидных различий в биологии между этими двумя видами раковых клеток, схожие показатели микро-метастазирования (30%-40%) были выявлены в костном мозге больных раком груди и плоскоклеточной карциномой головы и шеи. Соответственно, возникает резонный вопрос о вероятности существования некоторых дремлющих раковых клеток, заселяющих лимфоузлы больных раком, которые могут быть ответственны за лимфатический ангиогенез, метастазирование лимфоузлов, и даже за отдаленное метастазирование. Кроме того, наличие скрытых (латентных) лимфоузлов при раке может также объясняться подобным развитием событий.

Мобилизация дендритных клеток костного мозга (ДККМ) и их рекрутинговое направление в метастатические ниши, осуществляемое факторами опухоли, представляют собой потенциальные механизмы метастазирования в лимфоузлы и тумороиндуцированного лимфатического ангиогенеза, которые можно заметить при клиническом наблюдении после периодов спячки. Например, VEGF-A (фактор роста сосудистого эндотелия-А) не просто напрямую мобилизует ДККМ, но и косвенно рекрутирует их в метастатические участки через индукцию экспрессии провоспалительных цитокинов S100A8 и S100A9. Кроме того, этот процесс, в свою очередь, вызывает экспрессию белков сыворотки амилоида А (Hiratsuka S, Watanabe A, Sakurai Y, et al.,2008; Achyut BR, Shankar A, Iskander A.S. et al.,2015). Факторы VEGF-C и VEGF-D являются еще двумя членами семейства VEGF, которые также инициируют пролиферацию локальных лимфатических сосудов. Подобный тумороиндуцируемый лимфатический ангиогенез затем может быть вызван внутри- или перитуморально, даже на расстоянии, используя отдаленные дренирующие лимфатические системы (Sleeman J., Schmid A., Thiele W., 2009). Однако остается неочевидным, могут ли опухолевые факторы, приводить к реактивации дремлющих раковых клеток в лимфоузлах раковых больных.

Лимфоузлы часто насыщены воспалительной микросредой по причине их анатомического расположения, и недавний доклад группы De Cock et al (De Cock J.M., Shibue T., Dongre A. et al.,2017) объяснил потенциальное воздействие воспаления на спящие ДТК. Ученые заметили, что выход из спящего состояния ОК обусловлен Zeb 1, который является ключевым регулятором EMT, так что существует большая вероятность того, что другие воспалительные стимулы могут схожим образом способствовать выходу из дремлющего состояния.

ОСК также могут способствовать туморо-индуцируемому лимфатическому ангиогенезу с помощью прямой трансдифференциации в лимфатические эндотелиальные клетки и выработки различных лимфатических ангиогенных факторов. Понимание основополагающих механизмов спящего состояния раковых клеток в дренирующих лимфоузлах и отдаленного метастазирования улучшит прогнозирование и выживаемость больных раком и другими ЗНО. Деактивация ДТК в лимфоузлах, инициация спящего состояния с помощью таргетирования опухолевых факторов, представляет собой перспективную нео-адьювантную химиотерапию, которая может стать одним из разделов прецизионной иммунотерапии.

Состояние покоя опухоли и связанные с ним раковые клетки в настоящее время привлекли пристальное внимание ученых онкологов вследствие их свойств, способствующих метастазированию и рецидивам. Работы, обсуждаемые ранее, в основном изучали молекулярные механизмы дремлющих раковых клеток, и предоставили часть каркаса идей, позволяющего понять процесс опухолевой спячки. Раковые клетки, имеющие отношение к состоянию покоя, являются источниками и причиной метастазирования и рецидива, и к ним относятся ДТК, ЦТК, и ОСК. Кроме того, объем собранных доказательств позволяет сделать вывод, что подавляющее большинство из них может входить в состояние сна – временно или постоянно. Удивляет тот факт, что Фторурацил (fluorouracil) – наиболее часто применяемый препарат для лечения рака – оказался фактором, повышающим бремя и груз дремлющих раковых клеток и обогащающий популяцию ОСК, а эти клетки, в свою очередь, имеют отношение к устойчивости к химиотерапии (Kleffel S., Schatton T.,2013; Dai Y., Wang L., Tang J., et al., 2017). Также, было показано, что гормональная терапия стимулирует производство опухолевых стволовых клеток при люминальном раке груди (Sansone P., Ceccarelli C., Berishaj M. et al.,2016). Поэтому, существует необходимость подтверждения воздействия определенных видов лекарственной терапии.

В данной главе обсуждались внутриклеточные, внеклеточные, и происходящие из костного мозга факторы, которые сопричастны с системой регуляции спячки, и суммировался целый ряд потенциальных терапевтических мишеней. Также, обсуждались взаимодействия между раковыми клетками и их нишей. Кроме того, выдвигались предположения относительно ключевого взаимовлияния, происходящего между метастазированием лимфоузлов и состоянием покоя опухоли. Механизмы, лежащие в основе спячки раковых клеток, смогут предложить новый взгляд на сложную биологию рецидивов и метастазов, где будут учитываться важные выводы в отношении клинического лечения онкологических больных – либо искоренять дремлющие раковые клетки, либо оставлять их. Более того, поддержание состояния покоя раковых клеток может быть недостаточно, но оно также необходимо и для подавления их выживания. Так, например, сочетание Src ингибитора и ERK MEK ингибитора рекомендуется для предотвращения рецидива рака груди (El Touny L.H., Vieira A., Mendoza A., Khanna C et al.,2014). Тем не менее, некоторые работы также предлагают пробуждать спящие раковые клетки до состояния клеточного цикла и, в конечном итоге, устранять их в большем количестве. Например, при плоскоклеточном раке головы-шеи, LB1, являющийся ингибитором PP2A, может усиливать цитотоксическую чувствительность к лучевой или химиотерапии в дремлющих раковых клетках посредством их стимулирования от состояния спячки до клеточного цикла (Zhu DW, Yuan YX, Qiao JK, et al.,2015). Нокдаун TBK1 также снижает количество спящих раковых клеток и уменьшать лекарственную устойчивость. Это позволяет идентифицировать важнейших игроков и более восприимчивые молекулы, управляющие покоем раковых клеток и которые, в конце концов, смогут принять форму новейших терапевтических мишеней. В этой связи, представляется перспективным ожидать, что состояние покоя раковых клеток может стать «Троянским конем» терапии рака в целом, и иммунотерапии рака в частности. Однако для этого нужна новая стратегия отечественной онкологии, которая будет учитывать последние достижения геномики рака (секвенирование генома и транскриптомику), опираться на современные протеомные и метаболомные исследования ОК и теоретические концепции раковой стволовой клетки, теорию дермантных ОК и другие теории канцерогенеза.

Глава 2. Иммунная система человека: ресурсы и возможности противоопухолевой защиты

2.1. Врожденный и приобретенный иммунитет

В этой главе монографии будет целесообразно и необходимо напомнить о современных научных взглядах на устройство иммунной системы и существующих представлениях об основных клеточных и гуморальных звеньях иммунной системы у человека, а также обсудить роль и значение этих звеньев иммунитета в защите от возникновения злокачественных опухолей и рака в организме человека. Эти традиционные представления об устройстве и фундаментальных звеньях иммунной системы человека очень важны для дальнейшего понимания предлагаемых нами клеточных и гуморальных изменений и инноваций, которые мы планируем внести в иммунную систему онкологического пациента для повышения её противоопухолевой функции. Поэтому мы напомним, уже известные и вроде бы очень понятные, но в то же время такие сложные научные понятия как «врожденный» и «приобретенный» иммунитет человека. Также необходимо поговорить о существующих подсистемах врожденного и приобретенного иммунитета человека и оценить их возможности и ресурсы в формировании противоопухолевой защиты здоровых клеток органов и тканей организма человека в свете накопленных данных за последнее десятилетие.

Очевидно, что на протяжении многих миллионов лет существования жизни на Земле природа и эволюция создавала сложную, но достаточно надежную систему защиты млекопитающих и человека, получившую название иммунной системы (Галактионов В. Г., 1998; H.Schreiber.,2003). Основной задачей этой сложной иммунобиологической системы было и является до настоящего времени создание и поддержание условий для того, чтобы конкретный организм человека не погиб, а смог выжить под воздействием агрессивных и повреждающих экстремальных факторов внешней среды или эндогенных поражающих воздействий (H.Schreiber.,2003, Ахматова Н. К., Киселевский М. В.,2008). Это значит, что под контролем иммунной системы человека находится функционирование почти всех органов и систем организма (Lamb L.S. Jr., Lopez R.D.,2005). Но существуют и определенные иммунопривилегированные органы и ткани, где защитные возможности иммунной системы целенаправленно ограничены: головной и спинной мозг, органы репродукции (яички у мужчин, яичники у женщин, семенники), глаза и т. д. (Малашхия Ю. А.,1986; Чехонин В. П., Гурина О. И., Дмитриева Т. Б.,2007). Создание иммунопривилегированных тканей и органов в организме человека реализовано определенными гемато-тканевыми барьерами, как например, гемато-энцефалический барьер в центральной нервной системе (ЦНС) (Бредбери M., 1983; Малашхия Ю. А.,1986; Чехонин В. П. с соавт,2014), куда доступ гуморальных факторов и большей части эффекторных клеток иммунной системы резко ограничен или полностью запрещен для сохранения видового генотипа, видо- и органоспецифичности тканей этих органных структур организма и их надежного функционирования (Галактионов В. Г., 1998; Феофанова Н. А., Орловская И. А., Козлов В. А., 2009). Однако, это скорее исключение, чем правило. Прежде всего, природе и эволюции было важно, чтобы организм не погибал от инфекционных заболеваний, эпидемий, которые уносили тысячи, а иногда и миллионы жизней людей и которые развивались под влиянием патогенных экзогенных инфекционных возбудителей и вирусов, либо эндогенных, тех, которые населяют организм и относятся к так называемым сапрофитам (H.Schreiber.,2003; Киселевский М.В,2014, Давыдов М. И.,2017).

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.