Васкулогенная мимикрия представляет собой механизм образования опухолевыми клетками микрососудистых структур для снабжения их питательными веществами и кислородом, а также распространения в отдаленные органы путем попадания одиночных или кластерных клеток, отделившихся от первичной массы опухоли и мигрировавших в систему кровотока. В настоящее время феномен описан при:

— увеальной меланоме и меланоме кожи;

— глиоме головного мозга;

— раке желудка;

— раке молочной железы;

— раке яичников;

— гепатоцеллюлярной карциноме;

— колоректальном раке.

Подобное явление характеризует пластичность опухолевых клеток, которые способны формировать сосудистые сети de novo, что связано со злокачественным фенотипом опухолей, повышенной резистентностью к химиотерапии и плохим клиническим исходом [1, 2].

Васкулогенная мимикрия развивается в высокоагрессивных солидных опухолях и является одним из вариантов неоангиогенеза, отличающимся отсутствием эндотелиальных клеток в структурированных трехмерных сосудоподобных структурах, содержащих в просветах эритроциты [3]. Расширение сосудистой сети при росте опухоли обусловлено недостаточным поступлением необходимых метаболитов в опухолевые клетки, что приводит к стимуляции различных вариантов дополнительной васкуляризации опухоли:

— прорастание и инвагинирующий тип ангиогенеза;

— кооптация сосудов;

— трансдифференцировка опухолевых клеток;

— васкулогенная мимикрия [4, 5].

Ангиогенез опухоли подразумевает образование новых сосудов за счет прорастания из ранее существовавших структур кровообращения. Сосудистая кооптация — формирование резистентности к антиангиогенной терапии, при котором опухоль растет вдоль существующих сосудов. Васкулогенная мимикрия — механизм развития новых сосудов, когда опухолевые стволовые клетки создают сосудистую сеть de novo, что также связано с формированием резистентности к антиангиогенной терапии (рис. 1).

Рис. 1. Механизмы ангиогенеза опухолей.

До исследования феномена васкулогенной мимикрии считалось, что формирование сосудистой сети опухоли происходит параллельно физиологическим процессам неоваскуляризации, при этом прорастание эндотелия и пролиферация эндотелиоцитов являются основными путями образования новых кровеносных сосудов.

В 1999 г. A. Maniotis и соавт. [6] продемонстрировали в меланоме узорчатые (паттернированные) сосудистые каналы, характерные для агрессивной первичной и диссеминированной меланомы, отличающиеся от ангиогенных сосудов тем, что сосудистые каналы в опухоли были встроены в высокоструктурированный матрикс с отсутствием эндотелия и образованы скоплениями опухолевых клеток, тогда как ангиогенные сосуды характеризуются монослоем эндотелиальных клеток и не имеют специфического узора. Впоследствии было установлено, что эти каналы имитируют нормальные сосуды и сформированы опухолевыми клетками, толерантными к антиангиогенной терапии [7].

В исследованиях особенностей сосудов, образованных опухолевыми клетками, определено, что они содержат структуры, позитивные при ШИК-реакции, это в свою очередь указывает на наличие гликопротеинов, полисахаридов, гликолипидов, и не экспрессируют эндотелиальные маркеры, такие как CD31 или CD34. Наличие ШИК-положительных веществ в CD31-негативных клетках меланомы в настоящее время рассматривается в качестве маркера клеток меланомы, участвующих в формировании феномена васкулогенной мимикрии. Молекулярные изменения, лежащие в основе васкулогенной мимикрии, традиционно подтверждаются на моделях высокоинвазивных клеточных линий, а функциональность полых структур подтверждена in vitro при перфузии красителя и в биоптатах опухоли с определением наличия эритроцитов в просвете структур васкулогенной мимикрии [6,7].

Описаны два типа васкулогенной мимикрии:

1. Узорчатый тип состоит из островков опухолевых клеток, окруженных внеклеточным матриксом, компонентом которого является ламинин или гепарансульфат. Морфологически структуры этого типа значительно отличаются от обычных кровеносных сосудов, но способны формировать с ними анастомозы [8].

2. Трубчатый тип имитирует нормальный эндотелий сосудов и образует полые и перфузируемые трубчатые каналы, выстилаемые опухолевыми клетками.

В опухоли, содержащей каналы васкулогенной мимикрии, при сниженной плотности сосудов отсутствует некроз, что доказывает наличие альтернативного кровоснабжения. Таким образом, васкулогенная мимикрия является вариантом экстраваскулярной сети и представлена каналами, содержащими эритроциты и плазму крови между опухолевыми клетками, отрицательными к маркерам эндотелиальных клеток CD31 и CD34 и содержащими ШИК-положительные вещества [9]. У пациентов с меланомой кожи, имеющих в опухоли признаки васкулогенной мимикрии, медиана выживаемости составила 15 мес и была ниже, чем у пациентов без признаков подобных изменений в опухоли [10].

К потенциальным механизмам образования каналов, характерных для васкулогенной мимикрии, относятся: участие процесса эпителиально-мезенхимального перехода и опухолевых стволовых клеток, а также активация различных сигнальных путей с вовлечением кадгерина сосудистого эндотелия (VE-кадгерин), эритропоэтинпродуцирующего гепатоцеллюлярного рецептора A2 (EphA2), фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K), матриксных металлопротеиназ (MMPs), рецептора фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR1), циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), киназы фокальной адгезии (FAK) и индуцируемого гипоксией фактора-1α (HIF-1α). Выявлено, что при формировании каналов васкулогенной мимикрии в опухолевых клетках активируются многочисленные регуляторы эпителиально-мезенхимального перехода и соответствующие факторы транскрипции [10]. При развитии эпителиально-мезенхимального перехода наблюдаются изменения, при которых эпителиальные клетки ослабляют свое прикрепление к соседним клеткам и теряют апико-базальную полярность, приобретая черты мезенхимальных клеток, начиная экспрессировать виментин, N-кадгерин и фибронектин [11].

Таким образом, формирование структур васкулогенной мимикрии представляет собой сложный процесс, в котором задействованы разнообразные механизмы. Можно предположить, что активация молекул адгезии, связанных с эпителиально-мезенхимальным переходом, может также вносить вклад в развитие васкулогенной мимикрии и открывает новые возможности терапевтических стратегий для противоопухолевой терапии через целенаправленное воздействие на белки с повышенной экспрессией при активации эпителиально-мезенхимального перехода.

Связь васкулогенной мимикрии с функционированием опухоли и микроокружением

Несмотря на сходство между эпителиально-мезенхимальным переходом и васкулогенной мимикрией, в нескольких исследованиях подчеркивается определяющая роль опухолевого микроокружения в развитии васкулогенной мимикрии. Микроокружение опухоли представляет собой сложную клеточную среду, в которой наибольшее влияние на развитие васкулогенной мимикрии оказывают следующие компоненты:

— Опухолевые стволовые клетки. Это немногочисленные популяции клеток, способные инициировать образование новых очагов опухолевого роста в соответствующих условиях и являющиеся причиной прогрессирования, инвазии, метастазирования и резистентности к терапии новообразований [12]. Экспрессия маркеров васкулогенной мимикрии в опухолевых стволовых клетках указывает на то, что последние могут участвовать в этом процессе. В частности, CD133+ опухолевые клетки сохраняют пролиферативную активность и способны дифференцироваться в другие типы клеток [13]. Еще одним биомаркером опухолевых стволовых клеток при злокачественных новообразованиях печени, легких, яичников, желудка, молочной железы и прямой кишки является альдегиддегидрогеназа 1 (ALDH1), индуктор пролиферации и дифференцировки опухолевых клеток [14]. В недавних исследованиях трижды негативного рака молочной железы было подтверждено, что опухолевые стволовые клетки напрямую принимают участие в формировании каналов васкулогенной мимикрии, обеспечивают синергизм их образования CD133+ и ALDH1+ клетками in vivo [15].

— Ассоциированные с опухолью фибробласты. Под воздействием продуцируемого опухолевыми клетками и опухоль-ассоциированными фибробластами фактора роста сосудистого эндотелия (VEGF) эндотелиальные клетки прорастают из ранее существовавших кровеносных сосудов во время индуцированного опухолью ангиогенеза, а опухолевые клетки интегрируются в эндотелий или мимикрируют и замещают его в сосудах васкулогенной мимикрии [16]. Ассоциированные с опухолью фибробласты являются основными компонентами стромы, пулом коллагенпродуцирующих клеток, которые окружают опухолевые клетки и принимают участие в процессах ангиогенеза, метастазирования, иммуногенности и резистентности к терапии, играя значимую роль в прогрессировании злокачественных новообразований. Показано, что плотность опухолеассоциированных фибробластов повышается при гепатоцеллюлярной карциноме [17]. Описана роль ассоциированных с опухолью фибробластов в развитии структур васкулогенной мимикрии при раке желчного пузыря за счет усиления экспрессии оксидазы NOX4 посредством активации сигнального каскада IL-6-JAK-STAT3, регулирующей процессы адгезии и миграции клеток. Повышение уровня NOX в опухоли при раке желчного пузыря было связано с негативным прогнозом течения заболевания [18]. Показано, что кондиционированная среда, полученная от опухолеассоциированных фибробластов, способствует формированию опухолевыми клетками капилляроподобной структуры in vitro при меланоме [17].

— Опухолеассоциированные макрофаги являются ключевыми клетками, которые создают иммуносупрессивное микроокружение опухоли, продуцируя цитокины, хемокины, факторы роста и запуская высвобождение ингибирующих белков иммунных контрольных точек в T-клетках. При этом они выполняют важные функции, способствуя диссеминации опухолевых клеток. В ранних исследованиях показано, что наличие признаков васкулогенной мимикрии ассоциировано с повышенным уровнем макрофагов в микроокружении [19]. Позднее стало известно, что опухолеассоциированные макрофаги регулируются сложными молекулярными сигналами, в том числе множеством белков, составляющих контрольные точки иммунного ответа, которые являются мишенями для иммунотерапевтических противоопухолевых средств [20]. Исследования показали, что блокада иммуноглобулиноподобных рецепторов лейкоцитов LILRB2 LILRB2-специфичными моноклональными антителами вызывает поляризацию макрофагов в сторону воспалительного фенотипа и усиливает провоспалительные реакции, таким образом действуя как миелоидный иммунный контрольный пункт, перепрограммируя опухолеассоциированнные макрофаги и провоцируя противоопухолевый иммунитет. Сравнительно недавно при анализе биоптатов, полученных от 417 пациентов с меланомой кожи, было установлено, что наличие выраженного ангиогенеза в опухоли, в том числе признаков васкулогенной мимикрии, коррелирует не только с повышенным количеством макрофагов, но и с наличием изъязвления опухоли и рассматривается как неблагоприятный прогностический фактор [21]. Повышенное присутствие макрофагов при наличии в опухоли структур васкулогенной мимикрии соотносится с данными L. Tan и соавт. [22], указывающими, что клетки меланомы при этом экспрессируют высокое количество молекул адгезии, а это способствует рекрутингу лейкоцитов, включая макрофаги. Опухолеассоциированные макрофаги, в основном присутствующие в виде иммуносупрессивного фенотипа M2, при глиобластоме способны стимулировать генерацию структур васкулогенной мимикрии в зависимости от уровня циклооксигеназы-2, опосредуя взаимодействия провоспалительных и периваскулярных компонентов микроокружения [23]. Исследования клеточных линий глиомы in vitro показали, что M2-подобные макрофаги способствуют развитию васкулогенной мимикрии при почечно-клеточном раке посредством высвобождения экзосомальных частиц, содержащих микроРНК miR-193a-5p, которая в свою очередь снижает уровень тканевого ингибитора металлопротеиназы 2 в опухолевых клетках, влияя на опухолевую прогрессию, в том числе на формирование структур васкулогенной мимикрии [24]. Макрофаги со сверхэкспрессией белка метадгерина способствуют миграции и инвазии опухолевых клеток, принимающих участие в развитии васкулогенной мимикрии in vitro при плоскоклеточном раке головы и шеи через активацию сигнального пути VEGFA-165/Flt-1 [25]. Также установлено, что в условиях гипоксии клетки глиобластомы высвобождают фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (MIF), что приводит к активации сигнального каскада CXCR4-AKT. Таким образом, MIF функционирует в качестве медиатора гипоксии и через активацию CXCR4 индуцирует эпителиально-мезенхимальный переход, лежащий в основе развития структур васкулогенной мимикрии [26].

В микроокружении опухоли сразу несколько факторов могут влиять на исход и прогрессирование опухолевого процесса. Например, гипоксия и воспаление способствуют повышению пластичности опухолевых клеток, что может инициировать как эпителиально-мезенхимальный переход, так и развитие васкулогенной мимикрии. Одновременно опухолеассоциированные макрофаги, также являющиеся важными медиаторами микроокружения опухоли, усиливают провоспалительный характер микроокружения и могут взаимодействовать сразу с несколькими стромальными клетками, внося вклад в стабилизацию формирующейся сети васкулогенной мимикрии.

Сигнальные пути, вовлеченные в формирование васкулогенной мимикрии злокачественных новообразований

Мультипотентный фенотип опухолевых клеток лежит в основе функциональной пластичности васкулогенной мимикрии и поддерживается сложной интеграцией внутриклеточных сигнальных каскадов.

Основные гены и белки, модулирующие процесс неоангиогенеза по типу васкулогенной мимикрии, могут быть классифицированы в соответствии с механизмами передачи сигнала, связанными с ангиогенезом, стволовыми клетками, микроокружением опухоли и гипоксией. Схематичная модель сигнальных путей, вовлеченных в развитие васкулогенной мимикрии, наиболее полно представлена R. Seftor и соавт. [27] (рис. 2).

Рис. 2. Сигнальные пути васкулогенной мимикрии.

Молекулы, связанные с ангиогенезом, обозначены красным цветом, с эмбриональными стволовыми клетками — зеленым, с микроокружением опухоли — фиолетовым, с гипоксией — синим. Молекулы, заштрихованные двумя разными цветами, демонстрируют перекрытие между основными сигнальными путями. Знаки вопроса — потенциальное участие в модуляции васкулогенной мимикрии в опухолевых клетках, для которых основные сигнальные пути еще четко не определены.

Впервые установленными белками, участвующими в формировании структур васкулогенной мимикрии при меланоме, были VE-кадгерин, молекула межклеточной адгезии, связанная с эндотелиальными клетками (ICAM-1), и рецептор 2 эфрина типа A (EphA2)-киназа, ассоциированная с эпителиальными клетками, участвующая в эфрин-A1-индуцированном ангиогенезе. VE-кадгерин представляет собой трансмембранный гликопротеин семейства кадгеринов, который способствует гомотипическим межклеточным взаимодействиям и считается специфичным для эндотелия сосудов, критическим для васкулогенных явлений. Было продемонстрировано, что при подавлении VE-кадгерина или EphA2 происходит ингибирование процесса васкулогенной мимикрии [28].

В дальнейших исследованиях ряд авторов установили важность цитоплазматических киназ, участвующих в процессах формирования васкулогенной мимикрии в опухолях, включая фосфоинозитид-3-киназу (PI3K) и FAK, киназу фокальной адгезии. Показана способность фосфорилированного эфринового рецептора EphA2 активировать PI3K и усиливать экспрессию матриксных металлопротеиназ 14 и 2 (MMP14, MMP2). MMP14, MMP2 способствуют расщеплению 5γ2-цепи ламинина на промигрирующие фрагменты γ2′ и γ2x, которые в свою очередь стимулируют миграцию, инвазию и васкулогенную мимикрию в клетках меланомы [29].

Кроме того, для опухолевых клеток характерна пластичность генотипа и способность к развитию васкулогенной мимикрии через механизмы передачи сигнала, опосредованные VEGFR1 [30]. Также показано, что и EphA2 может влиять на экспрессию VEGF, индуцированный VEGF ангиогенез в клетках карциномы молочной железы и островков поджелудочной железы, что указывает на роль EphA2 в формировании структур васкулогенной мимикрии, опосредованном VEGF [31]. Установлено, что аутокринная секреция фактора роста сосудистого эндотелия A (VEGF-A) активирует сигнальный каскад PI3K/PKCα и опосредуемую интегринами активацию VEGFR1, тем самым стимулируя развитие васкулогенной мимикрии [32]. Нокаут VEGF в клеточной линии меланомы хориоидеи OCM-1 приводил к нарушению структур васкулогенной мимикрии посредством дисрегуляции сигнального каскада PI3/AKT [33].

Выделяют два наиболее важных сигнальных пути, участвующих в регуляции эмбриональных стволовых клеток и функционирующих в агрессивных опухолевых клетках, способствуя васкулогенной мимикрии, — Notch и Nodal [34]. Во время эмбрионального развития экспрессия Nodal находится под влиянием рецептора Notch. Передача сигналов с участием Notch играет важную роль в ангиогенезе опухоли, регулируя прогрессирование первичной меланомы в сторону агрессивного фенотипа. Показано, что экспрессия Notch4 стимулирует формирование сетчатой структуры сосудов при меланоме кожи [35]. Установлено, что целенаправленное ингибирование активности Notch4 уменьшало формирование структур васкулогенной мимикрии на фоне снижения экспрессии VE-кадгерина [34].

Ключевым регулятором экспрессии генов, чувствительных к Notch, является фактор, индуцируемый гипоксией 1α (HIF-1α). Гипоксия рассматривается как отличительная черта большинства опухолей, она регулирует процессы поддержания фенотипа, подобного стволовым клеткам, и развитие феномена васкулогенной мимикрии [36]. Гипоксия способствует формированию васкулогенной мимикрии, индуцируя эпителиально-мезенхимальный переход при раке яичников [37]. Более того, гипоксия напрямую модулирует экспрессию генов VEGF-A, VEGFR1, EphA2, Twist-родственного белка 1 (Twist1), Nodal, COX-2 [38]. В условиях гипоксии повышается генерация митохондриями активных форм кислорода. Активные формы кислорода регулируют стабильность HIF-1α, что в свою очередь активирует протоонкоген MET, запуская метастатическую программу клеток меланомы, усиливая их распространение во внеклеточном матриксе, активируя рост метастатических колоний и способность образовывать капилляроподобные структуры за счет васкулогенной мимикрии [39].

Таким образом, результаты исследования сигнальных путей, участвующих в формировании васкулогенной мимикрии, подчеркивают пластичность опухолевых клеток, обусловленную их недифференцированным состоянием.

Некодирующие РНК как регуляторы развития васкулогенной мимикрии в злокачественных новообразованиях и перспективы терапевтического воздействия

Некодирующие РНК — это функциональные молекулы РНК, которые играют важную регуляторную роль и подразделяются на длинные (более 200 нуклеотидов), малые (менее 200 нуклеотидов), микроРНК (меньше 50 нуклеотидов) [40].

Глиома головного мозга обладает наибольшей способностью к образованию структур васкулогенной мимикрии, в связи с чем имеется ряд исследований о супрессорной и промоторной роли микроРНК, об их участии в этом процессе. Способность глиомы головного мозга к васкулогенной мимикрии подавляется микроРНК miR-Let-7f посредством блокирования периостина, опосредующего миграцию клеток [41]. MiR-584-3p супрессирует индуцированное гипоксией образование протеинкиназы ROCK1 стрессовых волокон, ингибируя дальнейшее формирование структур васкулогенной мимикрии в опухолях. Рецептор тирозинкиназы EphA2 является мишенью miR-141 и имеет отрицательную корреляцию с ее уровнями в клетке [42].

Транскрипционный фактор Twist1, который идентифицирован как прямая мишень микроРНК miR-539-5p, активирует промоторную активность MMP2 и MMP14 [43]. Также в исследованиях показано, что miR-373 способствует повышению экспрессии VE-кадгерина, MMP2 и MMP9 опосредованно через рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) [44].

Образование структур васкулогенной мимикрии при гепатоцеллюлярной карциноме ингибируется посредством miR-27a-3p, мишенью которой является 3’-нетранслируемая область (3’-UTR) VE-кадгерина [45]. Показано, что miR-204 может осуществлять тонкую регуляцию сигнальных каскадов PI3K/AKT/FAK, критически важных для формирования васкулогенной мимикрии [46]. При раке яичников уровни экспрессии miR-200a и miR-27b обратно коррелируют с образованием васкулогенной мимикрии, miR-200a регулирует экспрессию EphA2, а miR-27b связывается с 3’-UTR мРНК VE-кадгерина [47, 48].

Экспериментальные терапевтические подходы в отношении васкулогенной мимикрии

Одним из способов лечения злокачественных новообразований является терапия антиангиогенными препаратами, способными индуцировать апоптоз и ингибировать пролиферацию эндотелиальных клеток. Известно, что антиангиогенные препараты индуцируют развитие гипоксии, однако гипоксия стимулирует образование структур васкулогенной мимикрии и тем самым способствует снижению терапевтической эффективности этих средств.

Образование структур васкулогенной мимикрии обусловливает терапевтическую резистентность опухоли, наблюдаемую при химиотерапии, так как опухолевые клетки, резистентные к действию противоопухолевого агента, могут образовывать структуры васкулогенной мимикрии для обеспечения необходимыми метаболитами и кислородом, что повышает устойчивость опухолевых клеток.

В последнее время показаны перспективы таргетного воздействия на такие молекулярные мишени, как VEGF, MMP2, MMP14, FAK, TGF-β, VE-кадгерин, стимулирующие и способствующие васкулогенной мимикрии, что может влиять на эффективность терапии антиангиогенными препаратами. Показано, что гинзенозид Rg3 (тетрациклический тритерпеноидный сапонин) снижал выраженность структур васкулогенной мимикрии при раке поджелудочной железы в ксенотрансплантационных мышиных моделях, в то время как экспрессия мРНК и белков VE-кадгерина, EphA2, MMP2 и MMP9 подавлялась обработкой гинзенозидом Rg3 in vitro и in vivo [49]. Талидомид ингибирует образование каналов васкулогенной мимикрии и мозаичных сосудов при меланоме за счет регуляции VEGF, ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA), MMP2 и MMP9 и может индуцировать некроз клеток меланомы, что дает основание рассматривать талидомид для лечения солидных опухолей с признаками васкулогенной мимикрии [50]. Никлозамид ингибировал пролиферацию клеток плоскоклеточного рака ротовой полости, способствовал их апоптозу и ингибировал образование структур васкулогенной мимикрии in vitro и in vivo посредством подавления экспрессии генов VEGFA, MMP2 и ROCK1 [51]. В экспериментах in vitro на клетках рака легкого обнаружено разрушение каналов васкулогенной мимикрии и ингибирование метастазирования опухоли мицеллами паклитаксела и лигустразина, модифицированными деквалинием, путем ингибирования экспрессии VEGF, MMP2, TGF-β1 и VE-кадгерина [52].

Рапамицин (сиролимус), ингибитор мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR) и HIF-1α, способен предотвращать развитие васкулогенной мимикрии при раке яичников за счет подавления CD31 [53]. Обнаружена способность ингибиторов гистоновой деацетилазы ингибировать образование капилляроподобных структур васкулогенной мимикрии на модели глиомы головного мозга у крыс [54].

Воздействие на клетки рака молочной железы ингибитором гистоновой деацетилазы энтиностатом снижает экспрессию VEGF-A и генов, связанных с эпителиально-мезенхимальным переходом, виментина и β-катенина [55]. Наиболее эффективным способом воздействия на пластичность опухолевых клеток является одновременное ингибирование нескольких сигнальных путей. Показано, что комбинированная терапия бевацизумабом и дибензазепином для блокирования передачи сигналов дельтаподобного лиганда 4 (DLL4)-Notch может повысить эффективность ингибиторов VEGF ксенотрансплантатов опухоли глиобластомы человека [56]. Другим перспективным способом воздействия является комбинаторный подход, влияющий на компоненты сигнальных каскадов Notch и VEGF.

Заключение

Васкулогенная мимикрия опухолевых клеток иллюстрирует функциональную пластичность агрессивного фенотипа опухолевых клеток и может обеспечить дополнительные источники кровоснабжения опухоли. Механизмы и сигнальные пути, регулирующие образование каналов васкулогенной мимикрии в опухолях, требуют дальнейшего изучения в качестве потенциальных терапевтических целей и диагностических индикаторов пластичности, лекарственной устойчивости и агрессивного метастатического фенотипа опухолевых клеток.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (№19-15-00110, https://rscf</em>.ru/project/ 19-15-00110/).