Введение

Инициация, прогрессирование и метастазирование рака вызывают широкий спектр динамических изменений в тканях хозяина, что приводит к образованию сложной опухолевой стромы, также известной как микроокружение опухоли (TME) [1—3].

При некоторых типах рака, таких как рак поджелудочной железы и молочной железы, строма опухоли развивается с глубокой десмопластической реакцией, приводящей к обилию волокнистой и/или соединительной ткани. Помимо раковых клеток строма включает внеклеточный матрикс (ECM), иммунные клетки, сосудистую сеть опухоли, фибробласты, нейроэндокринные клетки и жировые клетки [4]. Злокачественные клетки рекрутируют стромальные клетки для ремоделирования структуры ткани и выделения стимулов роста и промежуточных метаболитов. В результате стромальные компоненты вносят вклад во множественные процессы онкогенеза, которые включают рост опухоли, инвазию, метастазирование и устойчивость к терапии [5, 6].

Межклеточная коммуникация направляется очень сложной сетью цитокинов, хемокинов, воспалительных ферментов и ферментов ремоделирования матрикса; процессы в микроокружении опухоли имеют сходство с описанными при заживлении ран и воспалении.

Ассоциированные с раком фибробласты (CAFs), обнаруженные в первичных и метастатических опухолях, являются очень универсальными, пластичными и эластичными клетками, которые активно участвуют в прогрессировании рака посредством сложных взаимодействий с другими типами клеток в микроокружении опухоли. Помимо выработки компонентов ECM, которые вносят вклад в структуру и функцию стромы опухоли, CAFs претерпевают эпигенетические изменения с образованием секретируемых факторов, экзосом и метаболитов, которые влияют на ангиогенез опухоли, иммунологию и метаболизм [7].

В этом обзоре мы стремились обобщить текущее понимание стромальных взаимодействий в прогрессировании рака, что может способствовать разработке новых диагностических и терапевтических подходов.

Строма опухоли, ее состав

Можно выделить четыре основных компонента TME [8]. Во-первых, это иммунное микроокружение опухоли. Оно состоит из большого количества врожденных иммунных клеток (таких как опухолевые макрофаги, натуральные киллеры, нейтрофилы, тучные клетки, дендритные клетки, миелоидные клетки-супрессоры) и адаптивных иммунных клеток, включая CD4⁺ Т-хелперные лимфоциты, CD8⁺ цитотоксические Т-клетки, NK-Т-клетки, Т-клетки, регуляторные Т-клетки (Treg) и B-клетки [9—11].

Во-вторых, это сосудистый компонент, состоящий из микрососудистых и лимфатических эндотелиальных клеток и перицитов [12, 13].

В-третьих, компоненты ECM, состоящие из разнообразных молекул коллагена, гликопротеинов и протеогликанов [14, 15]. ECM может составлять большую часть опухолевой массы при многих видах рака, и высокие уровни экспрессии разных молекул внеклеточного матрикса обнаруживаются в TME [16].

И, наконец, менее четко определенный стромальный компонент, включающий неиммунные клетки мезенхимального происхождения, такие как мезенхимальные стромальные клетки и CAFs [17, 18].

Резидентные, или покоящиеся, фибробласты считаются стражами целостности ткани. Они обычно имеют спящий, неактивированный фенотип с плоской и веретенообразной морфологией [19]. Обладая минимальной метаболической и транскрипционной активностью, они несут ответственность за поддержание структуры ECM и за реакцию на механические изменения путем дифференцировки в миофибробласты для восстановления поврежденных тканей [20]. Активированные фибробласты используют свои сократительные возможности, что способствует затягиванию и заживлению ран [21]. Их отличает повышенная экспрессия альфа-актина гладких мышц (α-SMA), а также повышенная секреция белков ECM и матриксных металлопротеиназ (MMP) [21].

В TME резидентные фибробласты активируются и становятся CAFs, которые имеют много общего с фибробластами, связанными с процессом заживления ран [22].

CAFs усиливают рост и инвазию опухоли путем непосредственного воздействия на опухолевые клетки [23], ремоделирования ECM [24], индукции ангиогенеза и лимфангиогенеза [25], рекрутинга и стимуляции активации иммунных клеток [26], а также поддержки воспаления, связанного с раком [27].

Онкогенез и прогрессирование рака происходят не только из-за генетических и эпигенетических изменений в злокачественных клетках, но и в результате разнообразных и сложных перекрестных взаимодействий между раковыми клетками и другими стромальными клетками в TME.

Межклеточные взаимодействия в строме опухоли

Основные межклеточные взаимодействия в TME происходят посредством прямого межклеточного контакта (juxtacrine signaling) [28] и паракринной передачи сигналов (paracrine signaling) [29].

Существует три основных типа передачи сигналов юкстакрина: 1) взаимодействуют мембранные лиганды (белковые, олигосахаридные, липидные) и мембранные белки двух соседних клеток, 2) соединительный мостик связывает внутриклеточные компартменты двух соседних клеток, обеспечивая прохождение относительно небольших молекул, 3) взаимодействуют мембранные белки клеток с гликопротеинами внеклеточного матрикса.

Можно выделить два основных типа паракринной передачи: через растворимые факторы и через внеклеточные везикулы.

Существенное значение в межклеточных взаимодействиях имеет адгезия к ECM, часто определяя прогрессирование рака. В обзоре [30] обсуждается, как adhesome, внутриклеточная белковая сеть, образующаяся в местах адгезии клеток, регулирует TME и контролирует злокачественность. Как и в нормальной ткани, все клетки в TME прикреплены и взаимодействуют с ECM в определенных местах, называемых сайтами адгезии клеток с матриксом. Эти структуры состоят из семейства интегриновых рецепторов ECM и белковой сети, называемой adhesome, которая непосредственно связана с цитоскелетом клетки. Участки адгезии физически прикрепляют клетку к ее микроокружению и поддерживают структуру ткани. В зависимости от расположения внутри ткани сайты адгезии клеток с матриксом имеют различную архитектуру, локализацию и продолжительность жизни, что позволяет им быстро изменять морфологию клеток и модулировать распространение клеток, облегчая миграцию и инвазию клеток. Кроме того, сайты адгезии клеток с матриксом координируют клеточные реакции на внеклеточные стимулы, тем самым влияя на выживание, пролиферацию и дифференцировку клеток.

Новые данные подчеркивают роль механических сигналов в регулировании функции клеток. В этом аспекте адгезивные белки являются важнейшими как в восприятии, так и в передаче механических сил на цитоскелет клетки. Адгезивные элементы включают более 230 связанных с адгезией белков, разделенных на структурные/ адаптерные (такие как talin, vinculin, ILK-PINCH-parvin, paxillin, zyxin, tensin, α-actinin, filamin и KANK) и сигнальные (например, FAK, Pyk2, Src, RhoGTPases and myosin light chain kinase). Они могут составлять постоянные компоненты адгезий или временно связываться с сетью адгезии, облегчая координацию поведения клеток. Наконец, адгезивные компоненты соединяются с различными структурами актина (стрессовыми волокнами, кортикальным актином, ламеллиподиями, филоподиями) и микротрубочками, чтобы стабилизировать форму клеток и облегчить миграцию и инвазию клеток.

Таким образом, роль adhesome выходит за рамки физического прикрепления клеток к ECM и регуляции ремоделирования цитоскелета и действует как центр передачи сигналов и механосенсорный узел [30].

Не меньшее значение в TME имеют и паракринные факторы взаимодействий. В межклеточных перекрестных взаимодействиях в TME активно участвуют хемокины, цитокины, факторы роста и другие выделяемые клетками регуляторы.

Но в последнее время основным способом межклеточных взаимодействий в TME стали считать внеклеточные везикулы (EVs — extracellular vesicles), которым посвящено множество публикаций [31, 32]. Они все чаще признаются ключевыми участниками в межклеточной коммуникации из-за способности транспортировать биоактивные вещества между клетками. EVs образуются эволюционно-консервативным образом практически всеми типами клеток у эукариот и прокариот [33, 34], и могут действовать как на ближних расстояниях, так и удаленно, поскольку их можно обнаружить циркулирующими в различных биологических жидкостях, включая кровь, мочу, желчь, носовые выделения и слюну [35].

EVs представляют собой везикулы клеточного происхождения, окруженные двухслойной липидной мембраной, размером от 20 нм до нескольких микрон в диаметре. Липидная мембрана служит местом посадки для мембраносвязанных белков, расположенных на поверхности везикул и обеспечивающих адресную доставку и, кроме того, защитой для заключенных в EVs нуклеиновых кислот от деградации под действием вневезикулярных нуклеаз. EVs обычно делят на три основные группы в соответствии с путями биогенеза: экзосомы, микровезикулы и апоптотические тельца [35, 36].

Экзосомы представляют собой EVs эндосомного происхождения, микровезикулы и апоптотические тельца образуются за счет прямого отрастания наружу или образования пузырей плазматической мембраны, и иногда их вместе называют эктосомами; в целом эктосомы больше по размеру, чем экзосомы [36]. Апоптотические тельца (самые крупные EVs, размером 500—4000 нм) возникают в результате распада плазматической мембраны апоптотических клеток [37].

Содержимое EVs упаковывается выборочно, что предполагает их регуляторную биологическую роль. EVs, образованные раковыми клетками, способны изменять окружающие стромальные компоненты, доставляя к ним регуляторные белки (в том числе цитокины, хемокины, факторы роста, рецепторы хемокинов и рецепторы факторов роста), регуляторные РНК [38] и различные метаболические продукты.

Кроме того, EVs служат в качестве сигнальных мессенджеров между клетками и ECM, который формирует структурную и биохимическую поддерживающую нишу для раковых клеток [39]. Нарушение опосредованных EVs связей между раковыми клетками и стромой представляет собой потенциальную терапевтическую стратегию.

Регуляторные белки и РНК в строме опухоли

Основные регуляторные белки в строме опухоли — это разнообразные цитокины, хемокины, факторы роста и их рецепторы [40, 41].

Цитокины представляют собой сигнальные белки, размер которых варьирует от 5 до 20 кДа, оказывающие серьезное влияние на онкогенез, а также на выживаемость пациентов при раке [42]. Они обеспечивают межклеточную коммуникацию в строме опухоли и помогают индуцировать подавление иммунитета в микроокружении, необходимое для развития, прогрессирования и метастазирования рака [43]. Хемокины представляют собой подмножество цитокинов, которые, как правило, измеряются в пределах 8—10 кДа и делятся на четыре группы — CC, CXC, CX3C и XC — в зависимости от расположения цистеинов относительно N-конца [44].

TGF-β (трансформирующий фактор роста бета) вовлечен в инициацию, а также прогрессирование многих типов рака, причем уровни его экспрессии остаются высокими на протяжении всего периода онкогенеза [45]. TGF-β участвует в ослаблении иммунного ответа и создании иммуносупрессивного микроокружения опухоли. Одним из основных методов подавления иммунитета раковыми клетками является активация резидентных фибробластов в CAFs после воздействия TGF-β. После активации фибробластов, TGF-β уже секретируется самими CAFs, что содействует дальнейшему развитию опухоли. TGF-β связан с EMT, который, как было показано, трансформирует эпителиальные клетки в мезенхимальные стволовые клетки [46]. Мезенхимальные стволовые клетки создают среду, которая более уклончива для иммунной системы, тем самым способствуя инвазии и метастазированию [46].

TNF-α (фактор некроза опухоли-α) — еще один важный плейотропный цитокин. Он связывается с двумя различными рецепторами — TNFR-1 и TNFR-2 — и играет важную роль в онкогенных путях, особенно в NFκB и MAPK [47]. TNF-α может секретироваться раковыми клетками, активируя при этом фибробласты, так и наоборот, CAFs могут выделять TNF-α, поддерживая пролиферацию раковых клеток. Было показано, что TNF-α участвует в индукции EMT при различных видах рака, способствуя онкогенезу [48].

IL-6 (интерлейкин 6) способен оказывать существенное влияние на различные типы рака благодаря своей роли в многочисленных онкогенных путях, включая STAT3, NF-κB, PI3K и MAPK [49]. Кроме того, IL-6 также участвует в создании опухолевой ниши, в ангиогенезе и метастазировании. Важность IL-6 в канцерогенезе обеспечивается его способностью осуществлять межклеточную связь между различными компонентами TME [50].

IL-8, также называемый CXCL8, вырабатывается во множестве типов клеток от нейтрофилов до CAFs. Регуляция этого воспалительного цитокина контролируется через его два рецептора, CXCR1 и CXCR2, которые участвуют в таком признаке рака, как ангиогенез [51]. IL-8 также оказывает широкомасштабное влияние на прогрессирование рака посредством взаимодействия с другими цитокинами, и считается возможным онкобиомаркером [52].

Роль HGF (фактора роста гепатоцитов) в онкогенезе связана с широким спектром стромальных элементов, способных секретировать этот цитокин, но наибольшие его количества образуются CAFs [53]. HGF способен стимулировать онкогенез посредством активации мезенхимально-эпителиального перехода (MET). Активация пути HGF/MET была обнаружена во многих типах рака. Было показано, что HGF увеличивает пролиферацию раковых клеток, одновременно рекрутируя VEGF, что содействует ангиогенезу [54].

miRNA (микроРНК) известны как низкомолекулярные РНК, которые связываются со своими мРНК-мишенями и отрицательно модулируют экспрессию генов на посттранскрипционном уровне. Так, miRNA, переносимые экзосомами, являются обычным способом связи между CAFs, другими стромальными клетками и опухолевыми клетками [55]. С помощью метки зеленым флуоресцентным белком, было доказано, что EVs, выделяемые клетками рака груди, попадают в фибробласты в TME [56]. И наоборот, экзосомальные miRNAs из фибробластов переносятся в раковые клетки, что приводит к увеличению уровней клеточных miRNAs, пролиферации рака и химиорезистентности. Роль экзосом CAFs и их miRNAs в индукции стволовых клеток и EMT раковых клеток была документально подтверждена. Показано, что miRNAs переносятся из CAFs в раковые клетки через экзосомы, усиливая агрессивность опухоли [57].

lncRNA (long nocoding RNAs) — это транскрипты длиной более 200 нуклеотидов, которые не транслируются в белки. Они транскрибируются с больших межгенных регионов или перекрывающихся генов, кодирующих белок, и модулируют различные биологические процессы с помощью широкого диапазона механизмов, включая эпигенетическую, транскрипционную и посттранскрипционную регуляцию, сплайсинг и редактирование РНК [58]. lncRNAs классифицируются на несколько групп, включая энхансерную РНК (eRNA), длинные межгенные транскрипты (lincRNAs), транскрипты, перекрывающие другие некодирующие транскрипты как в смысловой, так и в антисмысловой ориентации, транскрипты, перекрывающие часть транскрипта, кодирующего белок.

В последнее время стала несомненной значительная роль lncRNAs в регуляции компонентов TME, включая CAFs [59]. Растущее количество доказательств указывает на то, что многочисленные lncRNAs участвуют в инициации, прогрессировании и метастазировании опухолей. Они выступают регуляторами во взаимодействиях между CAFs и раковыми клетками в TME [60].

Заключение

До настоящего времени основное направление в лечении злокачественных новообразований было связано с нацеливанием терапевтического воздействия непосредственно на раковые клетки. Однако возникшее в последние годы понимание критической важности опухоль-стромальных взаимодействий для развития патологического процесса и выявление вовлеченных в это взаимодействие молекулярных механизмов позволяет перейти к разработке новых подходов в противоопухолевой терапии, связанных с конструированием «антистромальных» лекарственных средств, предназначенных для подавления стимуляции развития опухоли клетками ее микроокружения. Использование данного подхода может открыть новые перспективы в лечении раковых заболеваний.

Финансирование работы

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение №075-15-2021-1062).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.