Bone marrow progenitor cells are involved in the metastasis of malignant tumors

Full Text

В последнее время было показано, что «взрослые» стволовые и злокачественные клетки характеризуются рядом общих признаков. Исследователи указывают на экспрессию некоторых общих маркёров, в частности, Oct-4 и CD133 [1, 2] и миграцию по одной и той же оси SDF-1 - CXCR4 [3]. Клетки костного мозга могут участвовать в формировании опухолей [4, 5], усиливая в них ангиогенез [6, 7] и, возможно, способствуя миграции и адгезии злокачественных клеток [6, 8]. Однако, механизмы взаимодействия опухоли и клеток костного мозга при развитии первичного или метастатического рака, остаются не изученными.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, описывается участие гемопоэтических прогениторных клеток костного мозга в образовании метастатической ниши и прогрессии опухоли. Авторы предположили, что метастазированию злокачественных клеток предшествует и способствует миграция прогениторных клеток костного мозга.

Для проверки гипотезы образования преметастатической ниши прогениторными клетками авторы выполняли трансплантации костного мозга, несущего генетическую метку [beta-gal или GFP], летально облучённым мышам. Через 4 недели, после восстановления костного мозга, выполняли внутрикожную имплантацию злокачественных линий - легочной карциномы Льюиса [LLC], характиризующейся типичным метастазированием в лёгкие, и меланомы [В16], характеризующейся множественным диссеминированным метастазированием.

Через 2 недели после имплантации опухоли LLC в лёгких обнаруживали кластеры [скопления] меченых клеток костного мозга, но не метастазы. Однако на 18-й день обнаруживали метастазы LLC в лёгких в тех же областях, куда до этого мигрировали клетки костного мозга [ККМ]. Более 95% злокачественных клеток метастазов в лёгких было ассоциировано с GFP+ ККМ. Таким образом, клетки, мигрировавшие из костного мозга, образуют метастатическую нишу для злокачественных клеток.

□казалось, что сайт формирования преметастатической ниши чётко зависел от вида опухоли и, по-видимому, обусловлен биохимическими сигналами, «указывающими» путь метастазирования. Так, введение среды, кондиционированной клетками В16, приводило к мобилизации ККМ в кровоток и образованию преметастатических ниш, характерных для этой опухоли локализаций, что было подтверждено последующей внутривенной траснплантацией В16. Сайты миграции ККМ чётко соответствовали типичным [природным] путям метастазирования LLC - лёгкие, печень и В16 - печень, селезёнка, почки, яички. В остальных органах кластеры ККМ и метастазы обнаружены не были. В системе in vitro авторы идентифицировали ряд факторов [VEGF, PIGF, CXCR4], экспрессируемых и синтезируемых клетками опухоли в культуре и обусловливающими их хемотаксис в нишу. Таким образом, специфические опухоль-ассоциированные биохимические сигналы запускают процессы миграции клеток костного мозга, их адгезии и формирования ниши в органе-мишени будущего метастаза.

Исследователи чётко идентифицировали фенотип ККМ, участвующих в образовании преметастатической ниши. Эти клетки характеризовались высоким уровнем экспрессии рецептора к фактору роста эндотелия I типа [VEGFR-1], Известно, что VEGFR-1 является маркёром гемопоэтических клеток, в отличие otVEGFR-2 [flk-1], который экспрессирован в основном на эндотелиальных клетках костного мозга [6]. Субпопуляции VEGFR-1⁺ клеток также коэкспрессировали и другие маркёры - гемопоэтические и «стволовые» маркёры - CD133, CD34 и CD117 [c-kit].

Исходя из клеточного фенотипа, авторы показали динамику миграции клеток в преметастатическую нишу: 1] VEGFR-1⁺/VEGFR-2~/CD31~; 2] VEGFR-2⁺; 3] опухолевые клетки. Ведущая роль VEGFR-1⁺ клеток была доказана ещё и тем, что только трансплантация их очищенной сортингом фракции [но не нефракционированного и VEGFR1- негативного костного мозга] приводила к формированию преметастатической ниши. Назначение анти-VEGFR-l [но не aHTH-VEGFR-2] антител после имплантации опухоли, полностью предотвращало развитие метастазирования обеих линий. Назначение aHTH-VEGFR-2 антител не предотвращало, но уменьшало метастазирование, а введение комбинации этих антител также блокировало не только метастазирование, но и развитие самой ниши [кластеров] перед началом миграции опухолевых клеток. Таким образом, ведущую роль в процессе формирования преметастатической ниши играют VEGFR-1 + гемопоэтические клетки костного мозга.

Схема эксперимента

VEGFR-1+ клетки были также обнаружены в первичных и метастатических опухолях человека и у трансгенных по с-Мус мышей, спонтанно формирующих лимфому, причём авторы указывают, что скопление этих клеток предшествовало метастазированию и прогрессу опухоли. В аналогичных биоптатах от людей без злокачественных новообразований VEGFR-1+ клетки обнаружены не были. Дополнительно авторы описывают целый ряд белков и факторов, которые ассоциированы с миграцией [экспрессия фибронектина и SDF-1 стромальными клетками ниши], адгезией [VLA-4, ММР9, Id3] и образованием KnacTepoBVEGFR-1 + клетками. Роль этих факторов была подтверждена в том числе и in vitro тестами на хемотаксис [Transwell].

Таким образом, авторы работы подробно изучили динамику клеточных событий, обуславливающих процесс метастазирования злокачественных клеток и показали, что одну из ведущих ролей в этом могут играть гемопоэтические клетки костного мозга, образуя так называемую преметастатическую нишу. В общем этот процесс можно описать как цепь биохимических реакций, запускаемых факторами, синтезируемыми опухолью [VEGFR, PIGF] и обусловливащими локальную повышенную экспрессию факторов хемотаксиса [фибронектин, SDF-1] для гемопоэтических клеток костного мозга в органе-мишени. Первичная миграция VEGFR-1⁺ клеток по хемотаксическим осям заканчивается адгезией [при участии VLA-4, ММР9, Id3] и образованием преметастатической ниши. Затем начинается миграция VEGFR-2⁺ клеток, обусловливающих ангиогенез и заканчивающих формирование ниши. Финалом процесса служит миграция злокачественных клеток и формирование зрелого метастаза. Тем не менее, клеточно-молекулярные механизмы миграции и метастазирования опухолевых клеток остаются до конца не изученными. В работе не изучался феномен слияния опухолевых и стволовых клеток костного мозга, как возможный механизм образования зрелого метастаза [опухоли] [5, 9].

Изучение биохимических факторов, обусловливающих хемотаксис и миграцию гемопоэтических и опухолевых клеток, их адгезию и формирование кластеров, в будущем может позволить селективно блокировать процесс метастазирования и наметить новые мишени терапии рака. С другой стороны, результаты этой работы могут указать на возможные пути и сигнальные оси миграции клеток костного мозга при развитии воспаления и регенерации повреждённой ткани.

About the authors

A. V. Bersenev

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. The scheme of the experiment

Download (106KB)

Indexing metadata