Tumor stromal MMSCs initiate the process of metastasis

Full Text

Причины приобретения опухолевыми клетками так называемого метастатического фенотипа [т.е. экспрессии белков, отвечающих за миграцию злокачественных клеток], позволяющего им покидать первичную опухоль и мигрировать в удалённые участки организма, являются объектом пристального внимания современных исследований. Часть работ, проведённых в этой области, указывает на то, что подобный фенотип является следствием изменений, происходящих непосредственно в опухолевых клетках. Другая точка зрения состоит в том, что метастатический фенотип является ответом на паракринные сигналы, получаемые опухолевыми клетками от клеток опухолевой стромы [1], но эта гипотеза до настоящего момента оставалась неподтверждённой экспериментально. В частности, это связано с тем, что в опухолевой строме присутствуют клетки различных типов, и сложно выделить ключевые паракринные факторы, участвующие в передаче сигналов между стромальными и собственно опухолевыми клетками. Однако известно, что мезенхимальные стромальные клетки костного мозга [ММСК] активно мигрируют в зону первичной опухоли и присутствуют в её строме [2].

В октябре 2007 года в online версии журнала Nature была опубликована работа группы А.Е. Karnoub и соавт. Исследователи предположили, что основную роль в процессе метастазирования могут иметь именно ММСК. Несмотря на то, что основная ниша ММСК - костный мозг, эти клетки присутствуют в строме многих тканей, представляя собой резервную популяцию стволовых клеток [3]. Они участвуют в регенерации и ремоделировании тканей при повреждениях и хроническом воспалении. ММСК способны к миграции и хоумингу в зоны воспаления, продукции широкого спектра цитокинов и хемокинов. Кроме того, было показано их участие в формировании фиброзных рубцов на месте повреждения [4]. Следует отметить, что перечисленные процессы характерны для карцином молочной железы, сопровождающихся десмопластической реакцией, в ходе которой стромальные клетки продуцируют как про-, так и антитуморогенные факторы. Авторы работы сравнивают опухоль с «раной, которая никогда не заживает», поскольку в ней присутствуют постоянно повышенные концентрации ростовых факторов, цитокинов и матриксных протеиназ. Часть стромальных клеток опухоли представляют собой колониеобразующие единицы, что характерно для ММСК [5]. Для выяснения взаимодействий ММСК и опухолевых клеток исследователи использовали четыре линии опухолевых клеток карциномы молочной железы человека [MCF7/Ras, MDA-MB-231, MDA-MB-435 и HMLER], меченные зелёным флуоресцентным белком [GFP], Клетки каждой линии совместно с ММСК человека были подкожно введены иммунодефицитным мышам. ММСК человека были выделены из аспиратов костного мозга бедренных костей. В контрольных опытах использовались опухолевые клетки без ММСК. Была оценена кинетика формирования опухолей, а также степень их метастазирования. Было показано, что ММСК практически не влияют на кинетику образования опухоли, но существенно усиливают процесс её метастазирования, приводя к образованию вторичных очагов опухолевого роста в лёгких. Количество метастазов в сравнении с контрольными опытами было увеличено в два, три, четыре и семь раз в зависимости от использовавшейся опухолевой клеточной линии.

Для дальнейшей работы была выбрана линия MDA-MB- 231, так как для данной линии усиление метастазирования было максимальным. Было показано, что инъекция совместно с опухолевыми клетками фибробластов не приводила к такому эффекту и никак не влияла на образование метастазов. При введении ММСК отдельно от опухолевых клеток [подкожное введение в контрлатеральную область или в область, близкую к месту введения опухолевых клеток] усиления метастазирования также не наблюдалось. Это указывает на то, что для влияния на опухолевые клетки ММСК должны находиться от них в непосредственной близости. В связи с этим возникает вопрос, влияют ли ММСК на опухолевые клетки, изначально способные к метастазированию, или же способствуют приобретению метастатического фенотипа клетками, не способными к метастазированию. Для определения этого исследователи выделили опухолевые клетки из индуцированной опухоли, очистили культуру от ММСК и ввели опухолевые клетки тем же животным повторно. Обнаружилось, что вторично образованные опухоли не образуют метастазов. Таким образом, способность к метастазированию оказалась обратимой и проявлялась у клеток опухоли только в присутствии ММСК. ММСК приводили к приобретению метастатического фенотипа клетками, в норме не способными к метастазированию. Сами ММСК не мигрировали вместе с опухолевыми клетками, оставаясь в строме опухоли. Это было показано методом внесения двойной флуоресцентной метки.

In vitro был проведён анализ паракринных факторов, секретируемых ММСК. В кондиционированной среде после культивирования смешанных культур ММСК с клетками линии MDA-MB-231 был в шестьдесят раз повышен уровень цитокина CCL5 [RANTES] по сравнению с чистыми культурами MDA-MB-231 и ММСК. Повышение концентрации CCL5 было пропорционально количеству ММСК, присутствовавшему в сокультуре, и было показано, что данный фактор продуцируется именно ММСК. Ингибирование его экспрессии в ММСК приводило к тому, что ММСК теряли способность усиливать метастазирование опухоли. Было также показано, что опухолевые клетки экспрессируют рецептор CCL5 - CCR5. Опухолевые клетки, трансфецированные геном CCL5, обладали повышенной способностью к миграции и не требовали для метастазирования присутствия ММСК.

Таким образом, на основании весьма тщательно проведённых экспериментов и анализа данных, авторы сделали несколько существенных выводов. ММСК способствуют метастазированию опухолевых клеток, не влияя на их пролиферацию и выживаемость. Опухолевые клетки стимулируют продукцию в ММСК хемокина CCL5, который, взаимодействуя со своим рецептором CCR5 на мембране опухолевых клеток, приводит к их метастазированию. То есть создаётся система с положительной обратной связью, в которой ключевую роль играет взаимодействие CCL5-CCR5. Способность клеток опухоли к метастазированию является обратимой. Обладают ли способностью индуцировать метастатический фенотип другие стромальные клетки помимо ММСК, остаётся невыясненным. Однако на данный момент можно заключить, что определение метастатического потенциала опухоли может оказаться неэффективным в связи с тем, что за метастазирование ответственны факторы, продуцируемые опухолевой стромой и традиционно не связываемые с процессом метастазирования.

По материалам: Karnoub A., Dash A., Vo A. et al. Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis. Nature 2007; 449: 557-65

About the authors

A. S. Grigoryan

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files