Влияние неоадьювантной химиотерапии на уровень костномозговых клеток-предшественниц В крови больных инвазивной карциномой молочной железы
- Авторы: Кайгородова Е.В1,2, Перельмутер В.М1, Орехов А.С2, Федулова Н.В1, Тарабановская Н.А1, Симолина Е.И1, Савельева О.Е1, Таширева Л.А1, Чердынцева Н.В1,3
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
- Сибирский государственный медицинский университет
- Лаборатория трансляционной клеточной и молекулярной медицины ТГУ
- Выпуск: Том 14, № 4 (2019)
- Страницы: 72-76
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 16.01.2023
- Статья опубликована: 10.12.2019
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/122218
- DOI: https://doi.org/10.23868/201912035
- ID: 122218
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Полный текст
Введение В настоящее время исследователи пришли к единому мнению о том, что образование и локализация гематогенных метастазов определяются не только наличием в кровотоке опухолевых клеток, но и особенностями органов-мишеней. Эту гипотезу (образно названную гипотезой «семян и почвы») выдвинул еще в конце Х!Х в. S. Paget (1889) [1]. Было установлено, что развитию микрометастазов в органах-мишенях предшествует накопление в них клеток, мигрирующих из костного Гены & Клетки, том XIV, № 4, 2019 КЛИНИЧЕСКИЙ ОПЫТ 73 мозга и создающих адекватное для опухолевых клеток стромальное микроокружение, которое является определяющим фактором для развития метастазов [2]. Кластер таких клеток в месте развития метастаза, возникающий до попадания в этот орган опухолевых клеток, был обозначен термином «преметастатическая ниша» [2]. Концепция B. Psaila, D. Lyden (2009) предполагает формирование и последовательную смену в месте будущего метастаза следующих форм микроокружения: преметастатичекой ниши с костномозговыми клетками-предшественницами без опухолевых клеток; микрометастатической ниши, характеризующейся наличием кластера незрелых костномозговых и опухолевых клеток; макрометастатической ниши, в которой к предшествующим процессам присоединяется ангиогенез [3]. Образование микрометастатической ниши, согласно теории B. Psaila, D. Lyden (2009) [3], обусловлено, прежде всего, тем, что клетки первичной опухоли, обладая способностью к секреции цитокина VEGFA, мобилизуют из костного мозга гемопоэтические прогениторные клетки (VEGFR 1+) в периферический кровоток, откуда они попадают в место будущего метастаза за счет взаимодействия интегри-нов с соответствующими лигандами. В формировании метастатических ниш участвуют VEGFR 1+-миелоидные клетки-предшественницы: - костномозговые эндотелиальные клетки-предшественницы с экспрессией c-kit, CD133, Sca-1, VE-cadherin, VEGFR-2 и endoglin, CD271 +-мезенхимальные стволовые клетки-предшественницы фибробластов и клетки-предшественницы макрофагов CD11b+Gr1+MAC1+, известные как клетки-супрессоры миелоидного происхождения [4-8]. Мобилизация костномозговых клеток-предше-ственниц в кровоток, являющаяся одним из ключевых звеньев многокомпонентного механизма метаста-зирования, может быть вызвана гипоксией, повреждением тканей, цитокинами и хемокинами (IL-1, IL-6, TGFp, TNFa, GM-CSF, G-CSF, CSF, VEGF и т. д.), а также факторами, нарушающими соотношение CXCR4/ SDF-1a [9]. Среди причин, вызывающих мобилизацию костномозговых эндотелиальных клеток-предшествен-ниц, особое значение имеют химиотерапия и ишемическое повреждение опухоли [10, 11]. Было показано, что количество эндотелиальных прогениторных клеток (ЭПК) в крови больных раком молочной железы (РМЖ) связано с уровнем ЭПК в опухоли и количеством сосудов в опухолевой ткани [12], а развитию рецидивов рМЖ предшествует увеличение в крови костномозговых клеток-предшественниц - гемопоэтических про-гениторных клеток (ГПК) и ЭПК [13]. В связи с этим, актуальным представляется исследование уровня костномозговых клеток-предшественниц при неоадю-вантной химиотерапии (НАХТ) у больных инвазивной карциномой молочной железы. Цель работы: оценка влияния НАХТ на уровень костномозговых клеток-предшественниц (ГСК, ГПК, ЭПК, ММСК) в крови больных раком молочной железы. Материал и методы В проспективное исследование после получения информированного согласия были включены 31 пациентка с впервые диагностированным инвазивным рМЖ в возрасте от 18 до 70 лет, объемом опухоли >2,0 см, стадией T1-4N0-3M0, поступившие на лечение в НИИ онкологии Томского НИМЦ. 17 пациенткам проводили НАХТ (группа исследования), 14 пациенткам - не проводили (группа контроля). Пациентки из исследуемой группы на предоперационном этапе получали 2-6 курсов НАХТ по схеме FAC: 5-фторурацил 500 мг/ м2, доксорубицин 50 мг/м2, циклофосфамид 500 мг/ м2 в 1-е сут., внутривенно, интервал между курсами 21 сут.; по схеме САХ: циклофосфан 100 мг/м2 внутримышечно в течение 14 сут., доксорубицин 30 мг/ м2 внутривенно в 1-е и 8-е сут., капецитабин 1000 мг/ м2 2 раза в сут., peros, в течение 14 сут., интервал между курсами 21 сут.). Материалом для исследования служила венозная гепаринизированная кровь, взятая до каждого курса НАХТ, на 3-7 сут. после НАХТ, а также до операции. Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИИ онкологии Томского НИМЦ (протокол № 4 от 02.04.2018). различные популяции костномозговых клеток-пред-шественниц в крови больных определяли с использованием панели моноклональных антител методом многоцветной проточной цитометрии на аппарате BDFACSCanto (США) с помощью программного обеспечения BD FACSDiva. Венозную стабилизированную гепарином кровь инкубировали, согласно инструкции фирмы-производителя, смеченными различными флюо-рохромами моноклональными антителами к CD45 клон HI30 (APC/Cy7) (Biolegend, США), CD34 клон 581 (PerCP/Cy5.5) (Abcam, Великобритания), VEGFR1 клон Y103 (pE) (Abcam, Великобритания), CD202 клон ММ07^ (FITC) (SinoBiological, Китай), CD133 клон АС133 (АРС) (MiltenyiBiotec, США), CD90 клон 5Е10 (FITC) (NovusBiological, США). После инкубации с антителами в образцах крови лизировали эритроциты раствором BD Facslysingsolution, дважды отмывали CellWash буфером (BD Biosciences, США) с последующим центрифугированием в течение 10 мин. при 1500 об./мин. и к клеточному осадку добавляли 1 мл раствора BD Flow (BD Biosciences, США). Все образцы хранили в темноте при 4°С и были проанализированы на проточном цитофлуориметре в течение 1 ч. Уровень исследуемых популяций клеток определяли по количеству клеток в 1 мкл крови. Полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики. Статистическую значимость различий оценивали с помощью непараметрического критерия Вилкоксона для зависимых выборок и критерия Фридмана в программном пакете для статистического анализа Statistica 12.0 (StatSoft, США). Данные представлены в виде медианы (Ме), верхнего и нижнего квартилей (Q1-Q3). Различия считались статистически значимыми при уровне значимости р<0,05. Результаты По данным иммунофенотипирования в образцах крови больных были выявлены следующие популяции клеток: ГСК - CD34+CD45+CD133+VEGFR1+CD202-, ГПК - CD34+CD45+CD133-VEGFR1+CD202-, ЭПК - CD34+CD45-CD133+VEGFR1+/-CD202+ и ММСК - CD45-CD34-CD133-VEGFR1+/-CD90+. Оценка влияния НАХТ методом многоцветной проточной цитометрии на уровень ГСК и ГПК в крови больных РМЖ показала отсутствие значимых изменений как после 1, 2, 3 курсов НАХТ и после всех курсов НАХТ до операции относительно уровня данных клеток до начала НАХТ, так и между различными этапами исследования (табл.). Анализ количества ММСК при проведении НАХТ обнаружил увеличение количества этих клеток в крови больных инвазивной карциномой молочной железы на уровне статистической тенденции (Friedman ANOVA and Kendall Coeff.of Concordance p=0,061; Coeff. Гены & Клетки, том XIV, № 4, 2019 74 КЛИНИЧЕСКИЙ ОПЫТ Таблица. Влияние неоадьювантной химиотерапии на уровень костномозговых клеток-предшественниц в крови больных инвазивной карциномой молочной железы, Me (Q1-Q3), кл/мкл Этап исследования Фенотип клеток № До проведения НАХТ После 1 курса НАХТ После 2 курса НАХТ После 3 курса НАХТ До операции 1 2 3 4 5 ЭПК 17 0,15 0,02 0,03 0,29 0,38 CD34+CD45-CD133+ VEGFR1+/-CD202+ (0,00-0,82) (0,00-0,28) р1-2=0,062 (0,00-0,90) р1-3=0,68 р2-3=0,60 (0,20-1,16) р1-4=0,128 р2-4=0,068 р3-4=0,027 (0,21-15,37) р1-5=0,020 р2-5=0,035 р3-5=0,068 р4-5=0,40 ГСК 17 0,39 0,41 0,52 0,84 0,07 CD34+CD45+CD133+ VEGFR1+CD202- (0,22-1,27) (0,24-1,11) р1-2=0,67 (0,12-0,99) р1-3=0,674 р2-3=0,77 (0,09-1,95) р1-4=0,68 р2-4=0,88 р3-4=0,32 (0,02-0,81) р1-5=0,32 р2-5=0,32 р3-5=1,00 р4-5=0,40 ГПК 17 48,57 17,54 12,32 0,164 1,92 CD34+CD45+CD133- VEGFR1+CD202- (15,20-193,3) (10,43-18,28) р1-а=0,77 (0,00-70,14) р1-3=0,40 р2-3=0,77 (0,04-108,98) р1-4=0,48 р2-4=0,26 р3-4=0,48 (0,10-37,10) р1-5=0,48 р2-5=0,57 р3-5=0,67 р4-5=0,48 ММСК 17 0,00 0,00 0,00 0,26 0,00 CD34-CD45-CD133- VEGFR1+/-CD90+ (0,00-0,00) (0,00-1,91) р1-2=0,28 (0,00-2,20) р1-3=0,28 р2-3=0,179 (0,00-12,97) р1-4=0,067 р2-4=0,067 р3-4=0,067 (0,00-5,17) р1-5=0,108 р2-5=0,27 р3-5=0,27 р4-5=0,715 Примечание: статистическую обработку данных проводили с помощью непараметрического критерия Вилкоксона для зависимых выборок. различия считались статистически значимыми при уровне значимости р<0,05 of Concordance=0,280). Количество ММСК в крови больных после проведенных всех курсов НАХТ и до операции превышало уровень ММСК до начала лечения на уровне статистической тенденции (р=0,067, табл.). результаты исследования показали (табл.), что НАХТ приводит к статистически значимому увеличению в крови больных инвазивной карциномой молочной железы уровня ЭПК (p=0,036) (Friedman ANOVA and Kendall Coeff. of Concordance p=0,036; Coeff. of Concordance=0,320). Однако после 1 и 2 курсов НАХТ, при использовании попарного критерия Вилкоксона для зависимых выборок, не было выявлено статистически значимых различий (р=0,062 и р=0,68, соответственно). значимое увеличение ЭПК наблюдалось только после 3 курса НАХТ (табл.1) и перед операцией (р=0,020). На рис. 1 представлен протокол проточной цитометрии при оценке количества ЭПК в крови больной инвазивной карциномой молочной железы после НАХТ. Эффект лечения по шкале RECIST (Response evaluation criteria in solid tumours) у данной пациентки соответствовал прогрессированию опухолевого процесса. Первые клинические данные проспективного исследования показали, что среди 1 7 больных инвазивной карциномой молочной железы, которым была проведена НАХТ, у 7 пациенток наблюдалось прогрессирование заболевания в виде гематогенных метастазов в кости, печень и(или) легкие в течение первых 1,5 лет наблюдения. В контрольной группе больных, которым проводилось оперативное лечение опухоли без НАХТ, из 14 пациенток с инвазивной карциномой молочной железы ранние гематогенные метастазы были выявлены у 1 пациентки. Обсуждение Химиопрепараты не имеют строгой специфичности. Их применение приводит к токсическим осложнениям, выраженным в разной степени, что в некоторых случаях делает невозможным продолжение лечения. Еще более неблагоприятный для пациента эффект химиотерапии связан с появлением условий для прогрессирования рака, причём не только за счёт отбора химиорезистентных клонов [14, 15]. В рандомизированных проспективных исследованиях показано, что включение паклитак-села в схему НАХТ при рМЖ, несмотря на повышение частоты полного патологического ответа, не улучшает общую выживаемость [16]. Одной из причин прометастатического действия НАХТ является высвобождение клеток-предшественниц из костного мозга в кровь. значение мобилизации клеток-предшественниц из костного мозга состоит в том, что они являются главными участниками формирования преметастатических и опухолевых ниш - оптимального для пролиферации опухолевых клеток микроокружения [2]. результаты нашего исследования обнаружили, что влияние НАХТ на субпопуляции костномозговых клеток-предшественниц в крови больных рМЖ проявляется в разной степени. Отсутствовала значимая реакция на НАХТ костномозговых клеток, ответственных, прежде всего за гемопоэз - ГСК (CD34+CD45+CD133+VEGFR1+CD202-) и ГПК (CD34+CD45+CD133-VEGFR1+CD202-). Напротив, количество клеток, участвующих врепаративной регенерации - ЭПК (CD34+CD45-CD133+VEGFR1+/-CD202+) и ММСК (CD34-CD45-CD133-VEGFR1+/-CD90+), Гены & Клетки, том XIV, № 4, 2019 КЛИНИЧЕСКИЙ ОПЫТ 75 3 ierrc-1# ' н 1 fCD*5- 2£2J 101-* -ID*5 1[>: J FSC-A (TGJ) CDJ5"rt CD3J-A i ssmple R5 3 ssmble ■ P1 C045- CD34W CD 133- ■ -ДОМ:.' to- '-E j F R1 - A CDZC'i-A Рис. 1. Протокол проточной цитометрии при оценке количества клеток-предшественниц эндотелиоцитов в крови больной инвазивной карциномы молочной железы T1N1M0, 65 лет после НАХТ увеличивалось. различия в изменении динамики количества клеток-предшественниц в крови пациенток с рМЖ под влиянием НАХТ, участвующих в большей степени в гемопоэзе или в регенерации, свидетельствуют о неодинаковых механизмах их рекрутирования из костного мозга. Нами было выявлено, что уровень ЭПК с фенотипом CD34+CD45-CD133+VEGFR1+/-CD202+ увеличивался после 3 курса НАХТ и до операции по сравнению с уровнями до проведения НАХТ, после 1 и 2 курсов НАХТ. Полагают, что этот феномен обусловлен гипоксией и некрозом опухолевой ткани под действием химиопрепаратов. Происходит не только рекрутирование клеток-предшественниц из костного мозга в кровь, но и их накопление в сохранившихся участках опухоли, что способствует стимуляции ангиогенеза, регенерации поврежденной ткани опухоли и ее росту [17]. Известно, что мобилизация костномозговых клеток-предшественниц происходит в ответ на эффекты ряда цитокинов. Например, паклитаксел вызывает активную мобилизацию из костного мозга клеток-предшественниц эндотелия в поврежденную опухоль. В такой мобилизации существенную роль играет индукции экспрессии SDF-1a [17]. ММСК рекрутируются как в места репаративной регенерации поврежденной ткани, так и в строму опухолевой ткани [18], они секретируют широкий спектр факторов роста и цитокинов, усиливающих ангиогенез и способствующих метастазированию [19, 20]. Наши результаты показали, что количество ММСК в крови больных рМЖ на уровне статистической тенденции было выше после 3 курса НАХТ и до операции по сравнению с уровнем ММСК до начала лечения. Это происходило параллельно с увеличением количества клеток-предшественниц эндотелиоцитов. Заключение Полученные данные свидетельствуют о том, что НАХТ способствует усилению рекрутирования костномозговых клеток-предшественниц (ММСК и ЭПК] из костного мозга в кровь. Результаты интересны с точки зрения формирования преметастатических ниш, стимуляции ангиогенеза и образования стромы, способствующих усилению роста первичной опухоли и формированию клинически значимых метастазов. Высокая вероятность развития метастазов подтверждается обнаруженным нами ранее увеличением количества циркулирующих опухолевых клеток с признаками стволовости, эпителиально-мезенхимального перехода (ЕМТ) и без мембранной экспрессии ЕрСам после 3 курса НАХТ [21]. Поскольку метастатическое заболевание является основной причиной смертности от рака, полученные результаты полезны для разработки новой стратегии комбинированного лечения онкологических заболеваний, направленной не только против опухолевых клеток, но и на профилактику образования метастатических ниш. Конфликт интересов Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.Об авторах
Е. В Кайгородова
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН; Сибирский государственный медицинский университет
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
В. М Перельмутер
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
А. С Орехов
Сибирский государственный медицинский университет
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Н. В Федулова
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Н. А Тарабановская
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Е. И Симолина
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
О. Е Савельева
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Л. А Таширева
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Н. В Чердынцева
Научно-исследовательский институт онкологии Томский национальный исследовательский медицинский центр РАН; Лаборатория трансляционной клеточной и молекулярной медицины ТГУ
Email: kaigorodova@oncology.tomsk.ru
Томск, Россия
Список литературы
- Paget S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast. The Lancet 1889; 133(3421): 571-3.
- Kaplan R.N., Riba R.D., Zacharoulis S. et al. VEGFR1-positive haematopoietic bone marrow progenitors initiate the pre-metastatic niche. Nature 2005; 438: 820-7.
- Psaila B., Lyden D. The metastatic niche: adapting the foreign soil. Nat. Rev. Cancer 2009; 9(4): 285-93.
- Wels J., Kaplan R.N., Rafii S. et al. Migratory neighbors and distant invaders: tumor-associated niche cells. Genes Dev. 2008; 22(5): 559-74.
- Peinado H., Lavotshkin S., Lyden D. The secreted factors responsible for pre-metastatic niche formation: old sayings and new thoughts. Semin. Cancer Biol. 2011; 21(2): 139-46.
- Karnoub A.E., Dash A.B., Vo A.P. et al. Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis. Nature 2007; 449(7162): 557-63.
- Docheva D., Haasters F., Schieker M. Mesenchymal stromal cells and their cell surface receptors. Curr. Rheumatol. Rev. 2008; 4(3): 155-60.
- Zhang Qi., Fujino M., Xu J. et al. The Role and Potential Therapeutic Application of Myeloid-Derived Suppressor Cell s in Allo- and Autoimmunity. Mediators Inflamm. 2015; 2015: 421927.
- Grande F., Giancotti G., loele G. et al. An update on small molecules targeting CXCR4 as starting points for the development of anti-cancer therapeutics. Eur. J. Med. Chem. 2017; 139: 519-30.
- Kopp H.G., Ramos C.A., Rafii S. Contribution of endothelial progenitors and proangiogenic hematopoietic cells to vascularization of tumor and ischemic tissue. Curr. Opin. Hematol. 2006; 13(3): 175-81.
- Kaigorodova E., Tarabanovskaya N., Simolina E. et al. Circulating tumor cells and bone marrow progenitor cells in the blood of breast cancer patients in the dynamics of neoadjuvant chemotherapy. European Journal of Cancer Supplements 2015; 13(1): 22.
- Кайгородова Е.В., Перельмутер В.М., Савельева О.Е. и др. Оценка взаимосвязи уровня клеток-предшественников эндотелиоцитов в крови и в опухоли у больных инвазивной карциномой молочной железы. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований 2016; 11(1): 162-3.
- Jain S., Ward M.M., O'Loughlin J. et al. Incremental increase in VEGFR1+ hematopoietic progenitor cells and VEGFR2+ endothelial progenitor cells predicts relapse and lack of tumor response in breast cancer patients. Breast Cancer Res. Treat. 2012; 132(1): 235-42.
- Middleton J.D., Stover D.G., Hai T. Chemotherapy-Exacerbated Breast Cancer Metastasis: A Paradox Explainable by Dysregulated Adaptive-Response. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(11): 3333.
- Perelmuter V.M., Tashireva L.A., Savelieva O.E. et al. Mechanisms behind prometastatic changes induced by neoadjuvant chemotherapy in the breast cancer microenvironment. Breast Cancer (Dove Med. Press) 2019; 11: 209-19.
- Gianni L., Baselga J., Eiermann W. et al. Phase III trial evaluating the addition of paclitaxel to doxorubicin followed by cyclophosphamide, methotrexate, and fluorouracil, as adjuvant or primary systemic therapy: European Cooperative Trial in Operable Breast Cancer. J. Clin. Oncol. 2009; 27: 2474-81.
- Shaked Y., Henke E., Roodhart J.M.L. et al. Rapid Chemotherapy-Induced Acute Endothelial Progenitor Cell Mobilization: Implications for Antiangiogenic Drugs as Chemosensitizing Agents. Cancer Cell 2008; 14: 263-73.
- Kidd S., Spaeth E., Dembinski J.L. et al. Direct evidence of mesenchymal stem cell tropism for tumor and wounding microenvironments using in vivo bioluminescence imaging. Stem Cells 2009; 27: 2614-23.
- Beckermann B.M., Kallifatidis G., Groth A. et al. VEGF expression by mesenchymal stem cells contributes to angiogenesis in pancreatic carcinoma. Br. J. Cancer 2008; 99: 622-31.
- Karnoub A.E., Dash A.B., Vo A.P. et al. Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis. Nature 2007; 449: 557-63.
- Kaigorodova E.V., Savelieva O.E., Tashireva L.A. et al. Heterogeneity of Circulating Tumor Cells in Neoadjuvant Chemotherapy of Breast Cancer. Molecules 2018; 23(4): E727.
Дополнительные файлы
