УДК 61

Значимость  макрофагов ассоциированных с опухолью в прогрессировании опухолевой ткани

Исмаил Бағдат Хажымұратұлы – студент специальности «Общая медицина» Медицинского университета Караганды (г. Караганда, Республика Казахстан)

Өмербек Диас Әліханұлы – студент специальности «Общая медицина» Медицинского университета Караганды (г. Караганда, Республика Казахстан)

Научные руководители Сулейменова Бахыт Маратовна – магистр медицины, ассистент-профессор кафедры Физиологии Медицинского университета Караганды (г. Караганда, Республика Казахстан), Барышникова Ирина Александровна – ассистент-профессор кафедры Физиологии Медицинского университета Караганды (г. Караганда, Республика Казахстан)

Аннотация: Подробное объяснение патогенеза взаимодействия опухолевых клеток с их микроокружением раскрывает обширный подход к диагностике, а также к лечению. В статье раскрывается значимость микроокружения макрофагов в канцерогенезе. Клетки микроокружения опухоли с помощью межклеточных взаимодействий, секреций цитокинов, факторов роста, ингибиторов, имеют все шансы либо развития и роста опухоли, либо ее регрессии. Цель работы: исследование влияния макрофагов, ассоциированных с опухолью, на прогрессирование опухолевой ткани с целью выявления их значимости в механизмах развития рака. Наша статья написана с использованием метода обзора литературы. Сделан обзор литературы перечисленных ниже авторов. Мы оценили результаты исследований других авторов, выделив основные актуальные моменты в их статьях и монографиях. Литературный обзор помогает привести теоретическую базу исследования, дать оценку проработанности темы, обосновать выбор направления исследования. В результате проведенного исследования было установлено, что макрофаги, ассоциированные с опухолью, играют ключевую роль в прогрессировании опухолевой ткани. Они способны влиять на метастазирование и рост опухоли, а также оказывать воздействие на иммунный ответ организма. Взаимодействие макрофагов с опухолевыми клетками приводит к активации различных сигнальных путей, способствующих выживанию и распространению раковых клеток. Полученные данные могут послужить основой для дальнейших исследований в области онкологии и иммунологии, а также для разработки инновационных подходов к лечению рака.

Ключевые слова: опухоль, микроокружение опухоли, макрофаги, межклеточное взаимодействие.

Макрофаги (МФ) вступают в структуру популяции одноядерных фагоцитов системы естественного иммунитета. Они обширно распространены в тканях всего нашего организма, а также представляют первую линию защиты от патогенных агентов, участвуют в  укреплении иммуногенетического гомеостаза. Главным качеством МФ  считается значительный уровень их разнородности и пластичности. Их источником считаются самые последние созревшие моноциты, возникающие из гемопоэтических клеток-предшественников в костном мозге [1, 2]. МФ представляют собой наиболее обширную популяцию иммунных клеток в микроокружении опухоли, и их наличие связано с уменьшением выживаемости онкологических пациентов. МФ принимает участие в увеличении роста опухоли, инициации и поддержании неоангиогенеза, опосредует эпителиально-мезенхимальный переход и изменяет обмен веществ в опухолях, играет важную роль в инвазии, пролиферации и выживании опухолевых клеток. Также макрофаг играет важную роль в метастазировании опухолевых клеток в близлежащие и отдаленные отделы организма.

В обычных тканях клеткам инструктируют расти основным способам соседние клетки (паракринные сигналы) или системные (эндокринные) сигналы. Предоставление сигналов от клетки к клетке также работает в подавляющем большинстве опухолей человека, каждая из которых состоит из нескольких различных типов клеток, которые, по-видимому, взаимодействуют с помощью гетеротипической передачи сигналов. Опухолевые клетки производят значительную долю собственных личных сигналов роста, тем самым снижая свою зависимость от стимулов из микроокружения нормальной ткани. Снятие зависимости от этих экзогенно полученных сигналов нарушает гомеостатический механизм, обеспечивающий правильное поведение различных типов клеток. Опухолевые клетки отправляют сигналы, принуждающие обмен веществ клеток в микроокружении меняться в их выгоду. С этой целью они применяют сигнальные молекулы, умеющие взаимодействовать с окружающей средой на дистанции и с ее помощью, снижая собственную взаимозависимость от раздражителей с обыкновенной микросреды. Гетеротипическое предоставление сигналов среди разных видов клеток в опухоли индуцирует пролиферацию опухолевых клеток. Можно предположить, что большинство сигналов роста, сталкиваясь с частью стромальных клеток, стимулируют пролиферацию опухолевых клеток.

 На сегодняшний день данное предположение сложно доказать, так как подобное понимание изменяет определенную логику автономии митогенного роста, в соответствии с каковой хорошо сформированные опухолевые клетки, которые получили способность подчинять своих нормальных соседей, побуждать их высвобождать обильные потоки сигналов, стимулирующие рост. На самом деле, в определенных опухолях данная связь между соседними,  а также опухолевыми клетками поддерживает их рост до тех пор, пока они не станут злокачественными. Помимо этого, воспалительные клетки, рекрутированные в опухолевые зоны, умеют стимулировать (а не разрушать) опухолевые клетки, то что считается еще одним методом, с помощью которого нормальные клетки, рекрутированные для увеличения потенциала роста опухоли, обретают требуемые способности [3].

Необходимо выделить то, что среда складывается из разных природных факторов. В данное понятие, в главную очередь, входит метаболическая среда, определяемая соответствующими признаками: кровотечение изнутри опухоли, сосудистая проницаемость и давление (осмотическое и онкотическое), внеклеточный рН, что в свою очередь может меняться в следствии воспаления, а также влияние активных форм кислорода. Другим значимым признаком, характеризующим микроокружение, считается клеточный компонент: клетки соединительной ткани (перициты, фибробласты), клетки мышечной ткани (миоциты), стромы и иммунная система, и конечно же в первую очередь клетки, участвующие в воспалении, а также антигенпредставляющие клетки (МФ и дендритные клетки). Элементы, вырабатываемые опухолевыми клетками, и продукты опухолеинфильтрирующих клеток играют важную роль в организации микроокружения опухолевой структуры. К ним относятся компоненты внеклеточного матрикса, медиаторы воспаления, хемокины, цитокины, антитела, факторы роста, различные ферменты, лактат, глюкоза, фосфор.

При последующем опухолевом разрастании особого внимания требует эффект Варбурга, значение которого состоит в повышенной необходимости превращения глюкозы в лактат под влиянием ферментов. В результате уменьшается рН микроокружения, а ацидоз содействует формированию опухолевых клеток. Ионы водорода, вырабатываемые опухолевыми клетками в микроокружение, изменяют характеристики стромы опухоли, что способствует увеличению инвазивности. Помимо этого, недавние исследования показывают, что секретируемый опухолями лактат служит источником поляризации макрофагов типа М-2. Он транспортируется к макрофагам через каналы в мембранах [4].

Давайте детальнее проанализируем роль макрофагов, исполняющих основную значимость в формировании воспаления, а также представляющих источником множества цитокинов. Макрофаги микроокружения имеют возможность приспособиться к гипоксии, что считается одним из значимых условий опухолевого формирования; наиболее распространенные опухоли стремительно инфильтрируются макрофагами [5]. Морфологически макрофаги различаются множеством лизосом в цитоплазме, а их взаимосвязь е с опухолевыми клетками достаточно тесная. Мигрирование макрофагов в опухолевую ткань предоставляется нейтрофилами, самими макрофагами, а также опухолевыми клетками, продуцирующими определенные хемоаттрактанты [6]. Значимость макрофагов в микроокружении потверждена многочисленными трудами А. Мантовани, в которых представлено, что присутствующие в конкретных обстоятельствах активированные макрофаги имеют все шансы формировать противоположные субпопуляции: М-1, умеющие уничтожать опухолевые клетки (традиционные активированные макрофаги, ответственные за распад опухоли). Клетки, а также прочие чужеродные агенты функционируют прямо или косвенно через участие других клеток иммунной системы. Макрофаги М-2 повышают скорость восстановления тканей и способствуют заживлению ран, усиливают рост опухолевых клеток [7,8].

В результате экспериментов было определено, что в опухолевой среде, как правило, доминируют субпопуляции М-2. Помимо этого, в результате воздействия веществ, секретируемых опухолевыми клетками, действующие М-1-макрофаги переключаются в вид М-2, а также останавливают выработку противоопухолевых цитокинов (фактор некроза опухоли и интерлейкина 12) и начинают высвобождать молекулы, увеличивающие скорость развития опухоли.

Однако нынешние эксперименты подтверждают, что подобное деление макрофагов условно, так как показывает дифференциацию на крайние формы, а помимо них существуют переходные и смешанные фенотипы. В действительности фенотипическая противоречивость макрофагов указывает на их возможность приспособиться к меняющимся обстоятельствам внешней среды, способности перепрограммировать защитное действие и секреторные реакции этих клеток в нужном направлении [9]. Данный факт подтверждает исследование британских ученых, в процессе которого они выявили, что за изменение функции макрофагов отвечает белок IKK-бета (ингибитор каппа-киназы бета). В норме данный белок ускоряет защиту от воспалительных реакций, однако внутри опухоли он блокирует активность противоопухолевых генов макрофагов. Если активность IKK-бета в макрофагах внутри раковых опухолей подавляется в экспериментах на мышах, эти иммунные клетки могут атаковать опухоль. Кроме того, макрофаги начинают выделять химические вещества, притягивающие специфические противоопухолевые иммунные клетки для разрушения опухоли [10].

Функции опухолевых инфильтрирующих макрофагов непосредственно связаны с цитокинами, гипоксией и микроокружением. Инфильтрация макрофагов в область опухоли и протяженность опухоли зависят от ряда факторов. В основном это:

• ускорение воспаления, которое известно, как фактор риска развития опухоли;
• усиление ангиогенеза;
• высвобождение супрессорных цитокинов и других факторов, усиливающих рост опухоли;
• преобразование клеток, способных участвовать в стимуляции роста опухоли, в определенный фенотип.

При воспалении образуются продукты, продуцируемые этими клетками, например, реактивные радикалы кислорода, простагландины, лейкотриены, разнообразные факторы роста и другие биологически активные вещества. Все названные продукты могут нарушать передачу сигнала в пролиферирующих клетках и способствовать онкогенезу.

Опухолеассоциированные макрофаги, которые обильно разрастаются в опухолевых тканях, имеют все шансы вызывать прогрессирование опухоли, активируя ангиогенез, продуцируя фактор роста эндотелия сосудов, экспрессируя матриксные металлопротеиназы (ММП) и ингибируя адаптивный иммунный ответ [11].

Повышение опухолеассоциированных макрофагов в микроокружении опухоли и периферической крови сопровождается сопутствующим повышением уровня TGF-β (трансформирующего фактора роста бета) при раке, действие которого связано с его иммунодепрессивным действием [12]. Роль TGF-β и VGF (сосудистый фактор роста) в стимуляции ангиогенеза заключается в образовании в опухолях сосудоподобных каналов, которые формируются без эндотелиальных клеток [13]. Низкая насыщенность кислорода в опухоли активирует макрофаг к формированию системы сетей каналов с целью транспорта растворенного кислорода и глюкозы. Определена связь между количеством ассоциированных с опухолью макрофагов и стадией перехода опухоли, степенью ее дифференцировки, инвазии и плотностью внутриопухолевых сосудов [14].

Связь макрофагов вместе с гранулоцитами способна содействовать инвазии, а также метастазированию, то что совершается на фоне деградации матрикса и усиления ангиогенеза. Оказалось, что значимость в содействии представляет формирование иммунных комплексов, то, что еще более стимулирует данную обстановку. Понимание о возможностях макрофагов стимулировать рост опухоли появилось вследствие данных о том, что опухоль-инфильтрирующие макрофаги имеют все шансы вызывать Т-клеточный апоптоз, что приводит к разрушению активированных специфических Т-лимфоцитов внутри опухоли. Распад Т-лимфоцитов блокируется IFNy, TNFa и антителами к этим рецепторам.

Макрофаги в здоровых тканях или очагах воспаления способны лизировать опухолевые клетки in vitro, затем презентировать опухолеассоциированные антигены Т-клеткам и высвобождать цитокины, которые активизируют пролиферацию и противоопухолевую функцию Т-клеток и естественных киллеров. Они ингибируют рост опухоли, продуцируя провоспалительные цитокины, подобные равно как интерлейкин IL-6, IL-12, IL-8 и фактор некроза опухоли (TNFα). Затем экспрессируют рецепторы TNF I и II типов и связываются с CTL (цитотоксическим Т-лимфоцитом), что индуцирует высвобождение IFNγ (интерферона гамма) и производство NO. IFNγ и бактериальный липополисахарид (LPS) M1-МФ, продуцируют повышенные уровни провоспалительных цитокинов, включая IL-1, IL-6, IL-12 и активные формы кислорода. А также, IFNγ способен презентировать антиген и активировать процесс Т-хелперов I типа из-за экспрессии молекул класса II главного комплекса гистосовместимости (HLA) и субмолекул CD80, CD86. Суть экспрессии в том, что данный процесс обеспечивает активацию, разрастание и дифференциацию T- и B-клеток. M1-МФ также экспрессируют хемокиновые рецепторы CXCL9, CXCL10 и CCL5, которые необходимы для активации ЦТЛ и приобретают устойчивость к внутриклеточным патогенам и опухолям.

Но есть различие в одной функции М1-МФ, данные функции стремительно ингибируются в экспериментальных опухолях, что, как полагают, сопряжено вместе с их влиянием на молекул опухолевого возникновения, подобных равно как IL-4, IL-10, TGF B1 (трансформирующий фактор роста) и простагландин E2 [15]. Опухолеассоциированные макрофаги (ТАМ) продуцируют цитокины, в том числе ИЛ-6, ИЛ-17, ИЛ-23, и ингибируют активность противоопухолевых CTL [16]. Экспрессия CSF-1 (колониестимулирующий фактор) и GM-CSF (гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор), основные индуктора дифференцировки МФ, или его рецептора CSF-IR могут перепрограммировать ТАМ в МФ М1 состояние. И в любых опухолях это состояние соответствует плохому прогнозу. ТАМ с высоким уровнем продукции IL-10,  сильного иммунодепрессивного цитокина, имеют все шансы исполнять большую значимость в прогрессировании рака легкого [17]. А другой цитокин под наименованием IL-12 может способствовать к снижению опухолевых качеств макрофага [18]

Микроокружение опухоли активно принимает участие в ее жизнедеятельности, образуя комплекс молекул, активирующих и подавляющих иммунный ответ, что гарантирует ее выживаемость, рост, питание, размножение и миграцию опухолевых клеток. Понятно, что необходима не только терапия, основанная на избирательном вмешательстве в определенные внутриклеточные механизмы, необходимые для опухолевого роста, но и подключение воздействия на клетки микроокружения с целью достижения значительной эффективности лечения. Поскольку макрофаги играют важную роль в развитии опухоли, эти клетки можно использовать с целью исследования новейших терапевтических стратегий.

Научившись понимать и осознавать механизм, который дает возможность подавлять опухолевый иммунитет, мы можем создать новые меры для борьбы с его прогрессированием и открыть путь к искоренению опухоли.

Список литературы

1. Yona S., Kim K.W., Wolf Y., Mildner A., et al. Fate mapping reveals origins and dynamics of monocytes and tissue macrophages under homeostasis. Immunity. 2013; 38 (1): 78-91. doi: 10. 1016/j. immuni.2012.12.001.
2. Ginhoux F., Jung S. Monocytes and macrophages: developmental pathways and tissue homeostasis. Nat. Rev. Immunol. 2014; 14 (6): 392404. doi: 10. 1038/nri3671.
3. Douglas Hanahan, Robert A Weinber: The Hallmarks of Cancer// Cell. – 2000.; Vol.100 Issue 1, p. 57–70.
4. Liberti Maria V., Jason W. The Warburg Effect: How Does it Benefit Cancer Cells // Trends in Biochemical Sciences. – 2016.; Vol. 41 Issue 3, p. 211–218.
5. Mantovani A. Macrophage polarization: tumorassociated macrophages as a paradigm for polarized M2 mononuclear phagocytes // Trends Immunol. – 2002.; Vol. 23 № 11. P. 32-34
6. Экспериментальные модели в патологии: учебник/ В.А. Черешнев, Ю.И. Шилов, М.В. Черешнева, Е.И. Самоделкин, Т.В. Гаврилова, Е.Ю. Гусев, И.Л. Гуляева. – Пермь: Перм. гос. ун-т., 2011. – 267 с.
7. Mantovani A. Cancer-related inflammation // Nature. – 2008.; Vol. 454 № 7203 . P.436.
8. Sica A., Bronte V. Altered macrophage differentiation and immune dysfunction in tumor development // J Clin Invest. - 2007. Vol. 117 №5. P. 15–20.
9. Лямина С.В., Малышев И.Ю. Поляризация макрофагов в современной концепции формирования иммунного ответа // Фундаментальные исследования. -2014. - № 10 (часть 5) – С. 930-935.
10. Prolonged IKKβ inhibition improves ongoing CTL antitumor responses by incapacitating regulatory T cells / Heuser, Christoph et al. // Cell. - 2017. - Volume 21, Issue 3, p. 578–586.
11. Mantovani A, Sica A. Macrophages, innate immunity and cancer: balance, tolerance, and diversity. Curr Opin Immunol. 2010;22(2):231-237. https://doi.org/10.1016/j.coi.2010.01.009
12. Costa NL, Valadares MC, Souza PP, Mendonca EF, Oliveira JC, Silva TA, Batista AC. Tumor-associated macrophages and the profile of inflammatory cytokines in oral squamous cell carcinoma. Oral Oncol. 2013;49(3):216-223. https://doi.org/10.1016/j.oraloncology.2012.09.012
13. Ковалева О.В. Роль макрофагов, ассоциированных с опухолью, в патогенезе почечно-клеточного рака // Онкоурология. -2017. Т. 13, вып. 1. С. 11-13.
14. Kikuchi K, Kusama K, Sano M, Nakanishi Y, Ishige T, Ohni S, Oinuma T, Nemoto N. Vascular endothelial growth factor and dendritic cells in human squamous cell carcinoma of the oral cavity. Anticancer Res. 2006;26(3А):1833-1848.
15. Elgert K.D., Alleva D.G., Mullins D.W. Tumor-induced immune dysfunction: macrophage connection. J. Leukoc. Biol. 1998; 64: 275-90.
16. Dwyer A.R., Greenland E.L., Pixley F.J. Promotion of tumor invasion by tumor-associated macrophages: the role of CSF-1- activated phosphatidylinisitol 3 kinase and Src family kinase motility signaling. Cancer (Basel). 2017; 9 (6). pii: E68. doi: 10. 3390/cancers9060068.
17. Hatanaka H., Abe Y., Kamlya T., Morino F., et al. Clinical implication of interleukin (IL)-10 induced by non-small-cell lung cancer. Ann. Oncol. 2000; 9 (5): 815-9. doi: 10. 1023/a: 1008375208574.
18. Watkins S.K., Egilmez N.K., Suttles J. et al. IL-12 rapidly alters the functional profile of tumor-associated and tumor-infiltrating macrophages in vitro and in vivo. J Immunol 2007;178(3):1357–62. PMID: 17237382.