THE CLINICAL SIGNIFICANCE OF STEM CELLS IN CERVICAL DISEASES

Full Text

Изучение стволовых клеток (СК) - одно из наиболее динамично развивающихся направлений современной науки. Термин «стволовая клетка» начали использовать очень давно, и разные исследователи вкладывали в него разный смысл. Идея возникновения термина восходит к представлениям А. Вейсмана (1884 г.) о непрерывности жизни. Возможно, что на выбор термина повлияло отображение биологами родственных отношений всего органического мира или отдельных его частей в виде родословного, или генеалогического, древа [1]. Стволовые клетки - это клетки, способные к самоподдержанию асимметричным делением, в результате которого из одной стволовой клетки получается одна дочерняя со всеми свойствами стволовой клетки и одна более дифференцированная - клетка-предшественник. Отличительными особенностями этого типа клеток являются способность к самообновлению и дифференцировке в различные клетки, составляющие ткани и органы. СК обеспечивают гомеостаз быстро обновляющихся тканей и являются пролиферативным резервом. Они составляют очень маленькую часть клеточной популяции, но обеспечивают продукцию огромного числа дифференцированных клеток. В организме СК находятся и функционируют в определённом микроокружении. Они возникают в процессе онтогенеза и часто совершают длительную миграцию в организме, прежде чем займут окончательные ниши [2]. Согласно данным Г.Т. Сухих и Т.А. Назаренко, поддержание и выживание, а также свойства стволовых клеток регулируются сигналами, поступающими из их локального микроокружения, так называемой ниши стволовых клеток [3]. Впервые R. Schofield в 1978 г. высказал предположение, что стволовые клетки находятся в постоянных тканевых компартментах, или нишах, подходящих для обеспечения их уникальных свойств (цит. по [3]). Ниша стволовой клетки является уникальным тканевым микроокружением, регулирующим самообновление и дифференцировку стволовых клеток [4]. Ниши СК формируются в процессе онтогенеза. Сформированная ниша может быть занята избыточными или трансплантированными СК и способна обеспечить их функционирование. Размер ниши позволяет поддерживать определённое число СК. Избыточные СК или дифференцируются при наличии определённого сигнала, впадают в спящее дормантное состояние, или подвергаются апоптозу, если они такой сигнал (сигналы) не получают. Таким способом ниши обеспечивают регуляцию числа стволовых клеток в организме и защищают организм от избыточной пролиферации СК. При определённых условиях СК могут покидать свои ниши и вновь возвращаться в них. СК удерживаются в нише за счёт межклеточных взаимодействий и адгезии к внеклеточному матриксу. Ниши СК, так же как и сами СК, возникают на определённой стадии онтогенеза и способны к длительному самоподдержанию [5]. Стволовая ниша - монослой клеток, окружающий СК и обеспечивающий изоляцию от внешних стимулов в состоянии покоя или выступающий триггером при запросе на репарацию [6]. Структурно стволовая ниша представляет собой совокупность всех факторов, которые обеспечивают жизнеспособность и самовоспроизведение стволовых клеток и дифференциацию дочерних прогениторных клеток. К таким факторам относятся базальная мембрана, молекулы внеклеточного матрикса, прочно закрепляющие стволовую клетку в нише при помощи молекул, способных к адгезии (интегрины, кадгерины, селектины), и определённые типы соседних клеток, продуцирующих факторы роста и различные регуляторные молекулы, а также клеток мезенхимального происхождения, в частности миофибробластические элементы [7]. В качестве ниши стволовых клеток может выступать переходная зона (TZs) - место стыка разных видов эпителиальной ткани. Эти TZs можно найти во многих частях организма, в том числе в области перехода железистого и плоского эпителия в конъюнктиве, шеечных отделах желёз желудка, в пищеводе, в лёгких (бронхиолоальвеолярная переходная зона), в шейке матки (эндо-эктоцервикальный переход) и т. д. Полагают, что канцерогенез может быть сопряжён с этими зонами [8]. В течение хронического воспалительного процесса в зоне трансформации различных тканей возникают атрофия и склероз, доказательством чего могут являться рак лёгкого в рубце, рак почки на фоне нефросклероза, рак желудка на фоне хеликобактерного хронического атрофического гастрита, аденомиоз. На фоне воспалительного процесса шейки матки в зоне трансформации возникает незрелая плоскоклеточная метаплазия, которая в дальнейшем при присоединении ВПЧ-инфекции и взаимодействии вируса с клетками на базальной мембране и с базальной мембраной может способствовать развитию предраковых, а затем раковых процессов. Неопластический рост также связан с нарушением функционирования и дифференцировки стволовых клеток, однако мутации, образовавшиеся в транзиторных клетках, как правило, не представляют опасности для организма, поскольку транзиторные клетки быстро элиминируются. В связи с этим ведутся поиски маркеров стволовых клеток, что, с одной стороны, помогает изучать их биологию, с другой - использовать в клинической практике. Наиболее изучены маркеры гемопоэтических стволовых клеток, что позволяет значительно обогащать популяцию клеток крови стволовыми клетками. Поиски маркеров ведутся и для других типов клеток, в том числе и для выявления опухолевых стволовых клеток, что, несомненно, будет иметь огромное значение для своевременного выявления онкологических процессов ещё до их фенотипического проявления. Стволовые клетки благодаря своей долгой жизни в организме накапливают мутации, способствующие развитию процессов канцерогенеза. Среди популяций различных типов клеток, присутствующих в опухолях, выявлена небольшая субпопуляция клеток со свойствами стволовых, получившая название раковых, или опухолевых стволовых клеток (ОСК), что послужило основанием для создания новой опухоле-стволовой теории онкогенеза [9, 10]. Гипотеза опухолевых стволовых клеток («гипотеза ОСК») возникла на основе схожести процессов самовоспроизведения нормальных стволовых клеток и трансформированных клеток опухолей [9]. Эти типы клеток способны к самовоспроизведению и дифференцировке в другие клетки. Опухолевые клетки гетерогенны по фенотипическим признакам и по пролиферативному потенциалу. Но происхождение ОСК до настоящего времени не установлено. Возможно их возникновение из трансформированных нормальных стволовых клеток или более дифференцированных прогениторных клеток, приобретших вследствие мутаций способность к самовоспроизведению. Доказано, что стволовые клетки и без мутаций способны вызывать опухолевый рост [11]. Рак шейки матки (РШМ) по распространённости занимает 2-е место среди всех онкологических заболеваний в мире и 1-е место среди причин женской смертности от рака в развивающихся странах. По данным ВОЗ, в мире ежегодно регистрируется около 500 тыс. случаев рака шейки матки, каждый второй из которых заканчивается смертью пациентки в течение первого года после постановки диагноза. В экономически развитых странах отмечается тенденция к омоложению болезни - заболеваемость у женщин репродуктивного возраста за последние 10-15 лет увеличилась вдвое. В Российской Федерации в последние годы заболеваемость раком шейки матки составляет 10,8 на 100 000 женского населения, а летальность - 5 на 100 000 женщин (Прилепская В.Н., 2009). Такие методы диагностики, как кольпоскопический, цитологический и гистологический, позволяют диагностировать уже существующие патологические изменения, поэтому поиск прогностических маркеров, позволяющих определить вероятность злокачественной трансформации на раннем этапе, является важным направлением исследований при заболеваниях шейки матки [12]. Важным фактором профилактики рака шейки матки является своевременное выявление и адекватная терапия предраковых процессов шейки матки. Дисплазия и рак шейки матки (CIS) имеют ряд ключевых признаков, которые должны быть приняты во внимание для лучшего понимания природы заболевания [13]. Чёткая демаркационная линия от окружающего нормального эпителия и однородная морфология в пределах поражения предполагают, что опухолевое распространение клеток ограничено фиксированной схемой дифференцировки и распространения в стороны. Такие очаги роста дают основание полагать, что начало предракового поражения происходит из единственной клетки (моноклонально) или небольшого числа клеток (олигоклонально). Возможно, что поражение развивается в области с множественными фокусами HPV-инфекции, которые независимо друг от друга создают свои собственные морфологические формы. Другими словами, в процесс вовлечены различные субклоны стволовых клеток или рост очагов может зависеть от различной инфекционности HPV-генома. Согласно проведённым ранее исследованиям, ряд авторов свидетельствуют, что призматические резервные клетки являются лучшими кандидатами для стволовых клеток шейки матки [14]. По данным других исследователей, выявлены два маркера для стволовых клеток шейки матки - р63 и цитокератин 17 [15]. р63 участвует в поддержании базальных клеток, популяции клеток-предшественников и гарантирует способность тканей к развитию и регенерации. Цитокератин 17 является более конкретным в идентификации стволовых клеток, расположенных в эпителии шейки матки. Согласно данным T. Yao и соавт., раковые стволовые клетки шейки матки формируются с участием альдегиддегидрогеназы (ALDH1) [16]. Sox2 является ключевым фактором транскрипции эмбрионального роста и играет важную роль в определении судьбы стволовых клеток. В последнее время Sox2 был обнаружен в некоторых человеческих опухолях, что указывает на потенциальную роль его в генезе опухолей. Изначально описано заметное увеличение ядерного окрашивания Sox2 в цервикальной карциноме по сравнению с нормальной шейкой матки (р < 0,05). Кроме того, окрашивание Sox2 обнаружено в большинстве опухолевых клеток, выделенных из свежих тканей рака шейки, но не среди дифференцированных опухолевых клеток [17]. Опухолевые стволовые клетки, богатые белками Nanog, nucleostemin (NS) и Musashi1 (Msi1), также могут участвовать в развитии рака шейки матки. Экспрессия Msi1 крайне высока в недифференцированных эмбриональных стволовых клетках и регулирует дифференцировку, пролиферацию и асимметричное деление стволовых клеток соответственно. Nanog является единственным гомеобоксным фактором транскрипции и содержит гомеодомен, гомологичный семейству генов натуральных киллеров (НК) [18], более того, он играет подобную ключевую роль в регуляции судьбы плюрипотентных клеток ICM (внутренней клеточной массы) во время эмбрионального развития, поддержания плюрипотентности эпибласта и предупреждения дифференциации [19]. NS является предполагаемым эукариотическим фактором транскрипции, который связывается с белком p53 и очень выражен в ядрышках нейронов, эмбриональных стволовых клеток и ряде линий клеток рака. NS имеет важное значение в пролиферации стволовых и раковых клеток [20]. Msi1 - РНК-связывающий белок, который значительно выражен в нервных стволовых клетках или клетках-предшественниках, астроглиальных клетках-предшественниках и астроцитах центральной нервной системы [21], регулирует экспрессию своего целевого гена, m-numb, на трансляционном уровне и ассоциируется с асимметричным делением клеток в нервных клетках-предшественниках [22]. Эти три белка могут участвовать в развитии эмбрионального рака, глиомы, рака печени, рака желудка и других. В проведённом Feng Ye и соавт. исследовании экспрессия Nanog, NS и Msi1 обнаружена путём иммуногистохимического анализа у 235 пациенток с различными степенями поражения эпителия шейки матки, в том числе у 49 с нормальным эпителием шейки матки, у 31 - с лёгкой дисплазией (CIN I), у 77 - с умеренной и тяжёлой дисплазией (CIN II-III) и у 78 - с плоскоклеточным раком шейки матки (SCC). В совокупности результаты исследования показывают, что эти три белка стволовых клеток (Nanog , NS и Msi1) играют роль в канцерогенезе эпителия шейки, регулируют клеточную дифференцировку, пролиферацию и асимметричное деление и поддерживают плюрипотентность раковой клетки. Каждый белок может играть важную и уникальную роль на каждом этапе процесса трансформации от нормальных эпителиальных клеток шейки к злокачественным клеткам. Определение молекул, участвующих в канцерогенезе и развитии рака шейки матки, имеет важное значение для изучения этого заболевания. Ингибирование молекул важно в процессе опухолевой трансформации клеток, так как может привести к блокированию канцерогенеза рака шейки матки и играть клиническую роль в лечении рака шейки, однако необходимы дальнейшие исследования. Согласно мнению многих исследователей, низкий уровень кислорода способствует самостоятельному обновлению многих стволовых клеток. В опухолях гипоксия связана с агрессивным течением заболевания и плохими клиническими результатами [23]. Кроме того, показано [23], что многие агрессивные опухоли явились отображением экспрессии генов, характерных для человеческих эмбриональных стволовых клеток (чЭСК). Гипоксия через гипоксией индуцируемый фактор (HIF) может вызвать подобные чЭСК транскрипционные программы, в том числе индуцированные плюрипотентные индукторы стволовых клеток (IPSC), Oct4, Nanog, Sox2, Klf4, cMYC и микроРНК-302 в 11 линиях раковых клеток (для шейки матки, предстательной железы, мозга, почек, лёгких, толстой кишки, печени и молочной железы). Отмечено, что неразлагающиеся формы HIF1α в сочетании с традиционными индукторами IPSC отличаются высокой эффективностью в формировании A549-IPSC, как колонии, которые имеют высокий онкогенный потенциал. Для тестирования потенциальной взаимосвязи между индукторами IPSC и HIF, выделяющимися в первичных опухолях, J. Mathieu и соавт. [23] проанализировали первичные опухоли предстательной железы и обнаружили существенную корреляцию между Nanog-, Oct4- и HIF1α-положительными областями. В первичных производных глиомы - CD133-негативных клетках гипоксия способствовала сферообразному скоплению нейрональных стволовых клеток и маркеров чЭСК. В совокупности эти результаты показывают, что клетки-мишени HIF могут выступать в качестве ключевых индукторов опухолевого роста [23]. Протоонкоген с-кit кодирует трансмембранный рецептор типа тирозинкиназы, который принадлежит рецептору fl-PDGER/CSF-1 семейства тирозинкиназы. О взаимодействии между рецептором c-kit и соответствующим лигандом, фактором стволовых клеток (SCF), было высказано предположение о вовлечении в процесс эмбриогенеза, а также канцерогенеза через аутокринную/паракринную системы [24]. На основании вышеизложенных фактов T. Ledwaba и соавт. определили мишень для таргетной терапии предраковых процессов и рака шейки матки, направленной на подавление активности генов, вовлечённых в развитие опухолевых стволовых клеток [25]. Таким образом, анализ современной литературы показал, что, к сожалению, многие вопросы в отношении ниши стволовых клеток и опухолевых стволовых клеток рака шейки матки остаются нерешёнными. Однако перспективность данного направления настолько очевидна, что уже сейчас во многих лабораториях, в разных концах света исследователи заняты интенсивным поиском значимых маркеров состояния ниши стволовых клеток и опухолевых стволовых клеток для применения в клинической практике. Тенденции развития в указанной области таковы, что с учётом современных достижений молекулярной медицины в ближайшее время следует ожидать появления новых эффективных подходов таргетной терапии и ранней диагностики рака шейки матки ещё до фенотипического проявления опухоли.

About the authors

Ara L. Unanyan

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: 9603526@mail.ru
MD, professor, Department of Obstetrics and Gynecology No. 1 of the I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, 119991, Russian Federation 119991, Moscow, Russian Federation

E. A Kogan

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

119991, Moscow, Russian Federation

M. V Berishvili

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

119991, Moscow, Russian Federation

M. N Zholobova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

119991, Moscow, Russian Federation

L. G Pivazyan

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

119991, Moscow, Russian Federation

D. N Baburin

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

119991, Moscow, Russian Federation

References

Supplementary files