Инвазия (рак)

Гистопатология инвазивной карциномы без особого типа груди. Присутствие нерегулярных гнезд опухоли в жирной ткани справа на изображении подтверждает инвазивную природу.

Инвазия - это процесс, с помощью которого раковые клетки напрямую распространяются и проникают в соседние ткани при раке . Обычно он отличается от метастазирования , который представляет собой распространение раковых клеток через систему кровообращения или лимфатической системы в более отдаленные местоположения. Тем не менее, лимфоваскулярная инвазия , как правило, является первым шагом метастазирования.

Существуют две основные паттерны инвазии раковых клеток миграцией клеток : коллективная миграция клеток и индивидуальная миграция клеток, с помощью которых опухолевые клетки преодолевают барьеры внеклеточного матрикса и распространяются в окружающие ткани. Каждый паттерн миграции клеток демонстрирует различные морфологические особенности и управляется специфическими биохимическими и молекулярными генетическими механизмами.

Два типа мигрирующих опухолевых клеток, мезенхимальные (фибробласт-подобные) и амебоид , могут наблюдаться в различных паттернах инвазии раковых клеток. В этой статье описываются ключевые различия между вариантами миграции раковых клеток, роли эпителиально-мезенхимальных и родственных переходов, а также значимость различных факторов опухоли и стромальных молекул при инвазии опухоли. Морфологические проявления паттернов инвазии характеризуются различными тканевыми (опухолевыми) структурами.

Инвазивный рост и метастазы

Результаты многочисленных экспериментальных и клинических исследований злокачественных новообразований показали, что инвазивный рост и метастазирование являются основными проявлениями прогрессирования опухоли , которые составляют два тесно связанных процесса.

Злокачественная опухоль определяется его способностью инициировать биологическое явление, известное как метастатический каскад, сложный многоэтапный процесс, при котором инвазия клеток предшествует дальнейшему прогрессированию рака и образованию метастазов в отдаленных органах и тканях. Массовые метастатические поражения приводят к развитию недостаточности органа . Диапазон между «конечными» точками сложного инвазивного метастатического процесса - вторжение первичной опухоли в окружающие ткани и образование метастатических очагов - выполняет несколько этапов, прохождение которых строго необходимо для успешного развития и последующего развития Рост опухоли: интравазация , выживание и присутствие в системной кровообращении, экстравазация с последующей колонизацией органов опухолевыми клетками и образование клинически обнаруживаемых метастазов. Рост опухоли сопровождается повышением давления на окружающие структуры внеклеточного матрикса ткани , тогда как микроокружение работает для сохранения своей функционально-анатомической целостности за счет повышения давления на опухолевые клетки. Факторы, ограничивающие рост Злокачественные новообразования включают базальную мембрану и различные компоненты окружающей стромы, повышенное интерстициальное давление, ограниченное подавление кислорода в опухолевые клетки и продукцию активных форм кислорода и постоянный контакт с клетками иммунной системы. Из -за внутриопухолевой гетерогенности некоторые опухолевые клетки могут подвергаться регрессии и смерти , в то время как другие, устойчивые против противоположных микросредактивных факторов, приобретать агрессивный фенотип и способность метастазировать.

Инвазивный рост опухоли обеспечивается отрывом злокачественных клеток от массы опухоли из -за снижения или полной потери молекул межклеточной адгезии . Это позволяет клеткам набирать аномально высокую подвижность, позволяя проникнуть через жесткие структурные элементы окружающей стромы.

Процесс, посредством которого эпителиальные клетки теряют свою клеточную полярность и клеточную адгезию, и получают миграционные и инвазивные свойства, чтобы стать мезенхимальными стволовыми клетками, называется эпителиально-мезенхимальным переходом (EMT). EMT являются нормальной особенностью различных биологических процессов, таких как эмбриогенез и заживление ран . Однако в контексте метастазирования они облегчают инвазию опухолевых клеток в другие области тела.

Физиологические прототипы инвазивного роста

Опухолевые клетки обладают способностью воспроизводить механизмы и паттерны миграции, обычно наблюдаемые в нормальных неоплатевах клетках во время различных физиологических процессов. Как и нормальные клетки, опухолевые клетки могут активировать эти механизмы, чтобы изменить их форму, создавать благоприятные условия для движения и изменять близлежащие ткани для формирования путей для миграции. Тем не менее, опухолевые клетки, в отличие от нормальных клеток, не имеют физиологических «сигналов остановки», чтобы прекратить эти процессы. Это приводит к созданию механизмов миграции и способствует прогрессированию и распространению опухоли.

Было обнаружено, что злокачественные клетки используют встроенные генетические программы для реализации процессов, которые определяют инвазивный рост и метастазирование. Например, движение отдельных клеток, наблюдаемых во время эмбрионального развития и воспаления (например, миграция лейкоцитов ), аналогично распространению раковых клеток во время прогрессирования опухоли и метастазирования.

Наряду с одноклеточной миграцией, коллективная миграция клеток может происходить, когда группы прочно взаимосвязанные опухолевые клетки мигрируют вместе. Этот тип миграции указывает на перестройку ткани, лежит в основе процессов эмбрионального морфогенеза , а также является важным компонентом заживления поверхностей раны.

Таким образом, злокачественные опухолевые клетки используют механизмы как коллективной, так и одноклеточной миграции в качестве физиологических прототипов в процессе инвазивного роста и метастазирования.

Модели инвазивного роста

Два различных закономерности инвазивного роста различаются на основе специфических морфологических и молекулярных генетических параметров: миграция с одной клеток и коллективная миграция клеток . На тип миграции преимущественно влияет характеристики микроокружения тканей и зависит от молекулярных изменений в опухолевых клетках.

Паттерны инвазии раковых клеток: коллективная клеточная и индивидуальная миграция клеток. При коллективной миграции клеток опухолевые клетки демонстрируют высокую экспрессию E-кадгерина и интегринов . Эпителиально-мезенхимальные (EMT) и коллективные амебоидные (CAT) переходы являются триггером между коллективной инвазией клеток и индивидуальной миграцией клеток. EMT включает в себя активацию транскрипционных факторов , таких как Twist1 , Snail , Slug , ZEB1 / 2 , снижение экспрессии E-Cadherin и увеличение активности протеазы . Во время EMT опухолевые клетки приобретают мезенхимальный фенотип, отделяются от опухолевой массы и мигрируют мезенхимальным механизмом. Напротив, частичный EMT, специфичный для инвазивного фронта опухоли, означает, что опухолевые клетки сохраняют клеточную адгезию , но уже обладают миграционными способностями. Этот фенотип опухолевых клеток был назван «эпителиально-мезенхимальным» фенотипом. В кошке, которая происходит, когда β1 интегрины подавляются, опухолевые клетки отсоединяются от массы опухоли и перемещаются по амебоидному механизму . Амебоидная миграция включает снижение экспрессии протеазы и интегрина и изменения в активности GTPases - ингибирование RAC1 и активация RHOA . Этот тип движения встречается в свободном/мягком внеклеточном матрице . Напротив, мезенхимальная миграция связана с противоположным фенотипом и преобладает в плотной/жесткой матрице. Эти два типа движения очень пластичны и могут преобразовать друг друга, в зависимости от типа внеклеточного матрикса и внутриклеточной регуляции.

Определение механизма инвазии, используемого отдельными мигрирующими клетками во время миграции, является сложной задачей. До 2015 года исследования, исследующие это на молекулярных и морфологических уровнях, были мало в числах и в основном проводились in vitro с использованием специфических клеточных линий.

Тем не менее, произошло последующее увеличение числа исследований, которые демонстрируют интерес к молекулярным генетическим признакам опухолевых клеток, которые определяют основные различия между мезенхимальными и амеоидными типами клеточных движений во время индивидуальной миграции, а также коллективной миграции.

Коллективная миграция

Коллективная миграция характеризуется миграцией целых групп клеток, взаимосвязанных молекулами адгезии и другими связями связи . Это основная особенность этого типа инвазии, поскольку основные клеточные механизмы представляют собой те же процессы, которые в значительной степени определяют миграцию отдельных клеток.

Коллективная миграция клеток наблюдалась при развитии и прогрессировании рака молочной железы и эндометрия , рака предстательной железы , колоректального рака , крупноклеточного карциномы легких , рабдомиосаркомы , меланомы , а также большинства плоскоклеточных карциномов .

В случае коллективной миграции раковые клетки, являющиеся частью массы опухоли или отсоединяя от нее в форме многоклеточных групп, проникают в окружающие ткани и образуют тонкие короткие аккорды, кластеры, полосы и широкие поля, а также Структуры с просветом, которые указывают на широкий спектр структурных элементов, участвующих в инвазии опухоли.

Коллективная миграция характеризуется миграцией целых клеточных групп, взаимосвязанной кадгеринами и межклеточными разрывными соединениями. Группа движущихся ячеек имеет «передний край» или «ведущий фронт», который использует интегрины и протеазы. Наблюдаемые различия существуют в экспрессии генов и морфологии между «лидерами» клетками, образующими передний край, и клетки «последователя», которые расположены за ними, на «заднем крае». Форма клеток «лидеров» часто напоминает мезенхимальные клетки и характеризуется менее выраженной организацией упорядочения и структурной организацией, в то время как «последователи» имеют тенденцию образовывать более плотно упакованные, розетки, похожие на трубчатые конструкции с жесткими межклеточными контактами.

В случае коллективной миграции опухолевые клетки образуют выступы ( псевдоподию ) на переднем крае, используйте интегрины для образования фокусных контактов с актиновым цитоскелетом и протеолитической деградации матрик внеклеточного включение актино-миозинского сократительного аппарата в процессе обеспечения успешной миграции.

Различия в полярности коллективных мигрирующих клеточных групп обусловлены экспрессией поверхностных рецепторов, таких как рецепторы хемокинов CXCR4 и CXCR7 , в «лидерских» клетках. Факторы роста и хемокины, продуцируемые стромальными клетками , образуют диффузионный градиент и вызывают поляризацию клеток. Вовлечение хемокинов, таких как SDF1 (CXCL12), фактор роста фибробластов (FGF) и трансформирующий фактор роста β (TGF-β), в этих процессах обсуждалось в литературе.

Участие TGF-β в канцерогенезе является двойным. TGF-β, который действует в эпителиальных клетках молочной железы в качестве мощного супрессора опухоли на ранних стадиях рака, может влиять на развитие опухоли посредством взаимодействия с онкогенными цитокинами. Повышенная экспрессия TGF-β была связана с прогрессированием опухолей, что часто наблюдалось, например, на более поздних стадиях рака молочной железы. TGF-β является регулятором взаимодействия между опухолью и стромой, которая способствует коллективной миграции клеток при раке молочной железы.

Было установлено, что лидерские клетки экспрессируют подпланин , трансмембранной гликопротеин, который экспрессируется в нормальных условиях в подоцитах почек , альвеолярных клетках типа , скелетных мышечных клеток, плаценты и т. Д. филоподий и одновременного удержания экспрессии E-Cadherin.

В совокупности мигрирующие раковые клетки могут потенциально использовать способность соседних мезенхимальных клеток модифицировать структуру матрицы и перестраивать ее, а затем следить за своими «стопами». В экспериментах in vitro введение фибробластов в культуре вызывает коллективную миграцию опухолевых клеток в основную матрицу в форме цепей. Таким образом, фибробласты направляют вторжение опухолевых клеток, ремоделируя окружающий внеклеточный матрикс в пути с толстыми коллагеновыми пучками по бокам и отсутствие матрицы в центре.

Лим-киназа , фермент, субстрат которого стабилизирует актин, играет роль в коллективной миграции опухолевых клеток. Известно, что этот белок участвует в регуляции развивающихся инвадоподий , которые являются структурами, типичными для злокачественных опухолевых клеток, и ответственные за разрушение окружающего внеклеточного матрикса. Чрезмерная активация лим-киназы проявляется при раке молочной железы. Клетки опухоли молочной железы с подавленной экспрессией гена Lim-киназы теряют свою способность вторгаться из-за потери их способности нарушать внеклеточный матрикс.

Инвазия одноклеточной

Инвазия отдельных клеток отличается от отдельных опухолевых клеток, вторгающихся в окружающие ткани независимо друг от друга. В этом типе инвазии опухоли миграция одноклеточных клеток может происходить с помощью двух разных типов движений: мезенхимальный и амебоид. Эти типы движений очень пластичны и могут перейти от одного типа миграции на другой (от мезенхимальной к амебоиду и наоборот). Эти переходы обычно происходят при изменениях активности определенных клеточных молекул, когда опухолевые клетки должны адаптироваться к особенностям микроокружения.

Мезенхимальная (фибробластоподобная) миграция клеток

Мезенхимальные механизмы инвазивного роста клеток, в отличие от амебоидного типа миграции, характеризуются появлением более сложных процессов и участием большего числа клеточных молекул.

Этот тип миграции типичен для кератиноцитов во время репаративной регенерации , эндотелиоцитов , клеток гладких мышц и фибробластов . Поскольку злокачественные клетки, которые используют движение мезенхимального типа, теряют свою эпителиальную полярность и принимают удлиненную форму шпинделя, напоминающую фибробласты, этот тип инвазии также называется «миграцией, похожими на фибробласт». Мезенхимальная инвазия была обнаружена во время развития меланомы , фибросаркомы , глиобластомы и других злокачественных новообразований.

Известно, что большинство раковых клеток, которые отделяются от массы опухоли и вторгаются в окружающие ткани, претерпевают определенные изменения, получая морфологические свойства и фенотип, типичный для мезенхимальных клеток. Эта трансформация злокачественной эпителиальной клетки, которая связана с появлением новых молекулярных и морфологических особенностей в клетке, называется эпителиально-мезенхимальным переходом (EMT). Считается, что мезенхимальный механизм инвазии является следствием EMT, когда происходит активная дедифференцировка злокачественной эпителиальной опухоли, и многоклеточные группы начинают делиться на отдельные опухолевые клетки, получая мезенхимальный фенотип.

Опухолевые клетки во время мезенхимального типа миграции проходят через ряд специфических последовательных этапов, которые составляют пятиэтапную модель миграции. Этот цикл включает в себя следующие изменения: 1) образование выступа на одном из клеточных полюсов - ламеллиподию или филоподию, продуцируемой схватками актинового цитоскелета под контролем небольших GTPases RAC1 и CDC42 с быстрым вовлечением интегринов семейства β1. ; 2) появление очаговой адгезии с участием интегринов β1 и β3 в месте контакта между внеклеточным матриксом и клеткой; 3) Сборка очаговых контактов, которые основаны на интегрин-опосредованных взаимодействиях, и активации протеолитических ферментов (матричные металлопротеиназы, сериновые и треониновые протеазы , катепсины ) на границе «клеточная», что приводит к разрушению и переделению окружающей внеклеточный матрикс; 4) изменение в поляризации актинового цитоскелета под контролем, опосредованным миозином II , возникновение сокращений тела клеток; и 5) «потянуть» след к движению через вновь сформированные дефекты в структуре матрицы. Поскольку клетки, которые используют фибробластоподобный механизм инвазии, следуют описанным этапам миграции, их скорость движения низкая: около 0,1 мкм/мин.

Возможность протеолиза и ремоделирования тканевых структур объясняет тот факт, что мезенхимальное движение опухолевой клетки претерпевает более незначительные изменения по сравнению с миграцией амеоидов, в форме клетки и минимальной деформацией ядра.

При мезенхимальной миграции опухолевые клетки демонстрируют более незначительные изменения в их форме и деформации их ядра по сравнению с амебоидной миграцией. Это связано с тем, что мезенхимальная миграция часто включает протеолиз и ремоделирование внеклеточного матрикса, позволяя клеткам более эффективно проходить через ткани при сохранении их общей целостности. Амебоидная миграция, с другой стороны, характеризуется более округлой и гибкой формой клеток с более высокой степенью деформации как клетки, так и ядра. Это часто встречается, когда клетки должны протигаться через плотные пространства в тканях.

Поведение опухолевых клеток во время индивидуальной миграции зависит от жесткости окружающей матрицы. Например, мезенхимальная или протеолитическая модель миграции доминирует в условиях «жесткого» («плотного») окружающей матрицы. Высокая эффективность миграции одной клетки с использованием мезенхимального механизма в плотных тканях объясняется протеолизом из -за секреции различных протеаз и способностью образовывать фокальные контакты со стромальными элементами.

Ключевыми моментами фибробластоподобного механизма инвазивного роста являются сильные силы адгезии на обоих полюсах клетки, а также между клетками и компонентами внеклеточного матрикса, выраженной экспрессией интегринов (β1 и β3 семей), протеолиз с разрушением и последующим реконструкцией Ткани с образованием дефектов в матричной структуре и движением единых клеточных или клеточных цепей через дефекты. Деформация ядра минимальна, и наблюдается медленная скорость миграции клеток.

Основываясь на подавлении экспрессии соответствующих генов с использованием небольших мешающих РНК , была продемонстрирована специфическая активность GTPases RAC1 и CDC42 является характерной особенностью мезенхимального типа инвазии. Подавление GTPase RAC1 посредством сигнальной активации GTPase RHOA и его эффекторной рок -киназы приводит к блокированию мезенхимальной миграции опухолевых клеток.

Амеоидная миграция клеток

Амебоидный механизм инвазивного роста является наиболее примитивным и в то же время наиболее эффективным способом миграции отдельных опухолевых клеток. Во всех своих особенностях он похож на поведение и движение одноклеточного организма, такого как амеба диктиостелия .

Использование антител, которые блокируют интегрины или ингибиторы протеазы в клинических испытаниях, приводит к появлению опухолевых клеток с амеоидным типом миграции. Аналогичные результаты были получены в исследованиях злокачественных опухолей in vivo. Была установлена ​​взаимосвязь между применением лекарств на основе ингибиторов матриксной металлопротеиназы при лечении рака и прогрессированием процесса опухоли. Объяснение этой связи стало возможным только после идентификации опухолевых клеток, способных к амебоидной миграции. Эти данные, скорее всего, указывают на то, что в условиях снижения или полной потери их способности распространяться в окружающие ткани с использованием основных молекул, которые выполняют адгезию и разрушение внеклеточного матрикса, опухолевые клетки обращаются к амеоидному механизму инвазии, который, который, который, который, который может становится единственным и наиболее эффективным способом миграции.

Этот тип миграции был описан в циркулирующих стволовых клетках, лейкоцитах и ​​определенных типах опухолевых клеток. Согласно Zijl et al., Амеоидный тип инвазивного роста наблюдался при раке молочной железы, лимфоме, раке легких малых клеток, раке предстательной железы и меланоме.

В случае миграции амебоидов, было продемонстрировано, что злокачественные опухолевые клетки имеют круглую или эллиптическую форму. Амеоидные клетки характеризуются быстрой деформируемостью, адаптацией их форм к существующим структурам окружающего внеклеточного матрикса и проникновением через них через узкие пространства в сжатой форме. Движение и перемещение осуществляются посредством последовательных высокоскоростных циклов расширения и сокращения тела клетки с развитием «лечебных» выступов клеточной мембраны. Эти пузырьки позволяют клетке исследовать микроокружение, чтобы найти наиболее подходящий путь движения, чтобы обойти различные препятствия, в результате чего опухолевые клетки способны перемещаться по узким зазорам во внеклеточном матриксе. Развивающиеся изменения в форме клеток генерируются цитоскелетом кортикального актина, который, в свою очередь, контролируется небольшим GTPase RHOA и его эффекторной порочной киназой. Эта GTPase принадлежит к сверхсемейству небольших гидролаз GTP , чьи члены играют ключевую роль в амебоидном типе инвазии, поскольку они участвуют в трансдукции сигнала и, таким образом, в регуляции широкого разнообразия процессов, происходящих в клетке, включая реорганизацию актинового цитоскелета во время миграции.

Миграция через амебоидный механизм инвазии сопровождается изменениями не только в форме клеток, но и в форме ядра и его ориентации и положения относительно других внутренних органеллов. Ядро, которое является самой большой органеллой и более жестким, чем окружающий цитоскелет, механически прочно стабилизируется обширной сетью структурных белков. По этой причине его форма, как правило, не претерпевает значительных изменений. Тем не менее, амебоидный тип миграции характеризуется выраженной деформацией ядра, чтобы преодолеть отсутствие протеолитической деградации окружающей матрицы. Поскольку опухолевые клетки должны перемещаться через узкие пространства и поры, ядро ​​в этом случае также происходит в максимальном сжатом состоянии. Как и амебоидное движение лейкоцитов, ядра внутри отдельных мигрирующих опухолевых клеток движутся вперед к переднему краю.

В отличие от мезенхимального движения, амебоид или непротеолитическая модель миграции преобладает, когда окружающая матрица характеризуется относительно низкой жесткостью («мягкая» матрица). Например, амебоидная миграция опухолевых клеток в лимфатических и кровообращении рассматривается как миграция в мягкой матрице.

Condeelis и Segall выяснили некоторые особенности миграции клеток на примере двух разных линий опухоли, MTC и MTLN3 в условиях in vitro и in vivo. Клетки MTLN3, которые обладают высоким метастатическим потенциалом и мигрируют, вероятно, с помощью амебоидного механизма инвазивного роста, характеризуются более высоким уровнем экспрессии эпидермальных рецепторов фактора роста (EGFR), чем клетки MTC с низким метастатическим потенциалом. Их миграция связана с наличием кровеносных сосудов и коллагенсодержащих волокон в окружающей матрице. опухолевых клеток Считается, что хемотаксис в направлении кровеносных сосудов опосредована сигнальными путями EGFR.

Амебоидный механизм вторжения имеет ряд отличительных особенностей. Он характеризуется слабым взаимодействием между клетками и окружающей матрицей, а также отсутствием или слабыми фокусными контактами. Существует возможность сохранить быструю и нефокальную сборку рецепторов на участках клеточных контактов с внеклеточным субстратом. Интегрины не важны в этом типе инвазивного роста. Важными аспектами являются отсутствие протеолиза в местах взаимодействий клеток-матрицы и отсутствие экспрессии протеолитических ферментов, которые разрушают внеклеточный матрикс. Исследования in vitro продемонстрировали, что в случае инвазивного роста амеоидного типа, вероятно, связано с этими свойствами, что опухолевые клетки способны двигаться на самой высокой скорости в культурах (20 мкм/мин).

Амооид-мезенхимальные и мезенхимально-амооидные переходы

Существует некоторая степень пластичности и возможность «сдвига» от одного типа миграции к другому (от мезенхимального типа к амебоидному и наоборот) при индивидуальной инвазии клеток. Эти события связаны с появлением изменений в активности определенных молекул клеток и необходимостью адаптации к условиям микроокружения тканей.

Эти изменения описываются как амеоид-мезенхимальные и мезенхимально-амобоидные переходы. Опухолевые клетки, использующие мезенхимальный тип миграции, могут быть изменены определенным образом и перемещаются на амебоидный тип движения в условиях ослабленного сигнала и механических путей, которые непосредственно участвуют в стабилизации взаимодействий между структурами внеклеточного матрикса и злокачественными клетками. Были описаны следующие механизмы, приводящие к переходу клеток от мезенхимального к амебоидному типу инвазивного роста (мезенхимально-амооидный переход): 1) снижение или полную отмену перицеллюлярного протеолиза из-за применения ингибиторов протеазы; 2) снижение активности рецепторов интегрина и их взаимодействия с окружающими стромальными элементами их антагонистами; 3) Увеличение и стабилизация активности небольшого GTPase RHOA и его эффектора горных пород. Исследование группы С. Бертона показало, что белок P27 играет важную роль в контроле подвижности клеток. В частности, отсутствие этого белка в условиях in vitro индуцирует мезенхимально-амебоидный переход в клетках в 3D-матрице.

Существует возможность амооидного-мезенхимального перехода, который является обратным процессом для мезенхимального амебоидного перехода. Существует гипотеза, согласно которой механизм амооид-мезенхимального перехода, скорее всего, зависит от той же молекулярной основы, и что единственным надежным процессом, который определяет вероятность описанной трансформации, является дисбаланс в деятельности членов семейства малых GTPase и преобладание активности RAC над активностью RHOA.

Коллективные индивидуальные переходы

Опухолевые клетки в одной опухоли могут одновременно перемещаться как коллективно, так и индивидуально. В этом случае переход от человека к коллективной миграции является важным шагом к увеличению инвазивного и метастатического потенциала злокачественных новообразований. Например, клетки опухоли молочной железы, отделенные от твердой массы, получают способность вторгаться в лимфатические сосуды. В настоящее время два механизма отличаются: эпителиально-мезенхимальные и коллективные амобоидные переходы, с помощью которых продуцируются индивидуально мигрирующие опухолевые клетки. В свою очередь, последние, в частности, клетки, которые подверглись EMT, способны при определенных условиях получения эпителиального фенотипа и образования опухолевых многоклеточных комплексов. Эта инверсия фенотипа называется «мезенхимально-эпителиальным переходом».

Эпителиально-мезенхимальный переход

Эпителиально-мезенхимальный переход-это механизм, в ходе которого опухолевая клетка отделяется от эпителиального слоя и получает подвижность, «локомоторный фенотип», который способствует инвазивному росту и метастазированию. Разработка этого процесса в качестве ключевого фактора прогрессирования рака было показано in vitro с использованием специфических опухолевых линий, а также экспериментальных моделей; Тем не менее, создание развития EMT и выявление опухолевых клеток и их основные характеристики в условиях in vivo является сложной задачей.

EMT являются основой многих процессов морфогенеза. Считается, что в нормальных условиях (во время эмбриогенеза) EMT могут быть вызваны фактором роста гепатоцитов (HGF), секретируемым фибробластами . HGF связывается со специфическими рецепторами C-MET, расположенными на мембране эпителиальных клеток. Связывание с рецепторами активирует сигнальный путь с участием некоторых белков малой системы GTPase ( CDC42 , RAC , RHOA , RHOC ), которые регулируют интенсивность полимеризации микрофиламентов актиновых микрофиламентов и сократимости актино-миозиновых филаментов, которые определяют интенсивность пластиковой ластиподии и и сократительности актино-миозиновых филаментов, которые определяют интенсивность пластиковой пластиподии и актино-миозиновых филаментов, которые определяют интенсивность сократимость актино-миозино ламелиподии и Натяжение клетки, прикрепленной к матрице. В этом случае существует значительная перестройка всего актин-миозинового цитоскелета и потеря межклеточных контактов E-кадгерина. Во время канцерогенеза эпителиальные клетки подвергаются морфологической трансформации, которая фенотипически похожа на EMT, но развивается в отсутствие соответствующего лиганда HGF. Эта трансформация в злокачественных опухолях может быть вызвана Трансфекция различных онкогенов . Во время трансформации опухолевые клетки могут покинуть эпителиальный слой и двигаться как фибробласты , получая тем самым способность вторгаться и метастазировать.

Во время EMT возникают следующие события: злокачественные эпителиальные клетки теряют свою апикаль-базальную полярность из-за разрушения в жестких межклеточных соединениях и потери молекул клеточной адгезии (такие как E-кадгерин и интегрины); Клеточный актиновый цитоскелет изменяется и подвергается ремоделированию с образованием стрессовых волокон , которые собираются в определенных частях клеток вблизи клеточной мембраны, где специфические клеточные выступы начинаются впоследствии для формирования; Происходит деградация базовой базальной мембраны эпителия, что приводит к тому, что опухолевые клетки отсутствуют межклеточные контакты, способные к инвазивному росту и проникновению в окружающую стромальную матрицу и начинающую активную миграцию.

Было обнаружено, что EMT редко бывает одинаково выраженным во всей ткани опухоли. Скорее всего, этот процесс характеризуется различной интенсивностью перехода клеток от эпителиального к мезенхимальному фенотипу. В связи с этим можно описать «частичный EMT», в котором большинство ячеек в инвазивном фронте участвуют . Частичный EMT-это состояние, в котором клетки уже получили свойства, необходимые для успешной миграции, но продолжают сохранять контакты клеточных клеток. Этот фенотип был назван гибридным «эпителиально-мезенхимальным фенотипом и был связан с особенностями, характерными для коллективно мигрирующих опухолевых клеток.

Taddei et al. указали, что EMT развивается из -за индукции программ, связанных с активацией ключевых факторов транскрипции, таких как Twist1 , Snail , Slug и ZEB1 / 2 . Это приводит к нарушению сильных канадгеринских соединений и активации миграции полярных клеток и протеолиза компонентов внеклеточного матрикса различными секретируемыми протеазами, причем функции интегриновых рецепторов сохраняются. Роль транскрипционного фактора PRRX1 , которая определяет потенциал клеток рака молочной железы для инвазивного роста, была экспериментально установлена.

Было показано, что белки ZEB1 и ZEB2 с доменом цинкового пальца способны напрямую связываться с промоторами, тем самым вызывая экспрессию генов мезенхимальных маркеров и подавляя экспрессию E-кадгерина и других эпителиальных маркеров.

Точно так же улитка и слизняки способны подавлять экспрессию гена E-кадгерина посредством прямого связывания с его промотором , а также для производства эпителиальных белков, таких как десмоплакин и клаудин , и активируют экспрессию виментина и матриц . миграция. Команда исследователей во главе с Санчес-Тилло обнаружила, что транскрипционная улитка не встречается в нормальных эпителиальных клетках и что его обнаружение в клетках инвазивного фронта опухоли может рассматриваться как предиктор плохой выживаемости больных раком. Считается, что ZEB1/2, улитка и слизняк индуцируются TGF-β , воспалительными цитокинами и гипоксией.

Коллективно-амооидный переход

Экспериментальные данные указывают на потенциальное существование коллективного-амоидного перехода, когда массы опухолей, вторгающиеся в окружающие ткани в форме коллективных многоклеточных групп, отделяются в отдельных мигрирующих клетках, которые используют движение амеоида. Было показано, что это событие стало возможным с применением ингибиторов интегриновых рецепторов семейства β1, поскольку эти молекулы играют ключевую роль как в образовании клеточных контактов, так и в взаимодействиях между опухолевыми клетками и окружающими ткани.

Мезенхимальный эпителиальный переход

По состоянию на 2015 год не было исследований, посвященных исследованию механизмов, лежащих в основе мезенхимально-эпителиального перехода (MET). Однако возможность такого явления признана. В этом случае говорят, что часто, например, при раке молочной железы и простаты структура ткани в отдаленных метастатических очагах аналогична первичной структуре опухоли . По словам Фридла и Гилмура, на этих данных можно сделать несколько предположений. Во -первых, вторжение и метастазирование могут произойти без EMT. Во -вторых, обнаружение отдельных диссеминированных клеток во время обычного патологического исследования образцов опухолевой ткани, по -видимому, является довольно сложной задачей, и идентификация этих клеток во время EMT невозможна. И, в -третьих, опухолевые клетки временно используют механизмы EMT для интравазации и распространяются на отдаленные органы и ткани, где они возвращаются к эпителиальному фенотипу. Эта трансформация описывается как мезенхимально-эпителиальный переход. MET был индуцирован экспериментально, и индивидуально движущиеся клетки образовали многоклеточные комплексы, но молекулярные механизмы MET в физиологических условиях остаются неизвестными. Nguyen et al. продемонстрировал, что селективный ингибитор PD173074 рецептора 1-фибробласта рецептора 1 (FGFR1) ингибирует сигнальный путь MAPK , регулирующий активность белка AP-1 , который, в свою очередь, вызывает развитие MET. Исследование возможности использования ингибитора PD173074 в качестве препарата, который проводился на определенных линии опухолевых клеток, выявило явное подавление роста опухоли, способности миграции и инвазии. В этом случае наблюдалось снижение экспрессии улитки и матричной металлопротеиназы 3 , 10 , 12 и 13 и увеличение экспрессии гена E-Cadherin.

Классификация инвазивных типов роста на примере рака молочной железы

Внутренняя морфологическая гетерогенность при инвазивной раке молочной железы. Показано разнообразие инвазивного роста рака молочной железы, который может быть классифицирован на пять основных морфологических структур: альвеолярные , трабекулярные , трубчатые, твердые структуры и дискретные группы опухолевых клеток. Гематоксилин и окрашивание эозином . Увеличение 200x.

Krakhmal et al. изучили особенности прогрессирования рака молочной железы в зависимости от внутриопухолевой гетерогенности. Внимание было уделено фенотипическому разнообразию первичной опухоли при инвазивной карциноме без особого типа, который объясняет объем (80%) всех гистологических типов рака молочной железы.

Несмотря на структурное разнообразие первичной опухоли молочной железы, можно различить пять основных типов морфологических структур: альвеолярные, трабекулярные, трубчатые и твердые структуры и дискретные группы опухолевых клеток. Альвеолярные структуры представляют собой кластеры опухолевых клеток круглой или слегка нерегулярной формы. Морфология клеток, которые образуют этот тип структур, варьируются от небольших клеток с умеренной цитоплазмой и круглыми ядрами до больших клеток с гиперхроматическими ядрами нерегулярной формы и умеренной цитоплазмы. Трабекулярные структуры представляют собой либо короткие линейные ассоциации, образованные одним рядом небольших, довольно мономорфных клеток, либо широкими клеточными кластерами, состоящими из двух рядов клеток среднего размера с умеренной цитоплазмой и круглыми нормохромными или гиперхроматическими ядрами. Тубулярные структуры образуются одним или двумя рядами довольно мономорфных клеток с круглыми нормохромными ядрами. Твердые структуры представляют собой поля различных размеров и форм, состоящие либо из небольших клеток с умеренной цитоплазмой и мономорфными ядрами, либо с большими клетками с обильной цитоплазмой и полиморфными ядрами. Дискретные группы клеток встречаются в форме кластеров одной до четырех клеток с переменной морфологией.

Различные морфологические структуры опухолей молочной железы соответствуют определенным типам инвазии. Следовательно, альвеолярные, трабекулярные и твердые структуры, которые характеризуются присутствием клеточных контактов, могут быть направлены на морфологические проявления коллективной миграции, в то время как дискретные группы опухолевых клеток могут быть направлены на проявления индивидуальной миграции. Первая партия данных, полученная в исследовании экспрессии генов клеточной адгезии, подтверждает эту гипотезу. Например, наблюдалось снижение активности генов кадгеринов, которые ответственны за контакты клеток, в порядке: твердые-альвеолярные и трабекулярные структуры-дискретные группы опухолевых клеток. В этом случае количество экспрессированных генов интегринов, участвующих в адгезии опухолевых клеток к внеклеточному матриксу, было снижено в порядке: твердые и альвеолярные трабекулярные структуры - дискретные группы опухолевых клеток.

Типы инвазивного роста в прогрессировании опухоли и эффективности терапии

Инвазивный рост и развитие лекарственной устойчивости являются связанными процессами, которые играют важную роль в прогрессировании опухоли: в частности в метастазировании. Вполне вероятно, что те же сигнальные пути участвуют в миграции клеток и развитии резистентности к опухоли к терапии.

Мигрирующие опухолевые клетки (независимо от типа движения) более устойчивы к химиотерапии и лучевой терапии, чем не мощные клетки. Во многом это связано с тем, что мигрирующие клетки временно теряют свою способность делиться. Это также связано с тем, что перемещение опухолевых клеток демонстрирует повышенную активность антиапоптотических генов , что вызывает устойчивость к химиотерапевтическим препаратам, направленным на индукцию запрограммированной гибели клеток . Кроме того, клетки в состоянии EMT, как известно, также демонстрируют хеморезистентность . Эта лекарственная устойчивость связана с индукцией во время EMT синтеза белков семейства ABC , ответственных за отток химиотерапевтических препаратов из клетки. Основные факторы транскрипции, которые запускают EMT и, в то же время, положительно регулируют активность транспортеров ABC, включают Twist1, Snail и т. Д.

Там потенциально существует сильная связь между коллективной миграцией и устойчивостью к лучевой терапии и химиотерапии. Согласно исследованию, проведенному Krakhmal et al. Опухоли молочной железы, содержащие как альвеолярные, так и трабекулярные структуры, а также демонстрирующие значительное морфологическое разнообразие, характеризуются повышенной лекарственной устойчивостью. Вклад трабекулярных структур в хеморезистентность, вероятно, объясняется высокой активностью транспортеров ABC в опухолевых клетках данного морфологического варианта. Напротив, устойчивость опухолей молочной железы, содержащей альвеолярную структуру, объясняется другими, но неопознанными, причин.

Инвазивный рост и его фенотипическое разнообразие связаны как напрямую, так и посредством развития лекарственной устойчивости с метастазированием. Циркулирующие опухолевые клетки , которые ответственны за развитие будущих метастазов, являются результатом инвазии и последующего проникновения опухолевых клеток в лимфатические или кровеносные сосуды. Не только отдельные мигрирующие опухолевые клетки, но и клеточные группы могут обладать внутривазационной способностью. Существует предположение, что коллективная миграция гораздо чаще приводит к метастазированию по сравнению с индивидуальной миграцией. Исследования на животных моделях показали, что метастазы чаще образуются после внутривенной инъекции опухолевых кластеров, а не отдельных опухолевых клеток. Кроме того, в крови пациентов с различными видами рака были обнаружены кластеры циркулирующих опухолевых клеток. Предполагалось, что коллективная интравазация связана с VEGF -зависимым образованием расширенной сосудистой сети и накоплением внутриванированных опухолевых кластеров. Кроме того, группы опухолевых клеток могут входить в циркуляцию через поврежденные сосуды или путем сотрудничества с клетками в состоянии EMT и фибробластами, связанных с раком, которые разрушают внеклеточный матрикс путем выпуска протеаз. Метастазирование зависит от коллективной миграции. Например, присутствие альвеолярных структур в опухолях в Постменопаузальные пациенты с раком молочной железы связаны с высокой скоростью лимфогенного метастазирования, тогда как риск прогрессирования этого типа у самок пременопаузы увеличивается с увеличением числа различных типов морфологических структур. Последняя зависимость также является количественной: лимфогенные метастазы были обнаружены чаще в случае большего числа альвеолярных структур в опухолях молочной железы. Кроме того, пациенты с альвеолярными структурами в опухолях имели низкую выживаемость без метастаза (наши собственные неопубликованные данные).

Взаимосвязь между альвеолярными структурами, как одно из проявлений коллективной миграции, и скорость лимфогенного и гематогенного метастазирования, подтверждает следующие предположения. Клеточные элементы альвеолярных структур отличаются от опухолевых клеток других структур с помощью набора биологических свойств, определяющих метастатический фенотип. Взаимосвязь между альвеолярными структурами и лимфогенным метастазированием в период менопауза предполагает определенную роль эстрогенов, включая их продукцию in situ , в том, что опухолевые клетки альвеолярных структур получают метастатический фенотип через лимфогенный путь.

In situ против инвазивного

По степени инвазии рак может быть классифицирован как in situ, когда злокачественные клетки присутствуют в виде опухоли, но не метастазируются или вторгаются за пределы слоя или типа ткани, где она возникла. Например, рак эпителиального происхождения с такими признаками называется карциномой in situ и определяется как не вторгающийся за пределы базальной мембраны . Напротив, инвазивная карцинома вторгалась за пределы базальной мембраны. Как только это происходит, инвазивный фронт рака показывает несколько молекулярных изменений, что указывает на повышенную склонность к дальнейшему вторжению и метастазированию.

Заключение

Миграция опухолевых клеток во время инвазивного роста может происходить как через отдельные клетки, так и через группы клеток. Это разнообразие типов миграции клеток, вероятно, приводит к развитию внутриопухолевой гетерогенности, которая представлена, например, при раке молочной железы, различными морфологическими структурами: альвеолярными, трабекулярными и твердыми структурами и дискретными группами опухолевых клеток. Известно, что ряд биохимических и молекулярных генетических механизмов позволяет злокачественным клеткам вторгаться в окружающие ткани и получать способность распространяться за пределы первичного сайта опухоли, что приводит к развитию вторичных метастатических очагов в отдаленных органах и тканях. Тем не менее, остаются неисследованные вопросы, касающиеся возможной взаимосвязи между различными типами инвазивных роста клеток и параметрами лимфогенного и гематогенного метастазирования, особенностями прогрессирования заболевания, а также эффективности выбранной терапии. Решения этих проблем могут помочь в определении прогноза заболевания и, возможно, разработке новых подходов к лечению больных раком.

Смотрите также

• Периневральное вторжение
• Метастазирование