Паранеопластические антигены и ранняя диагностика рака

БИОЛОГИЯ ПАРАНЕОПЛАСТИЧЕСКИЕ АНТИГЕНЫ И РАННЯЯ ДИАГНОСТИКА РАКА П. П. ФИЛИППОВ Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ВВЕДЕНИЕ

PARANEOPLASTIC ANTIGENS AND EARLY DIAGNOSTICS OF CANCER P. P. PHILIPPOV

© Филиппов П.П., 2000

Malignant cells in tissues different from nerve system can express foreign proteins, which could normally be revealed only in neurons. Synthesis of the neuronal proteins outside nervous system initiates specific neurological damages remoted from the tumor and its metastases. Such proteins were christened as “paraneoplastic” (or “onco-neural”) antigens and the corresponding syndromes were named “para-neoplastic syndromes”. Злокачественные клетки, образовавшиеся из нормальных клеток какой-либо (не нервной) ткани, могут синтезировать “чужие” для них белки, которые в норме экспрессируются только в нейронах. Синтез нейрональных белков вне нервной системы способен приводить к специфическим неврологическим нарушениям, локализованным на значительном удалении от самой опухоли и ее метастазов. Такие белки получили наименование паранеопластических, или онконевральных, антигенов, а соответствующие неврологические нарушения – паранеопластических синдромов.

www.issep.rssi.ru

В XX веке медицина одержала практически полную победу над такими страшными инфекционными болезнями, как чума, холера, оспа, сибирская язва, эпидемии которых, регулярно происходившие в предыдущие столетия, уносили жизни многих миллионов людей. Большинство других инфекционных заболеваний теперь также с большим или меньшим успехом лечат или предупреждают с помощью лекарственных препаратов, вакцин, иммунных сывороток и других средств. Люди стали дольше жить, и в цивилизованных странах на передний план вышли болезни, вероятность которых увеличивается с возрастом, при этом первое место по смертности заняли различные нарушения сердечнососудистой системы, второе – раковые заболевания [1]. Но так уж сложилось, что человек меньше верит сухой статистике и больше доверяет своим эмоциям, и как следствие – чувство страха и обреченности, которое возникает у пациента и его близких при слове “рак”, несравнимо сильнее, чем при диагнозе “инфаркт”. Одна из причин такого восприятия, которое характерно для большинства людей, далеких от медицины, зиждется на убеждении, что диагноз “рак” в истории болезни пациента равнозначен подписанию ему смертного приговора, который вскоре будет неминуемо приведен в исполнение. Так ли это на самом деле? ПОЧЕМУ ВАЖНА РАННЯЯ ДИАГНОСТИКА РАКА Современная медицина располагает методами, которые позволяют замедлять развитие злокачественных опухолей, тем самым продлевая жизнь пациентов, и даже добиваться полной ремиссии болезни. Эти методы включают: а) хирургическое удаление сформировавшейся и своевременно обнаруженной опухоли; б) химиотерапию, использующую различные классы химических соединений; обычно применяют набор препаратов, которые действуют на опухоль различными путями, что позволяет более эффективно преодолевать ее сопротивление;

Ф И Л И П П О В П . П . П А РА Н Е О П Л А С Т И Ч Е С К И Е А Н Т И Г Е Н Ы И РА Н Н Я Я Д И А Г Н О С Т И К А РА К А

25

БИОЛОГИЯ в) радиотерапию, основанную на цитотоксическом действии радиоактивного излучения, направленного как извне, так и доставленного к опухоли с помощью радиоактивных препаратов, вводимых пациенту в кровь; г) биологическую терапию, которая использует препараты, полученные из живых организмов и способные, например, стимулировать иммунную систему пациента, тем самым повышая его сопротивляемость по отношению к злокачественной опухоли; д) гормонотерапию, действующую на скорость роста опухоли и деления ее клеток; д) трансплантацию костного мозга, которая применяется с тем, чтобы помочь кроветворной системе пациента, ослабленной курсом радио- или химиотерапии [2]. Перечисленные методы могут применяться в тех или иных комбинациях, но все они, к сожалению, не являются идеальными, так как действуют не только на саму опухоль, но в большей или меньшей степени повреждают также здоровые клетки и ткани пациента. Конечно, успешность лечения рака во многом зависит от искусства врача. Но есть еще один фактор, который намного повышает вероятность продления жизни и даже полного излечения страдающего раком пациента. Речь идет о своевременной диагностике рака. Обратимся к статистическим данным, приведенным в журнале “Scientific American” [2]. Среди других видов злокачественных заболеваний по частоте встречаемости рак легких занимает первое место у мужчин и второе у женщин, которые чаще болеют раком молочной железы, чем раком легких. Поэтому остановимся только на цифрах, характеризующих частоту встречаемости и смертность только по этим двум видам рака. (Для оценки смертности в цитируемой статье используется параметр “относительная пятилетняя выживаемость”, отражающий число людей, которые продолжали жить в течение пяти лет с момента заболевания раком, в сравнении с группой здоровых людей, аналогичной по возрасту, полу и т.п.) В 1996 году в США число диагносцированных случаев рака легких суммарно у мужчин и женщин оценено как 177 000, при этом число ожидаемых смертей составило 158 000, то есть 89% общего количества больных этим видом рака; соответствующие цифры для рака молочной железы равны 185 700 и 44 560 (24%). Однако если эти же данные по пятилетней выживаемости проанализировать для различных стадий болезни, то можно сделать важный вывод, что вероятность излечения больных драматически зависит от того, насколько рано была выявлена у них злокачественная опухоль. Так, в случае рака легких (табл. 1) обнаружение болезни на 1-й ее стадии (локализованная опухоль) дает величину пятилетней выживаемости, равную 47,4%, то есть здесь поддается лечению почти половина больных. Однако

26

Таблица 1. Зависимость эффективности лечения рака легких от стадии обнаружения болезни Стадия обнаружения болезни Пятилетняя выживаемость, % Все стадии Локализованная опухоль Близкие метастазы Удаленные метастазы

13,4 47,4 17,2 1,7

их остается только 17,2%, если болезнь выявлена на 2-й стадии (появились близкие метастазы), и лишь 1,7%, если болезнь выявлена на 3-й стадии (появились удаленные метастазы). Таким образом, если сравнить пятилетнюю выживаемость больных, лечение которых было начато на 1-й или 3-й стадии рака легких, то вероятность излечения (или как минимум задержки развития) болезни возрастает почти в 30 раз. В случае рака молочной железы (табл. 2) пятилетняя выживаемость суммарно по всем стадиям (83,2%) значительно выше, чем при раке легких (47,4%). Но и здесь наблюдается более чем четырехкратное возрастание пятилетней выживаемости при сравнении двух ситуаций, отличающихся своевременностью начала лечения: почти все больные (96,1%) выживают, если лечение было начато на 1-й стадии, и лишь пятая их часть (19,8%) – на 3-й стадии. Добавим, что подобная статистика справедлива и для других раковых заболеваний, отличных от рака легких и молочной железы. К сожалению, медицина пока не научилась предупреждать рак, что было бы идеальным, поскольку сегодня даже квалифицированно проведенное лечение с использованием самых современных методов не гарантирует полного выздоровления от этой болезни и может давать тяжелые побочные эффекты. Поэтому если обратиться к цифрам, которые приведены выше и которые говорят сами за себя, то становится очевидным, что по состоянию на сегодняшний день наиважнейшее условие для эффективного лечения рака – его своевременная, как можно более ранняя диагностика. Что нужно для того, чтобы это условие выполнялось? Как уже было сказано, вероятность заболевания раком увеличивается с возрастом. Поэтому врачи Таблица 2. Зависимость эффективности лечения рака молочной железы от стадии обнаружения болезни Стадия обнаружения болезни Пятилетняя выживаемость, % Все стадии Локализованная опухоль Близкие метастазы Удаленные метастазы

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 9 , 2 0 0 0

83,2 96,1 74,9 19,8

БИОЛОГИЯ рекомендуют, чтобы люди в возрасте 20–40 лет проходили профилактический осмотр один раз в три года, те же, кому за 40, должны проходить осмотр ежегодно [2]. Обнаружение тревожных симптомов терапевтом еще не означает постановки диагноза “рак”, просто пациент должен подвергнуться более тщательному обследованию у специалиста-онколога. Высококвалифицированный онколог в состоянии обнаружить опухоль путем осмотра при условии, что она уже сформировалась. А если у пациента опухоли еще нет, а есть лишь некоторое количество трансформированных клеток, которые тем не менее уже вышли из под контроля организма и начали безудержно размножаться? К счастью, некоторые белки, у здоровых людей отсутствующие, могут появляться при злокачественной трансформации определенного типа клеток. Такие белки, называемые опухолевыми маркерами, могут быть достаточно просто выявлены с помощью современных биохимических и/или иммунологических методов, что дает возможность объективно подтвердить (или, напротив, снять) подозрения, которые возникли у врача-онколога при первичном осмотре пациента. Ярким примером маркера рака, а именно рака печени, может служить α-фетопротеин, открытый российскими иммунологами [3]. Вопрос, однако, состоит в том, насколько рано раковые маркеры могут быть обнаружены: при появлении лишь некоторого количества трансформированных клеток, когда опухоль еще только начинает формироваться, или же существенно позднее? НЕВРОЛОГИЧЕСКИЕ СИНДРОМЫ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ РАК, И ИНИЦИИРУЮЩИЕ ИХ ПАРАНЕОПЛАСТИЧЕСКИЕ АНТИГЕНЫ В последние несколько лет было установлено, что антитела против некоторых нейрональных белков могут быть выявлены в крови пациентов со злокачественными заболеваниями задолго до того, как у них (с помощью традиционных методов) удается обнаружить рак. Почему такие антитела появляются и почему это происходит на ранних стадиях рака? Злокачественная опухоль, клетки которой вышли из-под контроля организма и бесконтрольно делятся, превращается в своего рода автономный организм, который конкурирует с организмом “хозяина” за питательные вещества и другие жизненно важные субстанции. К тому же опухоль интенсивно выбрасывает в организм больного продукты ее метаболизма и некоторые токсичные соединения. Результатом будут разнообразные функциональные нарушения в организме человека, которые могут быть отнесены к неспецифическим последствиям жизнедеятельности опухоли. Но, оказы-

вается, что в некоторых случаях злокачественные клетки, образовавшиеся из нормальных клеток какой-либо ткани (причем не нервной – это важно), по каким-то причинам начинают синтезировать чужие для них белки, которые в норме продуцируются только внутри или на поверхности нервных клеток. Именно синтез нейрональных белков вне нервной системы способен приводить к специфическим неврологическим нарушениям, которые могут развиваться в нейронах, расположенных на значительном удалении от места локализации опухоли и ее метастазов. Такие неврологические нарушения, сопровождающие некоторые раковые заболевания, получили наименование “паранеопластических синдромов”, которое означает, что опухоль оказывает свое действие на расстоянии. Соответственно белки, инициирующие развитие этих синдромов, называют “паранеопластическими”, или “онконевральными”, антигенами. Каков механизм развития паранеопластических синдромов? Известно, что мозговая ткань, глаза, семенники защищены от деструктивного действия иммунной системы, образуя так называемую иммунологически привилегированную зону. Такая особенность этих анатомических образований связана с отсутствием в них лимфатического дренажа, с наличием гематотканевого (гематоэнцефалического, гематоокулярного, гематотестикулярного) барьера, с присутствием в региональных жидкостях веществ, подавляющих выброс клетками иммунной системы, Т-лимфоцитами защитного белка интерферона. Например, жидкость, наполняющая переднюю камеру глаза, содержит биологически активные соединения, которые синтезируются в структурах глаза и препятствуют выполнению Т-лимфоцитами их защитных функций. Определенные субклеточные структуры сетчатки глаза содержат специальные компоненты, которые, взаимодействуя с Т-лимфоцитами, запускают механизмы их программированной гибели (апоптоза). В совокупности эти процессы обеспечивают иммуносупрессию и защищают глаз от повреждающего действия иммунной системы организма. Это в норме, когда нейрональные белки синтезируются в клетках нервной системы и не выходят за ее пределы. Но эти же белки могут продуцироваться не только в структурах нервной системы, но и в органах и тканях, не принадлежащих к ней, при том условии, что клетки последних подвергаются злокачественной трансформации. И поскольку иммунная система организма ранее не встречала такие белки (ведь в норме они спрятаны в пределах нервной системы), они, появляясь вне иммунологически привилегированной зоны, расцениваются иммунной системой как чужеродные антигены, подлежащие уничтожению.

Ф И Л И П П О В П . П . П А РА Н Е О П Л А С Т И Ч Е С К И Е А Н Т И Г Е Н Ы И РА Н Н Я Я Д И А Г Н О С Т И К А РА К А

27

БИОЛОГИЯ В результате синтез подобных нейрональных белков (паранеопластических антигенов) в раковых клетках, локализованных вне нервной системы, вызывает активацию иммунной системы и аутоиммунный ответ, то есть продукцию антител (аутоантител) против паранеопластических антигенов и, возможно, появление специфических Т-лимфоцитов. Далее упомянутые антитела и Т-лимфоциты взаимодействуют с теми структурами нервной системы, в которых присутствуют нормальные белки, идентичные паранеопластическим антигенам, и в конечном счете это влечет за собой разрушение нейронов и развитие того или иного неврологического синдрома. Рассмотрим теперь специфические неврологические нарушения, которые могут проявляться на самых ранних стадиях рака, затем соответствующие им паранеопластические антигены. Злокачественные опухоли, сопровождающиеся неврологическими синдромами, по современным данным [4, 5], включают прежде всего мелкоклеточную карциному легких (МКЛ), тимому, гинекологические опухоли и нейробластому (табл. 3). При МКЛ, самом быстротечном и фатальном виде рака легких, наблюдается наибольшее число разнообразных неврологических нарушений как центральной, так и периферической нервной системы, в основе которых лежит синтез паранеопластических антигенов опухолевыми клетками. Среди нарушений центральной нервной системы при МКЛ: паранеопластический энцефаломиелит и сенсорная нейропатия, при которых поражаются нейроны головного мозга; паранеопластическая дегенерация мозжечка, приводящая к нарушению координации движений и действующая на все конечности; опсоклонус-миоклонус синдром, проявляющийся в произвольных движениях глаз (танцующие глаза) и атаксии (танцующие ноги). Среди

синдромов, сопровождающих МКЛ и обусловленных действием паранеопластических антигенов на периферическую нервную систему: миастенический синдром Ламберта–Итона, выражающийся в мышечной слабости, подавлении сухожильных рефлексов и других двигательных нарушениях; нейромиотония, которая характеризуется повышенной возбудимостью моторных нейронов, приводящей к постоянной активности мышечных волокон (миокимия), судоргам и слабости мышц; паранеопластическую ретинопатию, означающую прогрессирующее ослабление зрения и даже слепоту. При тимоме, как и при МКЛ, могут развиваться нейромиотония и синдром Ламберта–Итона, а также возможно возникновение миастении (myasthenia gravis) – паранеопластического синдрома, вызванного взаимодействием аутоантител с нервно-мышечными синапсами. При тимоме аутоантитела могут действовать и на центральную нервную систему, вызывая синдром “скованного человека”, проявляющийся в скованности мышц и болезненных спазмах. При гинекологических злокачественных опухолях, как и при МКЛ, может наблюдаться паранеопластическая дегенерация мозжечка, опсоклонус-миоклонус синдром, а также, как и при тимоме, – синдром “скованного человека”. При нейробластоме – опухоли, которая способна появляться уже в раннем возрасте, возможно возникновение детского опсоклонус-миоклонус синдрома. Теперь, не претендуя на перечисление и подробную характеристику всех известных паранеопластических антигенов (а сегодня их насчитывают около 20), назовем лишь некоторые из них (см. табл. 3) с тем, чтобы показать разнообразие их природы и функций [4, 5].

Таблица 3. Злокачественные опухоли, сопровождающиеся неврологическими синдромами, и соответствующие паранеопластические антигены Тип опухоли

Неврологический синдром

Мелкоклеточная Паранеопластический энцефаломиелит/сенсорная нейропатия карцинома легких Паранеопластическая дегенерация мозжечка Опсоклонус-миоклонус синдром Миастенический синдром Ламберта–Итона Нейромиотония Паранеопластическая ретинопатия Тимома Миастенический синдром Ламберта–Итона Нейромиотония Миастения (myasthenia gravis) Синдром “скованного человека” Гинекологические Паранеопластическая дегенерация мозжечка опухоли Опсоклонус-миоклонус синдром Синдром “скованного человека” Нейробластома Детский опсоклонус-миоклонус синдром

28

Паранеопластический антиген РНК/ДНК-связывающие белки ДНК-связывающие белки РНК-связывающие белки Потенциалзависимые кальциевые каналы Потенциалзависимые калиевые каналы Рековерин Потенциалзависимые кальциевые каналы Потенциалзависимые калиевые каналы Ацетилхолиновый (никотиновый) рецептор Амфифизин ДНК-связывающие белки РНК-связывающие белки Амфифизин Не идентифицирован

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 9 , 2 0 0 0

БИОЛОГИЯ α-Субъединица никотинового ацетилхолинового рецептора была исторически первым белком, идентифицированным как паранеопластический антиген. Этот рецептор, служащий одновременно и ионным каналом, присутствует в нервно-мышечном синапсе и представляет собой сложно устроенный белок, состоящий из пяти субъединиц, причем именно его α-субъединица отвечает за связывание сигнальной молекулы – ацетилхолина. Нейронспецифические РНК-связывающие белки включают группу NOVA-антигенов, которые гомологичны недавно описанному классу РНК-связывающих белков, содержащих КН-мотив, и группу Hu-белков, характеризующихся присутствием в них трех канонических РНК-узнающих последовательностей, которые состоят примерно из 80 аминкислотных остатков. ДНК-связывающий белок с молекулярной массой 62 килодальтон, специфичный для клеток Пуркинье, видимо, принимает участие в регуляции генной экспрессии. Антитела к нему найдены в крови пациентов, страдающих МКЛ и гинекологическими опухолями. Рековерин был впервые найден нами как фоторецепторный белок, способный прочно связываться с иммобилизованным родопсином; его молекула – мономер с кажущейся молекулярной массой 26 К. Функция рековерина в зрительных клетках, видимо, состоит в кальцийзависимой регуляции фосфорилирования зрительного пигмента родопсина. В норме рековерин обнаруживается только в сетчатке глаза и шишковидной железе, или эпифизе. Однако американские ученые из лабораторий К. Пальчевского и А. Поланса обнаружили, что рековерин может также синтезироваться в МКЛ и выступать как паранеопластический антиген, служа исходной причиной дегенерации сетчатки, или ретинопатии. Добавим, что к паранеопластическим антигенам относят также синаптогамин, амфифизин, α-субъединицу кальциевых каналов пресинаптической мембраны, потенциалзависимые калиевые каналы и некоторые другие белки, локализованные в нейронах или на их поверхности. ПАРАНЕОПЛАСТИЧЕСКИЕ АНТИГЕНЫ – ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ МАРКЕРЫ РАКА Некоторые паранеопластические антигены были давно известны как нормальные компоненты нервной системы, и их структура, свойства и функции в нервных клетках, или нейронах, хорошо изучены. Взрыв интереса к этим антигенам, наблюдаемый в последнее время, обусловлен тем, что, как уже было сказано выше, антитела против них могут появляться в крови задолго до того, как у пациента будет диагносцирован рак.

Следует подчеркнуть, что наличие в крови пациента таких антител не обязательно приводит к развитию у него соответствующего неврологического синдрома. И наоборот, наличие у пациента того или иного неврологического нарушения вовсе не означает, что у него имеется раковая опухоль или что она появится в будущем – понятно, что причины нервных расстройств могут быть совсем иные. Неврологический синдром как таковой может только вызвать подозрение, и то лишь у опытного клинициста, не является ли этот синдром внешним проявлением пока еще не выявленной грозной патологии. Хотя, скорее всего, пациента просто направят к врачу-неврологу, который будет лечить его “от нервов”, или пациент окажется у офтальмолога, если у него вдруг резко ухудшилось зрение. Другое дело, когда в крови обследуемого – вне зависимости от наличия или отсутствия у него неврологического синдрома – найдены антитела против того или иного паранеопластического антигена. Такой результат дает объективную основу для тщательного обследования и последующего постоянного наблюдения за пациентом с тем, чтобы немедленно начинать лечение рака, если первоначальные подозрения через какое-то время подтвердятся. Пока паранеопластические антигены, точнее, антитела против них могут рассматриваться только как потенциальные маркеры раковых заболеваний: возможность использования этих антигенов для диагностики рака стала исследоваться совсем недавно и сегодня еще не накоплены статистические данные, достаточные для утверждения, что появление антител к данному паранеопластическому антигену у обследуемого предвещает во всех случаях (или хотя бы с достаточно высокой вероятностью) появление у него злокачественной опухоли. Нет также достаточной статистики о том, у какой доли пациентов при каждом данном виде рака синтезируется тот или иной паранеопластический антиген и появляются антитела к нему. Помимо перечисленных проблем, актуальных с точки зрения клинической онкологии, существует много принципиальных вопросов фундаментального характера, которых сегодня больше, чем ответов. Так, не совсем ясны механизмы развития паранеопластических синдромов, начиная от синтеза соответствующего антигена в опухоли до запуска нейродегенеративных процессов. Нет ответа на вопрос, почему клетки данной ткани, например легочной, после трансформации начинают синтезировать чужие для них нейрональные белки. И есть ли какой-то смысл – для раковых клеток, для организма – в таком синтезе? Интенсивное исследование этих проблем, идущее во многих лабораториях мира, дает надежду, что ответы на эти вопросы будут вскоре найдены.

Ф И Л И П П О В П . П . П А РА Н Е О П Л А С Т И Ч Е С К И Е А Н Т И Г Е Н Ы И РА Н Н Я Я Д И А Г Н О С Т И К А РА К А

29

БИОЛОГИЯ Как бы то ни было, уже имеющиеся экспериментальные данные позволяют надеяться, что тестирование аутоантител против паранеопластических антигенов может послужить основой для создания относительно простых и быстрых методов сверхранней диагностики рака. Автор признателен Ф.О. Филиппову за помощь в подготовке статьи.

5. Darnell R.B. Onconeural Antigenes and the Paraneoplastic Neurologic Disorders: At the Intersection of Cancer, Immunity, and the Brain // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1996. Vol. 93. P. 4529–4536.

Рецензент статьи Г.И. Абелев ***

ЛИТЕРАТУРА 1. Абелев Г.И. Что такое опухоль // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 10. С. 85–90. 2. Twelve Major Cancers // Sci. Amer. 1996. Sept. P. 92–98. 3. Абелев Г.И. α-Фетопротеин – взгляд в биологию развития и природу опухолей // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 9. С. 8–13.

30

4. Lang B., Vincent A. Autoimmunity to Ion-channels and Other Proteins in Paraneoplastic Disorders // Curr. Opinion in Immunol. 1996. Vol. 8. P. 865–871.

Павел Павлович Филиппов, доктор биологических наук, профессор, зав. отделом энзимологии и зам. директора НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, лауреат премии им. Ю.А. Овчинникова РАН. Область научных интересов – молекулярные механизмы зрения. Автор более 90 научных работ, в том числе одной монографии.

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 9 , 2 0 0 0