Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (англ. pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC) является наиболее распространенной формой рака поджелудочной железы и одним из самых смертельных и трудно поддающихся лечению видов рака у человека. Рак поджелудочной железы и другие солидные виды рака содержат как опухолевые клетки, так и нормальные клетки соединительной ткани, называемые стромальными клетками, которые ответственны за избыточную продукцию внеклеточного матрикса (ВКМ). Согласно результатам последних исследований, эти два типа клеток участвуют в двустороннем молекулярном диалоге, который играет важную роль в росте и прогрессировании рака.
Как известно, более чем в 90% опухолей PDAC и при многих других видах рака наблюдаются мутации гена KRAS [1]. При этом наличие мутации в кодоне G12D KRAS в первичной опухоли пациентов с местно-распространенным и/или метастатическим PDAC имеет худший прогноз независимо от того, получали они химиотерапию или нет [2, 3]. На генно-инженерных мышиных моделях, которые воспроизводят весь спектр гистологической картины, наблюдаемой при родственном заболевании человека, показана направленная на экзокринный отдел поджелудочной железы мутантная экспрессия KRAS [4]. Она играет ключевую роль в обеспечении быстрого и неконтролируемого роста клеток, что является отличительной чертой рака. По данным C. Tape и соавт. [5], онкогенный KRASG12D опухолевых клеток управляет аберрантной передачей сигналов не только внутри опухолевых клеток, но и в соседних стромальных клетках, которые впоследствии вызывают реципрокную передачу сигналов в опухолевых клетках. В частности, исследователи показали, что клетки PDAC с мутировавшим KRAS продуцируют сигнальную молекулу sonic hedgehog (Shh), побуждающую стромальные звездчатые клетки поджелудочной железы (англ. pancreatic stellate cell, PSCs) высвобождать белок growth arrest-specific 6 (Gas6) и инсулиноподобный фактор роста 1 (insulin-like growth factor 1, IGF-1), которые опухолевые клетки не производят сами [5] (см. рисунок). Эти факторы через соответствующие рецепторные тирозинкиназы AXL и IGF1R активируют phosphoinositide-3-kinase (PI3K)/AKT сигнальные пути в опухолевых клетках, способствуя их пролиферации и подавлению апоптоза [5]. Несмотря на то что мутантная форма белка KRAS является ключевым фактором развития рака поджелудочной железы, она остается сложной терапевтической мишенью [6, 7].
Схематическое представление реципрокной передачи сигналов между опухолевой и соседней стромальной звездчатой клеткой поджелудочной железы.
Связывание опухолевых клеток со стромальными клетками активирует в последних сигнальные пути, которые могут способствовать выживанию и росту опухолевых клеток. GLI1 — glioma-associated oncogene homolog 1; PTCH1 — patched 1; SMO — smoothened.
C. Tape и соавт. [5] описали реципрокную передачу сигналов KRASG12D между опухолевыми клетками PDAC и PSCs in vitro. PSCs — это резидентные фибробласты, присутствующие в норме в небольших количествах в периацинарных и междольковых областях поджелудочной железы [8]. Эти клетки содержат многочисленные перинуклеарные липидные капли, богатые витамином A, экспрессируют виментин, десмин, нестин и глиальный фибриллярный кислый белок [8]. PSCs имеют низкий индекс митотической активности и характеризуются низким уровнем продукции компонентов ВКМ [8]. Недавно описан новый специфический маркер мезенхимальных стромальных клеток мефлин (Meflin), glycosylphosphatidylinositol-anchored protein, который кодируется геном ISLR [9]. В поджелудочной железе Meflin экспрессируется в периваскулярных, перидуктальных и периацинарных фибробластах, включая десминпозитивные PSCs, и не обнаруживается в составе островков Лангерганса и ацинусов [9, 10]. Следует отметить, что Meflin-позитивные клетки экспрессируют рецептор витамина D [11].
PSCs считаются предшественниками активированных или опухолеассоциированных фибробластов (англ. cancer-associated fibroblasts, CAFs), которые, в отличие от неактивированных (покоящихся) резидентных в ткани фибробластов, представляют собой увеличивающуюся популяцию клеток, размножающихся in situ или рекрутируемых в опухоль [12]. Поскольку CAFs проявляют мезенхимальные свойства, вероятно, они происходят из мезодермы [13]. Как показано на мышиной модели PDAC, PSCs действительно являются предшественниками CAFs, но эта популяция CAFs, полученная из PSCs, численно незначительна, что предполагает дополнительное и все же неопределенное клеточное происхождение для большинства CAFs при PDAC [14]. Предшественниками CAFs, помимо PSCs, могут быть адипоциты, мезенхимальные стволовые клетки или гемопоэтические стволовые клетки костного мозга [13, 15]. Кроме того, трансдифференцировка перицитов, эндотелиальных и эпителиальных клеток также может привести к образованию популяции CAF-подобных клеток, когда последние два типа клеток претерпевают переход соответственно от эндотелия к мезенхиме [16] и эпителиально-мезенхимальный переход [17].
Секвенирование РНК одиночных клеток, мультиплексное иммуноокрашивание, разработка генетических мышиных моделей и другие подходы позволили выявить гетерогенность транскрипции генов среди CAFs в PDAC мыши и человека [18—20]. На сегодняшний день установлено, что CAFs — это неоднородная популяция стромальных фибробластов с различными фенотипами и функциями, изменяемыми во время туморогенеза. В строме одной опухоли могут сосуществовать как иммуносупрессивные, так и иммуноподдерживающие субпопуляции CAFs, которые при PDAC играют дифференциальные (про- и противоопухолевая) патофизиологические роли [18, 21]. CAFs подразделяют на стимулирующие (англ. cancer-promoting, pCAFs) и подавляющие (англ. cancer-restraining, rCAFs) рак [11].
На мышиной модели PDAC среди CAFs были идентифицированы «миофибробластные CAFs» (англ. myofibroblastic CAFs, myCAFs), «воспалительные CAFs» (англ. inflammatory CAFs, iCAFs) и промежуточные подтипы CAFs, отражающие пластичность клеток [18, 21, 22] и придающие строме PDAC дихотомические свойства [14]. Как показано in vitro, трансформирующий фактор роста β способствует дифференцировке PSCs в миофибробласты/myCAFs, тогда как интерлейкин-1 (IL-1) индуцирует генерацию iCAFs [22].
Субпопуляция myCAFs характеризуется повышенной экспрессией α-гладкомышечного актина (α smooth muscle actin, αSMA) [18], сниженной экспрессией CXCL12 (кодирует хемокин C-X-C motif ligand 12, так же известный как stromal cell-derived factor 1, SDF1) и DES (кодирует десмин) [23]. myCAFs специализируются на клеточной сократимости [21], продуцируют десмопластическую строму и участвуют в секреции стромальных и эндотелиальных факторов роста [18]. В образцах PDAC мыши и человека myCAFs были идентифицированы в непосредственной близости от неопластических клеток [18].
Субпопуляция iCAFs экспрессирует низкие уровни αSMA, но высокие уровни воспалительных, иммуносупрессивных медиаторов, таких как IL-6, leukemia inhibiting factor (LIF) [18, 22] и CXCL12, а также другие гены-маркеры — VIM (кодирует виментин), FAP (кодирует fibroblast activation protein-α), COL3A1 (кодирует коллаген III типа) и DES [23, 24]. В образцах PDAC мыши и человека iCAFs были идентифицированы в плотной строме более удаленно от неопластических клеток [18]. Субпопуляция iCAFs участвует в секреции факторов роста, продвижении проонкогенных механизмов, способствующих инвазии и метастазированию [18], химиорезистентности и другим связанным с раком системным эффектам, таким как кахексия и подавление иммунитета [22].
В связи со сказанным онкогенная реципрокная передача сигналов может происходить между не только опухолевыми клетками и PSCs, но и другими типами стромальных клеток в микроокружении опухоли. Например, как показано C. Feig и соавт. [25] на мышиной модели PDAC, секретируемый FAP-позитивными стромальными фибробластами хемокин CXCL12 покрывает опухолевые клетки и препятствует привлечению CD8+ T-клеток в опухоль, что опосредует ускользание неопластических клеток от иммунного ответа и иммуносупрессию. Истощение FAP+ стромальных клеток подавляет прогрессирование опухоли у мышей и улучшает общую выживаемость, при этом предполагается, что такие клетки способствуют развитию опухоли [25, 26]. И, наоборот, генетическая абляция αSMA+ CAFs или фармакологическое ингибирование сигнального пути Shh с целью подавления активности myCAFs и уменьшения стромальной десмоплазии во время прогрессирования PDAC у мышей приводит к агрессивным опухолям и вызывает более быструю гибель животных по сравнению с таковыми с CAF-обогащенным PDAC [26—28]. Кроме того, делеция коллагена I типа, компонента ВКМ стромы, в α-SMA+-миофибробластах значительно ускоряет смертность мышей с PDAC [29], а ингибирование перекрестного связывания коллагена с помощью lysyl oxidase like-2 (LOXL2) увеличивает рост PDAC и снижает общую выживаемость [30]. Точно также более высокая стромальная плотность опухоли, включая клеточные и бесклеточные компоненты стромы, связана с более длительной общей выживаемостью среди пациентов с PDAC [30, 31].
Однако гетерогенность CAFs при PDAC может быть более сложной, чем дихотомия на αSMA-положительные или αSMA-отрицательные [20]. myCAFs могут быть более широким пулом CAFs, состоящим из подмножества субпопуляций [14]. В исследовании K. McAndrews и соавт. [26] показано, что αSMA+-клетки так же, как и FAP+-фибробласты, секретируют IL-6. При этом только потеря IL-6 в клетках αSMA+, а не в клетках FAP+ улучшает ответ на химио- и иммунотерапию со значительным улучшением общей выживаемости в мышиной модели PDAC. Эти результаты и данные других исследований подчеркивают опухолесупрессивный или гомеостатический потенциал αSMA+ CAFs при PDAC и побуждают к более глубокому пониманию этого сложного компартмента микроокружения опухоли в отношении прогрессирования заболевания [14].
Кроме того, между терапевтическими стратегиями искоренения CAFs/удаления стромы и поддержания покоящегося фенотипа PSCs/ремоделирования стромы в сторону противоопухолевой стромы существуют важные различия [32, 33]. Представление о том, что клеточные и структурные компоненты «нормального» микроокружения проявляют силы и сигналы, подавляющие опухоль, способствовало развитию стратегии репрограммирования стромы и возврату активированных PSCs к их нормальному фенотипу [33, 34]. Например, нормализация рецептора витамина D стромальных фибробластов ослабляет способность PSCs поддерживать рост клеточных линий PDAC человека и мыши и улучшает терапевтический ответ PDAC [33].
Следует отметить, что специфический для пациента профиль CAFs может определять гетерогенность межопухолевой стромы.
В настоящее время на основании профилирования экспрессии генов (структурных геномных аберраций, мутационных сигнатур и профиля экспрессии РНК) неопластических клеток и клеток опухолевого микроокружения резецированных опухолей поджелудочной железы сделаны попытки классифицировать PDAC на молекулярные подтипы [35—38]. E. Collisson и соавт. [35] описали три подтипа (классический, квазимезенхимальный и экзокриноподобный), среди которых классический имел высокую экспрессию эпителиальных генов и генов, связанных с адгезией, квазимезенхимальный подтип показал высокую экспрессию генов, связанных с мезенхимой, а экзокриноподобный — относительно высокую экспрессию генов пищеварительных ферментов, происходящих из опухолевых клеток. На продвинутой стадии PDAC R. Moffitt и соавт. [36] определили 2 подтипа (классический и базальноподобный), P. Bailey и соавт. [37] выделили 4 подтипа (плоскоклеточный, прогениторный, иммуногенный, аномально дифференцированный эндокринный и экзокринный (ADEX)). F. Puleo и соавт. [38] подтвердили базальноподобный и классический опухолеспецифические подтипы PDAC, ранее описанные R. Moffitt и соавт., и разделили опухоли на 5 подтипов (чисто базальноподобные, активируемые стромой, десмопластические, чисто классические и классические иммунные). Авторы также показали, что экзокриноподобный подтип опухоли, называемый ADEX, возник в результате загрязнения ацинарными клетками поджелудочной железы [38]. По мнению G. O’Kane и соавт. [39], квазимезенхимальные [35], базальноподобные [36] и плоскоклеточные [37] когорты хорошо совпадают по классификации и все связаны с плохим прогнозом в этих исследованиях. Базальноподобный подтип является химиорезистентным и может быть отличен от классического PDAC по экспрессии транскрипционного фактора GATA6, поскольку в базальноподобном подтипе наблюдается низкий уровень GATA6 или его отсутствие [39]. Поскольку иммунное микроокружение играет важную роль в инвазии опухолевых клеток и прогрессировании PDAC, X. Wang и соавт. [40] на основании гетерогенности стромального и иммунного микроокружения PDAC разделили когорту PDAC на 4 иммунных подтипа. Авторы выделили «обогащение иммунными и стромальными клетками» (immune-enrich-stroma), «неиммунное обогащение, но обогащение стромальными клетками» (non-immune-stroma), «общее иммунное, но нематриксное обогащение» (immune-enrich-non-stroma) и «неиммунное и нестромально-клеточное обогащение» (non-immune-non-stroma) [40]. Выявление молекулярных различий между опухолями может быть полезно при стратификации пациентов для адаптации терапии или определения лучшего метода лечения за счет нацеливания лекарств на подтип опухоли, при котором они избирательно эффективны [1]. Однако клеточная гетерогенность опухоли и различия в методологии кластеризации оставляют неопределенность в отношении наиболее подходящей классификации и, кроме того, клиническое применение этих подтипов на поздних стадиях заболевания неясно [39].
Будущие исследования для определения механизмов, формирующих гетерогенность CAFs при PDAC, и уникальных функций отдельных подмножеств CAFs помогут понять, как микроокружение опухоли влияет на прогрессирование PDAC, и, возможно, укажут на важные стромальные мишени для терапевтического вмешательства.
Работа выполнена в рамках внутреннего гранта МГМСУ им. Евдокимова №КНП-20/21 и в рамках раздела Государственного задания ИБР РАН 2022 г. No. 0088-2021-0017.
The work was conducted under the Inner Grant of Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry №КНП-20/21and the IDB RAS Government basic research program in 2022 №0088-2021-0017.