Ноя
2018
Острый лимфобластный лейкоз — злокачественное заболевание, при котором неконтролируемо размножаются незрелые белые кровяные клетки (лимфобласты). Попадание таких клеток в центральную нервную систему отягощает прогноз течения болезни. Терапия в таких случаях затруднена из-за того, что большинство лекарств не могут преодолеть гемато-энцефалический барьер, защищающий мозг от вредных веществ и микроорганизмов. Однако лимфобластам как-то удается попасть в мозг, несмотря на наличие этого барьера. Ученые из Университета Дьюка (США) изучили на модельных мышах пути проникновения клеток острого лимфобластного лейкоза в центральную нервную систему и обеспечивающие его механизмы. Оказалось, что эти клетки проникают в мозг по кровеносным сосудам, но не с кровотоком, а мигрируя по их наружной поверхности. Ключевую роль в такой миграции играет взаимодействие интегрина лимфобластов с ламинином сосудов. Подавление экспрессии интегрина или нейтрализация его специфическими антителами блокирует миграцию клеток острого лимфобластного лейкоза в мозг и вызываемое ими поражение центральной нервной системы.
Злокачественные клетки острого лимфобластного лейкоза (англ. Acute lymphoblastic leukemia, ALL) склонны проникать в центральную нервную систему (ЦНС) и образовывать там метастазы. В отличие от метастазов солидных опухолей (развившихся не из клеток кроветворной системы, а из различных тканей организма) метастазы острого лимфобластного лейкоза редко проникают во внутренние отделы мозга, а локализуются на его оболочках. Проникновение клеток острого лимфобластного лейкоза в мозг сильно снижает эффективность противораковой терапии. А применяемые в таком случае химиотерапевтические средства и радиотерапия могут повредить мозг.
Оболочки мозга представляют собой структуру из четырех слоев. Дальше всего от мозга находится твердая оболочка состоит из соединительной ткани и выстилает внутреннюю часть черепа и спинномозгового канала. Сразу под ней расположена тонкая паутинная (арахноидальная) оболочка, снабженная небольшим количеством нервов и сосудов. Самая внутренняя — мягкая оболочка. Она сращена с мозгом, заходит в борозды и содержит большое количество кровеносных сосудов. Между мягкой и паутинной оболочкой находится подпаутинное (субарахноидальное) пространство, содержащее спинномозговую (цереброспинальную) жидкость, или ликвор, омывающую головной и спинной мозг. Она обеспечивает механическую защиту этих органов и поддерживает обменные процессы между центральной нервной системой и кровью. По составу ликвор похож на плазму крови, прошедшую через фильтр тонкой очистки, но, в отличие от плазмы крови, в ликворе почти нет белков (около 0,3% от белков плазмы), в норме нет красных кровяных клеток и совсем немного белых кровяных клеток.
Чтобы проникнуть в ЦНС, клетки острого лимфобластного лейкоза должны преодолеть гемато-энцефалический барьер (ГЭБ, см. картинку дня Гемато-энцефалический барьер) — физиологический барьер, который защищает нервную ткань и отделяет спинной и головной мозг от обслуживающих их кровеносных сосудов. Стенки этих сосудов ЦНС более плотные, чем в остальных органах и тканях, поэтому многие лекарства, микроорганизмы и даже собственные иммунные клетки сами по себе в мозг проникнуть не могут — только с помощью специального активного транспорта. Однако клеткам острого лимфобластного лейкоза как-то удается попасть в ЦНС — но как именно, оставалось загадкой.
Известно, что метастазы в тканях ЦНС могут образовываться при всех подтипах острого лимфобластного лейкоза. Значит, лимфобласты могут пользоваться каким-то общим консервативным механизмом для того, чтобы достичь мозговых оболочек. Ученые из Института онкологии при Университете Дьюка (Duke Cancer Institute) во главе с Дороти Сипкинс (Dorothy Sipkins) показали, каким может быть этот механизм.
Фермент фосфоинозитид-3-киназы (англ. Phosphoinositide 3-kinases, или PI3K) играет важную роль в передаче межклеточных сигналов, которые регулируют рост и выживание клеток. Его дельта-изоформа — PI3Kδ — присутствует на поверхности нейронов и иммунных клеток, и его ингибиторы (например, иделалисиб) успешно применяются для лечения некоторых форм лимфомы. О влиянии ингибиторов PI3K на острый лимфобластный лейкоз данных не было. Испытание одного из таких ингибиторов, химического соединения GS-649443, провели на мышах, которым предварительно ввели внутривенно линию клеток острого лимфобластного лейкоза человека — Nalm-6. У мышей с иммунодефицитом после инъекций развилась острая лейкемия, поражающая ЦНС.
Испытание показало, что применение этого вещества продлевало жизнь мышей, больных острым лимфобластным лейкозом, на 50% (рис. 2), а количество опытных животных с поражением ЦНС снижалось в 3–6 раз (рис. 3). Еще одним важным результатом этого эксперимента было то, что, хотя в контрольной и опытной группе практически не различалось влияние болезни на клетки крови, костный мозг и селезенку, у мышей, получавших GS-649443, было заметно меньше развитие острого лимфобластного лейкоза в центральной нервной системе.
Далее надо было определить функцию PI3Kδ в проникновении клеток острого лимфобластного лейкоза с периферии в центральную нервную систему. Было известно, что ферменты семейства PI3K играют важную роль в миграции клеток. Оставалось проверить, влияет ли PI3Kδ на подвижность клеток острого лимфобластного лейкоза. Подавление PI3Kδ веществом GS-649443 существенно снижало их подвижность как in vitro, так и in vivo. Подвижность клеток, обработанных GS-649443 (то есть с подавленной PI3Kδ), снижалась как in vitro, так и in vivo: у этих клеток снижалась активность легкой цепи миозина (см. Myosin light chain) — молекулярного мотора, преобразующего химическую энергию клетки в кинетическую.
С помощью метода интравитальной микроскопии (см. Intravital microscopy ученые проследили распределение клеток острого лимфобластного лейкоза в костном мозге, но не нашли никаких отличий между больными мышами, которым вводили плацебо (контрольная группа), и теми, кому вводили GS-649443 (опытная группа). Это означало, что лимфобласты не полностью утратили подвижность после ингибирования PI3Kδ, то есть миграция клеток в центральную нервную систему регулировалась каким-то другим механизмом.
Для определения молекул, участвующих в этом механизме, ученые провели анализ экспрессии генов, связанных (см. Фокальные контакты) с перемещением и прикреплением клеток к поверхности, в клетках спинномозговой жидкости и костного мозга опытных мышей. Результат оказался как раз таким, каким его ожидали: экспрессия этих генов была понижена. Но более всего ученых заинтересовал ген ITGA6, кодирующий белок интегрин альфа-6, поскольку он связан и с миграцией клеток, и с развитием центральной нервной системы.
Во взаимодействии с PI3Kδ интегрин альфа-6 контролирует миграцию клеток вдоль внеклеточного матрикса, образованного белками ламинином и коллагеном. В ЦНС ламинин локализован на наружной поверхности сосудов, на оболочках мозга и на поверхности сосудистого сплетения мозга.
Чтобы определить, проходят ли клетки острого лимфобластного лейкоза через стенки сосудов мягкой и паутинной оболочки, мышам ввели флуоресцентные клетки Nalm-6 и с помощью интравитальной микроскопии в реальном времени проследили распределение клеток Nalm-6 в сосудистой сети (рис. 4). Несмотря на то что в день инъекции клетки острого лимфобластного лейкоза циркулировали в сосудах мягкой и паутинной оболочек, клетки Nalm-6 не проходили через гематоэнцефалический барьер в течение всего времени наблюдения (см. видео в дополнительных материалах к статье). Зато клетки Nalm-6 быстро проникали через стенки сосудов костного мозга вскоре после внутривенной инъекции. Гистохимическое окрашивание отделов ткани головного мозга подтвердило, что клетки Nalm-6 отсутствовали в ткани мягкой и паутинной мозговых оболочек до поздних стадий заболевания.
Детальный иммуногистохимический анализ показал, что эти клетки проникают в мозговые оболочки очень необычным путем — не через кровеносные сосуды с кровотоком, а путем миграции по наружной поверхности сосудов, проходящих напрямую между костным мозгом позвоночника или черепа и подпаутинным пространством. Базальная мембрана этих сосудов насыщена ламинином, про который известно, что он координирует перемещения нейронных клеток-предшественников. GS-649443 подавлял эту миграцию. Аналогично действовали антитела к интегрину альфа-6, не влияя на прогрессию заболевания вне центральной нервной системы.
Результаты, полученные на мышах, соответствовали клиническим наблюдениям. У больных острым лимфобластным лейкозом частота инвазии лимфобластов в мозг положительно коррелировала с высоким уровнем экспрессии интегрина-альфа-6.
Блокирование проникновения раковых клеток в мозг представляется очень эффективным подходом с точки зрения клинической практики для лечения как острого лимфобластного лейкоза, так и ряда других форм онкологических заболеваний. В частности, другой ингибитор PI3Kδ, иделалисиб, уже успешно применяется для лечения ряда гематологических раков. Возможно, он откроет пути предотвращения миграции острого лимфобластного лейкоза или других раков в мозг.
Эта элегантная работа не только открывает новые перспективы исследований, но и ставит ряд вопросов. Пока неясно, полностью ли верны для человека результаты, полученные на модельных мышах, и могут ли клетки солидных (негематологических) раков использовать пути проникновения в мозг, свойственные для острого лимфобластного лейкоза. Ранее на модельных мышах было показано, что проникновению раковых клеток в мозг, в том числе при лейкозе, мешает подавление активности VEGF-A — фактора роста эндотелия сосудов. При остром лимфобластном лейкозе уровень экспрессии VEGF-A повышен, и антитела к нему могут подавить миграцию злокачественных клеток в мозг.
