Особого обсуждения требуют молекулярные механизмы, лежащие в основе состояния покоя раковых клеток. Состояние покоя раковых клеток можно считать состоянием, являющимся результатом функционирования остаточных ОК, которые испытывают недостаток в пролиферативных и апоптозных маркерах, и которые сохраняются в дремлющим виде без признаков непрерывного роста. В данной главе мы упоминаем лишь некоторые молекулярные механизмы раковых клеток, имеющие отношение к состоянию покоя, а также ряд взаимозависимостей, наблюдаемых между раковыми клетками и их микросредой.
А. Внутриклеточные сигналы. Пути митоген-активированной протеин киназы (Mitogen-activated protein kinase, MAPK). Семейство MAPK (также известное, как путь Ras-Raf-MEK-ERK) имеет первостепенное значение при превращении внеклеточных стимулов в широкий спектр клеточных ответных реакций, и его функции в развитии онкогенеза сложны. Некоторые результаты позволяют предположить, что p38 MAPK сигналинг по сути является палкой о двух концах, так как наделен и хорошими, и плохими аспектами применительно к росту раковых клеток. Р38a негативно регулирует прогрессирование клеточного цикла, такого, как p38y, тогда как p38b индуцирует пролиферацию клеток при плоскоклеточной карциноме (Oeztuerk-Winder F, Ventura JJ.,2011). Более того, ученые под руководством Sosa et al. (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P.et al,2011) сообщают о сниженном (ERK MAPK/p38 MAPK) соотношении сигналинга в спящих HEp3 клетках при карциноме головы и шеи. Затем, этот факт подтвердился для меланомы, фибросаркомы, рака груди, простаты и яичников, где полученные результаты показали, что около 90% линий дремлющих клеток выделяли схожий уровень ERK MAPK/p38 MAPK. Было показано, что изменение в ERK MAPK/p38 MAPK регулируется комплексом uPA-uPAR (активатор плазминогена урокиназного типа соединяется с uPA рецептором) во внеклеточном матриксе (Xue A, Xue M, Jackson C, Smith RC., 2009; Barkan D, Green JE, Chambers AF.,2010; Mazar AP, Ahn RW, OHalloran TV.,2011; Chery L, Lam HM, Coleman I, et al.,2014). Активированный путь p38 MAPK индуцирует вхождение ДТК в зону задержки роста через активирующий p53 и p16 сигналинг и снижение экспрессии циклин D1 (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P.et al,2011). В общем, баланс равновесия между ERK MAPK и p38 MAPK тесно связан с состоянием покоя раковых клеток, и соотношение ERK MAPK/p38 MAPK может представлять собой ключевой определяющий фактор, ответственный за состояние покоя опухоли. Соответственно, ингибитор p38 следует использовать с осторожностью, так как он несет потенциальный риск для некоторых групп онкологических больных, учитывая, что p38a/b ингибирование после хирургического вмешательства может увеличивать нагрузку, оказываемую ДТК в костном мозге, печени, и селезенке (Bragado P, Estrada Y, Parikh F, et al.,2013).
Третий основной путь MAPK представляет собой Jun N-терминальную киназу (Jun N-terminal kinase, JNK), которая осуществляет функцию, обратную функции p38 MAPK сигналинга, поскольку JNK индуцирует пролиферацию и туморогенез раковых клеток (Sui X, Kong N, Ye L, et al.,2014). Однако большое количество проведенных опытов свидетельствует о противоречивом сценарии, который заключается в том, что для задержки роста необходима активная JNK, и она индуцирует спящее состояние при раке груди (Lotan T, Hickson J, Souris J, et al.,2008). Кроме того, недавно было показано, что митоген-активированная протеин киназа киназа4 (MKK4) может индуцировать временную задержку роста в раковых клетках (Lotan T, Hickson J, Souris J, et al.,2008; Knopeke MT, Ritschdorff ET, Clark R, et al.,2009).
Путь PI3K-AKT-m TOR является еще одним хорошо изученным сигнальным путем в управлении клеточного цикла. Группа ученых под руководством Jo H. описала регулирующую систему, выделяемую раковыми клетками, опосредованную путем PI3K-AKT-m TOR при стрессе дефицита питательных веществ, и показала, что пониженный PI3K-AKT сигналинг может привести к состоянию сна и аутофагии (Jo H, Jia Y, Subramanian KK, et al.,2008). В дальнейшем, подобное явление было подтверждено на спящих клетках плоскоклеточной карциномы (Schewe DM, Aguirre-Ghiso JA.,2008). Индуцируемая глюкокортикоидом лейциновая «молния» (Glucocorticoid-induced leucine zipper, GILZ) представляет собой важную восходящую мишень, расположенную против хода транскрипции PI3K/AKT сигнального пути, и AKT может быть снижен при помощи подавления и репрессии GILZ в дремлющих раковых клетках. Что касается FOXO3A (одного ключевого субстрата, относящегося к пути PI3K/AKT), то он вследствие этого уменьшается, а p21 увеличивается и, в конечном итоге, раковые клетки удерживают дремлющее состояние (Touil Y, Segard P, Ostyn P, et al.,2016). Ингибирование AKT может запускать процесс аутофосфорилирования EGFR, что также может привести к задержке роста раковых клетках (Humtsoe J.O., Kramer RH.,2014).
Б. Внеклеточные сигналы. Семейство трансформирующего ростового фактора-B (TGF-B). Семейство TGF-B является многосоставной цитокиновой сетью, которая модулирует целый ряд жизнеспособных свойств клеток, включая их пролиферацию, морфогенез, миграцию, продуцирование внеклеточного матрикса, секрецию цитокинов, и апоптоз. Исследования, проведенные в последние 2 десятилетия показали, что TGF-b семейство связан с процессами эпителиально-мезенхимного перехода, ангиогенезом и с дремлющим состоянием раковых клеток. Недавно было выдвинуто предположение, что латентный TGF-b-связующий белок 2 (LTBP-2) стимулирует спящего состояние, соответственно, ограничивает метастатический рост и ограничивает пролиферацию при назофарингеальной карциноме и плоскоклеточном раке пищевода. Но, он также может усиливать адгезию (соединение) и миграцию раковых клеток при меланоме. Таким образом, функция LTBP-2 соотносится с конкретными типами опухолей и их окружающей средой (Chen H, Ko JM, Wong VC, et al. 2012). Известно, что TGF-b1 может подавлять прогрессирование опухоли в предраковых состояниях и на ранних стадиях канцерогенеза, но он может стимулировать рост опухоли в распространенных опухолевых образованиях (Zhu H, Luo H, Shen Z, Hu X, Sun L, Zhu X.,2016). Недавно ряд исследователей показали, что TGF-b3 ускоряет рост, миграцию, и инвазию рака головы и шеи за счет индукции матриксно-специфичного белка периостин (POSTN) (Qin X, Yan M, Zhang J, et al.,2016). Однако, повышенная экспрессия TGF-b2 в пределах ниши политрансретиноевой кислоты (atRA) может индуцировать дремлющий фенотип через p38 MAPK-зависимый путь (Sosa MS, Parikh F, Maia AG, et al.,2015). Кроме того, спящее состояние раковых клеток, обсуловленное TGF-b2, также нуждается в AXL и GAS6 (Yumoto K, Eber MR, Wang J, et al., 2016). Когда в метастатическом участке повышается экспрессия Coco (антагонист TGF-b лигандов), раковые клетки избегают дремлющего состояния (Gao H, Chakraborty G, Lee-Lim AP, et al.,2012). По этой причине был сделан вывод о том, что TGF-b семейство воздействует на прогрессирование опухоли парадоксальным образом.
Группа ученых Wendt et al. (Wendt M.K., Taylor M.A., Schiemann B.J., Schiemann W.P.,2011) показала, что мульти-функциональность TGF-b во многом отражает его способность управлять уровнями экспрессии эпителиального кадгерина, являющегося отличительным признаком полностью дифференцированного эпителия, что находит свое отражение в процессе EMT. Тем не менее, основополагающие механизмы скрываются за многосоставными взаимосвязями между разнообразными цитокинами. Так, например, исследование Denys et al. (Denys H, Derycke L, Hendrix A, et al.,2008) доказала на модели канцерогенеза толстой кишки, что раковые клетки оставаются в спящем состоянии и не пролиферируют в экстракте базальной мембраны, которая в основном состоит из различных факторов роста и других компонентов (Barkan D, Kleinman H, Simmons J.L, et al., 2008).
Костные морфогенетические белки (Bone morphogenetic proteins, BMPs). Костный морфогенетический белок 7 (BMP7) является разветвлением семейства TGF-b, его выделяют обычные стромальные клетки костного мозга. Он выполняет разнообразные функции, в том числе формирование структур эмбрионального паттеринга и органогенеза, а также тканевое перемоделирование и восстановление, в особенности скелетной ткани. Ранее, было показано, что BMP7 индуцирует низкий уровень ERK MAPK/p38 MAPK сигнального соотношения в дремлющих HEp3 (Sosa MS, Avivar-Valderas A, Bragado P et al.,2011). Кроме того, недавно было выявлено, что BMP7 может индуцировать спящее состояние ОСК за счет активации p38 MAPK, р21, и N-myc гена 1, регулируемого ниже по потоку (N-myc downstream-regulated gene1, NDRG 1), способом, зависимым от рецептора 2 BMP (BMPR 2-dependent manner). Нокдаун BMPR2 приводит к ингибированию активации BMP7, и обнаружилось, что BMPR2 экспрессия имеет обратную взаимосвязь с рецидивом канцерогенеза и костным метастазированием (Kobayashi A, Okuda H, Xing F, et al.,2011). По этой причине, представляется возможным существование спящего состояния в раковых клетках, обусловленное и зависимое от BMPR2 и индуцируемое BMP7. Группа Buijs et al. (Buijs J.T., Henriquez N.V., van Overveld P.G. et al.,2007) разработала гипотезу об антагонистической роли, которую играет BMP7 в Smad-опосредованных воздействиях, оказываемых TGF-b, и предположила, что BMP7 может выступать в качестве перспективной мишени для ингибирования локального прогрессирования канцерогенеза и метастазирования ОК в кости. Однако BMP7 также может индуцировать мезенхимно-эпителиальный переход процесс, доказавший свое критическое значение для прогнозирования прорастания раковых клеток в макро-метастазы. Следовательно, BMP7 способен усиливать рост раковых клеток при прогрессирующих стадиях метастазирования (Na YR, Seok SH, Kim DJ, et al.,2009). Fang et al. в своем исследовании (Fang WT, Fan CC, Li SM, et al., 2014) обнаружили, что снижение экспрессии BMP4 за счет повышенной концентрации SOX2 может способствовать росту раковых клеток. Помимо того, сайленсинг (отключение) SOX2 может выступать в роли посредника для спящего состояния раковых клеток, и этот процесс сопровождается повышением экспрессии BMP4.