МЕХАНИЗМЫ УЧАСТИЯ ПРОТЕИНАЗ В АНГИОГЕНЕЗЕ ОПУХОЛЕЙ

Опухолевые клетки отличаются от нормальных по количеству синтезируемых протеиназ и их локализации в клетке. Полагают, что, экпрессируясь на плазматической мембране раковой клетки и/или секретируясь из нее, эти протеиназы участвуют в инвазии и метастазировании. На начальных этапах трансформации клетки нарушается баланс между цистеиновыми протеиназами и их ингибиторами, что способствует дестабилизации клетки. Существует представление, что многие протеиназы опухолевых клеток  локализуются на клеточной поверхности и функционируют, не секретируясь. В мембранных фракциях опухолевых клеток обнаружены катепсины В, L и D, а так же коллагеназа, стромелизин и др. Кроме того известно, что в опухолевых клетках увеличен синтез катепсинов В, L и D [1].

Увеличение синтеза прокатепсина L при трансформации фибробластов происходит, очевидно, в результате активации того же гена, который кодирует этот белок в нормальных клетках. Повышенная секреция предшественника катепсина L связана с нарушением его гликозилирования и понижением сродства к рецептору для маннозо-6-фосфата. В клетках меланомы мышей и человека катепсин L выявляется в основном в плазматических мембранах, причем в высокометастатических линиях клеток меланомы В16 уровень его в этих структурах значительно выше, чем в малоинвазивных линиях. Увеличение синтеза прокатепсина L происходит не только в трансформированных фибробластах мышей, но и при ряде опухолей человека и линиях раковых клеток.

Для функционирования протеиназ опухолевых клеток, локализованных в мембране, характерны некоторые особенности. С одной стороны, их концентрация в зоне многоступенчатой деградации матрикса практически не меняется, контакт их с ингибиторами затруднен, что в целом как бы пролонгирует их действие. С другой стороны, направленность их гидролитического действия ограничена, так как разрушается тот компонент матрикса, который непосредственно “стоит на пути ” опухолевой клетки.

Согласно теории опухолевой инвазии, каждая популяция неопластических клеток не является стабильной системой, а в процессе своего развития и стремления к автономности от организма хозяина проходит ряд необратимых изменений на разных уровнях (в том числе и биохимических), уникальных для каждой опухоли и приводящих к формированию нового фенотипа. Можно предположить, что злокачественные опухоли во время изучения их активности находятся на разных стадиях опухолевой прогрессии и соответственно обладать разным метастатическим фенотипом. Помимо опухолевых клеток способностью к инвазии с учасием протеиназ обладают и другие клетки, например клетки эндотелия в ходе ангиогенеза. Из этого следует, что участие протеиназ необходимо в процессе неоваскуляризации (прорастания опухоли сетью кровеносных сосудов) [2].

Инвазия – сложный биологический процесс, который условно можно разделить на три стадии [3]:

1. прикрепление клетки к матриксу (может быть опосредована ламинином, фибронектином через взаимодействие со специфическими клеточными рецепторами);
2. локальная секреция клеткой протеолитических ферментов, в результате которой в зоне активной инвазии концентрация гидролаз (преимущественно протеиназ) превышает концентрацию эндогенных ингибиторов, что приводит к разрушению матрикса;

3) движение клетки к месту инвазии.

Оценивая способность неопластических клеток разрушать экстрацеллюлярный матрикс, можно констатировать, что они имеют мощную протеолитическую систему, которая включает в себя разные ферменты, способные активировать друг друга каскадным механизмом. Результатами ферментативного действия протеолитического каскада является расщепление базальной мембраны и вторжение опухолевых клеток в интерстициальную строму, где они с помощью своего мощного эндопептидазного потенциала разрушают все структуры, которые механически препятствуют их миграции к сосудам или органам-мишеням.

По сути ангиогенез – контролируемый процесс инвазии. Эндотелиальные клетки вследствие хемотаксиса перемещаются к источнику ангиогенного фактора, преодолевая тканевые барьеры. При этом образуют своеобразные клеточные тяжи, которые, впоследствии становятся основой кровеносных сосудов. Выявлена способность эндотелиальных клеток в культуре синтезировать активаторы плазминогена, интерстициальную коллагеназу,  желатиназу, катепсины В и L, причем многие из этих ферментов являются мембранносвязанными.

Надо отметить, что образующиеся при деградации компонентов межклеточного матрикса продукты распада во многих случаях обладают биологической активностью. Фрагменты фибронектина, имеющие митогенную активность, могут способствовать пролиферации раковых клеток. Продукты протеолиза фибронектина сами обладают протеолитической активностью. Протеолитические ферменты могут участвовать в деструкции тканевых барьеров, путем  раличных механизмов, включающих специфическую активацию проферментов (например, активация плазмином латентных коллагеназ) или гидролитическое действие на субстраты – белки соединительной ткани, причем в последнем процессе может участвовать одновременно несколько протеиназ (коллагеназы, плазмин, катепсины).

Полагают, что раковая клетка, прикрепляясь за счет рецепторов для фибронектина и ламинина к соответствующим гликопротеинам экстрацеллюлярного матрикса или базальных мембран, начинает секретировать протеиназы и/или стимулирует к секреции соседние клетки нормальных тканей, что вызывает лизис тканей и способствуют проникновению в них раковой клетки. В ходе метастатического каскада раковая клетка отделяется от первичной опухоли, преодолевает тканевые барьеры и базальные мембраны, попадает в кровоток или лимфатические сосуды, распространяется по организму, имплантируется в стенку капилляров и дает начало вторичной опухоли – метастазу. Hа всех этапах, каждый из которых осуществляется каскадом биохимических реакций, участвуют протеиназы. Этому способствуют слабокислая среда в микроокружении раковой клетки, что является оптимальным для локального протеолиза [4].

Известно, что при опухолевой прогрессии, метастазировании и ангиогенезе решающую роль играют металлопротеиназы и активаторы плазминогена. Катепсин В, кроме непосредственного участия в деструкции тканей, стимулирует ангиогенез через инактивацию ингибиторов тканевых металлопротеиназ. В результате нарушения баланса между металлопротеиназами и их ингибиторами активируется перицеллюлярный фибринолиз. Предполагают, что активация протеиназ при ангиогенезе является непосредственным промотором ангиогенеза и одновременно вызывает увеличение антиангиогенных факторов - ангиостатина и эндостатина, дальнейшая судьба которых определяется скоростью их синтеза и деградации. Возможно, при опухолевом процессе наблюдается дисбаланс между этими процессами. Таким образом, роль протеиназ при этих процессах заключается в их способности генерировать или разрушать антиангиогенестические факторы.

Таким образом, современные представления о роли протеиназ при инвазии опухолей можно суммировать следующим образом:

1. протеиназы in vivo разрушают нормальную архитектуру ткани и облегчают инфильтрацию опухолевыми клетками ткани организма-хозяина;
2. протеиназы удаляют с поверхности клеток определенные белки, что приводит к ликвидации контактного торможения роста и изменению адгезивных свойств клеток, а выделяющиеся раковыми клетками или находящиеся в цитоплазматической мембране протеиназы расслаивают соединительную ткань организма-хозяина и, таким образом условия, необходимые для опухолевого роста;
3. секреция протеиназ из опухолевых клеток разрушает первичные мембраны капилляров, способствуя проникновению раковых клеток через стенки сосудов к тканям хозяина и образованию метастазов [5].

Индуцированные протеолитическими ферментами внеклеточные каскады биохимических реакций имеют большое значение в распространении и генерализации онкологичесого процесса, а также могут воздействовать разными путями как на сами опухолевые клетки, так и на их взаимодействие с организмом-опухоленосителем.

Список литературы:

1. Gutiérrez J, Droppelmann CA, Salsoso R. A Hypothesis for the Role of RECK in Angiogenesis. Curr Vasc Pharmacol. 2016;14(1):106-15.
2. Pišlar A, Perišić Nanut M, Kos J. Lysosomal cysteine peptidases - Molecules signaling tumor cell death and survival. Semin Cancer Biol. 2015 Dec;35:168-79.
3. Deryugina EI, Quigley JP. Tumor angiogenesis: MMP-mediated induction of intravasation- and metastasis-sustaining neovasculature.  Matrix Biol. 2015 May-Jul;44-46:94-112.
4. Zi F, He J, He D, Li Y, Yang L, Cai Z. Fibroblast activation protein α in tumor microenvironment: recent progression and implications (review). Mol Med Rep. 2015 May;11(5):3203-11.
5. Aggarwal N, Sloane BF. Cathepsin B: multiple roles in cancer. Proteomics Clin Appl. 2014 Jun;8(5-6):427-37.