Рак молочной железы. От молекулярной биологии к персонифицированной терапии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины»

Городская многопрофильная клиническая больница №4, г. Днепропетровск

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. ОТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ К ПЕРСОНИФИЦИРОВАННОЙ ТЕРАПИИ

И.Н.Бондаренко М.Х.Эльхажж

Введение

Рак молочной железы (РМЖ) является наиболее распространенным онкологическим заболеванием среди женщин во многих странах [1, 2]. По данным Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ), в мире каждый год регистрируется 1,1 млн. новых случаев заболевания. Ежегодно от РМЖ погибают более 411 тысяч женщин. Наиболее высокие показатели заболеваемости зафиксированы в США, Канаде, Франции, Израиле, Швейцарии, странах Прибалтики, самые низкие - в Японии, среднеазиатских и африканских странах [3]. По данным Американского национального онкологического реестра (NCCN), каждая 28-я женщина в США умирает от РМЖ, а каждая 8-я рискует заболеть. Смертность от РМЖ за последние 10 лет выросла более чем в 2,5 раза и заняла первое место по частоте у женщин [4].

С развитием методов молекулярной биологии принципиально изменился подход к терапии пациентов с РМЖ [5]. Несмотря на эмпирический характер подобной терапии, улучшение результатов было достигнуто за счет дифференцированного подхода, учитывающего рецепторный статус конкретной опухоли (клиническое решение принимается на основании молекулярно-генетической или иммуногистохимической классификации РМЖ) [6]. Вторым важным достижением современной лекарственной терапии РМЖ является создание таргетных препаратов с новым, уникальным, индивидуальным механизмом действия. Таргетная терапия рака также осуществляется с учетом рецепторного статуса опухоли [7].

Исследования в области молекулярной биологии при РМЖ чрезвычайно обширны, что диктует необходимость их систематизации с целью формирования в среде практических онкологов перехода от эмпирического системного лечения РМЖ к индивидуализированному сегодня, и персонифицированному в ближайшем будущем. С этой целью нам представляется целесообразным обобщение литературных данных касательно молекулярной эпидемиологии и гетерогенности РМЖ, молекулярно-генетической и иммуногистохимической классификации РМЖ, экспрессионных молекулярных подтипов заболевания, а также прогностических и предиктивных биомаркеров РМЖ.

Молекулярная эпидемиология РМЖ

В последние годы произошли большие изменения на стыке двух наук - эпидемиологии и молекулярной биологии [8]. Результатом этого синтеза и появления новой науки - молекулярной эпидемиологии - явились четыре основные изменения в развитии профилактической онкологии, которые постепенно меняют все аспекты медицинской практики [9].

Во-первых, высокая пропускная способность генотипирования позволяет сегодня исследовать генетические причины рака не только среди редких семейных случаев, но и в широкой популяции населения.

Во-вторых, методы молекулярной онкоэпидемиологии позволяют оценивать влияние внешних канцерогенов и их метаболитов на процессы, характеризующие ранние стадии канцерогенеза, что позволяет прогнозировать риск развития заболевания.

В-третьих, есть основания думать, что дальнейшее развитие методов молекулярной онкоэпидемиологии позволит осуществлять сверхраннюю диагностику рака.

В-четвертых, методы новой, современной, онкоэпидемиологии позволяют создать молекулярные классификации предраковых заболеваний [10].

Последнее обстоятельство является особенно важным, поскольку составляет основу для дальнейшего изучения гетерогенности рака и создает предпосылки для развития персонифицированной терапии [11].

РМЖ представляет собой достаточно большую неоднородную группу опухолей, демонстрирующих широкое клиническое, морфологическое и молекулярно-генетическое разнообразие [12].

Морфологическая гетерогенность РМЖ

Попытки классифицировать РМЖ по клиническим признакам оказались неудачными, поскольку клинические формы заболевания, включая стадию TNM, не всегда коррелируют с отдаленными результатами лечения [13].

В 1982 г Moll впервые предложил разделять все карциномы молочной железы на «люминальные» и «базальные», в зависимости от уровня экспрессии того или иного цитокератина. В 1987 г Dairkee отметил быстрые рецидивы у больных с базальной карциномой, а Мalzahn в 1998 г обратил внимание на тот факт, что базальные карциномы эстроген-негативны, имеют низкую дифференциацию и плохой прогноз [14].

Современная гистопатологическая классификация (ВОЗ, 2003) различает два основных подтипа РМЖ - протоковый рак и дольковый рак [15]. В то же время, классификация предполагает, что существуют еще около 20 основных подтипов РМЖ и 18 незначительных подтипов, причем 70% - 80% всех случаев рака молочной железы не принадлежат ни к протоковой, ни к дольковой карциноме [16].

Инфильтрирующие протоковые и дольковые карциномы включают: слизистый рак, медуллярный рак, папиллярный рак, тубулярный рак, аде- нокистозный рак, секреторный (ювенильный) рак, апокриновый рак, рак с метаплазией (плоскоклеточного, веретеноклеточного, хондроидно- го, остеоидного или смешанного типов).

Наиболее часто (65-80%) встречается инвазивный протоковый рак, который демонстрирует наибольшую морфологическую гетерогенность. Известны, как минимум, 5 типов морфологических структур, отражающих различные пространственные композиции опухолевых клеток. К последним относят альвеолярные, тубулярные, трабекулярные, солидные структуры и дискретные группы опухолевых клеток [17].

Морфологическими факторами прогноза являются процентное соотношение канальцев и желез в препарате РМЖ, наличие ядерного полиморфизма и митотический индекс.

Предложенная в последнее время таксонометрическая онтологическая классификация РМЖ [18] различает уже 11 типов миоэпителиальных клеток в молочной железе. Различные типы морфологических структур, вероятно, представляют функционально отличные опухолевые клоны со специфическим микроокружением, распределение и количество которых зависит от принадлежности к молекулярно генетическому подтипу.

Отдельным специальным гистологическим типом инвазивного рака молочной железы является метапластическая карцинома [19]. Это название является описательным оперативным термином для большой гетерогенной коллекции опухолей с различным гистологическим, клиническим поведением и потенциальным ответом на терапию. Для характеристики метапластической карциномы в литературе используют различные названия - карциносаркома, саркомоподобная карцинома, карцинома с саркоматозной стромой, аденосквамозная карцинома, метапластическая опухоль. На долю метапластической карциномы приходится 0,2-5 % всех случаев инвазивного РМЖ [19].

Метапластическая карцинома характеризуются наличием опухолевых клеток, дифференцированных как плоский эпителий, имеющих компоненты мезенхимальной, хрящеподобной, или костной ткани.

Таким образом, РМЖ является чрезвычайно гетерогенным заболеванием с 20 гистологическими типами, 8 молекулярно-генетическими, 6 геномными подтипами, которые характеризуются специфическими молекулярными и/или биохимическими свойствами, различным клиническим течением и различным исходом [20].

Остается открытым вопрос о причинах внутриопухолевой гетерогенности, неизвестны механизмы формирования различных типов морфологических структур, отсутствуют полные данные об их молекулярно-генетической природе.

Молекулярная гетерогенность и молекулярно-генетическая классификация РМЖ

Достижения методов молекулярной визуализации, в частности, прочтение и секвенирование генома с помощью техники микрочипов, позволило изучить транскрипционную активность генома раковой клетки и получить индивидуальные экспрессионные профили различных опухолей.

В 2000 г Perou использовал кластерный анализ 465 генов, которые координировались в гиб- ридизационных пробах 8102 мРНК и образовали 5 различных молекулярных подтипов РМЖ. Последние разделились на две подгруппы с положительным статусом рецепторов эстрогенов, формирующих люминальный А и люминальный В подтипы, одну подгруппу с амплификацией гена HER/2-neu (HER/2 позитивная подгруппа) и одну подгруппу базального типа РМЖ, характеризующуюся отсутствием экспрессии рецепторов эстрогенов и второго рецептора эпидермального фактора роста при отсутствии амплификации соответствующих кодирующих генов. Еще одна подгруппа обозначена как неклассифици- руемый РМЖ [6].

Это была первая молекулярно-генетическая онкологическая классификация, созданная не на основе клинико-анатомической и морфологической гетерогенности опухолевых клеток, а по признаку их молекулярно-генетической гетерогенности.

Последующие анализы, проведенные с помощью геномных, транскриптомных и протеомных методов, выявили еще большую молекулярную гетерогенность РМЖ [21].

Так, для люминального подтипа РМЖ геномная и транскриптомная архитектура оказалась наиболее разнообразной - сегодня в рамках одного люминального подтипа насчитывают, как минимум, 10 вариантов с различной комбинацией протоонкогенов. Каждый из многочисленных подтипов демонстрирует различный прогноз и различные сроки отдаленной выживаемости [22].

Не менее гетерогенным оказался "тройной негативный” тип РМЖ. Этот базальный подтип может протекать с иммунным компонентом (иммунная инфильтрация выявляется у 15% больных), экспрессировать рецепторы андрогенов (15%), сопровождаться активацией PI3K, потерей PTEN, потерей ТР53 и мутациями гена BRCA1, что наблюдается у 20% больных. Многочисленные мутации в герминогенных генах являются свидетельствами наследственного характера заболевания [22].

Среди HER2 (+) опухолей сегодня различают еще два подтипа. В одной подгруппе была выявлена высокая экспрессия EGFR, HER, ЕGFR4, во второй подгруппе имелась высокая экспрессия кластера генов, характерных для люминального типа, в том числе GATA3, BCL2 и ESR1. Кроме этого, HER2-(+) опухоли имеют высокую частоту мутаций PIK3CA (39%) и более низкую частоту мутаций PTEN. Другие возможные варианты семейства HER включают такие мутации как HER2 и HER3 [23].

Современные методы молекулярной визуализации (т.н. «омические» технологии) не лишены определенных недостатков. Так, для выделения ДНК/РНК из раковой клетки требуется мм³ или см³ опухолевой ткани. Однако, эта ткань обычно содержит не только опухолевые клетки с неоднородными молекулярными характеристиками, но и нормальный эпителий, стромальные клетки опухоли, клетки сосудов, клетки воспаления. Вследствие этого, при молекулярном анализе иногда бывает трудно отдифференцировать опухолевую и неопухолевую ДНК. Кроме этого, при «омических» технологиях сравнивают опухолевые клетки друг с другом, а не опухолевые клетки с нормальными клетками [24].

Иммуногистохимическая классификация и экспрессионные подтипы РМЖ

рак молочный железа геном

Исследование экспрессии генов клетками

РМЖ и их корреляции с фенотипическими проявлениями позволили выделить ряд биологических подтипов РМЖ, которые определяют естественную историю, клинические, патологические и молекулярные свойства опухоли, а также являются ключевыми факторами, определяющими прогноз течения заболевания и эффективность системной лекарственной терапии [25].

Однако, использование трудоемких и дорогостоящих методик генетического анализа в рамках повседневной клинической практики не всегда осуществимо. В 2000 г. Пероу и соавторы использовали микрочипы, чтобы получить индивидуальные экспрессионные профили опухолей, что позволило разделить все карциномы на несколько молекулярных подтипов: две группы с положительным статусом эстрогеновых рецепторов (ER), относящиеся к люминальным подтипам А и В; группу, в избытке экспрессирующую рецепторы HER2; группу, в которой экспрессия генов молочной железы остается в норме, и базальные или “трижды-негативные” опухоли [21].

12-я Международная конференция по раку молочной железы (РМЖ) в St.Gallen (2011) приняла новый подход к планированию терапии РМЖ, основанный на распознавании биологических подтипов Согласно консенсуса, на основе иммуногистохимического исследования экспрессии рецепторов к эстрогену и прогестерону в клетках опухоли (ER и PR), а также рецептора эпидермального фактора роста 2-го типа (№r2/neu, ErbB2) и Ki-67, РМЖ можно классифицировать на 4 подтипа, которые отличаются между собой по прогнозу течения и ответу на медикаментозную терапию.

Таким образом, геномная классификация РМЖ заменена на клинико-патологическую классификацию, основой которой является им- муно-гистохимическое определение основных рецепторов опухолевых клеток - ЭР, ПР, HER2 и Ki-67. Принято считать, что перекрываемость молекулярно-генетической и клиникопатологической классификаций составляет 75%. Появляются все более убедительные клинические данные, основанные на больших статистических выборках, подтверждающие целесообразность учета молекулярных подтипов РМЖ при определении вариантов его системного лечения [26].

Прогностические и предиктивные биомаркеры РМЖ

Известны клинико-патологические маркеры прогноза РМЖ. К таковым относятся размеры первичной опухоли (категория Т), лимфатическая и сосудистая инвазия, степень дифференциации злокачественных клеток, а также наличие метастазов в регионарных подмышечных лимфатических узлах (категория N) и наличие микрометастазов в костном мозге [27].

Обнаружение опухолевых клеток в костном мозге на этапе первичной диагностики заболевания является чувствительным прогностическим клинико-морфологическим маркером. Наличие опухолевых клеток в костном мозге обнаруживают у 30% больных операбельным ранним клиническим раком молочной железы. Наличие скрытых раковых клеток в аспирате костного мозга является независимым прогностическим фактором худшей выживаемости, маркером более высокого риска рецидива и смерти.

В современной практике клинические факторы риска опухолевой прогрессии пытаются заменить анализом генной сигнатуры, которую изучают с помощью разнообразных панелей микрочипов [28].

Для ER (+) опухолей существуют панели OncotypeDX, Mammаprint и MapQuant, которые предсказывают риск раннего рецидива заболевания. Для этих целей проводят анализ различного количества генов - от 21 до 76 [29].

Риск позднего рецидива ER (+) опухолей проводят по анализу мРНК с помощью генных сигнатур PAM50 risk of recurrence (ROR) и Breast Cancer Index.

Pogue - Geile et al. предприняли попытку предсказать долгосрочные результаты адъювантной терапии HER/2 (+) РМЖ на основе экспрессии панели генов. Панель включала в себя группу генов, характерных для ER (+) раков (ESR1, NAT1, GATA3, CA12, IGF1R) и для HER2 (+) раков (ERBB2, c17orf37, GRB7). При экспрессии генов, характерных для ER (+) опухолей результаты терапии больных с HER2 (+) опухолями были наихудшими. Прогностическая сила исследования очень высокая - (р <0,001 ) [30].

Альтернативным методом оценки прогноза заболевания и эффективности терапии являются иммуногистохимические онкомаркеры.

Иммуногистохимические тканевые онкомаркеры делят на прогностические (оценивают риск рецидива или смерти) и предсказательные (предсказывают эффективность какого-либо вида терапии) [31].

Прогностические онкомаркеры базируются на биологии опухоли, коррелируют с продолжительностью жизни больных независимо от вида проводимого лечения, разделяют больных по степени риска рецидива или смерти. В свою очередь, предсказательные маркеры отражают взаимосвязь между биологией опухоли и лечением, коррелируют с частотой объективного ответа независимо от прогноза, разделяют больных по чувствительности к различным видам лечения.

Некоторые прогностические маркеры могут быть одновременно и предсказательными (рецепторы эстрогенов в ткани опухоли свидетельствуют о более благоприятном прогнозе заболевания и чувствительности к гормональному лечению; HER/2 рецептор свидетельствует о пло- хом прогнозе и одновременно о чувствительности к трастузумабу) [32].

Рецепторы эстрогенов

Существует два вида рецепторов эстрогенов (ER) - ER-alpha и ER-beta [21]. Совместная экспрессия двух видов рецепторов определяется в большинстве опухолей, однако только повышенная экспрессия ER-alpha коррелирует с хорошим клиническим прогнозом и чувствительностью к гормональной терапии (антиэстрогены, ингибиторы ароматазы). Кроме этого, экспрессия рецепторов эстрогена коррелирует с другими маркерами хорошего прогноза (меньший размер опухоли, меньшее количество клеток S-фракции, диплоидия). Повышенная экспрессия ER-beta коррелирует с анеуплоидией [33].

Экспрессия рецепторов эстрогенов в опухолевой клетке является практически единственным молекулярным тестом чувствительности опухоли к гормональной терапии, а количественное содержание стероидных рецепторов в опухоли имеет большое прогностическое значение [34].

Рецепторы прогестерона

Прогностическая и предиктивная ценность прогестероновых рецепторов в клетках РМЖ значительно ниже. Проведенные исследования (например, мета-анализ EBCTCG 1998) свидетельствуют, что сама по себе экспрессия рецепторов прогестерона в опухолевых клетках (без экспрессии рецепторов эстрогена) не является основанием для проведения гормонотерапии при РМЖ. В то же время, крупное рандомизированное исследование, проведенное Bardou с соавт. (2003), показало, что одновременная экспрессия рецепторов ЭР и обладает большей предиктивной значимостью, чем только экспрессия ЭР [34].

Рецепторы HER/2-neu

Рецептор EGFR (receptor epidermal growth factor) является вторым членом суперсемейства трансмембранных рецепторов эпидермального фактора роста, в которые входят рецепторы EGFR/ErbB 1/HER1, ErbB2/HER2 (HER2/neu), ErbB3/HER3 и ErbB4/HER4. Все четыре рецептора HER имеют общую структурную организацию. Внеклеточный (экстрацеллюлярный) домен, отвечает за связь с лигандом и взаимодействие с другими рецепторами данного семейства [36]. Трансмембранный домен отвечает за промежуточную передачу сигнала. Внутриклеточный тирозинкиназный домен запускает каскад реакций, необходимых для конечной реализации действия рецептора [36].

Гиперэкспрессия Her-2 в опухолевой клетке является результатом генной амплификации, которая наблюдается у 15-25% больных раком молочной железы. Гиперэкспрессия Her-2 приводит к активации внутриклеточных сигнальных каскадов MAPK, PI3/Akt, JAK/STAT и усилению процессов клеточной пролиферации, ангиогенеза и метастазирования [36].

Выявление гиперэкспрессии этого рецептора в опухолевой клетке осуществляют с помощью иммуногистохимического метода, флуоресцентной гибридизации in situ или хромосомной гибридизации in situ.

HER/2 является одновременно прогностическим и предиктивным онкомаркером [37].

Ki-67

Ki-67 является негистоновым белком. Этот маркер пролиферации обнаруживается во всех клетках, вышедших из фазы покоя G0 клеточного цикла. Уровень экспрессии Ki-67 позволяет судить о пролиферативном потенциале опухоли, поскольку выявляет клетки, находящиеся и в процессе подготовки к делению, и в фазе митоза [30].

Экспрессия Ki-67 различна по интенсивности в разные фазы клеточного цикла. Максимум экспрессии белка Ki-67 достигается в митозе; в G1-фазе клеточного цикла содержание белка снижается; в течение S- фазы нарастает и достигает максимума к следующему митозу. В фазе G0 экспрессия Ki-67 отсутствует. Период полу- жизни протеина составляет 60-90 мин [30].