Мутации, иммунитет и эволюция опухоли

Понимание молекулярных механизмов развития болезни на уровне ДНК создает новые перспективы для лечения. Секвенирование нового поколения (NGS) становится рутинным методом диагностики. Благодаря ему накапливается все больше данных о геноме опухолей.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

На вопросы «Ъ-Науки» о природе онкологических заболеваний, подходах в диагностике и терапии ответил заведующий кафедрой онкогенетики Института высшего и дополнительного профессионального образования Медико-генетического научного центра им. академика Н. П. Бочкова, ведущий научный сотрудник лаборатории эпигенетики МГНЦ, к.м.н. Дмитрий Михайленко.

Стражи генома

— Почему возникают раковые опухоли?

— Понимание того, что рак — болезнь генома, пришло к ученым еще в прошлом веке, но современные знания только подтверждают его справедливость. Клетки нашего организма развиваются и делятся по определенным правилам. Клеточный цикл — это период от одного деления клетки до другого, во время которого клетка выполняет свои функции, например синтезирует коллаген или производит ферменты. Среди всех генов человека есть относительно небольшая группа, которая задействована в регуляции цикла деления,— это протоонкогены и гены-супрессоры. Протоонкогены заставляют клетки делиться строго в нужное время. Например, чтобы запустить процессы восстановления тканей, поврежденных травмой, или во время эмбриогенеза, когда новый организм активно развивается и растет. Также важно вовремя включить механизм торможения, чтобы остановить деление клеток. Этот механизм запускают специальные белки, которые кодируют разные гены-супрессоры, их еще называют стражами генома. Перед делением специальные механизмы проверяют, все ли в порядке с клеткой. Если в ней накоплено критическое количество ошибок, клетку надо отправить в апоптоз. Один из главных стражей генома — ген TP53, именно он не дает таким клеткам бесконтрольно умножать свои клоны. Деление — непростая задача, буквально за несколько часов клетка должна скопировать весь свой геном, больше 3 млрд пар нуклеотидов. Представьте, что вас привели в библиотеку и сказали, что вы должны переписать все имеющиеся книги без ошибок за два часа,— это невозможно. При копировании генетической информации неизбежно возникают неточности, то есть мутации. Мутации могут привести какой-нибудь рецептор в постоянно активное состояние — это шаг на пути развития опухоли, однако одного шага никогда не бывает достаточно. Количество мутаций очень быстро достигло бы критического уровня, если бы не система репарации, которую мы получили в ходе эволюции. Благодаря ей количество ошибок в скопированной ДНК снижается на несколько порядков, но они не исчезают полностью. Некоторые мутации никак не отражаются на функции клетки, скорее наоборот, они обеспечивают наше биоразнообразие. Но если изменения затронули гены, которые регулируют клеточный цикл, это прямая дорога к опухолевому процессу — канцерогенезу. К опухолям приводит именно накопление мутаций. Одни из них превращают протоонкогены в онкогены, которые стимулируют бесконтрольное клеточное деление. Другие происходят в генах-супрессорах. Гены перестают выполнять свои функции, они не способны тормозить клеточный цикл. Все это приводит к тому, что появляются клетки, которые ведут себя как отдельный организм, а не часть многоклеточного. Такие клетки стремятся стимулировать рост новых кровеносных сосудов в свою пользу, интенсивнее поглощают питательные вещества, разрушают соседние ткани и распространяют своих клонов-потомков в другие органы и ткани. Таким образом формируется опухоль и возникают метастазы.

Эволюция опухоли

— В процессе развития опухоль как-то меняется?

— Опухоль по своей структуре гораздо сложнее, чем просто группа клеток, накопивших критический уровень мутаций в ДНК. Новообразование начинает окружать себя клетками, продуцирующими факторы роста, которые делают размножение опухолевых клеток еще более удобным. Со временем они приобретают дополнительные функции. Для развития им нужно уничтожить соседние структуры, и клетки начинают продуцировать так называемые факторы инвазии, например ферменты, разрушающие базальные мембраны. Затем клетки продуцируют свои субклоны, которым уже не обязательно находиться в том же органе, в котором первоначально возникла опухоль. Субклоны разносятся с током крови или лимфы — так возникают метастазы. Они теряют характерные черты первичной опухоли, поэтому иногда в процессе диагностики бывает сложно определить их первоначальную природу. Даже иммуногистохимические методы иногда оказываются бессильны, и определенный процент злокачественных новообразований называют «опухоли из невыявленного очага». Для метастазов нужны разветвленная капиллярная сеть и подходящее окружение, поэтому многие злокачественные новообразования метастазируют в печень, легкие, мозг, кости. Кроме того, в процессе роста формируются более агрессивные клетки с нетипичными поверхностными молекулами (антигенами) — в такой ситуации говорят, что опухоль демонстрирует черты эпителиально-мезенхимальной дифференцировки или признаки дедифференцировки. Исходно злокачественное новообразование происходит из определенного типа клеток, например железистого эпителия, но по мере роста оно может перестать продуцировать характерные для этого типа клеток белки и начать вырабатывать совершенно для них нехарактерные. Это тоже большая проблема для диагностики. Также по мере роста опухоль буквально эволюционирует. Клетки, накопившие больше «полезных» для себя мутаций — драйверных мутаций, которые позволяют им расти больше и активнее, при этом ускользая от действия терапии, начинают доминировать, определять поведение опухоли. Схема образования более агрессивных клеток повторяет действие эволюционного отбора.

Прогресс в диагностике

— Есть ли в России прогресс в рутинной генетической диагностике в онкологии?

— Безусловно, есть, и весьма ощутимый. Сегодня расширяется спектр панелей, то есть перечня генов и реагентов для анализа, которые исследуются при постановки точного молекулярного диагноза. Для пациентов это большой плюс, поскольку от точности зависит эффективность лечения. Новые панели включают все большее количество генов. Немаловажно, что это панели отечественного производства, а значит, они более доступны. Все это вместе приводит к расширению использования тарифов системы обязательного медицинского страхования в онкогенетике. Например, если раньше по ОМС методом NGS пациентам было доступно только исследование генов BRCA1, BRCA2, то с конца 2024 года метод NGS позволяет выявлять мутации при раке легкого, что помогает подобрать эффективную таргетную терапию.

Научить иммунитет распознавать рак

— Сейчас много говорят об иммунотерапии в онкологии. Какие в связи с этим генетические аспекты важны для онкологии?

— Распознать угрозу в виде опухоли, особенно на первых этапах ее развития, нашей иммунной системе крайне сложно, поскольку опухоль происходит из наших собственных клеток, которые начали бесконтрольно делиться. Клетки распознают друг друга по определенным белкам на мембране, это такая система «свой — чужой». Белки на поверхности злокачественного новообразования на первых порах те же, что у других клеток, поэтому иммунная система может реагировать слабо. Она распознает опухоль, когда она выставляет на поверхность так называемые опухолевые неоантигены, которых нет в изначальных клетках. Задача иммунотерапии — помочь иммунитету увидеть опухоль. Это направление начало развиваться еще в прошлом веке. В 1970-е годы стали известны иммунологические механизмы, исследователи выяснили роль интерлейкинов и интерферонов в иммунном ответе. Уже тогда появились первые попытки использовать цитокины для борьбы со злокачественными опухолями. Однако у препаратов были значительные побочные эффекты, а успешные случаи их применения были немногочисленны. Поэтому примерно к началу 2000-х годов иммунотерапия не была такой же эффективной, как химио-, лучевая или таргетная терапия. Однако научные исследования продолжались. Новый виток это направление получило с открытием механизма, с помощью которого опухолевая клетка сама подавляет иммунную систему, чтоб как можно дольше оставаться невидимой. Это биологическое взаимодействие естественно для организма, оно предотвращает чрезмерную активацию иммунной системы и повреждение здоровых тканей. Эволюция предусмотрела систему сдержек и противовесов. Клетки организма могут тормозить действие Т-лимфоцитов за счет взаимодействия определенных молекул PD-1 и PD-L1. Опухолевая клетка действует так же: она выставляет на своей поверхности определенный антиген, PD-L1, и Т-лимфоцит, видя его, отказывается атаковать эту клетку. Знание этого механизма позволило разработать препараты-ингибиторы, которые назвали ингибиторами иммунных контрольных точек. Они разрывают это взаимодействие, помогая Т-лимфоцитам не стесняться начинать действовать против опухолевой клетки. Сейчас в мире, и в России в частности, применяют несколько таких препаратов, они значительно продлевают жизнь пациентов. Их прелесть в том, что они эффективны в отношении многих типов опухолей, но прежде всего они эффективны в борьбе с опухолями эпителиального происхождения, карциномами, раком желудка, молочной железы, колоректальным раком, а также меланомой. Однако тип опухоли все же может влиять на эффективность терапии, поэтому препараты назначают строго по определенным критериям. Ингибиторы иммунных контрольных точек могут показывать хороший эффект в тех случаях, когда пациенты без ожидаемого результата прошли несколько линий терапии. Однако с точки зрения генетика важно то, что ингибиторы иммунных точек назначают только тогда, когда есть лабораторные данные об их потенциальной эффективности. Первое показание — гиперэкспрессия молекулы PD-L1, определяемая иммуногистохимическим методом. Вторая группа тестов — это молекулярно-генетические анализы, которые выявляют геномную нестабильность опухоли и, соответственно, предположительно большое количество опухолевых неоантигенов. Это тесты на микросателлитную нестабильность и тест на мутационную нагрузку. Для назначения препарата надо, чтобы опухоль имела микросателлитную нестабильность или мутационную нагрузку более десяти мутаций на 1 млн пар нуклеотидов в секвенированных генах.

Прочитать геном опухоли

— Нужно ли в ходе диагностики исследовать геном опухоли полностью?

— Сегодня возрастает ценность генетического профилирования опухолей, то есть выявления всех ее мутаций методом секвенирования нового поколения — NGS. Однако, как и при любом тестировании, в этом случае есть свои показания и противопоказания. Без консультации специалиста нецелесообразно самостоятельно назначать себе генетические тесты.

Себестоимость NGS неуклонно снижается, и сейчас все чаще обсуждают, как ускорить процесс постановки диагноза. Можно выполнять иммуногистохимический анализ параллельно с секвенированием большой генной панели, комбинировать эти результаты и делать выводы о терапии. Если заболевание выявлено на третьей-четвертой стадии, то в ряде случаев, например при раке легкого, не нужно тратить драгоценное время пациента на поэтапное многомесячное исследование, есть смысл сразу сделать большую генетическую панель, которая выявит все ключевые мутации. Однако крайне важно правильно использовать генетические данные в клинической практике. Сейчас не проблема что-то секвенировать, есть проблема правильно отфильтровать, аннотировать данные, понять результат и принять на его основе клиническое решение. До сих пор ни в России, ни в других странах нет консенсуса по классификации клинической значимости соматических мутаций, то есть тех, которые возникают в опухолевых клетках. Лично мне представляется сегодня принципиально важным выработать наиболее эффективные критерии оценки клинической значимости мутаций в онкологии.

Можно ли победить рак

— А можно ли вообще победить рак, то есть сделать так, чтобы этого заболевания не было, как, например, некоторых ушедших в историю инфекционных болезней?

— Человечество не может избавить себя от онкологических заболеваний. Можно сказать, что рак — это часть старения, результат естественно развивающихся процессов. Клетки опухоли — это исходно здоровые клетки, накопившие мутации в течение всей нашей жизни. Поэтому каждый из нас имеет риск в том или ином возрасте столкнуться со злокачественными новообразованиями. Мы должны задавать себе вопрос: что мы можем сделать для снижения рисков? Не в наших силах остановить накопление мутаций при копировании ДНК, но мы можем убрать факторы, которые способствуют повышенному накоплению мутаций. В первую очередь, как бы банально это ни звучало, отказаться от курения. Повышены риски онкологических заболеваний у сотрудников некоторых вредных производств. Кроме того, важно знать о своей наследственной предрасположенности. Возможно, со временем секвенирование полного генома в раннем детстве станет экономически целесообразно, но это произойдет не сегодня. Онконастороженность должна быть в первую очередь у родственников пациентов с онкологическими заболеваниями, с накоплением таких случаев в семье. Им надо проконсультироваться у онколога или генетика, по назначению врачей пройти исследование, которое поможет установить тот или иной наследственный онкологический синдром. Раньше считалось, что наследственные онкосиндромы не превышают 1% случаев заболеваний, но сегодня благодаря секвенированию нового поколения известно, что их вклад в заболеваемость — 10%. Если в таком случае удалось установить конкретную мутацию, то пациенту нужно регулярно в дополнение к диспансеризации проверять с помощью МРТ органы-мишени и выполнять ряд других исследований. Кроме того, сегодня мы понимаем, что рак — это не смертельный диагноз, а заболевание, с которым можно бороться и побеждать. Арсенал средств борьбы с болезнью заметно вырос, и на первый план выходит ранняя диагностика. Если же так случилось, что опухоль выявлена на поздней стадии, то зачастую первичную опухоль можно удалить хирургическим путем, а затем с помощью комбинаций препаратов бороться с рецидивами и метастазами. При правильном подходе, подбору терапии, позволяющей сохранять качество жизни, можно значительно увеличивать ее продолжительность. Например, в онкоурологии развивается комбинированный подход. Опухоль предстательной железы — одна из самых частых злокачественных опухолей у мужчин во всем мире. На первом этапе лечения эффективны препараты, которые блокируют сигнальный путь андрогенового рецептора. Со временем, если опухоль прогрессирует и перестает отвечать на терапию, применяют уже другой класс препаратов, действующих на другие мишени. Такой подход дает очень хороший эффект. Главное — регулярно проходить диагностику и выявлять опасность на раннем этапе.

— Что будет важно в ближайшем будущем в практической генетической диагностике у онкологических больных?

— Мы отставим в сторону вопрос о том, что по-прежнему важно искать новые решения для диагностики онкологических заболеваний, создавать эффективные схемы лечения. Также важно развивать комбинированные подходы таргетной и химиотерапии. Для определенной когорты пациентов это может дать хорошие результаты. Необходимо все время совершенствовать молекулярно-генетическую диагностику. Поясню на примере рака предстательной железы. В большинстве случаев сначала развивается первичный рак, и он гормоночувствительный. Значит, что в его развитии большую роль играют гены, которые активируются в ответ на действие тестостерона. Поэтому весьма эффективна у пожилых пациентов терапия, блокирующая сигнальный путь андрогенового рецептора. Но внутри опухоли идет клональная эволюция, и появляются субклоны, которые могут нести мутации, позволяющие ускользать от действия препаратов. Такие клоны начинают доминировать, происходит прогрессия заболевания. И со временем рак может перейти в кастрационно-резистентное состояние. Для таких пациентов пробуют найти другие опции, связанные с другими молекулярными механизмами в клетке. Выяснилось, что в опухолях у таких пациентов велика доля мутаций в генах BRCA1, BRCA2 и других генах репарации путем гомологичной рекомбинации — HRR. Первоначально исследовали 15 генов HRR. Стали назначать препарат — PARP-ингибитор, оценивать эффективность лечения. Но через год выявилось, что один из генов не обладает большой клинической значимостью, и его исключили из списка. Дальше стали смотреть — оказалось, что среди оставшихся 14 генов HRR не все имеют одинаковую клиническую значимость. Сейчас это дискуссионный вопрос, как сократить перечень генов HRR при раке предстательной железы, чтобы он не был избыточным, но и не потерять при этом мишени для терапии. Есть хорошая тенденция, чтобы в отечественные клинические рекомендации попадало только то, что имеет доказанную клиническую значимость. Еще интересный момент. Благодаря расширению NGS-диагностики врачи все чаще сталкиваются с мультилокусным наследственным онкологическим синдромом — состоянием, когда у одного пациента в геноме есть патогенные варианты, которые приводят к разным ранее описанным наследственным синдромам, например синдромам Линча и Ли—Фраумени. А если пациент исходно пришел с одним синдромом, а у него диагностируется вместе с ним и другое заболевание, то здесь встает вопрос о том, как его дальше вести. В целом я бы сказал, что молекулярно-генетическая диагностика онкологических заболеваний у нас в стране развивается весьма динамично в контексте ведущих направлений мировых исследований и мы руководствуемся общими консенсусами и рекомендациями с наиболее авторитетными международными профессиональными медицинскими ассоциациями.

Юлия Муштакова