Проблема радиочувствительности и - hem

Проблема радиочувствительности и радиорезистентности
злокачественных опухолей
А.Г. Коноплянников, А.С. Саенко
МРНЦ РАМН, Обнинск
В течение длительного времени радиобиологи, занимающиеся проблемами
научного обоснования лучевой терапии злокачественных новообразований (в
настоящее время это направление принято называть клинической радиобиологией),
связывали проблему различий в радиочувствительности опухолей в основном
только с двумя факторами: оксигенацией опухоли и способностью клеток опухоли
к восстановлению от радиационных повреждений. Соответственно на этих
представлениях строились и попытки совершенствования лучевой терапии
злокачественных новообразований в течение последних 30-40 лет, которые
начинались с экспериментов радиобиологов и довольно быстро переходили в
многочисленные клинические протоколы лучевых терапевтов.
Было принято считать, что практически в каждой опухоли есть гипоксические
зоны, клетки которых являются более резистентными к действию
редкоионизирующей радиации, чем клетки опухоли, находящиеся в условиях
достаточной оксигенации. Некоторые исследователи указывали, что, наряду с
хронической гипоксией, часть опухолевых клеток может временно пребывать в
гипоксии и из-за локального нарушения кровотока. Многие из предпринимавшихся
попыток улучить результаты лучевого лечения онкологических больных были
основаны на идее преодоления "гипоксической радиорезистентности" клеток
опухоли и включали такие попытки как достижение реоксигенации опухоли при ее
длительном фракционированном облучении относительно небольшими дозами;
однократное протрагированное облучение при низкой мощности дозы, когда
"кислородный эффект" выражен слабее; использование с той же целью
плотноионизирующих излучений; применение метода гипербарической
оксигенации (ГБО) или использование электроноакцепторных соединений (ЭАС)
для избирательного повышения радиочувствительности именно гипоксической
фракции опухолевых клеток, а также экзотические воздействия, в основном
направленные на сосудистую стенку и кровоток в опухоли (применение
никотинамида, карбогена и т.п.).
Эти попытки, давая вначале многообещающие перспективы, в конечном счете,
обычно приводили к скромным результатам улучшения эффективности лучевого
лечения онкологических больных или вообще не давали доказательств достижения
выигрыша по сравнению с результатами конвенциональной лучевой терапии.
Безуспешность большинства попыток преодолеть состояние "гипоксической
радиорезистентности" отметил один из ведущих экспертов в области
экспериментальной и клинической лучевой терапии Енс Овергорд, выступая с
пленарными докладами на двух последних международных конгрессах по
радиационной онкологии (ICRO-1997, Пекин; ICRO-2001, Мельбурн). Повидимому, резистентность опухолевых клеток, связанная с их постоянной или
временной гипоксией, хотя и является важной составляющей существования
клеточной популяции большинства опухолей, но не определяет полностью ответ
опухоли на лучевое воздействие, а гипоксические клетки не могут быть главной
"мишенью" в попытках повышения эффективности лучевой терапии. Этот вывод
парадоксально сосуществует с заключением о высокой радиомодифицирующей
активности локальной гипертермии опухоли, при которой предполагается, что
эффект нагревания определяется использованием феномена избирательного
перегрева опухолевых зон со сниженным кровотоком, в результате чего более
радиорезистентные гипоксические опухолевые клетки или погибают от
воздействия тепла, или становятся более радиочувствительными из-за временного
подавления процессов восстановления клеток от радиационных повреждений. Так
как радиомодифицирующий эффект локальной гипертермии опухоли обычно
превышает эффект чисто гипоксических радиосенсибилизаторов (например ГБО,
ЭАС и др.) как по непосредственной реакции опухоли, так и по поздним
результатам лучевой терапии, то можно предположить, что в эффекте
электромагнитной гипертермии ведущую роль играет гибель опухолевых клеток, а
не повышение их радиорезистентности, тем более, что при нагревании другая
зависимость эффекта от положения клеток в митотическом цикле, сильная
зависимость эффекта от вне- и внутриклеточного рН и особенно от температуры,
когда рост достигаемой в опухоли температуры в степенной зависимости
повышает выраженность процессов гибели клеток.
Другой активно используемый подход к объяснению различий в
радиочувствительности опухолевых клеток у различного типа новообразований и
соответственные попытки применить это при совершенствовании методов лучевой
терапии основан на представлении о разной выраженности процессов
восстановления в различающихся по радиочувствительности опухолях. Этот
подход основан на данных, полученных в опытах с использованием как первичных,
так и постоянных клеточных культур из различных типов опухолей лабораторных
животных и человека (подробная сводка таких данных дана в известной книге
Потена и Хендри "Цитотоксическое повреждение тканей. Эффекты на различные
клеточные ряды", 1983, а также в ряде других обзоров). Показано, что в
постоянных культурах клеток, полученных из различных типов опухолей, несмотря
на сравнительно высокую вариабельность показателя средней клеточной летальной
дозы D0 (может варьировать при действии стандартных редкоионизирующих
излучений в условиях достаточной оксигенации примерно от 0,5 Гр до 1,5 Гр), в
большинстве случаев сохраняется различие в радиочувствительности,
установленное лучевыми терапевтами на основании длительного опыта лечения
больных с различными видами злокачественных новообразований. Так, согласно
сравнению кривых "доза-эффект" для клеток 118 культур различных опухолей
человека, средние значения D0 составили для наиболее радиорезистентных клеток
мелкоклеточной карциномы и глиобластомы 1,51 Гр и 1,44 Гр, соответственно, а
для трансформированных фибробластов больных атаксией телеангиоэктазией 0,55 Гр. В последнем случае мы имеем классический пример клеток с нарушенной
системой восстановления радиационных повреждений и соответственно с высокой
радиочувствительностью.
Следует отметить, что в последние годы сотрудниками Греевской лаборатории
собран значительный материал о том, что некоторая часть клеток в опухолевой
популяции может быть высоко радиочувствительной, что выявляется по
значительной крутизне кривых "доза-эффект" в диапазоне малых доз однократного
облучения. Природа этого феномена не ясна, и возможно она отражает какой-то
непродолжительный этап в жизненном цикле клеток. Подобные высоко
радиочувствительные элементы описаны и среди нормальных клеток стволового
типа в системах клеточного обновления. Так небольшая фракция стволовых клеток
кишечного эпителия, расположенных в донной части кишечных крипт, имеет D0
порядка 0,1 Гр, а пострадиационная гибель таких клеток реализуется по
апоптотическому механизму. Пока не получены какие-либо конкретные
экспериментальные данные, позволяющие связать такую высокую
радиочувствительность небольшой фракции клеток с изменениями их способности
репарировать радиационные повреждения, полученные при действии относительно
малых доз однократного облучения или с переменой формы гибели с
пролиферативной на интерфазную. Соответственно пока неясным остается вопрос
о роли данного эффекта в результатах достаточно продолжительного курса
фракционированного облучения, который обычно и используется при лучевом
лечении онкологических больных, хотя заманчивой представляется перспектива
перманентно индуцировать появление такого типа клеток в опухоли в процессе
лучевой терапии.
Анализ кривых "доза-эффект" свидетельствует также и о наличии различий по
другому важному количественному критерию клеточной радиочувствительности величине так называемого "плеча" на кривых клеточной выживаемости
облученных опухолевых клеток Dq, интегрально оценивающего способность
опухолевых клеток к восстановлению радиационных повреждений. Клетки
радиорезистентных типов опухолей, особенно полученные из меланом и из
костных опухолей, обычно имеют "плечо", достигающее несколько Гр и не
уступают (а иногда и превосходят) по этому показателю наиболее способные к
восстановлению радиационных повреждений клетки нормальных тканей стволовые клетки кишечного эпителия, величина Dq для которых составляет при
действии стандартного редкоионизирующего излучения около 4 Гр. Клетки
наиболее радиочувствительных опухолей (например, клетки культур, полученных
из лимфом) часто практически не имеют "плеча" на кривых "доза-эффект", что
свидетельствует об их сниженной способности к пострадиационной репарации. К
подобным заключениям приводят и менее многочисленные данные первичных
клеточных культур, которые были получены при трансплантации опухолевых
клеток из биоптатов или из удаленной при операции опухоли у человека. В этих
случаях также можно наблюдать различия в радиочувствительности опухолевых
клоногенных элементов, формирующих колонии в первичной культуре. Недавно в
работе, выполненной в лаборатории одного из соавторов данного доклада, было
показано, что клетки первичных культур, полученные из метастаза опухоли
яичника, более радиорезистентны, чем клетки, полученные из первичной опухоли.
Это может свидетельствовать о том, что радиорезистентность опухолевых клеток у
одного и того же пациента не является постоянной, а в процессе роста опухоли, ее
метастазирования, а также под влиянием проводимой терапии может изменяться,
причем в сторону увеличения резистентности опухоли к радиационному
воздействию. Подобный эффект уже давно известен химиотерапевтам, которые
связывают его с селекцией и размножением клеток, которые обладают рядом
механизмов защиты от токсического действия химиопрепаратов (в том числе и
способностью с помощью активного транспорта удалять ксенобиотики из клеток
опухоли). Природа радиобиологического аналога этого эффекта требует
дальнейшего изучения и, в первую очередь, анализа природы и роли генетических
изменений в опухолевых клетках, которые ведут к изменению их
радиочувствительности.
В течение последних 10-15 лет значительно изменился взгляд на природу и
механизмы радиационной гибели клеток, что связано, в первую очередь, с
изучением генетических механизмов апоптотической формы клеточной гибели.
Было вскрыто существование в клетке своеобразной сигнальной системы, которая
выявляет наличие в генетических структурах повреждений, может останавливать
продвижение клеток по циклу для реализации восстановительных процессов
возникших повреждений и дает команду для запуска процессов, ведущих клетку к
апоптотической гибели в случае неуспеха в реализации восстановительных
процессов или при исчерпании энергетических ресурсов клетки. Работа этой
сигнальной системы зависит от скоординированной деятельности группы генов,
центральное место среди которых занимает ген р53. Оказалось, что, хотя
большинство типов опухолевых клеток погибает после воздействия ионизирующей
радиации по механизму пролиферативной гибели, можно найти интересные
корреляции между индивидуальной радиочувствительностью опухолевых клеток,
полученных в постоянную культуру от больных с какой-либо одной формой
опухоли, и показателями, характеризующими выраженность процессов, имеющих
отношение к апоптозу (обычно доля клеток, которая погибает без деления или
после первого деления, если клетки были облучены в G2-фазе клеточного цикла, а
также продолжительность общей задержки митоза или задержки в G2-фазе после
облучения). Наличие таких корреляций свидетельствует о том, что индивидуальная
радиочувствительность опухолевых клеток и, возможно, радиочувствительность
определенных форм опухолей зависят от состояния сигнальной системы клетки,
принимающей решения о форме ее реакции на возникающие повреждения, куда
такие факторы как активность репарационных ферментов, определяющих
восстановление радиационных повреждений, выраженность гипоксии, наличие
эндогенных радиопротекторов и другие компоненты входят как отдельные
элементы сложной и работающей под генетическим контролем системы.
Комплексное изучение деятельности этой системы может привести к разработке
принципиально новых методов управления радиочувствительностью и
резистентностью злокачественных опухолей и нормальных тканей и к
совершенствованию методов лучевой и комбинированной терапии онкологических
больных. В докладе будут кратко рассмотрены некоторые из новых подходов,
основанные на попытках вмешаться в работу клеточной сигнальной системы,
которые связаны с диагностикой состояния гена р53, а также с изменением
радиочувствительности путем воздействия на активность продуктов работы этого
гена, а также с другими возможными вмешательствами во внутриклеточные
процессы.