Рак простаты может менять свою «личность». Учёные нашли способ ударить по двум путям выживания

Комбинация двух эпигенетических препаратов сильнее подавляла агрессивные опухоли в доклинических моделях — но пока это не лечение для пациентов

Большинство опухолей простаты сохраняют важную уязвимость: они зависят от сигнального пути андрогенного рецептора. Именно поэтому при распространённом заболевании один из главных терапевтических подходов — лишить опухоль возможности использовать сигналы мужских половых гормонов.

Проблема в том, что рак эволюционирует под давлением лечения.

У части пациентов опухолевые клетки со временем находят способ жить без прежней зависимости от андрогенного рецептора. Причём иногда происходит не просто появление устойчивости к конкретному препарату. Клетка начинает менять собственную идентичность.

Именно этот механизм изучала международная группа исследователей во главе с учёными Мичиганского университета. Работа опубликована в JCI Insight.

Когда рак перестаёт быть той опухолью, против которой создавалось лечение

Обычная аденокарцинома простаты состоит из клеток, сохраняющих многие признаки железистого эпителия. Их молекулярная программа тесно связана с андрогенным рецептором.

Но терапия создаёт сильное эволюционное давление. Для опухоли способность отказаться от прежней клеточной программы может стать способом выживания.

Этот процесс называют пластичностью клеточной линии, или трансдифференцировкой.

Проще говоря, опухолевая клетка как будто переписывает собственную должностную инструкцию. Она выключает часть генов, характерных для клеток простаты, и включает программы, связанные со стволовыми, мезенхимальными или нейроэндокринными состояниями.

Одним из наиболее агрессивных вариантов такого перехода является нейроэндокринный рак простаты.

И здесь возникает серьёзная терапевтическая проблема: препарат может продолжать эффективно блокировать свою первоначальную мишень, но опухоль уже гораздо меньше зависит от этой мишени.

Два потерянных гена помогают опухоли сменить идентичность

Исследователи сосредоточились на двух известных генах-супрессорах опухолей — TP53 и RB1.

В норме они участвуют в контроле клеточного цикла и препятствуют злокачественной трансформации. Потеря функций обоих генов часто встречается в опухолях простаты, демонстрирующих выраженную пластичность.

Связь была известна и раньше. Но оставался более интересный вопрос: каким образом потеря TP53 и RB1 помогает клетке перейти в другое состояние?

Чтобы разобраться в этом, авторы исследования одновременно изучали несколько уровней регуляции клеток: активность генов, доступность участков хроматина и метилирование ДНК.

Такой подход позволил увидеть не одну отдельную молекулу, а масштабную перестройку системы управления генами.

Выяснилось, что происходят два взаимодополняющих процесса.

С одной стороны, становятся активнее программы, связанные со стволовыми свойствами клеток, эпителиально-мезенхимальным переходом, метастазированием и нейрональными характеристиками.

С другой — подавляются программы, поддерживающие привычную эпителиальную идентичность клетки простаты.

То есть опухоль одновременно включает новую программу и выключает старую.

Именно это стало ключом к идее комбинированного лечения.

BET-белки помогают включить новую программу опухоли

Первой потенциальной мишенью оказались BET-белки.

Они относятся к так называемым «считывателям» хроматина. Эти белки распознают определённые химические метки на белках, вокруг которых упакована ДНК, и помогают активировать соответствующие гены.

Исследователи обнаружили, что многие программы, включавшиеся после потери TP53 и RB1, зависели от активности BET-белков.

Для их подавления использовали BET-ингибиторы, включая экспериментальный препарат ZEN-3694.

Он действительно подавлял целый ряд генетических программ, связанных с пластичностью опухоли, стволовыми свойствами клеток и эпителиально-мезенхимальным переходом.

Но этого оказалось недостаточно.

Опухолевые клетки замедляли рост, однако не исчезали полностью. Это согласуется и с предыдущим клиническим опытом BET-ингибиторов: отдельные пациенты демонстрировали длительный контроль опухоли, но прогрессирование в конечном счёте происходило.

Значит, у изменившей идентичность опухоли существовал ещё один путь поддержания нового состояния.

Вторая половина механизма оказалась записана в метилировании ДНК

Здесь появляется второй эпигенетический механизм — метилирование ДНК.

Метильные химические метки способны менять доступность генов для считывания. В рассматриваемых моделях потеря TP53 и RB1 сопровождалась масштабными изменениями метилирования.

Особенно интересно было то, какие именно гены оказывались подавлены.

Среди них находились программы, связанные с эпителиальной дифференцировкой — то есть с сохранением прежней клеточной идентичности.

Исследователи использовали ингибитор ДНК-метилтрансферазы, или DNMT, — децитабин. Этот препарат препятствует поддержанию определённых метильных меток и уже применяется в онкогематологии.

В экспериментах такое вмешательство позволяло реактивировать часть ранее подавленных генов.

Именно поэтому исследователи решили совместить два воздействия.

Два препарата действовали лучше каждого по отдельности

Авторы объединили BET-ингибитор ZEN-3694 и DNMT-ингибитор децитабин.

Комбинацию проверяли на нескольких моделях рака простаты с потерей TP53/RB1 и признаками пластичности, включая модели нейроэндокринного рака.

В клеточных экспериментах каждый препарат отдельно уменьшал жизнеспособность опухолевых клеток. Но сочетание препаратов подавляло их рост сильнее.

Комбинация также сильнее ограничивала способность некоторых клеток формировать новые колонии после лечения — косвенный показатель сохранения репродуктивного потенциала опухоли.

Затем исследователи перешли к моделям опухолей, выращиваемых у мышей.

Результат сохранился: оба препарата тормозили рост опухолей, однако комбинированная терапия обеспечивала более выраженное подавление роста.

При этом у животных не обнаружили значимого снижения массы тела или количества клеток крови при использованных дозах. Это важно, поскольку гематологическая токсичность известна для препаратов обоих классов.

Но переносить этот результат непосредственно на безопасность лечения людей нельзя: мышиная модель не способна предсказать весь спектр токсичности будущей комбинации в клинике.

Важная деталь: опухоль не превратилась обратно в обычную аденокарциному

На первый взгляд можно предположить, что два эпигенетических препарата заставили изменившиеся клетки вернуть первоначальную идентичность.

Исследование этого не показало.

При гистологическом анализе опухолей авторы не увидели убедительного возвращения клеток к обычному эпителиальному состоянию. Анализ молекулярных признаков дифференцировки также в большинстве моделей не продемонстрировал полного обратного перехода.

Комбинация действовала иначе.

Она вмешивалась в программы, необходимые уже трансдифференцированной клетке для выживания.

Это важное различие. Исследователи не «перепрограммировали рак обратно». Они обнаружили две уязвимости, возникшие в результате его перепрограммирования.

Комбинация оказалась аддитивной, а не синергичной

Есть ещё одна деталь, которую легко потерять при пересказе исследования.

Два препарата действительно работали лучше одного, однако авторы не обнаружили убедительной синергии.

При синергии совместный эффект препаратов оказывается больше, чем можно ожидать от сложения их независимых действий.

Здесь анализ по модели Bliss показал преимущественно аддитивный эффект.

Это хорошо согласуется с молекулярными данными. BET-ингибирование и DNMT-ингибирование воздействовали на разные элементы перестроенной системы регуляции генов. При объединении значительная часть эффектов каждого препарата сохранялась, поэтому суммарное воздействие становилось сильнее.

Для будущей терапии это не делает результат менее интересным. Напротив, исследование предлагает рациональное объяснение, почему именно эти два механизма имеет смысл атаковать одновременно.

Почему результат пока нельзя называть новым лечением рака простаты

Работа остаётся доклинической.

Исследователи использовали клеточные линии, генетически модифицированные модели, опухоли человеческого происхождения, пересаженные мышам, и другие экспериментальные системы. Это позволяет проверить биологическую идею с разных сторон, но не показывает, насколько эффективно сочетание будет лечить людей.

Кроме того, комбинированная терапия не уничтожала опухоли полностью.

Авторы прямо отмечают ещё одну проблему: распространённый рак простаты чрезвычайно неоднороден. Даже опухоли с пластичностью клеточной линии могут использовать разные молекулярные программы выживания.

Поэтому одна из следующих задач — определить биомаркеры, способные заранее показать, чья опухоль действительно зависит от BET- и DNMT-регулируемых механизмов.

Особенно интересен вопрос о времени лечения.

Если удастся распознавать опухоли, которые только готовятся перейти в трансдифференцированное состояние, вмешательство теоретически можно будет применять до того, как сформируется крайне устойчивый вариант заболевания.

Но это пока гипотеза для будущих исследований, а не доказанная стратегия лечения пациентов.

Исследование рака простаты показывает более общую проблему устойчивости к терапии

Работа интересна не только конкретной комбинацией препаратов.

Она демонстрирует более фундаментальный принцип современной онкологии: устойчивость к терапии может возникать не только потому, что опухоль изменяет мишень лекарства.

Иногда она меняет саму клеточную идентичность.

Это означает, что при прогрессировании заболевания вопрос может звучать уже не только как «какая новая мутация появилась?», но и как «в какое состояние перешла опухолевая клетка и от каких механизмов она теперь зависит?».

Подобная пластичность наблюдается не только при раке простаты. Исследователи рассматривают возможность изучения аналогичного двойного эпигенетического воздействия и при других опухолях, способных менять клеточную идентичность, включая некоторые виды рака лёгкого и поджелудочной железы.

Пока это направление для исследований, а не универсальный принцип лечения.