В крови детей за 15 лет до диагноза рака нашли необычные антитела

Учёные обнаружили возможную связь между иммунной системой и нарушением восстановления ДНК, которая может изменить представления о происхождении некоторых опухолей

Одна из загадок детской онкологии заключается в том, почему злокачественные опухоли иногда возникают в организме, который ещё не успел накопить значительного количества возрастных повреждений.

Новое исследование предлагает неожиданный вариант ответа. Возможно, в некоторых случаях проблема начинается не с поломки генов, отвечающих за защиту ДНК, а с иммунных антител, способных вмешиваться в работу соответствующих белков.

Особенно интересно, что такие антитела обнаруживались у внешне здоровых детей задолго до постановки онкологического диагноза.

Почему детский рак не укладывается в привычную схему

Взрослые злокачественные опухоли нередко связаны с постепенным накоплением генетических изменений. На протяжении десятилетий клетки делятся, подвергаются воздействию внешних факторов и иногда допускают ошибки при копировании ДНК.

У детей времени для такого накопления значительно меньше.

При этом детские опухоли часто отличаются сравнительно небольшим количеством приобретённых мутаций. Известные наследственные генетические нарушения объясняют лишь часть случаев заболевания.

Это не означает, что рак у детей развивается без генетических изменений. Но возникает вопрос: какие дополнительные процессы могут способствовать появлению и закреплению этих изменений?

Исследователи из Бергенского университета обратили внимание на иммунную систему.

В норме антитела помогают распознавать чужеродные структуры, например компоненты вирусов и бактерий. Однако иногда иммунная система вырабатывает аутоантитела, которые взаимодействуют с собственными белками организма.

Такие антитела встречаются и у здоровых людей. Само их присутствие ещё не свидетельствует о заболевании.

Но значение имеет то, какие именно белки они распознают и способны ли нарушить их функции.

Что обнаружили при исследовании крови 375 человек

Команда под руководством Анастасии Сергиенко и Олы Мюклебоста проанализировала образцы сыворотки крови 375 участников.

В основную часть исследования вошли 175 пациентов с различными онкологическими заболеваниями и 141 здоровый человек из контрольных групп. Дополнительно учёные изучили образцы 59 участников британских долгосрочных исследований.

Для анализа использовали специальные белковые микрочипы, позволяющие одновременно проверять реакцию антител на большое количество человеческих белков.

У детей с онкологическими заболеваниями обнаружилось повышенное содержание аутоантител к определённым белкам, связанным с восстановлением ДНК и другими важными клеточными процессами.

Среди них:

• RAD52 — участвует в восстановлении повреждений ДНК.
• UNG — помогает устранять определённые ошибки в молекуле ДНК.
• MGMT — защищает генетический материал от некоторых химических повреждений.
• NUMA1 — участвует в правильном распределении хромосом при делении клетки.

Исследователи также обнаружили антитела против DDX58 и DHX58 — белков, которые участвуют прежде всего в распознавании вирусных РНК и работе врождённого иммунитета.

Особенно выраженные различия наблюдались у детей с остеосаркомой, нейробластомой, некоторыми лейкозами и другими опухолями.

Но оставалась важная неопределённость.

Возможно, антитела появлялись уже после возникновения опухоли как реакция иммунитета на изменённые клетки.

Чтобы разобраться, требовалось исследовать кровь, взятую до постановки диагноза.

Антитела обнаруживались за годы до онкологического диагноза

Исследователи обратились к двум британским долгосрочным проектам: ALSPAC и Born in Bradford.

Они нашли сохранённые образцы крови 30 детей, которым позднее диагностировали рак, и 29 сопоставимых по возрасту участников, у которых онкологического заболевания не выявили.

На момент забора крови дети считались здоровыми.

В среднем образцы были получены примерно за девять лет до постановки онкологического диагноза. В отдельных случаях аутоантитела обнаруживались за 15 лет.

Результаты оказались заметно различающимися.

У 17 из 30 будущих онкологических пациентов, то есть примерно у 57%, присутствовало хотя бы одно из трёх аутоантител против UNG, MGMT и DDX58.

Среди участников контрольной группы аналогичные признаки обнаружили только у 4 из 29 человек, или примерно у 14%.

При объединённом анализе шести исследованных антигенов статистическое отношение шансов наличия хотя бы одного соответствующего аутоантитела у будущих онкологических пациентов по сравнению с контрольной группой составило 8,0.

Здесь необходимо правильно интерпретировать цифру.

Кроме того, при анализе отдельных маркеров с поправкой на множественные статистические сравнения убедительную значимость сохранили только антитела против UNG.

Тем не менее главное наблюдение осталось: необычный иммунный ответ можно было обнаружить задолго до клинического диагноза.

Важная деталь: примерно половине участников этой британской группы рак диагностировали уже после 20 лет, хотя и до 30-летнего возраста. Поэтому результаты нельзя автоматически распространять на все формы рака у маленьких детей.

Как антитела могут вмешиваться в восстановление ДНК

Чтобы понять потенциальный механизм, нужно представить работу системы восстановления генетического материала.

ДНК постоянно подвергается повреждениям. Некоторые возникают под действием внешних факторов, другие появляются во время обычных клеточных процессов.

Для устранения таких ошибок существует сложная система белков, которые обнаруживают повреждения, обрабатывают проблемные участки и помогают восстанавливать правильную структуру ДНК.

Если эта система работает недостаточно эффективно, отдельные ошибки могут сохраняться и впоследствии закрепляться в виде мутаций.

Обычно нарушения восстановления ДНК связывают с мутациями в генах соответствующих белков.

Но норвежские исследователи предположили другой механизм.

Белок может быть генетически нормальным, но перестать полноценно выполнять свою функцию из-за воздействия аутоантител.

Именно эта возможность делает исследование особенно интересным.

Чтобы проверить её, учёные провели эксперименты с живыми клетками в лабораторных условиях.

Они обнаружили, что иммуноглобулины класса IgG действительно способны проникать внутрь неповреждённых клеток.

Такое проникновение наблюдалось и для антител здоровых участников, но при использовании сыворотки некоторых детей с онкологическими заболеваниями оно было более выраженным.

Особенно заметным эффект становился во время фазы G2/M клеточного цикла — периода, когда клетка завершает подготовку к делению и проходит через него.

Это важно, поскольку делящиеся клетки особенно зависят от точного контроля генетического материала.

Необычные скопления антител внутри клеток

Следующий эксперимент позволил исследователям увидеть ещё одну интересную особенность.

После проникновения в клетки антитела из сыворотки некоторых пациентов концентрировались в определённых участках около клеточного ядра.

Эти скопления были связаны с недавно описанной клеточной структурой TIGER, которая участвует в пространственной организации процессов обработки РНК и работы белков.

Учёные обнаружили, что некоторые белки, обычно располагающиеся в других частях клетки, также накапливались в этих участках.

Среди них был RAD52, участвующий в восстановлении ДНК.

Возникла гипотеза, что аутоантитела могут своеобразно удерживать важные белки вдали от тех мест, где они должны работать.

Если это действительно происходит в организме, система клеточной защиты теоретически может терять эффективность даже без мутаций в соответствующих генах.

Однако между наблюдением за изменением расположения белков и доказательством нарушения их функции существует существенная разница.

Авторы показали проникновение антител и изменение внутриклеточной локализации некоторых белков. Но пока не доказали, что именно эти антитела вызывают нарушения восстановления ДНК, накопление мутаций и последующее развитие рака у человека.

Это остаётся центральной гипотезой исследования.

Почему иммунитет может начать атаковать собственные защитные белки

Открытие поднимает ещё один вопрос: откуда у ребёнка появляются такие аутоантитела?

Однозначного ответа пока нет.

Исследователи рассматривают несколько возможных объяснений.

Иммунная реакция может возникать после инфекций, если некоторые компоненты микроорганизмов напоминают собственные белки человека. Подобное явление известно как молекулярная мимикрия.

Другой вариант — нарушение иммунологической толерантности, то есть способности иммунной системы отличать собственные структуры от чужеродных.

Возможно также, что необычные антитела отражают более широкие изменения иммунной регуляции.

Но ни один из этих механизмов в данной работе не установлен.

Более того, нельзя полностью исключить обратное объяснение: антитела могли появиться в ответ на очень ранние, ещё не обнаруженные изменения в организме, предшествовавшие клиническому проявлению опухоли.

Поэтому факт обнаружения антител до диагноза сам по себе не доказывает, что именно они запустили развитие заболевания.

Можно ли теперь выявлять риск рака у детей по анализу крови

Потенциально исследование открывает новое направление поиска биомаркеров — измеряемых биологических признаков, которые помогают оценивать вероятность заболевания.

Но до практического применения пока далеко.

Во-первых, группа участников, у которых сохранились образцы крови, взятые до постановки диагноза, была небольшой: всего 30 будущих онкологических пациентов.

Во-вторых, сходные аутоантитела обнаруживались и у здоровых людей. При этом у значительной части будущих пациентов исследованные антитела не выявлялись.

В-третьих, детский рак относится к редким заболеваниям. Даже анализ, хорошо различающий группы в небольшом исследовании, при массовом обследовании может давать множество ложноположительных результатов.

Это означает, что положительный результат мог бы вызывать необоснованную тревогу у семей, а отрицательный — создавать ложное ощущение безопасности.

Наконец, пока неизвестно, позволяют ли эти антитела предсказывать конкретные виды опухолей и какие медицинские действия действительно улучшали бы прогноз при их обнаружении.

Авторы сообщили о подаче патентной заявки на использование исследованных аутоантител в качестве биомаркеров. Однако патентная заявка не равнозначна клиническому подтверждению метода.

На сегодняшний день исследование не даёт оснований рекомендовать детям профилактические анализы на эти аутоантитела.

Что исследователям предстоит доказать

Следующим этапом должны стать более крупные независимые исследования с длительным наблюдением.

Необходимо выяснить, насколько устойчиво присутствие этих антител во времени, связано ли оно с определёнными опухолями и сохраняется ли обнаруженная статистическая закономерность в других популяциях.

Ещё важнее установить механизм.

Для этого потребуется проверить, действительно ли конкретные аутоантитела подавляют восстановление повреждённой ДНК и способны ли такие нарушения повышать вероятность злокачественного перерождения клеток.

Авторы предлагают в том числе эксперименты с выделенными моноклональными аутоантителами и животными моделями.

Если причинная роль подтвердится, появится возможность изучать способы предотвращения или коррекции соответствующего иммунного нарушения.

Но пока говорить о профилактическом лечении или новом методе раннего выявления рака слишком рано.