Как рак молочной железы может «выключать» защиту мозга

Учёные нашли механизм, который одновременно делает опухолевые клетки подвижнее и ослабляет иммунный ответ мозга

Работа, опубликованная в Neuro-Oncology, предлагает механизм, объясняющий, как тройной негативный рак молочной железы может получать преимущество при распространении в мозг. Повышенная активность SIRPα была связана сразу с двумя процессами: усилением подвижности раковых клеток через перестройку митохондрий и появлением иммунной толерантности микроглии через фибронектин. Блокирование SIRPα уменьшало количество метастатических очагов в мозге у мышей, однако это пока доклиническое исследование: оно не доказывает, что такая терапия будет эффективна или безопасна для людей.

Тройной негативный рак молочной железы, или TNBC, отличается от многих других опухолей молочной железы отсутствием трёх мишеней, которые широко используются для выбора терапии: рецепторов эстрогена, прогестерона и HER2.

Но одна из наиболее серьёзных особенностей TNBC связана не только с выбором лекарств. У этого подтипа особенно высок риск метастазирования в мозг. Авторы новой работы отмечают, что метастазы в мозге возникают примерно у 25–46% пациентов с TNBC; в кратком изложении исследования они приводят оценку около 35%.

Именно поэтому исследователей интересовал вопрос: что позволяет некоторым клеткам опухоли не просто покинуть первичную опухоль, а закрепиться именно в мозге?

Белок, который искали в иммунных клетках, обнаружили в самой опухоли

В центре исследования оказался SIRPα — signal regulatory protein alpha.

Этот белок хорошо известен иммунологам. Обычно его рассматривают как часть системы, регулирующей работу клеток врождённого иммунитета. В частности, взаимодействие SIRPα с белком CD47 способно передавать иммунной клетке сигнал, подавляющий поглощение другой клетки.

Именно поэтому ось CD47–SIRPα давно интересует разработчиков противоопухолевой иммунотерапии.

Но исследователи из Wake Forest University School of Medicine обратили внимание на другую сторону этой системы.

SIRPα присутствовал не только на иммунных клетках. Он обнаруживался и в самих злокачественных клетках TNBC.

Анализ опубликованных наборов данных отдельных клеток человеческих опухолей показал повышенную экспрессию SIRPα в злокачественных клетках TNBC по сравнению с другими подтипами рака молочной железы. В образцах пациентов особенно высокая экспрессия обнаруживалась в метастазах из молочной железы в мозг.

Более высокая экспрессия SIRPα также была связана с худшей выживаемостью в проанализированных авторами наборах данных.

Но связь ещё не означает механизм. Поэтому следующей задачей было выяснить, что SIRPα действительно делает внутри раковой клетки.

Метастазирование потребовало перестроить «энергетические станции» клетки

Один из наиболее интересных результатов исследования касается митохондрий.

Их часто называют энергетическими станциями клетки, но это лишь часть их функций. Митохондрии постоянно меняют форму: могут соединяться в более длинные сети или, наоборот, разделяться на небольшие фрагменты.

Эти процессы называются слиянием и делением митохондрий.

Для опухолевой клетки такая динамика имеет значение. Преобладание фрагментации митохондрий ранее связывали с повышенной миграцией и инвазивностью некоторых видов рака.

В клетках TNBC, имевших тропность к мозгу, исследователи обнаружили именно такой сдвиг.

Высокий уровень SIRPα активировал последовательность внутриклеточных сигналов:

SIRPα → SHP2 → ERK → DRP1 → усиление деления митохондрий.

DRP1 — один из ключевых белков, обеспечивающих физическое разделение митохондрий.

Когда SIRPα было много, митохондрии становились более фрагментированными, а опухолевые клетки активнее мигрировали. Когда SIRPα подавляли или удаляли, митохондриальная сеть становилась более вытянутой и связанной, а способность клеток к миграции уменьшалась.

Получается важная деталь: белок, который традиционно рассматривали прежде всего как участника взаимодействия опухоли с иммунитетом, внутри самой раковой клетки оказался связан с её метаболической и физической перестройкой.

Но это была только половина обнаруженного механизма.

Опухоли недостаточно добраться до мозга

Даже очень подвижная раковая клетка ещё не становится метастазом.

Ей необходимо выжить в новом органе.

В мозге одним из первых препятствий становится микроглия — популяция местных иммунных клеток, способных распознавать угрозу, выделять сигнальные молекулы и участвовать в уничтожении чужеродных или повреждённых клеток.

Исследователи обнаружили, что SIRPα помогает опухолевой клетке влиять и на эту защиту.

Посредником оказался фибронектин.

Это белок внеклеточного матрикса — сложной сети молекул вокруг клеток, которую можно представить не просто как каркас ткани, а как активную среду, способную изменять поведение находящихся в ней клеток.

Высокая активность SIRPα увеличивала продукцию фибронектина опухолевыми клетками. Блокирование SIRPα, напротив, уменьшало его количество.

И здесь исследование вышло на особенно интересный механизм.

Микроглия сначала реагировала — а затем переставала отвечать так же активно

При первом воздействии фибронектина микроглия вовсе не становилась пассивной.

Исследователи наблюдали активацию воспалительных сигналов и изменение клеточного метаболизма. В частности, активировался путь mTOR–HIF1α, связанный с метаболической перестройкой иммунной клетки.

Но при повторном воздействии картина менялась.

Ответ становился слабее. Снижалась продукция воспалительных цитокинов TNFα и IL-1β, а повторная активация пути mTOR–HIF1α была значительно меньше.

Авторы интерпретируют это состояние как иммунную толерантность микроглии.

Именно здесь находится один из главных поворотов исследования.

Опухоль, согласно предложенному механизму, не обязательно просто «выключает» иммунную клетку одним сигналом. Она может сначала вызвать её реакцию, а затем при повторном воздействии изменить способность отвечать на тот же стимул.

В экспериментах микроглия после повторного воздействия фибронектина действительно хуже уничтожала клетки TNBC.

Это отличается от слишком простой схемы, в которой иммунные клетки делят только на «противоопухолевые» и «проопухолевые». Сами авторы подчёркивают, что традиционное разделение микроглии и макрофагов на состояния M1 и M2 сегодня считается чрезмерным упрощением.

Один белок оказался связан сразу с двумя преимуществами опухоли

Если собрать результаты исследования в одну цепочку, возникает необычно цельная картина.

Повышенный SIRPα в опухолевой клетке:

• активирует внутриклеточную цепь SHP2–ERK–DRP1;
• способствует фрагментации митохондрий;
• увеличивает способность опухолевых клеток к миграции;
• повышает образование фибронектина;
• повторное воздействие фибронектина способствует развитию толерантного состояния микроглии;
• иммунный надзор в окружении опухоли ослабевает.

Таким образом, один сигнальный механизм потенциально помогает решить две разные задачи метастаза: добраться до нового органа и сделать этот орган более пригодным для выживания опухоли.

Графическая схема, представленная авторами исследования, именно так объединяет эти процессы: SIRPα связывает изменение митохондриальной динамики опухолевой клетки с перестройкой внеклеточного матрикса и подавлением противоопухолевой активности микроглии.

Что произошло, когда SIRPα заблокировали

Исследователи проверили механизм несколькими способами.

Они создавали опухолевые клетки с повышенной экспрессией SIRPα, удаляли SIRPα генетически и использовали блокирующее антитело. Кроме клеточных экспериментов применялись мышиные модели TNBC и метастазирования в мозг.

Удаление SIRPα из опухолевых клеток уменьшало метастатическую нагрузку и увеличивало время без появления метастазов в мозге.

Антитело против SIRPα также значительно уменьшало количество метастатических очагов в мозге в двух моделях на мышах.

Одновременно снижалось содержание фибронектина и менялись показатели иммунной среды опухоли в направлении восстановления иммунного надзора.

Это делает SIRPα потенциально интересной терапевтической мишенью.

Причём привлекательность идеи заключается в возможности воздействовать сразу на несколько компонентов процесса: свойства самой опухолевой клетки и иммунное окружение метастаза.

Но нового лечения рака мозга пока не появилось

Здесь проходит принципиально важная граница между интересным механизмом и доказанной терапией.

Основные функциональные эксперименты выполнены на клеточных культурах и животных. Человеческие данные использовались для анализа экспрессии SIRPα, образцов опухолей и ассоциаций с исходами, но исследование не проверяло лечение пациентов блокатором SIRPα.

Поэтому нельзя заключить, что подавление этого белка предотвратит метастазы в мозг у человека.

Есть и другая сложность.

SIRPα работает не только в опухолевых клетках. Он участвует в нормальной регуляции врождённого иммунитета, а его роль может различаться между типами опухолей. Авторы сами отмечают, что эффекты опухолевого SIRPα контекстно зависимы: в некоторых других видах рака этому белку приписывались иные, иногда противоположные функции.

Кроме того, исследование ещё не отвечает на важнейший для будущего лекарства вопрос: можно ли достаточно избирательно и безопасно блокировать этот механизм у человека.

Что исследователям предстоит выяснить дальше

Работа меняет прежде всего не лечение, а представление о потенциальной биологии метастаза.

До клинического применения необходимо понять, насколько механизм, обнаруженный в моделях, воспроизводится у пациентов, какие опухоли действительно зависят от SIRPα и можно ли выделить группу больных, для которой такая мишень будет особенно значима.

Не менее важен вопрос комбинаций. Авторы предполагают, что блокирование SIRPα стоит исследовать вместе с существующей иммунотерапией и другими методами лечения TNBC.

Это особенно интересно потому, что вмешательство теоретически может действовать не только на иммунный «контрольный пункт», но и непосредственно на биологию опухолевой клетки.