0

Связь никотина с раковыми опухолями

by editorСентябрь 2, 2015

Sergei A. Grando

Аннотация

В этой статье рассмотрены новые данные, свидетельствующие о прямом влиянии никотина на возникновение и развитие раковых опухолей. Список видов опухолей, которые связаны с никотином, постоянно пополняется, и на данный момент уже содержит такие виды рака, как мелко- и немелкоклеточный рак легкого, а также раковые опухоли тканей головы и шеи, желудка, поджелудочной железы, желчного пузыря, печени, толстой кишки, молочной железы, шейки матки, мочевого пузыря и почек. Мутагенные и про-опухолевые эффекты никотина могут возникать из-за его способности повреждать геном, нарушать процессы клеточного метаболизма и способствовать росту и распространению перерожденных клеток. Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (nAChR, н-ХР), активируемые никотином, могут, в свою очередь, активировать некоторые потенциально про-опухолевые сигнальные пути внутри клетки. Возможно, воздействие на эти рецепторы может быть использовано в профилактике или лечении раковых опухолей. Кроме того, появляется все больше свидетельств о влиянии индивидуальных генетических особенностей организма (например, полиморфизма генов, кодирующих н-ХР) на восприимчивость того или иного человека к патологическим эффектам никотина. Необходимо учитывать новые научные данные о механизмах канцерогенного влияния никотина при разработке правил, регулирующих производство, распространение и рекламу изделий, содержащих никотин.

Введение

Одновременно с увеличением потребления табачных изделий и продуктов, содержащих никотин, пришло и осознание того факта, что никотин сам по себе может обладать генотоксичностью и про-опухолевыми эффектами. Канцерогенез — продолжительный процесс, который, согласно современным представлениям, начинается с возникновения мутации благодаря какому-либо фактору и продолжается при содействии других факторов, стимулирующих рост мутировавшей клетки. В табачном дыме содержится около 5000 химических веществ, и более шестидесяти из них являются канцерогенными. Помимо никотина, канцерогенным эффектом обладает его метаболит, образующийся в тканях: котинин, а также два табак-специфичных нитрозамина: N’-нитрозонорникотин (NNN) и 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (NNK). Канцерогенный эффект этих веществ объясняется их способностью связываться с н-ХР на клетках не-нервного происхождения. В тканях млекопитающих NNN синтезируется в реакции нитрозирования никотина с участием содержащихся в табаке алкалоидов. Как было показано в классических исследованиях, NNK, в отличие от NNN, не образуется в тканевом метаболизме никотина.

Алкалоид никотин был впервые выделен из табачного растения Nicotiana tabacum (семейство Пасленовые) немецкими химиками Поссельтом и Риманом в 1828 году. Сегодня продукты с содержанием никотина используются в медицинских (вставка 1) и рекреационных целях. Одним из ключевых направлений развития отрасли является создание новых изделий, использующих современные технологии для доставки никотина в организм без сжигания табака. Электронные сигареты (ЭС) быстро получили широкое признание в качестве устройств, помогающих людям полностью или частично отказаться от курения, облегчающих симптомы временного отказа от курения (например, в случаях, когда курить обычные сигареты запрещено) и позволяющих людям продолжать “курить”, но с нанесением меньшего вреда здоровью. Однако правовой статус ЭС до сих пор остается неясным. Необходимо провести больше исследований, чтобы окончательно определить их пользу и вред. Так как в ЭС не происходит горения табака, пользователь вдыхает и выдыхает не дым, а аэрозоль никотина (“пар”). Сейчас не существует стандартов относительно ЭС, что позволяет разным производителям включать в состав жидкости разнообразные компоненты. Общее содержание никотина во вдыхаемом аэрозоле в анализе 20 серий из 15 затяжек может находиться в диапазоне от 0.5 мг до 15.4 мг. Кроме того, данные о возможных токсических эффектах веществ не-никотинового происхождения в составе ЭС значительно ограничены. ЭС могут содержать NNN и NNK, вещества с доказанной канцерогенностью. Данные, полученные в ходе недавних исследований, являются достаточным основанием для того, чтобы задуматься о безопасности никотина, будь то в составе табачных изделий, ЭС или лекарственных средств. Именно этот вопрос и поднимается в настоящей статье. ЭС вызывают наибольшие опасения, так как в них никотин может нагреваться с разнообразными (иногда недокументированными) веществами, что увеличивает вероятность образования канцерогенов.

Ацетилхолин (АХ) — вездесущее химическое соединение, присутствующее во всех живых организмах. Изначально АХ оказался довольно известен в основном благодаря его роли в синаптической передаче сигналов. Со временем, однако, ученые выяснили, что АХ выполняет более разнообразные функции, и некоторые из этих функций все еще исследуются. Появились доказательства того, что локально секретируемый клетками не-нервного происхождения АХ может регулировать тканевой гомеостаз по аутокринному и паракринному механизму и оказывать множество биологических эффектов на разные типы клеток. В данный момент быстро увеличивается количество информации о роли мускариновых и никотиновых АХ-рецепторов, находящихся за пределами нервной системы, в реализации не-нервных влияний АХ. После обнаружения н-ХР на эпителиальных клетках, выстилающих области перехода слизистых оболочек в кожу, ЖКТ и воздухоносные пути, стало очевидно, что на пути в центры “удовольствия” в ЦНС никотин сталкивается со множеством не-нервных мишеней, которые он потенциально может повредить (вставка 1). Активация н-ХР не-нервных клеток может влиять на рост и пролиферацию клеток, а так же на механизмы, регулирующие апоптоз. АХ может независимо активировать специфические подтипы н-ХР, встречающиеся только у определенных типов клеток или у одних и тех же клеток на разных стадиях дифференцировки. Такая независимая активация рецепторов может как стимулировать, так и подавлять рост клеток. В целом клеточный ответ на стимуляцию АХ зависит от хрупкого равновесия между стимулирующими и подавляющими сигналами. После злокачественного перерождения клеток меняется доминирующий подтип экспрессируемых ими н-ХР. Это означает, что аутокринное и паракринное влияние АХ на здоровые и раковые клетки может быть различным, даже если эти клетки находятся друг рядом с другом в одной и той же ткани. То же самое можно сказать и о фармакологическом действии никотина. Никотин имеет более высокое сродство к н-ХР и, таким образом, может блокировать связывание АХ с ними. Множество патологических эффектов никотина осуществляются именно благодаря его вмешательству в АХ-сигнализацию в не-нервных тканях, и некоторые из этих эффектов могут являться факторами, способствующими развитию раковых опухолей. Например, было показано, что никотин избирательно накапливается в тканях злокачественных опухолей желчного пузыря, что позволяет предполагать связь никотина с опухолями этого органа. Список видов опухолей, которые связаны с никотином, постоянно пополняется, и на данный момент уже содержит такие виды рака, как мелко- и немелкоклеточный рак легкого, а также раковые опухоли тканей головы и шеи, желудка, поджелудочной железы, желчного пузыря, печени, толстой кишки, молочной железы, шейки матки, мочевого пузыря и почек. Более того, согласно новейшим данным, однонуклеотидные полиморфизмы (ОНП) в генах, кодирующих субъединицы н-ХР, могут влиять на вероятность развития у индивида рака легкого, пищевода, желудка и шейки матки (вставка 3).

В этой статье рассмотрены множественные механизмы, с помощью которых осуществляется влияние никотина на возникновение и развитие раковых опухолей. Согласно собранным в научной литературе данным, никотин способен повреждать геном, нарушать процессы клеточного метаболизма, увеличивать активность онкогенов, инактивировать гены, подавляющие развитие опухоли и создавать микроокружение, способствующее возникновению рака. Необходимо пояснить, что, несмотря на то, что в одном мета-анализе исследователи не обнаружили увеличенного риска развития опухолей ротовой полости и глотки у лиц, использующих снюс (табачное изделие, относящееся к бездымному табаку, табак при его употреблении не нагревается и не сжигается), в значительно большем количестве исследований говорится об увеличенном риске. Лица, использующие снюс, также подвержены большему риску возникновения опухолей пищевода, желудка и поджелудочной железы.

 

Вставка 1 Медицинское применение никотина
Никотин-содержащие продукты преимущественно используются как средства, помогающие бросить курить. Они заменяют никотин и облегчают симптомы зависимости и абстиненции. К этим продуктам относятся: никотин в форме высокодисперсного аэрозоля, никотиновая жевательная резинка, лекарственные формы для перорального применения с замедленным высвобождением никотина, назальный спрей, жидкие растворы для клизм, трансдермальные пластыри и кремы для локального применения. Всасывание никотина через кожу и слизистые оболочки зависит от дозы, а его период полувыведения составляет примерно 2 часа. Однако в последние годы спектр медицинского применения никотина расширился; в новых методиках используются противовоспалительный и ранозаживляющий эффекты никотина. Терапевтические эффекты никотин-содержащих продуктов лучше всего проявляются при неспецифическом язвенном колите и рецидивирующем афтозном стоматите. Оба этих заболевания эпидемиологически связаны с курением.Имеются данные о том, что распространенность этих заболеваний среди курильщиков ниже, чем среди некурящих людей, и что отрицательная связь с курением зависит от времени и дозы. Более того, отказ от курения связан с рецидивами заболеваний, которые могут быть купированы путем возврата к курению. Никотин, кажется, является ключевым медиатором этих ответов, потому что его введение ингибирует воспаление, связанное с этими заболеваниями. Аналогичная ситуация наблюдается у пациентов с увеитом и с болезнью Бехчета — иммунитет-опосредованным васкулитом мелких сосудов, который проявляется в форме язв на коже и слизистых оболочках. Противовоспалительные эффекты никотин-содержащих продуктов были задокументированы в различных клинических и экспериментальных условиях. Например, никотин способствует заживлению как кожных язв, так и язв в полости рта у человека, а также заживлению волдырей у крыс и эксцизионных кожных ран у мышей. Интересно, что системное употребление никотина способствует заживлению язвы стоп при болезни Бюргера, которая достаточно часто встречается у курильщиков. Был сделан вывод о том, что болезнь Бюргера может быть вызвана не никотином, а каким-либо другим компонентом табачного дыма, и что сам по себе никотин производит противоположный эффект. Есть также отдельные сообщения об успешном системном употреблении или локальном применении никотина для лечения некоторых других язвенных заболеваний кожи и слизистых оболочек (например, гангренозной пиодермии) и воспалительных заболеваний кровеносных сосудов (например, злокачественного атрофического папулеза (известного также как болезнь Дего) и узловатой эритемы), подкожных лимфатических узлов (болезни Кимуры) и волосяных фолликулов (эозинофильного пустулезного фолликулита), а также при иммунитет-опосредованном воспалении полости рта, устойчивом к другим видам лечения, например, при красном плоском лишае.

Мутагенные эффекты никотина

Канцерогенные тканевые метаболиты никотина. Никотин метаболизируется в печени ферментами CYP2A6 и CYP2B6 семейства цитохромов P450. 70-80% никотина, который всасывается из желудочно-кишечного тракта, преобразуется в котинин. Котинин обладает про-опухолевым эффектом, о чем свидетельствует аномальная клеточная пролиферация, реактивация теломеразы, подавление апоптоза в его присутствии. Экспериментально про-опухолевые эффекты котинина были подтверждены в опытах на мышиной модели карциномы легкого Льюиса (котинин способствовал росту опухоли) и на мышах линии A/J (воздействие котинина ускорило развитие индуцированной NNK аденомы легких). Другими первичными метаболитами никотина являются N’-оксид никотина, норникотин, ион никотин-изометония, 2-гидроксиникотин и глюкоуронид никотина, которые, судя по всему, не являются канцерогенами. NNN является сильным канцерогеном, который может вызвать системные опухолевые процессы и локальные опухоли.

Он увеличивает пролиферативный потенциал клеток, обладает анти-апоптотическим эффектом, а также способствует «безъякорному» росту и образованию опухолей у голых мышей. Эти эффекты не проявляются в присутствии антагонистов н-ХР, что указывает на способность NNN связываться с н-ХР.

 

Никотин-индуцированный мутагенез.

Долгое время оставалось неясным, может ли никотин сам по себе вызывать рак. Тем не менее, по результатам последних исследований, демонстрирующих генотоксический эффект никотина на культивируемые эпителиальные клетки и его онкогенное действие на мышей линии A/J, можно сделать вывод о том, что никотин все-таки способен инициировать развитие опухолей. Генотоксические эффекты физиологических доз никотина были задокументированы с помощью теста на хромосомные аберрации и анализа обмена между сестринскими хроматидами на изолированных эпителиальных клетках и лимфоцитах человека. В этих исследованиях генотоксические эффекты были опосредованы активацией поверхностных н-ХР, что привело к повышению уровня активных форм кислорода (АФК). Никотин не только активирует поверхностные н-ХР, но и свободно проникает в эпителиальные клетки, активируя внутриклеточные сигнальные пути, приводящие к образованию АФК и повреждению ДНК. Тем не менее, в отличие от нитрозаминов в табаке, которые вызывают мутацию KRAS и TP53, мишени генотоксичности никотина до сих пор не установлены.

Несмотря на большое количество исследований in vitro, онкогенный потенциал при долгосрочного системном введении никотина не был полноценно изучен. В ходе первоначального исследования, которое проводилось с целью подтверждения концепции, мы вводили мышам линии A/J 3 мг/кг никотина (LD50) подкожно 5 раз в неделю в течение 24 месяцев, при этом средняя доза составила 2.1 мг/кг в день. Эта доза примерно равна дозе никотина, потребляемой обычным пользователем скандинавского снюса, который, как правило, получает от 60 до 150 мг никотина в день. Следует отметить, что картридж для ЭС, наполненные жидкость высокой крепости, содержит 48 мг никотина (в среднем пользователи ЭС потребляют по картриджу в день). LD50 никотина для человека — 6.5-13 мг на кг. В ходе этого исследования мы наблюдали образование лейомиосаркомы или рабдомиосаркомы у 78.6% использованных в эксперименте мышей линии A/J, при этом в контрольной группе опухоли не образовались. У мышей линии A/J возможно спонтанное развитие рабдомиосаркомы, однако лейомиосаркома у них спонтанно не развивается, что, в свою очередь, указывает на то, что лейомиосаркомы образовались именно в результате воздействия никотина в ходе эксперимента. Это может быть результатом н-ХР опосредованного и/или нерецепторного действия никотина и его эндогенных метаболитов. Поскольку эти на мышей не воздействовали табаком, а вводили им чистый никотин, предполагается, что NNK в ходе эксперимента образоваться не мог. Хотя NNN может быть получен в ходе тканевого метаболизма никотина, его участие в развитии лейомиосаркомы кажется маловероятным, поскольку у мышей, получавших никотин, не было обнаружено никаких злокачественных опухолей в легких, а встречаемость опухолей легких у мышей, которые получают NNN, составляет 80%, что было документально подтверждено. Таким образом, можно сделать вывод о том, что ни NNN, ни NNK является причиной саркомы у А/J мышей, которые получали никотин, и что никотин сам по себе обладает туморогенным действием. Возможно, у мышей A/J опухоли развивались в мягких тканях, а не в самих легких из-за того, что никотин вводили подкожно и благодаря своему быстрому метаболизму он не успел достигнуть эпителия дыхательных путей. Несмотря на то, что рекреационные никотин-содержащие продукты не используют подкожно, вышеуказанные результаты достаточно важны, поскольку это первое свидетельство канцерогенного потенциала никотина in vivo. Благодаря своему генотоксическому действию, никотин может вызвать злокачественную трансформацию, а затем способствовать росту трансформированных клеток из-за своих про-опухолевых эффектов. Эти начальные исследования, демонстрирующие никотин-зависимые хромосомные аберрации in vitro и развитие лейомиосаркомы у мышей линии A/J, оправдывают дальнейшие исследования прямых мутагенных и онкогенных действий никотина.

 

Вставка 2 Холинергические системы, не относящиеся к нервной ткани
В последнее время появились данные о важной роли ацетилхолина (АХ) в качестве регулятора (цитомедиатора) многочисленных биологических процессов, которые тесно связаны друг с другом, в том числе пролиферации, дифференцировки, апоптоза, адгезии и миграции не-нервных клеткок. АХ присутствует у бактерий, сине-зеленых водорослей, дрожжей, грибов, простейших и примитивных растений. Все это указывает на то, что АХ работает в качестве сигнальной молекулы в не-нервных клетках в течение примерно 3 миллиардов лет, в то время как нейроны используют это соединение в качестве медиатора относительно недавно — около 0.5 миллиарда лет. Действительно, свободный АХ присутствует почти во всех видах не-нервных тканей у млекопитающих в количестве, эквивалентном или превышающих таковое в нервной системе. Концентрация свободного АХ поддерживается в результате течения двух взаимопротивоположных процессов: синтеза АХ холинацетилтрансферазой и гидролиза АХ ацетилхолинэстеразой. Оба этих фермента присутствуют в не-нервных клетках. Внеклеточный пул АХ пополняется за счет секреции АХ-содержащих пузырьков, которые сливаются с плазматической мембраной и таким образом выделяют свободный АХ, в то время как внутриклеточный пул в основном состоит из свободного цитоплазматического АХ. Внешние, нервные, эндокринные и паракринные стимулы влияют на метаболизм АХ и на передачу сигнала в не-нервных клетках, что позволяет подстраивать гомеостаз ткани к изменяющимся условиям окружающей среды и посылает сигналы в ЦНС и эндокринные органы. Поэтому широко признается то, что не-нейрональный путь передачи АХ является примером более общего нейроэндокринно-подобного механизма, который определяет реакцию периферии на воздействие факторов окружающей среды, а также примером сохранения эволюцией нейроэндокринной системы на периферии. Эти данные указывают на то, что АХ используется не только в нервной системе (как следовало бы понимать из понятия “нейромедиатор”) и закладывают фундамент для волнующих открытий новых функций не-нервного АХ в физиологическом контроле гомеостаза и в человеческих болезнях.

Опосредованные н-ХР эффекты никотина

н-ХР.

Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы являются классическими представителями суперсемейства лиганд-зависимых ионных каналов. Канал открывается при связывании АХ или агонистов никотиновой группы, например, никотина. Содержащие никотин изделия усиливают сигнализацию от н-ХР, так как никотин имеет большее сродство к этим рецепторам, нежели АХ. Кроме того, увеличение экспрессии н-ХР на поверхности клетки в присутствии никотина может усиливать ответ клетки на аутокринную или паракринную стимуляцию физиологическими концентрациями АХ. Учитывая тот факт, что раковые клетки, с одной стороны, выделяют АХ, а с другой — экспрессируют н-ХР, можно сделать вывод о том, что эти рецепторы могут играть определенную роль в образовании опухолей даже в отсутствие стимуляции никотином. АХ-зависимые каналы в общем — пентамеры, состоящие из различных комбинаций субъединиц α1-α10, β1-β4, γ, δ и ε (рис. 1a), при этом субъединицы обладают структурным сходством и каждая из них имеет по 4 трансмембранных домена (рис. 1b). н-ХР, в частности, состоят из АХ-связывающих α-субъединиц и “структурных” субъединиц. Субъединицы α7, α8 (отсутствующая у человека), α9 могут формировать гомомерные н-ХР (впоследствии мы будем говорить о подтипах н-ХР, которые содержат эти субъединицы, как о “α7 н-ХР” и “α9 н-ХР”). На рисунке 1a показано, как из различных комбинаций субъединиц α1-α6 и β1-β4 составляются разные гетеромерные пентамерные каналы, например, может быть сформирован канал, содержащий субъединицы α3(β2/β4)±α5/α9 и α10. н-ХР в развивающейся мышце содержат две субъединицы α1, по одной β1, γ и δ. В зрелой мышце субъединица γ заменяется субъединицей ε. Есть и другие подтипы н-ХР, которые называют “нервными”, так как после их открытия считалось, что они экспрессируются исключительно нейронами. Различия в составе субъединиц определяют функциональные и фармакологические особенности полученных каналов. Например, добавление субъединицы α5 (вспомогательной субъединицы, которая функционирует только в присутствии одновременно других α- и β-субъединиц) к двум субъединицам α3 и либо β2, либо β4, изменяет фармакологические и биофизические свойства н-ХР и увеличивает проницаемость канала для ионов Ca2+. Не-нервные клетки способны экспрессировать практически все известные субъединицы и формировать из них функционирующие н-ХР. Котинин, как и никотин, может связываться с н-ХР, содержащими субъединицы α4 и β2, α3 и β2, α6 и β2.

Нормальные и злокачественные клетки экспрессируют различные подтипы рецепторов, кроме того, различаются и сигнальные пути, активируемые этими рецепторами. Состояние рецепторного аппарата зависит от типа клетки, текущей стадии клеточного цикла и влияния среды (например, от присутствия табачного дыма). Например, каждая клеточная линия немелкоклеточного рака легкого несет уникальный по качественному составу набор н-ХР на своей поверхности; некоторые клеточные линии аденокарцином и плоскоклеточных карцином экспрессируют н-ХР мышечного типа, содержащие субъединицы α1, β1, δ и ε, в то время как другие клеточные линии экспрессируют н-ХР нервного типа, содержащие субъединицы α3, α7 и α9. Хроническое воздействие чистого никотина или экстракта табака на культуры человеческих кератиноцитов кожи и полости рта изменяет экспрессию н-ХР, при этом зачастую клетки начинают экспрессировать н-ХР, характерные для раковых клеток. Не менее важную роль играет и количество н-ХР. Была показана связь гиперэкспрессии н-ХР с развитием раковой опухоли. В частности, никотин увеличивает экспрессию субъединицы α7, что приводит к экспрессии большего количества α7 н-ХР; известно, что этот тип рецепторов опосредует многие патологические эффекты никотина и табак-специфичных нитрозаминов. У некоторых типов раковых клеток избирательно увеличена экспрессия определенных подтипов н-ХР, независимо от того, курит ли человек, от которого был получен тот или иной образец (например, в клетках опухолей легких повышена экспрессия α7 н-ХР, а в клетках опухолей молочной железы — α9 н-ХР). В то же время, подавление экспрессии определенных субъединиц н-ХР (например, α9) ослабляет индуцированную воздействием никотина или табачных нитрозаминов пролиферацию клеток in vitro и in vivo.

Ионные сигнальные процессы, активирующиеся при открытии канала н-ХР.

Через лиганд-зависимые каналы н-ХР при их открытии происходит пассивный транспорт ионов Na+ и Ca2+ внутрь клетки и транспорт ионов K+ из клетки. В нейронах активация н-ХР приводит к деполяризации мембраны и открытию потенциал-зависимых кальциевых каналов, через которые поток ионов Ca+ направляется внутрь клетки. Несмотря на то, что потенциал-зависимые кальциевые каналы встречаются и у не-нервных клеток, например, у кератиноцитов, вход кальция в клетку после стимуляции никотином осуществляется в основном через ионные каналы н-ХР, при этом величина потока у разных подтипов рецепторов различна. Гомомерные каналы, содержащие субъединицы α7 и α9, а также гетеромерные каналы, содержащие субъединицы α9 и α10, наиболее проницаемы для ионов Ca2+. В результате входа ионов Ca2+ внутрь клетки внутриклеточная концентрация несвязанного кальция возрастает. Однако в экспериментах на нескольких типах не-нервных клеток было продемонстрировано, что проявления никотинергических эффектов можно добиться и в отсутствие внутриклеточного потока ионов Ca2+ и Na+. Таким образом, становится очевидно, что сигнализация от н-ХР не-нервных клеток должна осуществляться с участием как ионных, так и не-ионных сигнальных путей. Оба типа сигнализации могут играть ключевую роль в возникновении определенных биологических ответов при стимуляции клеточной никотинергической сигнальной системы.

Не-ионные сигнальные процессы, активирующиеся с участием н-ХР-зависимых протеинкиназ.

Активация н-ХР не-нервных клеток активирует и ряд не-ионных сигнальных процессов, которые осуществляют регуляцию фосфорилирования и дефосфорилирования белков. Эта функция н-ХР невозбудимых клеток была открыта сравнительно недавно. Экспериментально были выявлены незначительные различия ферментных каскадов, которые активируются при связывании никотина с н-ХР не-нервных клеток. Тип взаимодействия н-ХР с сигнальными молекулами зависит в равной степени от типа не-нервной клетки, на которую воздействует никотин, и от типа участвующей в этом взаимодействии субъединицы н-ХР. н-ХР-зависимые протеинкиназы могут быть активированы (с помощью фосфорилирования или дефосфорилирования) благодаря конформационным изменениям субъединиц н-ХР и/или связанных с ними белков (рис. 1c). Сигнализация от н-ХР может активировать фосфолипазу C (PLC), изоформы протеинкиназы C (PKC), PI3K, AKT, JUN-N-терминальную киназу (JNK), SRC, Янус-киназу 2 (JAK2), RAC, RHO, p38 MAPK и сигнальный путь RAS-RAF-MEK-ERK. Ca2+/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) может активироваться как с помощью ионных (поток ионов Ca2+, направленный внутрь клетки), так и не-ионных (освобождение внутриклеточного кальция) сигнальных процессов. Например, активация α3-содержащих н-ХР кератиноцитов может привести к активации PKC; активация н-ХР, содержащих одновременно субъединицы α3 и α5 приводит к активации CaMKII и p38 MAPK; активация α7 н-ХР может привести к активации p38 MAPK, AKT, RAS-RAF-MEK-ERK и JAK2; наконец, активация α9 н-ХР приводит к активации PLC, SRC, рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR),

PKC, RAC и RHO. В сущности, все эти сигнальные молекулы участвуют в передаче сигналов от других поверхностных клеточных рецепторов, например, EGFR, поэтому их активация может опосредовать внутриклеточное перекрестное взаимодействие сигналов.

Составляющие н-ХР белки могут быть структурно связаны как с протеинкиназами, так и с протеин-тирозинфосфатазами в составе больших мультимерных комплексов. Например, при стимуляции н-ХР никотином JAK2 связывается с субъединицей α7, что приводит к фосфорилированию и активации JAK2 с последующей активацией PI3K. Субъединица α7 также может быть структурно и функционально связана с киназами семейства SRC, а субъединицы α3,

α4, α5 и β2 взаимодействуют с субъединицами G0α и Gβγ G-белков. Связанные с н-ХР белки могут модулировать никотинергическую сигнализацию (рис. 1c). Киназы семейства SRC и предположительно связанные с ними фосфотирозинфосфатазы (PPTP) регулируют активность АцХР, при этом SRC усиливают сигнализацию, поступающую от н-ХР, а PPTP оказывают противоположный эффект. Особенно интересно следующее наблюдение: никотинергическая активация митогенеза посредством α7 н-ХР осуществляется с помощью опосредованной β‑аррестином активации сигнальных путей SRC и RB-RAF1. В то же время фармакологическая активация α7 н-ХР стимулирует тирозин-фосфатазу, которая может инактивировать SRC, тем самым осуществляя отрицательную регуляцию. н-ХР-зависимые сигнальные каскады имеют множество других мишеней, в том числе факторы транскрипции, управляющие экспрессией генов (пример на рис. 1d), компоненты метаболических путей и структурные компоненты цитоскелета. Однако точные механизмы сигнализации в каждой конкретной ситуации еще предстоит установить.

В исследовании никотинергической регуляции экспрессии α2 интегрина в кератиноцитах была установлена новая парадигма α7 н-ХР-опосредованной координации ионных и не-ионных сигнальных процессов. В эксперименте никотин оказался способен одновременно воздействовать на экспрессию генов и вызывать изменения цитоскелета, которые были необходимы для осуществления одного конкретного этапа клеточной миграции. Увеличивающий активность α2 интегрина каскад RAF-MEK-ERK был активирован благодаря одновременному влиянию двух механизмов: Ca2+-зависимой активации CaMKII и PKC, а также Ca2+-независимой активации RAS. В свою очередь, опосредованная PI3K активация RHO-зависимой протеинкиназы (ROCK) осуществлялась благодаря как Ca2+-зависимой активации CaMKII, так и Ca2+-независимой активации JAK2. Таким образом, разные сигналы, поступающие от α7 н-ХР могут активировать общие эффекторные молекулы и иметь общие мишени. Кооперативная сигнализация от α7 н-ХР, которая одновременно увеличивает активность α2 интегрина и активирует ROCK, имеет огромное биологическое значение, так как работа обеих этих эффекторных систем необходима для инициации клеточной миграции — процесса, который может играть важную роль в инвазии соседних тканей раковыми клетками и образовании метастазов.

Изображение: журнал Nature

Изображение: журнал Nature

 

Рисунок 1 Структура и функции н-ХР
a | Субъединицы, составляющие гомо- и гетеромерные подтипы н-ХР. Участок связывания лигандов расположен в бороздке между двумя субъединицами. Структурная субъединица, не участвующая в связывании лиганда, выделена бежевым цветом.

b | Топология расположения лиганд-связывающей α субъединицы н-ХР в мембране. Четыре гидрофобных трансмембранных домена обозначены как M1-M4. Лиганд-связывающий участок расположен на NH2-конце белковой цепи. Участки фосфорилирования киназ семейства SRC (SFK) отмечены как “P”.

c | Возможные н-ХР-зависимые белки и их биологические эффекты. В ходе современных исследований были получены данные о связи н-ХР с заякоривающими (стабилизирующими) и адапторными белками (белками скаффолда), а также с протеинкиназами и фосфатазами. Нисходящая сигнализация, управляющая фосфорилированием сигнальных и структурных белков и изменяющая экспрессию генов, запускается конформационными изменениями субъединиц н-ХР, которые происходят при связывании рецептора с лигандом, например, АХ, никотином или его производным. Восходящая сигнализация, с помощью которой регулируется соотношение, количество, топология и функция мембранных н-ХР, осуществляется посредством вышеупомянутых н-ХР-зависимых белков в ответ на различные внутренние сигналы. Эти системы могут опосредовать перекрестное взаимодействие н-ХР с другими типами поверхностных клеточных рецепторов.

d | Совместное действие сигнальных путей RAS–RAF–MEK–ERK, JAK2 и STAT3 после активации α7 н-ХР. Стимуляция α7 н-ХР АХ или никотином приводит к изменению экспрессии генов благодаря активации STAT3, которая происходит посредством двух взаимодополняющих сигнальных путей. Активация RAS–RAF–MEK–ERK увеличивает количество STAT3 благодаря увеличению экспрессии его гена, а активация JAK2 приводит к фосфорилированию STAT3, после чего становится возможным перемещение димеров STAT3 в ядро и изменение экспрессии других генов и PPTP.

Роль н-ХР в регуляции экспрессии генов.

Как ионные, так и не-ионные сигнальные каскады, запущенные при участии н-ХР, могут приводить к изменениям в экспрессии генов. В классических исследованиях, проведенных на культуре нейроноподобных клеток клеточной линии SH-SY5Y, было продемонстрировано, что активация н-ХР модулирует экспрессию разнообразных генов, продукты которых можно распределить по четырем группам: факторы транскрипции, факторы процессинга белков, РНК-связывающие белки и белки, связанные с плазматической мембраной. Последующие исследования не-нервных клеток подтвердили эти наблюдения. Было установлено, что регуляция экспрессии генов является общебиологической функцией н-ХР. Например, в исследовании на макрофагоподобных клетках клеточной линии U937 воздействие никотина увеличило экспрессию 118 генов и подавило экспрессию 97 генов. У кератиноцитов активация н-ХР изменила экспрессию генов, которые кодируют белки, отвечающие за трансдукцию сигналов, регуляцию клеточного цикла, апоптоз, межклеточную и клеточно-субстратную адгезию. При активации α3-содержащих н-ХР была увеличена экспрессия в числе прочих гена, кодирующего преобразователь сигнала и активатор транскрипции 1 (STAT1), при этом активация α7 н-ХР приводила к увеличению экспрессии генов, кодирующих STAT3 и GATA2. Воздействие никотина также увеличивало экспрессию маркера клеточного цикла и клеточной дифференцировки Ki67, ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA), p21, циклина D1, p53, филаггрина и лорикрина. Эти белки могут сдвинуть динамическое равновесие между процессами роста и созревания клеток в сторону раннего и чрезмерного ороговения.

Недавний анализ воздействия никотина на транскриптом здоровых эпителиальных клеток молочной железы выявил изменения в экспрессии большого количества генов, вовлеченных в клеточные и метаболические процессы, в числе которых было немало генов, связанных с раковыми опухолями. В исследованиях на человеческих злокачественных клетках молочной железы линии MDA-MB-231 было показано положительное влияние никотина на экспрессию BCL-2 (обладающего анти-апоптотическим эффектом) и увеличение долговременной выживаемости клеток благодаря сигнализации через сигнальный путь SRC-AKT. Благодаря этим наблюдениям была выявлена регуляторная сеть, основным звеном которой является взаимодействие никотина с н-ХР, которое интегрирует митогенные сигналы, необходимые для развития опухоли молочной железы. На крысиной модели рака мочевого пузыря продемонстрировано увеличение экспрессии мутантного p53, потерявшего свои противоопухолевые свойства, при воздействии никотина. В клетках опухолей толстой и прямой кишок человека линий Caco-2 и HCT-8 никотин увеличил активность фосфорилирования AKT и экспрессию PI3K, PKC, ERK1, ERK2, сурвивина и BCL-2. Эти эффекты были опосредованы активацией α7 н-ХР и были ассоциированы с увеличением клеточной пролиферации и уменьшением апоптоза. Интраперитонеальное введение никотина мышам линии A/J с предварительно индуцированным воздействием NNK раком легких снизило вероятность выживания и подавило экспрессию сиртуина 1 (обладающего противоопухолевым эффектом) в легких.

С учетом проопухолевого потенциала аутокринного и паракринного АХ, вызванные никотином геномные процессы, приводящие к увеличению экспресии компонентов никотинергических сигнальных путей, представляют особенный интерес. В клетках человеческой бронхоальвеолярной карциномы никотин увеличил экспрессию холинацетилтрансферазы и везикулярного транспортера ацетилхолина, увеличив, таким образом, синтез и секрецию АХ. Эти геномные эффекты никотина были опосредованы активацией α7-, α3- и β2-, и β3‑содержащих н-ХР. В клетках плоскоклеточной карциномы легких и носоглотки человека никотин увеличивал экспрессию субъединицы α7 н-ХР. Эти новые наблюдения соответствуют более ранним сообщениям о никотин-зависимой модуляции экспрессии н-ХР в эпителиальных клетках, при которой α3-содержащие н-ХР заменялись α7 н-ХР. Несмотря на то, что экспрессия большинства клеточных рецепторов снижается в присутствии их агонистов, в случае никотина происходит обратное: хроническая стимуляция н-ХР приводит к парадоксальному увеличению экспрессии α7 н-ХР, а также н-ХР, содержащих одновременно субъединицы α5, α3 и β2. В кератиноцитах смена α3 и β2/β4-содержащих н-ХР на другой подтип, который также содержит субъединицу α5, происходит в основном с участием PKC; дальнейшая смена α3, β2/β4 и α5-содержащих рецепторов на α7 н-ХР опосредуется CaMKII и p38 MAPK; в положительную саморегуляцию экспрессии α7 н-ХР вовлечены JAK2 и сигнальный путь p38 MAPK-AKT. Фактор транскрипции GATA2 играет ключевую роль в увеличении экспрессии субъединицы α7 по механизму положительной обратной связи. Смена доминирующего подтипа н-ХР прогрессивно увеличивает поток поступающего в клетку кальция, а этот процесс ассоциирован с изменениями экспрессии генов, продукты которых управляют клеточным циклом и функциями клеток. Таким образом, никотин-зависимое изменение качественного состава н-ХР может стать новым патофизиологическим механизмом, объясняющим токсическое воздействие никотина на не-нервные клетки.

Синергетическое взаимодействие никотинергической сигнализации и сигнализации от гормонов и факторов роста.

Достоверно известно, что никотин способен ускорять заживление ран благодаря его синергетическому действию совместно с различными факторами роста. Воздействие никотина приводит к увеличению экспрессии фактора роста фибробластов 1 (FGF1) и его рецептора, FGF2 и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF). Изучение этих эффектов никотина может помочь объяснить некоторые аспекты его проопухолевого воздействия. У быков активация н-ХР увеличивает экспрессию FGF2 посредством индукции фосфорилирования тирозина в некоторых белках, в том числе в связывающихся с промотором факторах транскрипции. Соответственно, ингибирование н-ХР подавляет экспрессию FGF2. В свою очередь, FGF2 и инсулиноподобный фактор роста I (IGF-I) могут влиять на экспрессию и расположение н-ХР на мембране, что может изменять биологические эффекты никотина. Было показано, что никотин ингибирует синтез и секрецию трансформирующего фактора роста-β (TGFβ), благодаря чему раковые клетки могут избежать анти-пролиферативного влияния этого фактора роста; однако, такой эффект наблюдается не во всех типах клеток. В клетках карциномы носоглотки человека никотин увеличил экспрессию VEGF, однако при этом подавил экспрессию пигментного фактора эпителиального происхождения (PEDF) — многофункционального секретируемого белка, который несет анти-ангиогенные, анти-пролиферативные и нейротрофические функции — и это привело к значительному соотношения VEGF/PEDF. В нескольких исследованиях было продемонстрировано, что сигнализация от н-ХР при стимуляции никотином в том числе повлияла на фосфорилирование и активацию EGFR; считается, что этот сигнальный путь может быть вовлечен в развитие рака молочной железы. Сигнализация от факторов роста может изменять состав и экспрессию н-ХР на поверхности клетки. Например, сигнализация от FGF2, инсулина и IGF-I, а также от рецепторов к эстрогенам изменяет экспрессию н-ХР и их расположение на мембране, изменяя, таким образом, биологические эффекты аутокринного и паракринного АХ, а также никотина. Никотин также увеличивает синтез адреналина, который может стимулировать рост раковых клеток, воздействуя на адренорецепторы, связанные с G-белками. Все вместе эти наблюдения являются вескими доказательствами наличия синергетического взаимодействия между рецепторами к факторам роста и н-ХР. Это взаимодействие может оказаться необходимым условием для проявления биологических и проопухолевых эффектов никотина и его метаболитов после их связывания с н-ХР.

Развитие и распространение опухоли

Выживание раковых клеток и их защита от апоптоза.

Было показано, что воздействие никотина увеличивает выживаемость раковых клеток. Этот эффект может возникать из-за пониженной активности p53 в этих клетках. Кроме того, никотин увеличивает активность теломеразы посредством сигнального пути PI3K–AKT, подавляя, таким образом, процессы, управляющие старением и гибелью клетки. Установлено, что никотин благодаря своему влиянию на процессы апоптоза уменьшает чувствительность опухолевых клеток к радио- и химиотерапии.

В ходе недавно проведенных исследований было установлено, что никотинергическая регуляция жизни и гибели клеток значительно сложнее, чем считалось ранее. При воздействии никотина на механизмы, осуществляющие эту регуляцию, проявляются анти-апоптотические эффекты никотина, которые позволяют клеткам неограниченно размножаться. На внешней мембране митохондрий не-нервных клеток экспрессируются функционирующие н-ХР, которые могут содержать субъединицу α7 или не содержать ее. Активация митохондриальных α7 н-ХР предотвращает высвобождение цитохрома c, блокируя, таким образом, начальный этап внутриклеточного пути активации апоптоза. Недавно полученные данные об ингибировании открытия митохондриальных мегапор (mitochondrial permeability

transition pores, MPTP) при активации внутриклеточных н-ХР согласуются с более ранними сообщениями об анти-апоптотическом воздействии никотина на митохондрии. Внутриклеточная ацетилхолинэстераза, функция которой состоит в гидролизе растворенного в цитозоле АХ, неспособна гидролизовать никотин, поэтому тот может активировать митохондриальные н-ХР, которые опосредуют анти-апоптотический эффект. Для того, чтобы пролить свет на механизмы, облегчающие выживание раковых клеток в присутствии никотина, необходимо изучить все молекулярные процессы, происходящие после активации митохондриальных н-ХР.

Пролиферация.

Было зафиксировано, что н-ХР, в особенности их подтип α7, могут опосредовать никотинзависимое увеличение экспрессии генов, продукты которых регулируют пролиферацию и выживание клеток. Эти гены играют значительную роль в росте и развитии клеток опухолей легких как in vitro, так и in vivo. Даже кратковременное воздействие никотина активирует митогенные сигнальные пути, в которых участвуют PKC, ERK и AKT. В исследованиях, использовавших хориоаллантоисную мембрану куриного эмбриона с имплантированными раковыми клетками в качестве модели, воздействие никотина удвоило скорость роста опухолей молочной железы, толстой кишки и легких. Воздействие никотина также увеличило количество и размеры опухолей легких (предварительно индуцированных табачными нитрозаминами) в экспериментах на мышах линии A/J. Интересно, что воздействие NNK увеличивает экспрессию α7 н-ХР в клетках легких у мышей линии A/J, которые подвержены развитию рака, однако не вызывает такого эффекта у мышей линии C3H, которые устойчивы к развитию NNK-индуцированных опухолей. Увеличение числа н-ХР может дать злокачественным клеткам возможность связывать большее количество аутокринного или паракринного АХ (или никотина), чем в норме, что может облегчить их и без того быстрый рост.

Метастазирование.

Фармакологическая стимуляция н-ХР коррелирует с метастатической диссеминацией опухолевых клеток. В частности, в эксперименте на мышах с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (SCID) никотин способствовал метастазированию ортотопически трансплантированных клеток аденокарциномы поджелудочной железы человека в печень. Такой же эффект никотина наблюдался при подкожной инъекции голым мышам клеток двух линий плоскоклеточных карцином головы и шеи. У мышей линии A/J никотин усиливал рост и метастазирование NNK-индуцированных опухолей легких, что означает, что он может играть определенную роль в развитии рака, так его воздействие облегчает рост клеток с поврежденным геномом. Стабилизация и активация индуцируемого гипоксией фактора 1α (HIF1α — кислород-чувствительного активатора транскрипции) и синергетическая кооперация сигнальных путей AKT и MAPK могут быть необходимыми условиями проявления про-инвазивных эффектов никотина. Необходимо отметить, что в тех исследованиях in vivo на мышах с ортотопически имплантированными клетками рака поджелудочной железы, подвергавшихся воздействию табачного дыма, в которых было обнаружено значительное увеличение метастазирования в различные удаленные органы по сравнению с контрольными тестами, была также обнаружена гиперэкспрессия α7 н-ХР в метастатических клетках. Из этих наблюдений можно сделать вывод о том, что никотинзависимой миграцией клеток рака поджелудочной железы in vitro можно управлять с помощью воздействия на α7 н-ХР.

Про-метастатическое влияние никотина на раковые клетки может быть основано на его способности вызывать эпителиально-мезенхимальный переход (EMT — механизм, с помощью которого клетки могут утратить свои эпителиальные свойства и приобрести некоторые свойства мезенхимальных клеток, способствующие миграции) и стимулировать миграцию и инфильтрацию опухолевых клеток. Никотин вызывает изменения экспрессии генов, связанных с EMT в человеческих раковых клетках различных линий, например, происходит снижение количества E-кадгерина и плотных контактов 1 типа (zona occludens 1 — ZO1), которые являются маркерами эпителиальных клеток, и соответствующее увеличение количества мезенхимальных протеинов виментина и фибронектина. In vitro никотин усиливал миграцию клеток рака толстой кишки линий DLD-1 и SW480, при это выраженность эффекта зависела от дозы никотина. В целом, про-инвазивное виляние никотина на раковые клетки согласуется с его достоверно установленной способностью стимулировать миграцию клеток и стадию эпителиализации при заживлении ран. Все эти данные позволяют предложить модель, объясняющую участие н-ХР в метастазировании.

Процесс миграции клетки начинается с ее отсоединения от соседних клеток (скеттеринга), после которого происходит направленная (хемотаксис) или случайная миграция. В экспериментах на эпидермальных кератиноцитах было показано, что физиологический контроль над определенными фазами клеточной миграции осуществляется в основном посредством специфических подтипов н-ХР. Сигнализация от α9-содержащих н-ХР жизненно необходима для инициации клеточной миграции. Стимуляция α9-содержащих н-ХР стимулирует фосфорилирование белков фокальной адгезии: паксиллина и киназы фокальных контактов, — а также фосфорилирование белков межклеточных контактов: β-катенина и десмоглеина-3. В результате этих процессов разрушаются структуры, соединяющие клетки между собой. В то же время ингибирование α9 н-ХР подавляет фосфорилирование белков адгезии и цитоскелета и препятствует скеттерингу колонии. В исследованиях миграции клеток in vitro было обнаружено, что стимуляция α9 н-ХР связана с активацией PLC, SRC, EGFR, PKC, RAC и RHO, в то время как ингибирование этих рецепторов приводило к подавлению фосфорилирования белков адгезии и цитоскелета. В свою очередь, α7 н-ХР направляют хемотаксис клетки по градиенту концентрации своего агониста, будь то АХ или никотин; этот процесс связан с гиперэкспрессией α2-интегрина. В составе активирующегося при α7-зависимом хемотаксисе сигнального пути находятся следующие звенья: внутриклеточный кальций, CaMKII, классические изоформы PKC, PI3K, RAC и CDC42. α3β2-содержащие н-ХР управляют случайной клеточной миграцией посредством PKCδ- и RHOA-зависимых сигнальных каскадов.

Способствующая развитию опухоли среда

Ангиогенез (неоваскуляризация).

Появились веские доказательства того, что воздействие никотина инициирует патологический ангиогенез и способствует, тем самым, выживанию и распространению опухоли. В исследованиях, проведенных на мышиной модели карциномы легкого Льюиса (LLC) и на мышах с ксенотрансплантатами клеток рака толстой кишки было обнаружено, что никотин способствовал росту опухоли в связи с усилением ее васкуляризации. Более того, MG624 — антагонист α7 н-ХР — ингибировал ангиогенез в мелкоклеточной опухоли легкого человека в двух исследованиях in vivo, в одном из которых в качестве модели использовалась хориоаллантоисная мембрана куриного эмбриона, а в другом — голая мышь. В исследовании на хориоаллантоисной мембране воздействие никотина вызвало формирование трубок сосудов эндотелиальными клетками. Этот эффект блокировался при введении ингибиторов ERK1 и ERK2 и антител к αVβ3-интегрину. Все эти наблюдения указывают на то, что никотин способствует пролиферации и миграции эндотелиальных клеток, имитируя, таким образом, эффекты традиционных ангиогенных факторов роста (например, VEGF). Блокада аутокринных или паракринных никотинергческих сигнальных путей предположительно может быть использована для остановки избыточного ангиогенеза в опухолях.

Ремоделирование стромы тканей.

Никотин может играть определенную роль в создании благоприятной среды для развития опухоли, так как он способствует реорганизации и/или деградации межклеточного матрикса и секреции белков, составляющих этот матрикс. Фибробласты являются основным клеточным компонентом соединительной ткани и, судя по всему, основной мишенью никотина. Никотин способствует возникновению про-опухолевой среды в основном благодаря его влиянию на фибробласты. Фибробласты, обработанные табаком, выделяют факторы, которые увеличивают пролиферацию и инфильтрацию обессмерченных (но еще не злокачественных) эпителиальных клеток. Эти эффекты могут быть частично опосредованы активацией фибробластных н-ХР никотином или его метаболитами. Эти выводы были сделаны на основании того наблюдения, что воздействие мекамиламина — антагонист н-ХР — устранило никотинзависимое увеличение экспрессии металлопротеиназы 1 и белков дермального матрикса: коллагена типа Iα1 и эластина, — в фибробластах. Обобщив результаты экспериментов, в которых клетки подвергались воздействию как цельного табака, так и чистого никотина, можно предположить, что никотин не только инициирует про-опухолевые изменения в эпителиальных клетках, но и способствует росту и инфильтрации мутировавших клеток, создавая благоприятную для роста опухоли среду.

Защита раковых клеток от иммунного контроля.

Воздействие никотина дает раковым клеткам возможность избежать наблюдения со стороны иммунной системы, которая в норме предотвращает развитие рака, уничтожая трансформированные клетки. Существуют различные механизмы, благодаря которым никотин способен подавлять противоопухолевый иммунитет. Сообщают, что никотин неблагоприятно воздействует на дендритные клетки, которые играют важную роль в осуществлении противоопухолевого иммунитета. Это эффект позволяет ослабить ответ реципиента на чужеродный объект при пересадке. Общее иммуноподавляющее действие никотина проявляющееся в виде снижения продукции IL-2 было продемонстрировано в эксперименте на человеческих митоген-стимулированных мононуклеарных клетках периферической крови (PBMC). Воздействие никотина также увеличивает количество Treg лимфоцитов, уменьшает количество TH 17 лимфоцитов и подавляет синтез IL-17 у мышей; эти изменения могут повлиять на эффективность противоопухолевого иммунитета. Однако наиболее важным эффектом никотина является снижение цитотоксической активности NK-лимфоцитов — эффекторов врожденного иммунитета, которые напрямую осуществляют противоопухолевый иммунитет. Например, введение никотина в смешанную культуру NK-лимфоцитов и клеток лимфомы линии Yac-1 подавило NK-зависимый лизис раковых клеток. При этом ингибирующий эффект никотина не проявляется при дефиците β2-содержащих н-ХР.

Изображение: журнал Nature

Изображение: журнал Nature

 

Рисунок 2 Предполагаемые схемы, объясняющие некоторые механизмы, посредством которых реализуется канцерогенное влияние никотина
a | Синергия определенных канцерогенных сигнальных путей, активируемых никотином. Никотин осуществляет комбинированное и синергетическое про-опухолевое и анти-апоптотическое действие посредством н-ХР, расположенных на мембранах клеток и митохондрий соответственно. Кроме того, увеличение концентрации АФК при воздействии никотина осуществляет генотоксичные эффекты.

b | Основные нисходящие сигнальные пути от наиболее часто встречающихся подтипов н-ХР, которые могут опосредовать патологические эффекты никотина. Несмотря на то, что состав и последовательность компонентов в этих сигнальных каскадах были открыты в ходе сугубо механистических исследований на человеческих кератиноцитах, те же самые сигнальные пути участвуют в формировании опухолей, связанных с употреблением табака или никотина.CaMKII — Ca2+/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II; EGFR — рецептор эпидермального фактора роста; JAK2 — Янус-киназа 2; mPTP- митохондриальные мегапоры (поры, обуславливающие изменение проницаемости митохондриальной мембраны); NF-κB — ядерный фактор-κB; PKC — протеинкиназа C ; PLC — фосфолипаза C; ROCK — RHO-зависимая протеинкиназа; STAT — преобразователь сигналов и активатор транскрипции.

Вывод

Никотин может играть определенную роль в возникновении и развитии раковых опухолей благодаря различным эффектам. Это вещество генотоксично, способствует выживанию, росту, метастазированию раковых клеток, обеспечивает их устойчивость к химио- и радиотерапии, и, кроме того, создает про-опухолевую среду, которая может облегчить развитие опухолей, индуцированных другими факторами. Множественные механизмы, обеспечивающие канцерогенность никотина, могут быть связаны как с его рецептор-опосредованным так и с нерецепторным воздействием. Способствующие развитию опухолей эффекты, судя по всему, опосредованы н-ХР на мембранах клетки и митохондрий, тогда как генотоксичность возникает из-за увеличения концентрации активных форм кислорода (АФК) (рис. 2a). Рецептор-опосредованные эффекты никотина проявляются при синергетическом взаимодействии ионных и не-ионных сигнальных процессов (рис. 2b). Генотоксичные эффекты никотина синергетически взаимодействуют с эффектами других табачных канцерогенов. Определенные гормоны и факторы роста также взаимодействуют с никотином, что приводит к проявлению других проопухолевых эффектов. В будущих исследованиях необходимо обратить внимание на относительный вклад разных мутагенных и проопухолевых никотинзависимых сигнальных путей в развитие разных типов рака. н-ХР могут стать потенциальной мишенью в терапии раковых опухолей, так как такая терапия может восстановить физиологические функции и запустить процессы апоптоза в злокачественных клетках. Определение активируемых у конкретного ракового больного никотинергических путей может быть полезно в клинике, так как станет возможным использовать фармакологические ингибиторы сигнальных путей, характерных для конкретного пациента. Подавление экспрессии субъединиц н-ХР и воздействие антагонистов н-ХР подавляют канцерогенез in vitro и in vivo, что является одним из оснований для использования ингибиторов никотинергической сигнализации в лечении рака. Таким образом, исследователи уверены, что н-ХР могут стать мишенью лекарств нового поколения, нацеленных на предотвращение и лечение опухолей. На самом деле важность исследований канцерогенности никотина не ограничивается только их практической применимостью к вопросу лечения и предотвращения опухолей, связанных с употреблением табака, так как н-ХР активируются, в том числе, аутокринным и паракринным АХ, и, таким образом, регулируют хрупкое равновесие между процессами пролиферации и гибели клеток, которое отделяет нормальное состояние от неоплазии. Фармакологическая модуляция активности н-ХР может влиять как на качественный и количественный состав потока ионов, возникающего при открытии канала, так и на активацию различных киназ или сигнальных путей.

Люди, несущие определенные подтипы н-ХР, более подвержены риску развития раковых опухолей. Разные подтипы н-ХР могут оказывать противоположное влияние на рост клеток и устойчивость к злокачественной трансформации (вставка 3). Определенные ОНП в генах н-ХР могут изменять реакцию индивида на никотин. Мутантные рецепторы постоянно стимулируются физиологическими концентрациями аутокринно или паракринно секретируемого АХ, но никотин и другие химические вещества, в том числе табачный канцероген NNK, могут увеличивать сигнализацию от этих рецепторов, способствуя, таким образом, неопластической трансформации клеток. Таким образом, воздействие никотина может стать одним из факторов, увеличивающих риск выживания и распространения перерожденных клеток. Здоровым людям, несущим определенные ОНП в генах н-ХР, следует избегать воздействия никотинсодержащих продуктов, то же самое можно сказать и о людях, проходящих курс химио- и радиотерапии, а также уже излечившихся от рака. Определение специфических механизмов, посредством которых определенные генетические варианты н-ХР изменяют предрасположенность к развитию рака, позволит применять персонализированный подход к профилактике рака.

Вставка 3 Генетическая предрасположенность к проведению абберантной сигнализации через н-ХР
Хотя курение ассоциировано с развитие карциномы легкого во всей популяции, было показано, что наличие ОНП в н-ХР увеличивает риск развития рака легкого с учетом статуса курения. Классические исследования, основанные на полногеномном анализе ассоциаций (ПГАА), показали, что наличие ОНП в генном кластере CHRNA5–CHRNA3–CHRNB4, находящемся в локусе 15q25 15 хромосомы (гены этого кластера кодируют субъединицы α5, α3 и β4 н-ХР) связано с развитием никотиновой зависимости и рака легких. Основным недостатком этих исследований оказалось то, что они были изначально направлены на поиск ОНП, ассоциированных с никотиновой зависимостью, и усилия исследователей были направлены на поиск именно такой связи, так как предполагалось, что тяжесть никотиновой зависимости должна коррелировать с увеличением вероятности развития рака. Позже, однако, было продемонстрировано, что наличие ОНП в генах н-ХР связано с раком легких независимо от статуса курения. Более того, наличие ОНП в CHRNA3 оказалось связано не только с увеличением риска развития опухоли, но и с худшим прогнозом и большим размером опухоли, в особенности у курильщиков. Однако, были обнаружены определенные варианты строения генов CHRNA5 в локусе 15q25, CHRNB3 и CHRNA6 в локусе 8p11 (кодируют α5, β3 и β6, соответственно), которые, в зависимости от пола и расы исследуемого, проявляли отрицательную связь с развитием рака легкого. Для различных ОНП в гене CHRNA9 в исследовании случай-контроль были обнаружены как положительная, так и отрицательная связи с развитием рака легкого. Несмотря на то, что вариант N442 α9 снижал трансформацию клеток бронхов и оказался отрицательно связан с риском развития рака легкого, вариант S442 α9 способствовал клеточной трансформации и был ассоциирован с увеличенным риском развития рака легкого. Структурные различия между вариантами N442 и S442 субъединицы α9 могут влиять на способность α9-содержащих н-ХР связываться с лигандами и изменять ответ клеток на стимуляцию этих рецепторов. Таким образом, стало очевидно, что некоторые подтипы н-ХР (в частности, N442 α9 н-ХР и, возможно, α5‑содержащие н-ХР) могут действовать как противоопухолевые, в то время как другие подтипы (в частности, S442 α9 н-ХР и, возможно, α7 н-ХР), напротив, могут действовать как про-опухолевые. В то же время, конкретные молекулярные механизмы, благодаря которым некоторые генетические варианты н-ХР влияют на подверженность индивидов развитию раковых опухолей, еще предстоит определить.

Необходимо учитывать новые научные данные о механизмах канцерогенного влияния никотина при разработке правил, регулирующих производство, распространение и рекламу изделий, содержащих никотин. В будущих исследованиях необходимо обратить внимание на возможную зависимость канцерогенности никотина от дозы, времени воздействия и от способа введения (будь то чрезкожное введение с помощью кожного пластыря, ингаляция, оральное введение или введение с помощью клизмы). Необходимо разработать чувствительные тесты для определения мутагенной и про-опухолевой активности никотина in vitro и in vivo для разработки стандартов оценки канцерогенности никотина в составе различных изделий.

Оригинал статьи

Перевод: Михаил Гусев

About The Author
editor