Химиотерапия

Существует много вариантов интерпретации термина «химиотерапия». То, что мы называем химиотерапевтическими препаратами, представляет собой вещества, которые разрушают раковые клетки, но если быть более точным, то эти соединения разрушают клеточную пролиферацию. Это означает вмешательство в целостность и репликацию ДНК или нарушение веретена деления.

Развитие химиотерапии

Термин «химиотерапия» появился около 100 лет назад, когда немецкий врач Пауль Эрлих, который обнаружил, что химически синтезированное соединение сальварсан активно в отношении бледной трепонемы — микроорганизма, ответственного за ранее неизлечимое заболевание сифилис. Узнав об этом открытии, германский император предложил расширить концепцию химиотерапии для лечения не только инфекционных заболеваний, но и рака.

Так какой же был первый противораковый препарат? Во время мировых войн на полях сражений применялись различные виды химического оружия. Среди них особый интерес представляют азотистые иприты, которые являются алкилирующими агентами ДНК. На итальянском острове Бари произошел инцидент: взорвалось судно, загруженное азотистым ипритом, в результате чего большое количество газа было выпущено на жителей города. Это трагическое событие интересно тем, что выжившие люди впоследствии страдали от анемии. Способность костного мозга к генерации новых клеток крови была скомпрометирована. Этот класс алкилирующих агентов, как потом стало ясно, препятствует размножению лейкозных клеток. Алкилирующие агенты — одно из первых химиотерапевтических средств, используемых в лечении.

Еще один подход к химиотерапии был изобретен бостонским ученым Сидни Фарбером. Он обнаружил аминоптерин — антиметаболит фолиевой кислоты, который мешал синтезу ДНК. В экспериментальном испытании он вводил инъекции аминоптерина молодому пациенту с лейкемией, в результате ребенок вошел в ремиссию. К сожалению, ремиссия длилась недолго, болезнь вернулась, но появилось понимание, что химические препараты способны подавлять рост раковых клеток.

Модель молекулы аминоптерина

Таргетные терапии

Так началась охота за противораковыми препаратами. Но вскоре стало понятно, что этот поиск оказался сложным и довольно ненаучным предприятием. Препараты разрабатывались на основе данных испытаний их антираковой потенции, которые проводились методом проб и ошибок, а не с помощью попыток объяснить молекулярную составляющую терапии.

В конце 1990-х годов для нахождения новых противораковых агентов стал использоваться новый молекулярный подход. Таргетная терапия стала альтернативой классической химиотерапии. В этом молекулярном подходе используются соединения, которые специально направлены на определенную молекулу в раковой клетке — как правило, на белок, передающий сигнал, который служит звеном для клеточного размножения. Поиски этих методов терапии редко бывают успешными, но некоторые соединения приводят к впечатляющей ремиссии определенных подтипов рака. Например, ингибитор малых молекул Гливек (иматиниб), который препятствует активности белка Bcr-Abl, может привести к перманентной ремиссии в значительном количестве случаев хронического миелолейкоза (ХМЛ) у пациентов.

Хронический миелоидный лейкоз

Однако такие мощные соединения не были найдены для большинства других видов рака. С одной стороны, раковым клеткам часто удается избежать таргетных препаратов и развиваться независимо от таргетного фактора, используя, например, альтернативный способ передачи сигнала через киназы. Устойчивость также может быть выработана в отношении классической химиотерапии, но, так как она нацелена на целые молекулярные аппараты, устойчивость встречается гораздо реже. Следовательно, основная антираковая терапия до сих пор состоит из классической химиотерапии и пока не была заменена таргетной.

Роль гена p53

В более 50% раковых опухолей обнаружена мутация антионкогена р53. P53 зачастую называют «стражем генома», и он служит как главный регулятор, согласно которому клетка делает выбор: исправить повреждение и выжить или претерпеть апоптоз, то есть программируемую клеточную смерть. В результате было спрогнозировано, что опухолевые клетки без p53 были бы более чувствительными к классическим химиотерапевтическим средствам, так как у них бы не было важного механизма регулирования.

В конце 1990-х годов один из коллег Берта Фогельштейна по фамилии Бинц удалил p53 из коллатеральной клеточной линии HCT116. Тогда это было большим научным достижением. После они сравнили клеточные линии с присутствием p53 и без него, проверяя, как они будут реагировать на различные классы классических химиотерапевтических препаратов. Они ожидали, что клеточные линии без р53 будут гораздо более чувствительны к химиотерапевтическим средствам, так как у них нет главного регулятора. Однако результаты были несколько разочаровывающими: различные классы химиотерапевтических препаратов имели разное воздействие на клетки с p53 и без него.

Кристаллическая структура четырех p53 ДНК-связывающих доменов

Чем это объясняется? Ответ на этот вопрос лежит в многообразии эффектов активации р53. P53 способен остановить клеточный цикл путем активации фактора транскрипции р21, регулирующего последующие звенья сигнальных каскадов. И остановленный клеточный цикл — это довольно благоприятное местонахождение для клетки, если она была поражена большой дозой химиотерапевтического агента. Дальше процесс может развиваться в двух направлениях: либо клетка решает исправить поражение и перезапускает клеточный цикл, либо она подвергается апоптозу. Таким образом, то, является р53 полезным или токсичным для клеточного цикла, зависит от стадии клеточного цикла и класса химиотерапии. Поэтому сейчас p53 не играет большой роли в прогнозировании клинических методов лечения рака.

Лечение через активацию p53

Статус p53 раковых клеток является наиболее распространенной определяющей характеристикой: лишь половина всех видов рака имеет мутации p53, что делает эти клетки отличными от здоровых клеток пациента. Как мы могли бы использовать эту разницу? Одна из идей заключается в фармакологической активации p53 и попытке защитить здоровые клетки от химиотерапевтических препаратов, действующих в фазах чувствительных клеток, таких как репликация ДНК и деление клеток. Это интересный подход, так как у пациентов, получающих классическое химиотерапевтическое лечение, часто возникают побочные эффекты: анемия, заболевания желудочно-кишечного тракта, выпадение волос. Все это связано с повреждением стволовых клеток в тканях. Преимущества защитных методов очевидны: побочные эффекты химиотерапии не только ограничивают дозировку лекарств, но и создают физиологические и психологические проблемы и даже становятся опасными для жизни.

Так есть ли способ активировать p53 фармакологическим путем? Оказалось, что маленький ингибитор нутлин стабилизирует p53 негенотоксичным путем. Она делает его устойчивым к его антагонисту и негативному регулятору MDM2. Испытания in vitroклеточных линий показывают обнадеживающие результаты, и лечение с помощью нутлина останавливает клеточный цикл и защищает клетки от репликативных и митотических токсичных препаратов. В экспериментах на животных, однако, нутлин стимулирует анемию, от которой призван защищать.

Каким-то образом ингибитор вызывает апоптоз, а не остановку клеточного цикла в популяции стволовых клеток крови. Одним из способов улучшения ситуации может быть ингибирование апоптоза с помощью определенных соединений малых молекул. Такой подход актуален и вызывает научный интерес, так как различные аутовоспалительные, нейродегенеративные заболевания, а также заболевания печени вызывают апоптоз во время их патогенеза. При лучшем понимании молекулярной биологии действия нутлина p53 может стать защитным агентом в комбинированной терапии классических химиотерапевтических средств и таргетной терапии.

Химиотерапия и ДНК

Чрезвычайно важная макромолекула, которая является мишенью многих классов классической химиотерапии, содержит наш генетический код — ДНК. Таким образом, содержание и ремонт ДНК являются важными составляющими способности клетки к выживанию. Они также представляют собой интересную область для развития противораковых методов лечения. Биохимически повреждение ДНК проявляется в виде химической модификации оснований, таких как алкилирование и одиночные и двойные разрывы ДНК. Эти изменения ДНК приводят к активации различных белков, реагирующих на повреждения ДНК.

Первоначально было выявлено лишь несколько факторов: киназы ATM, ATR, Chk1 и Chk2. На протяжении многих лет были выявлены факторы, регулирующие последующие звенья сигнальных каскадов. Их достаточно много, каждый из них состоит из различных видов белков. Они включают в себя главным образом киназы, но также и другие белки, такие как убиквитинлигазы, одним из которых является известный BRCA1 (рак молочной железы 1) — фактор, связанный с раком молочной железы и яичников. BRCA1 стал важным прогностическим маркером как для классической химиотерапии, так и для таргетной. Это означает, что его наличие или отсутствие оказывает сильное влияние на решение врача, касающееся терапии. Тем не менее BRCA1 является исключительным случаем среди факторов повреждения ДНК: только он имеет прогностическое влияние на клинические решения.

Поначалу исследователи рака мечтали об измерении уровней факторов повреждения ДНК и проектирования таргетной терапии в соответствии с результатами, однако этот подход оказался в значительной степени неудачным. С другой стороны, тестируется новый подход, в частности ингибирование реакции повреждения ДНК путем ингибирования повреждения ДНК киназ ATM, Chk1 и Wee1 с использованием специфических ингибиторов малых молекул против них. В клеточных линиях in vitro, так же как на моделях с животными, было выявлено, что слабый ответ на повреждение ДНК может усилить повреждение, причиненное классическими химиотерапевтическими препаратами. В 2016 году этот подход вступил в начальную стадию клинических испытаний.

Будущее химиотерапии

Классическая химиотерапия не способна излечить все виды рака, но в некоторых случаях, особенно в случае раковых заболеваний у детей, она способна продлить жизнь или даже вылечить болезнь. Поиск эффективных противораковых соединений был медленным, но устойчивым. В такой сложной и многогранной области, как лечение рака, желательны даже просто устойчивые улучшения, даже если процесс слишком медленный, чтобы оправдать высокие ожидания. Эти устойчивые улучшения должны побудить нас продолжать вкладывать все больше и больше усилий в исследования, чтобы получить улучшения в сфере лечения онкологических больных.