Глиобластома разрушает кости черепа и меняет состав его костного мозга

Костный мозг костей черепа (ЧКМ) активно участвует в иммунном ответе на процессы, происходящие в головном мозге — инсульт, энцефаломиелит, последствия травмы. Моноциты и нейтрофилы из ЧКМ в этих случаях поступают в головной мозг через васкуляризованные костные каналы диаметром около 100 мкм, соединяющие кости черепа и твердую мозговую оболочку. Еще один фактор, который может влиять на ЧКМ, — это злокачественные опухоли головного мозга, в частности, глиобластома. Известно, что эта опухоль может оказывать иммуносупрессивное действие и влиять на тимус, селезенку и костный мозг трубчатых костей (ТКМ), однако ее влияние на близлежащие кости до недавнего времени не было изучено.

Авторы статьи в Nature Neuroscience проанализировали ЧКМ и ТКМ здоровых мышей и мышей с глиобластомами двух линий: SB28 (опухоли с мезенхимальными чертами) и GL261 (опухоли со смешанным профилем экспрессии генов — мезенхимальным и пронейральным). Используя микрокомпьютерную томографию высокого разрешения (микроКТ), они выявили, что при обоих типах опухоли происходила резорбция кости, уменьшение ее плотности и толщины. Особенно сильно эти изменения были выражены в зонах костных швов, где обычно происходит формирование новой кости, — по сути, под действием опухоли швы возвращались к полуподвижному состоянию, свойственному новорожденным. Кроме того, ученые наблюдали увеличение числа и расширение каналов, соединяющих ЧКМ с мозговыми оболочками. При этом другие повреждения ЦНС (например, инсульт) и вживленные подкожно клетки глиобластомы не вызывали такого эффекта.

Аналогичный процесс авторы выявили и у человека: проанализировав КТ головы пациентов с глиобластомой и с иными патологиями (эпилепсией, травмами, инсультами), они обнаружили уменьшение толщины костей черепа, особенно вблизи швов, причем оно не зависело от расположения и размера опухолей.
Авторы также обнаружили связанные с глиобластомой изменения в популяциях иммунных клеток. Используя секвенирование РНК единичных клеток (scRNA-seq), они выявили изменение соотношения между миелоидными и лимфоидными клетками. В ЧКМ отмечался сдвиг в сторону миелоидных клеток — их доля повышалась с 41% до 72–90% (в зависимости от опухолевой линии). Значительный вклад в это вносили нейтрофилы, доля которых при глиобластоме почти удваивалась по сравнению с ЧКМ здоровых мышей. В то же время в ЧКМ резко снижалось количество В-клеток, — в некоторых случаях почти на 90%, причем снижение затрагивало практически все стадии их созревания. Изменялось и содержание T-лимфоцитов — в ЧКМ при глиобластоме повышалось количество T-киллеров, T-хелперов, регуляторных T-лимфоцитов и естественных киллеров (NK-клеток), кроме того, возрастала их пролиферативная активность и выработка цитотоксических молекул. В то же время усиливалась экспрессия PD-1 и FoxP3, что указывает на формирование истощенного или регуляторного микроокружения, подавляющего иммунный ответ.

Изменения в ТКМ под действием глиобластомы несколько отличались от изменений в ЧКМ. Здесь также значительно (с 67% до 82%–91%) увеличивалась доля миелоидных клеток, а доля лимфоидных клеток снижалась с 33 % до 4–11 %, что затрагивало в том числе B-лимфоциты. Кроме того, уменьшалось содержание цитотоксических лимфоцитов и, как и в ЧКМ, наблюдались признаки истощения.

Анализ сигнальных путей показал, что в ЧКМ мышей с глиобластомой усиливалось привлечение моноцитов, макрофагов и нейтрофилов, а также активация T-лимфоцитов и NK-клеток. В ТКМ, напротив, происходило подавление сигнальных путей, связанных с интерферонами II типа (IFN-γ) и ответом на IL-1, снижение привлечения моноцитов и пролиферации B-лимфоцитов. Таким образом, иммунные клетки в костях черепа получают преимущественно стимулирующие сигналы, а клетки в длинных трубчатых костях — ингибирующие, которые ослабляют клеточную миграцию и активацию лимфоцитов. Полученные результаты указывают на недостаток более ранних работ, касавшихся влияния глиобластомы на костный мозг только в бедренной и большеберцовой костях. Кроме того, ученые пришли к выводу, что опухоли мезенхимального подтипа (линия SB28) сильнее смещают баланс иммунных клеток в ЧКМ и в ТКМ, чем опухоли смешанного профиля (GL261).

Экспрессировав в остеокластах мышей флуоресцентный белок tdTomato, ученые отследили изменения в плотности и распределении этих клеток в костях черепа при глиобластоме. Чтобы оценить влияние остеокластов на рост опухоли, они ингибировали их активность препаратами для лечения остеопороза, — золедроновой кислоты и антитела против RANKL (белка, участвующего в активации остеокластов). Это ослабляло резорбцию костей, однако при введении золедроновой кислоты рост опухоли линии SB28 ускорялся. Кроме того, сочетание этих препаратов с ингибиторами иммунных контрольных точек (анти-PD-1 и анти-PD-L1) нивелировало преимущества моноиммунотерапии. Применение золедроновой кислоты и блокаторов RANKL усиливало инфильтрацию опухоли нейтрофилами, экспрессирующими PD-L1 и Tim3 — молекулы, подавляющие противоопухолевую активность T-лимфоцитов. Полученные данные объясняют неблагоприятные результаты клинического исследования Zometa, в котором изучалось применение золедроновой кислоты для профилактики остеопороза у пациентов со злокачественными глиомами. Это исследование было досрочно прекращено в связи с аномально высокой частотой прогрессии опухолей.

Хотя роль ЧКМ в иммунном ответе на опухоли головного мозга еще предстоит уточнить, полученные данные уже важны для клинической практики — по всей видимости, препараты золедроновой кислоты могут ухудшать течение заболевания у пациентов с глиобластомой мезенхимального подтипа.

Цитотоксические T-клетки в костном мозге черепа подавляют развитие глиобластомы на раннем этапе