Химиотерапия может повышать количество соматических мутаций в клетках крови

Химиотерапия остается одним из основных подходов к лечению злокачественных опухолей. Химиотерапевтические препараты (алкилирующие агенты, соединения платины, антиметаболиты, ингибиторы топоизомеразы, алкалоиды барвинка, цитотоксические антибиотики), повреждают ДНК в раковых клетках, что приводит к их гибели. В течение жизни у каждого второго человека развивается рак, и примерно 30% людей с онкозаболеваниями в какой-то момент подвергаются химиотерапии. При этом отдаленное влияние химиотерапевтических средств на нормальные ткани, особенно на клетки крови, изучено недостаточно.

Ранее было показано, что некоторые схемы химиотерапии могут увеличивать риск вторичных онкозаболеваний и повреждений органов. Есть данные, согласно которым в нормальных клетках после химиотерапии появляются дополнительные соматические мутации, а также изменяется клональная структура популяций клеток крови. В том числе возрастает частота клонального гемопоэза (явление, когда значительная часть клеток крови происходит от сравнительно небольшого количества клеток-предшественников), причем преимущество получают клоны с драйверными мутациями в генах ответа на повреждение ДНК (PPM1D, TP53, CHEK2). Исследователи из Великобритании и США изучили, как химиотерапия влияет на мутационный профиль и структуру клеточных популяций крови у людей, чтобы понять долгосрочные последствия такого лечения для нормальных тканей. Статья опубликована в Nature Genetics.

Исследовательская группа Mutographs из Института Сенгера, Кембриджского университета, Кембриджской университетской больницы и их коллеги выбрали объектом изучения кровь из-за простоты забора анализов и удобства работы с клетками. Кроме того, в норме количество мутаций в клетках крови очень постоянно, поэтому влияние химиотерапии легко увидеть.

Авторы проанализировали образцы крови 23 пациентов в возрасте от 3 до 80 лет, которым были назначены разные схемы лечения гематоонкологических (включая лимфомы и лейкемии) и солидных опухолей (колоректальный рак, нейробластома, рак легкого). В общей сложности они получали 21 препарат. В контрольную группу входили 9 здоровых людей без истории химиотерапии.

Прежде всего, авторы провели полногеномное секвенирование ДНК 189 колоний гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток (HSPC), полученных из отдельных клеток крови. Для шести пациентов, получавших химиотерапию, секвенировали большее число колоний, чем для остальных (от 41 до 259 на каждого, со средней глубиной покрытия 15х), построили филогенетические деревья клонов и сравнили их с филогениями аналогичного размера у пяти здоровых людей, чтобы оценить влияние химиотерапии на клональную структуру клеток. Кроме того, для субпопуляций зрелых клеток крови (B-клеток, T-клеток памяти и наивных Т-клеток, моноцитов), полученных от 18 человек после терапии и трех здоровых лиц, провели дуплексное полногеномное секвенирование (секвенирование обеих нитей ДНК, которое существенно повышает точность и позволяет идентифицировать мутации даже в поликлональных популяциях клеток).

У большинства пациентов после химиотерапии накопление соматических мутаций в клетках крови значительно превышало ожидаемые значения для их возраста. Были выявлены характерные мутационные сигнатуры, специфичные для отдельных классов химиопрепаратов. Например, алкилирующие агенты (прокарбазин, хлорамбуцил, бендамустин, мелфалан) и препараты платины (карбоплатин, цисплатин) оставляли отчетливый «мутационный след», сопровождающийся существенным приростом мутаций. Интересно, что препараты платины сильно различались по этому показателю: карбоплатин и цисплатин вызывали большое количество мутаций, тогда как оксалиплатин практически не увеличивал мутационную нагрузку.

Степень мутагенеза также варьировала в зависимости от типа клеток крови. Например, мутации, вызванные 5-фторурацилом (или его предшественником капецитабином), практически не выявлялись в HSPC и моноцитах, но преобладали в В- и Т-лимфоцитах. Прокарбазин, напротив, равномерно влиял на все типы клеток.

Филогенетический анализ показал, что у пациентов, получавших химиотерапию в детстве, уже в среднем возрасте (40–50 лет) наблюдается картина, характерная для кроветворной системы пожилых людей: множественные независимые клональные экспансии клеток с мутациями в ключевых генах ответа на повреждение ДНК, таких как PPM1D и TP53. В норме такие клоны начинают доминировать только после 70 лет.

Таким образом, химиотерапия увеличивает количество мутаций и изменяет клональную структуру нормальных клеток крови, ускоряя процессы, аналогичные естественному старению. Мутагенный потенциал препаратов значительно различается даже внутри одного класса, и это важно учитывать при выборе схемы лечения. Так, химиотерапия у детей может увеличить риск вторичного рака в старшем возрасте. Авторы подчеркивают необходимость разработки стратегий, направленных на снижение долгосрочного вреда от химиотерапии, а также дальнейшего изучения молекулярных механизмов ее действия на нормальные ткани.

В Nature Genetics опубликована еще одна статья о влиянии химиотерапии на клональную эволюцию HSPC, авторы которой пришли к аналогичным выводам.

Клональный гемопоэз ассоциирован с первичным, но не повторным инфарктом миокарда