Химиотерапия пробуждает покоящиеся клетки опухоли

При раке молочной железы (РМЖ) химиотерапия убивает делящиеся опухолевые клетки, но некоторые клетки могут войти в состояние покоя, и тогда терапия на них не подействует. С этим связан тот факт, что 23% пролеченных пациентов с РМЖ испытывают рецидив в течение пяти лет. Рецидив возникает, когда покоящиеся клетки снова начинают делиться. Есть данные, что из состояния покоя клетки может выводить сама химиотерапия, но механизм этого явления не был изучен. В новой работе исследователи из США показали, что стандартная химиотерапия воздействует на здоровые клетки, окружающие раковые клетки, повреждая их. Они, в свою очередь, выпускают факторы, пробуждающие покоящиеся клетки опухоли и способствующие их пролиферации.

Сначала опыты проводили на органоидах, которые моделируют опухоль с ее микроокружением. В их состав входили раковые клетки молочной железы D2.0R, фибробласты и эндотелиальные клетки. Транскриптомы единичных клеток органоидов были охарактеризованы. Авторы подтвердили, что опухолевые клетки в системе находятся в состоянии покоя.

Органоиды обрабатывали физиологически релевантными концентрациями доцетаксела (химиотерапевтического препарата). Даже при самых высоких концентрациях препарата раковые клетки не погибали, при этом даже самые низкие концентрации снижали жизнеспособность стромальных клеток.

При обработке доцетакселом органоидов, но не сфероидов из одних раковых клеток, препарат пробуждал клетки, находящиеся в состоянии покоя. У этих раковых клеток увеличивалась способность к пролиферации и инвазии.

Исследователи предположили, что химиотерапия влияет на стромальные клетки, которые секретируют факторы, пробуждающие покоящиеся раковые клетки. В супернатанте органоидов были повышены уровни G-CSF, GM-CSF, IL-6, KC, MIP-2 и TNFα, а также понижен уровень VEGF. Причем эти цитокины, хемокины и факторы роста секретировались именно стромальными клетками.

Известно, что IL-6 и G-CSF обладают проопухолевыми свойствами, так что ученые сосредоточились на них. Если органоиды обрабатывать нейтрализующими антителами к этим провоспалительным медиаторам в течение двух дней, то доцетаксел не будет так сильно стимулировать пролиферацию раковых клеток. То есть IL-6 и G-CSF — важные медиаторы выхода раковых клеток из состояния покоя.

Далее авторы сравнили транскрипционные профили единичных клеток из органоидов, обработанных или не обработанных доцетакселом. Они выявили дифференциально экспрессируемые гены, причем в группе доцетаксела были выше уровни экспрессии генов, связанных с химиорезистентностью (Fth1, Hmox1), опухолеобразованием РМЖ (Lcn2), пролиферацией и инвазией (Cxcl5, Spp1). В пробуждение покоящихся клеток был вовлечен сигнальный путь MEK/ERK.

Ученые использовали также мышиную модель РМЖ, в которой раковые клетки были мечены люминесцентным красителями. Спустя 30–40 дней после введения раковых клеток они достигли состояния покоя (уровень люминесценции оставался постоянным). После этого мышам вводили одну дозу доцетаксела. Уровень люминесценции значительно вырос, что говорит о начале пролиферации опухолевых клеток. При этом в плазме мышей повышались уровни IL-6 и G-CSF, что согласуется с данными, полученными in vitro.

Проточная цитометрия показала, что менялся также иммунный ландшафт опухоли. Так, росло число иммуносупрессивных миелоидных клеток, таких как нейтрофилы и M2-макрофаги, но не моноцитов или M1-макрофагов. Также увеличилось количество регуляторных T-клеток и уменьшилось число цитотоксичных CD8+ T-клеток. Результаты, полученные с помощью анализа единичных клеток, немного отличались, но в целом подтверждали ранее полученные данные. Таким образом, доцетаксел индуцировал системную выработку IL-6 и G-CSF, что изменило микроокружение опухоли и сигнатуру иммунных генов.

Подавление экспрессии IL-6 и (или) G-CSF с помощью нейтрализующих антител за день до химиотерапии не давало опухолевым клеткам «проснуться». Тот же эффект имело воздействие на сигнальный путь MEK. Фенотип микроокружения опухоли также изменился на более иммуностимулирующий.

Таким образом, авторы идентифицировали секреторные факторы IL-6 и G-CSF как медиаторы выхода раковых клеток из состояния покоя. Все опыты были выполнены на моделях РМЖ. Ученые считают необходимыми дальнейшие исследования на других типах опухолей, а также измерения уровней цитокинов, хемокинов и факторов роста у пациентов до и после химиотерапии.

Белковая сигнатура предскажет ответ рака молочной железы на химиотерапию