Субстрат транспортера аминокислот с радиоактивной меткой улучшит диагностику рака легких

При немелкоклеточном раке легких часто встречаются мутации в генах сигнального пути NRF2-KEAP1, связанные с устойчивостью опухоли к лечению. Способов неинвазивно и прижизненно выявлять активацию NRF2 пока не существует, однако ученые из США и Великобритании продемонстрировали, что позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) с (S)-4-(3-[¹⁸F]-фторпропил)-ʟ-глутаматом, или [¹⁸F]FSPG, позволяет ее обнаруживать в мышиной модели рака. Кроме того, на когорте пациентов исследователи определили транскриптомную сигнатуру, ассоциированную с NRF2 — по ней можно отбирать пациентов, которых следует в первую очередь отправлять на ПЭТ-исследование.

Ген глутамат/цистинового антипортера SLC7A11 регулируется NRF2. Раковые клетки используют его на накопления глутатиона (GSH) и защиты от окислительного стресса. Ученые проверили, какую роль активация NRF2 играет в функционировании этой транспортерной системы и накопления в клетках ее субстрата [¹⁸F]FSPG. В клеточной культуре с повышенным уровнем NRF2 активнее экспрессировался и работал антипортер — в клетках накапливался цистин, а концентрация глутамата снижалась по сравнению с нормальной. Радиоактивная метка [¹⁸F]FSPG также накапливалась клетками — за час инкубации они поглотили ее в 2,6 раз больше, чем контрольная культура.

Чтобы точнее установить связь между активностью NRF2 и накоплением [¹⁸F]FSPG, авторы обработали клетки с низким уровнем NRF2 соединением KI696. Это высокоспецифичный ингибитор KEAP1 — связываясь с этим белком, он нарушает KEAP1-зависимую протеасомную деградацию NRF2 и увеличивает уровень последнего. За счет этого в клетке усиливается транскрипция генов-мишеней NRF2, к которым относится и SLC7A11. И действительно, воздействие KI696 повысило удержание радиоактивной метки в клетках.

Затем применимость метода проверили на мышиной модели немелкоклеточного рака легких. Две клеточные линии — с высоким и с низким уровнем NRF2 — подсаживали в легкие мышам. ПЭТ-сканирование с радиоактивной меткой выявило ее специфичное накопление в опухолях, причем раковые клетки с высокой экспрессией NRF2 накапливали примерно втрое больше соединения, чем клетки с низкой экспрессией. Аналогичные результаты были получены на генномодифицированных мышах, которым искусственно активировали экспрессию Nrf2, а также на ксенографтных опухолях, полученных от пациентов.

На биоптатах опухолей пациентов исследователи также выявили транскриптомные сигнатуры, ассоциированные с повышенной экспрессией NRF2. В частности, они обнаружили корреляцию между уровнями SLC7A11, NQO1, GCLC и GCLM — этот набор авторы охарактеризовали как «антиоксидантную сигнатуру», связанную с транскрипционной программой NRF2.

Анализ площади под ROC-кривой показал, что накопление [¹⁸F]FSPG позволяет надежно различать опухоли с высокой и низкой экспрессией NRF2. Площадь под кривой во всех протестированных моделях приближалась к единице.

Исследователи предположили, что чрезмерная активация глутамат/цистинового антипортера может сделать лекарственно-устойчивые клетки уязвимыми к другим видам терапии. Они конъюгировали антитело к этому транспортеру с тезирином — противоопухолевым препаратом. Оказалось, что активация NRF2 позволяла препарату нацелиться на раковые клетки и дозозависимо их уничтожать. Полумаксимальная эффективная концентрация ( EC₅₀) составила 3,7 ± 2,4 нМ при высокой экспрессии NRF2 и 120 ± 50 нМ при низкой. Эти результаты были получены in vitro и подтвердились на мышах. У животных, которым подсадили опухоли с высокой экспрессией NRF2, пролиферация раковых клеток снизилась на 65%. Положительное иммунохимическое окрашивание на маркер пролиферации Ki67 дали 28% клеток, тогда как в контрольных опухолях — 83%.

Авторы исследования рассчитывают, что разработанный ими метод позволит быстро и неинвазивно выявлять экспрессию NRF2 в немелкоклеточном раке легких и точнее подбирать стратегию лечения.

Диагностику рака легких можно ускорить с помощью жидкостной биопсии