В осуществлении эндокринной регуляции предстательной железы определенная роль отводится простагландинам и таким гормонам, как пролактин и гормон роста. Другим важным аспектом регуляции роста рака железы являются особенности стромально-эпителиального взаимодействия в простате взрослых мужчин.
Долгое время полагали, что андрогены оказывают непосредственное воздействие на эпителиальные клетки простаты. Однако оказалось, что их влияние в известной степени косвенное, паракринное, промежуточным звеном которого служат трофические факторы, освобождаемые из стромы.
Данные, полученные в последнее десятилетие, убеждают, что приобретение самодостаточности реакций эпителиальных клеток на андрогены может стать ключевым событием в переходе от нормального к раковому росту (S.M.Galbraith, G.M.Duchesne, 1997).
Понятие функциональной значимости стромы нельзя рассматривать изолированно, поскольку она является составной частью реактивной стромы (J.A.Tuxhorn et al., 2001). Последняя представляет комплексную структуру, складывающуюся из стромальных клеток, экстрацеллюлярного матрикса, факторов роста, регуляторных молекул и конвертирующих ферментов. Сосуды, нервы и иммунные клетки являются также интегральными частями реактивной стромы (рис. 18).
Такой комплексный набор функционирует координированно с целью регулирования функций клеток и поддерживает прежде всего тканевой гомеостаз. В настоящее время специалистами однозначно признается, что опорная ткань и микросреда наряду с генетическими явлениями играют первостепенную регуляторную роль в раковых клетках.
Рис. 18. Схематическое изображение взаимоотношений эпителиальных клеток: а) в нормальной предстательной железе с окружающей стромой; б) реактивная строма в условиях очагов рака предстательной железы (по J.A.Tuxhorn et al., 2001)
Существует убедительное доказательство того, что опухолевая строма значительно отличается от стромы в нормальной ткани. В ответ на опухолевый рост возникает новое стромальное микроокружение, в котором происходят рост рака и его прогрессия. Фибробласты и гладкие мышечные клетки — основные типы стромальных клеток в предстательной железе. Главная их функция состоит в синтезе структурных и регуляторных компонентов экстрацеллюлярного матрикса.
Экстрацеллюлярный матрикс представляет собой сплетение фибриллярных протеинов, адгезивных гликопротеинов и протеогликанов (Т. Kreis, R.Vale, 1999). Более того, это источник активных и латентных факторов роста (J.Taipale, J.Keski-Oja, 1997).
Коллаген и эластические нити обеспечивают силу и гибкость ткани, они же служат субстратом для клеточного сцепления и миграции посредством адгезивных гликопротеинов — фибронектина и ламинина. Протеогликаны регулируют экстрацеллюлярный матрикс, его структуру и проницаемость. Они также объединяют и модулируют активность факторов роста, протеаз и их ингибиторов.
Вместе стромальные клетки и экстрацеллюлярный матрикс образуют микроокружение, которое регулирует рост и функциональную дифференцировку соседних клеток. Активация рецепторов факторов роста и процессов внутри экстрацеллюлярного матрикса благодаря интегративной функции инициирует внутриклеточный сигнальный каскад, который контролирует жизнедеятельность, пролиферацию и дифференцировку клетки. Исследования C.Streuli (1999) показали, что стромальная регуляция клеточной жизнедеятельности происходит благодаря мобилизации факторов роста, связанных с экстрацелюллярным матриксом и модуляцией прямых клеточно-эктрацеллюлярных матриксных взаимосвязей.
При раке предстательной железы стромально-клеточный тип характеризуется присутствием миофибробластов, и они образуются из фибробластов, расположенных рядом с раковыми клетками.
Изменяются в окружающем опухолевые клетки матриксе и коллагеновые нити. Матриксные металлопротеиназы относятся к протеазам, которые влияют на метаболизм различных компонентов экстрацеллюлярного матрикса (коллаген, эластин, желатин). Они большей частью участвуют в физиологических, а также деструктивных процессах. Повышение и изменение экспрессии наблюдается при различных опухолях. Протеолитическое разрушение базальной мембраны — важнейший шаг в процессе опухолевой инвазии. При повышении инвазивности и начавшегося метастазирования обнаруживается высокая концентрация мсталлопротеиназ. Однако не все их изменения происходит одновременно.
Каталитическая активность металлопротеиназ контролируется тремя механизмами:
Другим важным компонентом экстрацеллюлярного матрикса является фибронектин — высокомолекулярный гликопротеин, способствующий клеточной адгезии (прилипанию) и миграции. При раке простаты уровень фибронектина увеличивается в сравнении с нормальной тканью и гиперплазией предстательной железы. Такую же тенденцию имеют и макрофаги, являющиеся еще одним важным компонентом реактивной среды при раке предстательной железы.
Обобщая результаты ряда исследований, можно констатировать, что рак предстательной железы сопровождается индукцией реактивной стромы и характеризуется стромальными клеточными фенотипическими сдвигами, ремоделированием экстрацеллюлярного матрикса, измененными факторами роста, протеазной биодоступностью, повышенным ангиогенезом и вовлечением оиухольассоциированных макрофагов (J.A.Tuxhorn et al., 2001).
Подвергаясь трофическому влиянию стромального компонента, эпителиальные клетки оказывают аналогичное паракринное влияние на строму. Последняя начинает запускать в ход экспрессию андрогенных рецепторов, синтезировать актин и организовываться вокруг эпителиальных клеток. Этот процесс зависит от освобождения трофического фактора из эпителиальных клеток, которое действует как привлекающий и дифференцирующий наракринный сигнал на недифференцируемую мезенхиму. Приобретение непосредственной андрогенной восприимчивости эпителиальных клеток — верный шаг к канцерогенезу.
Потенциально возможным этапом является включение эпителиальных клеток на стадии их увеличения. Эти клетки происходят из андроген-резистентных эпителиальных стволовых клеток, которые сами оборачиваются очень медленно с тем, чтобы компенсировать нормальную стираемость. Расширяющиеся клетки могли бы развиваться нормально в зрелые секреторные эпителиальные клетки. Но в том-то и суть дела, что попытка избежать трофического контроля, исходящего из стромы на этой стадии, породила бы клональную линию, которая могла бы автономно развиваться в быстро пролиферирующий очаг и, таким образом, индуцировать простатическую интраэпителиальную неоплазию (ПИН).
Для развития в последующем рака предстательной железы важное значение имеет эволюция хромосомных аномалий. Их накопление свидетельствует о прогрессировании заболевания, причем большее число делений (утрата участков хромосом) и наличие инсерций (вставок нуклеотидов) обычно характерны для не поддающегося лечению метастатического процесса, чем при первичном заболевании. Начальный рак предстательной железы соответствует делеции материала по хромосоме 10q. Этот согласованно утраченный участок содержит урокиназу генной кодировки, но до сих пор остается неизвестным, играет ли она какую-либо роль в развитии рака.
Принимая во внимание, что культуры клеток нормального простатического эпителия никогда не пролиферируют в ответ на андрогенную стимуляцию in vitro, можно предположить, что пролиферация клеток рака простаты в ответ на стимуляцию дигидротестостероном является дефектной и характеризует процесс канцерогенеза.
Таким образом, допускается, что в основе процесса развития рака простаты лежат несколько возможных механизмов:
1) первичный дефект формируется в стромальных фибробластах, которые стимулируют неконтролируемую пролиферацию эпителиальных клеток через факторы роста;
2) первичный дефект, локализующийся в простатическом эпителии, делает его более чувствительным к стимулирующему влиянию стромальных факторов роста;
3) первичный дефект локализуется в клетках эпителия, которые приобретают свойство отвечать пролиферацией на прямое стимулирующее влияние андрогенов. К сожалению, момент генетической мутации, предшествующий этим процессам, в настоящее время еще не исследован.
После кастрации предстательная железа регрессирует из-за апоптического отмирания клеток, которое может быть обратимым путем андрогенного лечения. Предполагается, что андрогены способствуют росту простаты путем ингибиции апоптоза, а также за счет непосредственной стимуляции пролиферации. Возможно, что начальный апоптический сигнал в простате исходит не из эпителиальных клеток, а из сосудистой сети. Фактически апоптоз сосудистых эндотелиальных клеток предшествует апоптозу эпителиальных клеток. Не исключается, что гипоксия дегенерирующей сосудистой сети может вызвать апоптоз в самой ткани простаты. В этом отношении интересно отметить, что предстательная железа — богатый источник сосудорасширяющих веществ, и утрата чувствительности к ним со стороны дегенерирующей стенки сосудов могла бы усилить гипоксию.
Ингибиция андрогенами и трофическими факторами апоптоза опосредуется андрогензависимой фосфориляцией протеина, называемого Bсl, путем активизации рецептора тирозинкиназы. Bсl является цитозольным протеином, который может связываться с внешней оболочкой митохондрий, и эта способность определяется его состоянием фосфориляции, причем фосфорилированный протеин остается цитозольным. Когда Bсl связывается с митохондриями, он взаимодействует с проапоптическим протеином bd-xl. В ходе взаимодействия этих протеинов протеин Вах отделяется от мембраны митохондрий, при этом допускаются отток цитохрома из органеллы и активизация каспазы-3.
Создание фармакологических средств, влияющих на механизмы, ответственные за программируемую гибель клеток в простате, может быть новым подходом в лечении рака простаты, а возможно, и опухолей, которые находятся в гормонрефрактерном состоянии.
К отличительным характеристикам рака предстательной железы относится его гетерогенность (неоднородность), которая проявляется не только морфологически, но и другими многообразными вариациями (рис. 19).
Так, мультифокальность бывает различной по объему поражения в каждой из долей: от небольших очагов в одной, до выраженных формаций — в другой. Характерной особенностью гетерогенности могут служить участки различного гистологического строения клеток, взятых для исследования из одной радикально удаленной раковой предстательной железы, т. н. региональная гетерогенность.
Хорошо различима клеточная гетерогенность, когда при микродиссекции образцов находят, наряду с раковыми, эндотелиальные и воспалительные клетки, фибробласты.
Рис. 19. Гетерогенная экспрессия рака простаты
Представляет интерес феномен опухолевой клеточной гетерогенности, при которой микроскопически обнаруживаются клетки на различные этапах их деформации.
Рецепторы факторов роста EGF, IGF, bFGF обеспечивают достижения терапевтических целей, так как они активизируют рост клеток и могут взаимодействовать с андрогенными рецепторами. Успешные разработки терапии факторов роста и воздействия на рецепторы — новый подход в терапии рака предстательной железы.
Роль факторов роста
Нормальный рост и развитие предстательной железы человека зависят от ряда факторов, многие из которых вовлекаются в канцерогенез этого органа. TGF-В противодействует стимуляторным факторам роста 1GF-1, EGF, TGF-a, bFGF и KGF в нормальной ткани.
EGF и TGF-a оказывают паракринный и аутокринный эффекты на рост при начальном этапе развития рака простаты, который становится в основном аутокринным, когда заболевание приобретает запущенную, андрогеннезависимую форму. IGF-a включается в процесс развития рака простаты, и его ось состоит из лигандов (IGF-1R и IGF-2R), по крайней мере шести связующих протеинов (IGFBP-1-6) и протеазы связующих протеинов. Они могут способствовать непрерывному росту и развитию метастазов в костях посредством локального освобождения IGF-1.
В результате изменения в изоформах рецепторов FGF может действовать на эпителиальные клетки при запущенном раке простаты. KGF управляет нормальным развитием простаты, используя паракринный путь, но аутокринное выделение KGF сопровождает прогрессирование рака простаты в направлении андрогеннезависимого состояния.
Следовательно, благодаря сложному взаимодействию гормонов, паракринных, аутокринных и внеклеточных матричных компонентов поддерживается нормальный клеточный и функциональный потенциал предстательной железы. Патологической экспрессии любого из этих факторов достаточно для нарушения баланса, что может привести к добавочному росту или злокачественному преобразованию.
Морфологическое и функциональное равновесие в предстательной железе поддерживается мезенхимальной средой и стромальными клетками. Известно, что фибробласты мезенхимы являются важными регуляторами развития, дифференцирования и пролиферации многих органных систем. Мезенхима играет важную роль в экспрессии тканевоспецифических секреторных белков, причем взаимодействия продолжаются постоянно и регулируются андрогенами (L.W.Chung, G.R.Cunha, 1983). Синтез ДНК в эпителии зависит от наличия смежных стромальных и миоэпителиальных клеток, а микросреда, включая сосудистые и нейроэндокринные сети, может стать критической для секреторной функции железы.
Взаимодействие между эпителием, где осуществляется метаболизм тестостерона, и мезенхимой с ее нейроэндокринной сетью, объясняет напряженное метаболическое сотрудничество между двумя типами ткани. Небольшие пептидные молекулы, известные как факторы роста, являются средствами для этой коммуникации.
Ряд экспериментов L.W.Chung et al. (1991), использовавших онкогенные фибробласты или онкогенные эпителиальные клетки, внедренные в нормальные клетки простаты крыс, показали невозможность нормальных эпителиальных клеток участвовать в онкогенезе, стимулировать формирование опухоли в онкогенных эпителиальных клетках. Специфичностью фибробластов можно отчасти объяснить склонность опухолей простаты к метастазированию в кости.
В предстательной железе механизм взаимоотношений эпителиальных и стромальных клеток осуществляется в результате синтеза полипептидов факторов роста и их рецепторов при контроле и регулировании различных гормонов. Факторы роста могут быть как аутокринными, так и паракринными, однако они взаимно не исключают друг друга. Паракринные факторы порождают один тип клетки и воздействуют на другой, в то время как аутокринные факторы — на клетки того же типа.
Следует учитывать, что факторы роста действуют на поверхность трансмембранных рецепторов, которые включены в аминотерминальную внеклеточную область для закрепления лигандов. Прямой контакт клеток с внеклеточной матрицей — неотъемлемая часть тканевоспецифического роста и дифференцирования. Белки внеклеточной матрицы типа фибронектина, ламинина, коллагена IV, витронектина, тенасцина, протеогликанов и другие адгезивные клеточные молекулы типа кадгеринов могут влиять на морфологию клетки и реагировать на факторы роста.
Механизмы продукции тестостерона
Тестостерон вырабатывается в яичках и находится под контролем гипофиза, воздействующего посредством лютеинизирующего гормона (ЛГ). Регуляция всего цикла гипоталамо-гипофизарно-яичковой оси сконцентрирована в гипоталамусе, откуда высвобождаемый лютеинизирующий гормон рилизинг-гормона (ЛГРГ), продуцируемый пульсирующим образом, попадает с током крови через гипоталамо-гипофизарную портальную венозную систему в переднюю долю гипофиза. Циркулирующий тестостерон по принципу ингибиции обратной отрицательной реакции обеспечивает и поддерживает относительно нормальные уровни тестостерона.
Этот стероидный гормон проникает через клеточную мембрану гормончувствительных клеток и конвертируется в дигидротестостерон интра-целлюлярным энзимом 5а-редуктазой. Считается, что дигидротестостерон является первичным внутриклеточным элементом, ответственным за стимуляцию транскрипции нового носителя РНК, что в конце концов приводит к трансляции (синтезу полипептидной цепи белковой молекулы на матрице мРНК) протеинов, необходимых для функционирования гормончувствительных клеток (F. Daneshgari, E.D.Crawford, 1993).
Функциональный дуализм яичек представлен эндокринным (гормонпродуцирующим) и экзокринным (спермиепродуцирующим) компонентами. Эти особенности повлекли к своеобразному анатомическому и гистологическому строению яичка. Прочная капсула (Tunica albuginea) окутывает паренхиму яичка, представленную семенными канальцами (Tubuli seminiferi), в которых происходит образование зародышевых клеток (сперматогенез). За счет соединительнотканных перегородок яичко разделяется на 200—300 долек, сливающихся в Rete testis. Каждая долька содержит 2—3 семенных канальца со средней длиной около 50 см, причем они представляются сильно извитыми.
Всего в каждом яичке содержится приблизительно от 600 до 900 семенных канальцев с общей длиной около 350 м. Это объясняет огромную репродуктивную емкость мужчины — от 10 до 20 миллионов зародышевых клеток в день. В интерстиции между семенными канальцами расположены стероиднопродуцирующие клетки Лейдига, а также необходимые для кровоснабжения кровеносные и лимфатические сосуды и нервы. Около 85—90% объема яичка приходится на семенные канальцы, и лишь от 10 до 15% составляет интерстиций с клетками Лейдига. Продукция последних, к которой относится и тестостерон, играет ключевую роль в течении опухолей предстательной железы.
Тестостерон является важнейшим стероидом, продуцируемым в яичках. У взрослого мужчины клетки Лейдига ежедневно продуцируют от 5 до 7 мг тестостерона. Несмотря на то, что синтез стероидов, включающий связующие этапы, происходит с первой декады жизни человека, только в последние годы с помощью молекулярно-биологических методов по-новому освещены его основные патофизиологические механизмы. Это оказалось возможным благодаря идентификации генов, участвующих в биосинтезе тестостерона, клонировании и изменениях ДНК. Результаты исследований проливают свет на стероидный обмен на молекулярном уровне и позволяют объяснить целый ряд необычных и редких проявлений заболевания вследствие энзиматических дефектов стероидного синтеза.
Исходная субстанция биосинтеза тестостерона — холестерин, который синтезируется преимущественно клетками Лейдига, откуда только малая часть поступает в кровяное русло. Холестерин в клетках Лейдига накапливается в форме эфира в жировых вакуолях для дальнейшей переработки. За счет пяти энзиматических превращений холестерин гидролизуется в С19-тестостерон. Исходной субстанцией для всех гормонов, в том числе и андрогенов, является прегненолон.