научная статья по теме ДЕЙСТВИЕ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА НА МНОЖЕСТВЕННУЮ ЛЕКАРСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК Биология

Текст научной статьи на тему «ДЕЙСТВИЕ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА НА МНОЖЕСТВЕННУЮ ЛЕКАРСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2013, том 30, № 3, с. 163-169

= ОБЗОРЫ =

УДК 576.385.5

ДЕЙСТВИЕ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА НА МНОЖЕСТВЕННУЮ ЛЕКАРСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК

© 2013 г. Ю. Н. Корыстов

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино Московской области, ул. Институтская 3; электронная почта:ykorystov@rambler.ru Поступила в редакцию 24.12.2012 г.

В обзоре проанализированы данные по влиянию активных форм кислорода (АФК) на множественную лекарственную устойчивость (МЛУ) опухолевых клеток. Показано, что такие данные можно сгруппировать в соответствии с уровнем концентраций АФК, использованных для модификации МЛУ. МЛУ опухолевых клеток увеличивается как при снижении концентрации АФК в клетках, так и при ее умеренном транзитном повышении за счет индукции экспрессии генов транспортных белков. Однако причины, приводящие к увеличению МЛУ и транскрипции генов транспортных белков при пониженной и повышенной концентрациях АФК, различаются. В первом случае это стабилизация индуцируемого гипоксией фактора (Н1Р-1), во втором — активация фактора транскрипции МБ-кВ. При многократном и длительном повышении уровня АФК наблюдается уменьшение МЛУ в клетках. Последний эффект обусловлен как подавлением экспрессии генов транспортных белков, так и ингибированием функциональной активности белков.

Ключевые слова: активные формы кислорода, опухолевые клетки, множественная лекарственная устойчивость.

DOI: 10.7868/S0233475513030067

Большая часть работ, в которых изучали множественную лекарственную устойчивость (МЛУ) опухолевых клеток, выполнена на перевиваемых опухолях животных и опухолевых клетках in vitro. При перевивке и росте опухолевых клеток in vivo и in vitro меняется оксигенация клеток и, следовательно, концентрация активных форм кислорода (АФК). Концентрация АФК в клетках может изменяться также при воздействии оксидантов, ан-тиоксидантов и таких физических факторов, как ионизирующее излучение. Накоплены данные, согласно которым АФК могут существенно влиять на МЛУ опухолевых клеток, при том что МЛУ может возрастать при изменении уровня АФК (как при увеличении, так и при снижении). На первый взгляд все эти данные противоречивы, неясными остаются причины, вызывающие различия в эффектах: тип опухолевых клеток, регистрируемые гены или различия в использованных методиках. В представленном обзоре сделана попытка классифицировать данные по влиянию уровня АФК на МЛУ. Нормальным уровнем считается концентрация АФК в клетках, находящихся в обычных условиях культивирования или в

Сокращения: АФК — активные формы кислорода, НШ-1 — индуцируемый гипоксией фактор, МЛУ — множественная лекарственная устойчивость.

организме. В разных типах клеток этот уровень может существенно отличаться по абсолютному значению, поэтому в дальнейшем градация уровней АФК проведена не по абсолютной их концентрации в клетках, а по отношению к концентрации, нормальной для клеток данного типа.

УВЕЛИЧЕНИЕ МЛУ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ АФК

Источником АФК является кислород. Концентрация кислорода в клетках определяется разностью скоростей его поступления и потребления. Хорошо известно, что в солидных опухолях в результате неконтролируемого быстрого роста, опережающего рост сосудов, возникают зоны, в которых наблюдается дефицит кислорода и глюкозы. Вследствие этого в крупных опухолях развивается существенный дефицит энергии, что приводит к гибели части опухолевых клеток [1—3]. Снижение концентрации кислорода в опухолевых клетках происходит при росте солидных и ас-цитных опухолей, а также при культивировании опухолевых клеток in vitro [4, 5]. Во всех этих случаях дефицит кислорода в клетках обусловлен растущей разницей между увеличением его потребления из-за увеличения количества клеток и

ограниченным поступлением через капилляры или через поверхность раздела атмосфера—жидкость в культуре клеток. Происходящее при росте опухолей снижение концентрации кислорода имеет существенной значение для терапии опухолей. Так, при снижении концентрации кислорода возрастает радиорезистентность клеток и, следовательно, снижается эффективность радиотерапии [6, 7]. Кроме того, при снижении концентрации кислорода в клетках уменьшается количество АФК [5, 8—10], которые влияют на экспрессию многих генов, в том числе и генов, ответственных за МЛУ.

Влияние снижения концентрации АФК в сфероидах различных опухолевых клеток на МЛУ и экспрессию Р-гликопротеина изучено детально в работах [8—10]. Показано, что по мере роста сфероидов из опухолевых клеток предстательной железы [8], меланомы, гепатомы, глиомы [9] увеличивается их МЛУ и экспрессия гена Р-гликопро-теина. Этот эффект обусловлен снижением концентрации АФК в клетках сфероидов, вызванным дефицитом кислорода, который увеличивается по мере роста сфероидов. Увеличение АФК в клетках сфероидов разными способами (обработка перекисью водорода, снижение уровня глутатиона) подавляет МЛУ и экспрессию гена Р-гликопротеина. Показано [10], что при снижении АФК в сфероидах гепатомы увеличивается экспрессия гена Р-гликопротеина и происходит стабилизация индуцируемого гипоксией фактора- 1 (HIF-1), причем в сфероидах из клеток гепатомы, мутантных по HIF-1, экспрессия гена Р-глико-протеина не увеличивается при снижении АФК. Из этого сделан справедливый вывод, что экспрессия гена Р-гликопротеина находится под контролем HIF-1. Изучено также действие гипоксии на экспрессию гена MDR1 и функциональную активность Р-гликопротеина в трансформированных эпителиальных и нормальных клетках эндотелия [11]. Оказалось, что гипоксия увеличивает экспрессию гена и функциональную активность Р-гликопротеина, а увеличение МЛУ обусловлено активацией HIF-1.

Повышение МЛУ при снижении в опухолевых клетках уровня АФК наблюдали не только в опухолевых клетках in vitro, но и в опухолях in vivo. Изучено [5, 12] изменение МЛУ при росте опухоли лимфолейкоза P388VR в брюшной полости мышей. Показано, что устойчивость клеток к винкристину и транспорт из клеток эфира каль-цеина минимальны сразу после трансплантации опухоли. Эти показатели возрастают по мере роста опухоли, при этом концентрация АФК в опухолевых клетках падает [5]. Если таких мышей поместить в гипероксические условия или ввести им в брюшную полость газотранспортную эмульсию — перфторан, то в клетках увеличится уровень АФК и снизится МЛУ [5]. Повышение уровня АФК в устойчивых к доксорубицину клетках

асцитной карциномы Эрлиха и белка MRP1, связанного с МЛУ (multidrug resistance-associated protein 1), наблюдали также после введения комплекса меди в опухоль in vivo [13].

Опубликованы данные, которые, на первый взгляд, казалось бы, противоречат приведенным выше данным об увеличении МЛУ и экспрессии гена Р-гликопротеина при снижении концентрации АФК. Так, исследовано влияние гипоксии на устойчивость клеток глиомы в культуре к противоопухолевым средствам и на экспрессию генов транспортных белков, в том числе и Р-гликопро-теина [14]. Оказалось, что при гипоксии увеличивается устойчивость клеток, но экспрессия мРНК Р-гликопротеина не изменяется. Сделан вывод, что в данном случае устойчивость, индуцированная гипоксией, не связана с транспортными белками. Однако анализ использованной в этой работе методики [14] показывает, что этот вывод может быть ошибочным. Дело в том, что после воздействия гипоксии в течение 24 ч клетки выдерживали 12 ч в оксигенированных условиях, а затем определяли мРНК. Очевидно, если гипоксия стимулировала экспрессию генов транспортных белков, то при переводе клеток в оксиге-нированные условия экспрессия должна возвратиться к прежнему уровню. При этом избыточная мРНК, которая синтезируется в клетках при гипоксии, может подвергнуться деградации в течение 12 ч. В то же время, долгоживущие транспортные белки [15], синтезированные на этой мРНК, сохраняются и обеспечивают устойчивость клеток. Таким образом, чтобы сделать правильный вывод нужно было определять уровень не мРНК, а белков, либо изменить методику и определять мРНК сразу по окончании гипоксии.

В приведенных выше работах уровень АФК в опухолевых клетках снижался в результате уменьшения концентрации кислорода в клетках. Эффект АФК можно снизить и при нормальной концентрации кислорода, предотвратив превращение низкореакционной перекиси водорода в высокореактивный гидроксильный радикал. Гидроксиль-ный радикал образуется в реакции перекиси водорода с внутриклеточным железом (реакция Фенто-на). Показано, что образование гидроксильного радикала блокируется проникающими в клетку хе-латорами железа [16, 17]. В мутантных клетках эритролейкоза, сверхпродуцирующих ферритин, снижено содержание лабильного железа и образование АФК, а также увеличена экспрессия гена MDR1 и транспорт из клеток субстратов Р-глико-протеина [18].

Приведенные выше данные свидетельствуют, что МЛУ и экспрессия гена Р-гликопротеина увеличиваются, если концентрация АФК в клетках снижается ниже нормального уровня. Эти эффекты обусловлены стабилизацией HIF-1, индуцируемой снижением АФК. Существует и альтернативная точка зрения о причине стабилизации

Н1Б-1 при гипоксии. Так причиной стабилизации Н1Б-1 при гипоксии считают не снижение, а увеличение концентрации АФК в клетках, что обусловлено сверхпродукцией супероксидного анион радикала митохондриями при дефиците кислорода. Эта точка зрения основана на работах одной группы авторов [19—22] и поддерживается в ряде обзоров [23—28]. Прежде всего, следует заметить, что отмечается и в приведенных выше обзорах, что эта точка зрения парадоксальна, поскольку кислород служит субстратом для АФК. Известно, что генерация супероксидного анион радикала митохондриями уменьшается при снижении концентрации кислорода [29], и эта зависимость сохраняется вплоть до 0.1 мкМ [30]. Последнюю работу предприняли специально для проверки данных об увеличении образования АФК митохондриями при снижении концентрации кислорода. С применением методики [30] корректного определения дыхания и концентрации АФК при контролируемых концентрациях кислорода было показано, что продукция АФК митохондриями уменьшается при снижении концентрации

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком