МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2011, том 45, № 2, с. 203-217
== ОБЗОРЫ
УДК 616.24-006.6-07:575
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ В ДИАГНОСТИКЕ
РАКА ЛЕГКОГО
© 2011 г. А. А. Пономарева1, Е. Ю. Рыкова2*, Н. В. Чердынцева1, Е. Л. Чойнзонов1,
П. П. Лактионов2, В. В. Власов2
Научно-исследовательский институт онкологии Сибирского отделения Российской академии медицинских наук,
Томск, 634001
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук,
Новосибирск, 630117 Поступила в редакцию 19.05.2010 г. Принята к печати 31.05.2010 г.
В обзоре рассмотрены современные подходы (генетические, эпигенетические, белковые, транскриптомные, протеомные, метаболомные, c участием микроРНК) к выявлению опухолевых маркеров рака легкого (РЛ) различной природы. Основное внимание уделяется, как наиболее перспективным, эпигенетическим маркерам, поскольку эпигенетическая модификация является одним из наиболее ранних событий опухолевой трансформации. Особое место в обзоре занимают сведения об онкомаркерах, циркулирующих в биологических средах организма. Эти маркеры могут быть использованы для малоинвазивной диагностики заболевания до его клинического проявления, для скрининга групп риска, мониторинга ремиссии опухоли после терапии, а также для уточнения диагноза при использовании клинико-инструментальных методов обследования. Обсуждается возможность разработки на основе внеклеточных ДНК, циркулирующих в крови, диагностических маркеров для раннего выявления РЛ, для предсказания эффективности противоопухолевых препаратов, а также для мониторинга состояния после специфического клинического лечения.
Ключевые слова: рак легкого, диагностика, онкомаркеры, циркулирующие ДНК.
MOLECULAR-GENETIC MARKERS IN LUNG CANCER DIAGNOSTICS, by A. A. Ponomaryova1, E. Y. Rykova2*, N. V. Cherdyntseva1, E. L. Choinzonov1, P. P. Laktionov2, V. V. Vlassov2 (1Cancer Research Institute, Siberian Division, Russian Academy of Medical Sciences, Tomsk, 634001 Russia; 2Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 6330117 Russia; *е-mail: rykova@niboch.nsc.ru). The major approaches to different lung cancer marker development are outlined in the review, including genetic, epigenetic, protein, transcryptomic, proteomic, metabolic, and miRNA markers. As far as epigenet-ic changes are among the earliest events in malignant transformation, methylated markers are thoroughly discussed. Special attention is given to minimally invasive tumor markers, which could be detected in easily accessible biological fluids, because they can be useful for screening and early diagnostics of cancer (before its clinical manifestation) as well as for verification of standard methods of diagnostics. Extracellular nucleic acids, circulating in blood (cirNA), are highlighted as the potential source of material for the early lung cancer diagnostics, prediction of antitumor treatment efficiency, post-treatment monitoring and disease prognosis.
Keywords: lung cancer, diagnostics, tumor markers, circulating DNA.
Рак легкого (РЛ) — наиболее распространенная форма злокачественных новообразований (12.8% в структуре онкологической заболеваемости населения мира), занимающая первое место по общей летальности от онкологических заболеваний у мужчин (1.18 млн. в год) [1].
В России ежегодно вновь регистрируется свыше 63 тыс. больных раком легкого. Соотношение заболевших мужчин и женщин составляет 10 : 1.1, смертность у мужчин составляет 30.1%, у женщин — 6.7%
* Эл. почта: rykova@niboch.nsc.ru.
[2]. Реалии современного социума, связанные со старением населения, курением, загрязнением воздуха, вносят свой вклад в повышение заболеваемости РЛ [3]. Прогноз эффективности терапии РЛ в ближайшем будущем неутешителен. Высокая смертность связана преимущественно не с трудностью терапии, а с отсутствием эффективных подходов к выявлению этой опухоли на ранних стадиях. Обнаружение РЛ на поздних стадиях существенно понижает вероятность успешного лечения, в то время как при раннем его выявлении показатели выживаемости возрастают в несколько раз (рис. 1).
Рис. 1. Клинико-морфологические характеристики рака легкого и прогноз заболевания [4, 5]. НМРЛ — немелкокле-точный рак легкого; МРЛ — мелкоклеточный рак легкого; ПКРЛ — плоскоклеточный рак легкого; КРЛ — крупноклеточный рак легкого; АК — аденокарцинома.
В клиническую практику недавно внедрены новейшие чувствительные методы компьютерной, по-зитронно-эмиссионной томографии, аутофлуорес-центной бронхоскопии. Однако использование этих методов для диагностики РЛ не привело к снижению смертности [6] — из-за низкой эффективности именно ранней диагностики методами инструментального анализа. Используемые же в настоящее время патоморфологические критерии неэффективны как для диагностики ранних стадий, так и для дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных процессов [3]. Необходимо искать и разрабатывать чувствительные и специфичные методы диагностики, которые бы были основаны на изучении молекулярных опухолевых маркеров, вовлеченных в формирование и прогрессию РЛ [7, 8].
Опухолевые маркеры — это такие биологические характеристики, которые могут сами влиять на клиническое течение и предсказывать исход онкологического заболевания, а также позволяют проследить ответ на терапевтическое вмешательство [9]. Этапы трансформации клеток в раковые и опухолевой прогрессии определяются накоплением в геноме изменений, возникающих в результате нарушения нормального его функционирования под действием наследуемых мутаций и канцерогенных факторов [10]. Трансформированные клетки обладают способностью выживать в организме за счет изменения сигнальных путей, которые потенциально онкоген-ны. Это: (1) независимые или автономные сигналы к росту; (2) нечувствительность к сигналам, ингиби-рующим рост; (3) невосприимчивость к сигналам апоптоза; (4) неограниченный потенциал к пролиферации; (5) способность поддерживать ангиогенез;
(6) способность к инвазии и метастазированию [11]. Молекулярные изменения, ответственные за приобретение указанных свойств, могут использоваться в качестве онкомаркеров.
Онкомаркеры по их природе и по методам выявления можно разделить на несколько типов: генетические (мутации, изменение копийности генов, экспрессии мРНК), эпигенетические (изменение профиля метилирования ДНК), протеомные (изменение уровня и профиля белковой экспрессии), метаболические (изменение уровня и спектра низкомолекулярных метаболитов), профиль синтеза и уровень микроРНК (миРНК) [11—16]. Ведутся поиски оптимальных онкомаркеров не только в опухолевых тканях, поскольку практически все типы ассоциированных со злокачественной трансформацией нарушений синтеза биополимеров обнаруживаются в биологических жидкостях организма. Это позволяет разрабатывать малоинвазивные методы диагностики рака, основанные на использовании легкодоступного биологического материала (кровь, мокрота, лаваж и др.) [7, 17—24].
БЕЛКОВЫЕ МАРКЕРЫ ПРИ РАКЕ ЛЕГКОГО
В табл. 1 приведены данные о белковых онкомар-керах, которые используются в клинической практике в качестве дополнительных критериев при диагностике и мониторинге РЛ [5].
Увеличение концентрации белковых онкомарке-ров в сыворотке крови и ткани опухоли детектируется при помощи специфичных иммунохимических и иммуногистохимических методов. Однако чувствительность используемых в настоящее время сероло-
Таблица 1. Характеристика белковых маркеров рака легкого (РЛ), использующихся в клинической практике
Ген Маркер Характер нарушений при РЛ Метод детекции
*СЕА (раково-эмбриональный антиген) *NSE (нейрон-специфическая енолаза, гликолитический фермент) *CYFRA 21-1 (фрагмент цитокератина 19) *ТРА (тканевой полипептидный антиген) *ProGRP (предшественник гастрин-рили-зинг пептида) Увеличение концентрации То же » » » ИФА То же » » »
C-MYC, N-MYC** с-тус, ^тус (участие в процессах роста, дифференцировки и апоптоза клеток) Гиперэкспрессия Амплификация ИГХ
Ki-67** Ю-67 (контроль пролиферации клеток) Гиперэкспрессия То же
Bcl-2** Вс1-2 (регуляция апоптоза) То же »
ERBB1 (HER1) ** EGFR [ЕгЬВ1, HER1] (рецептор эпидермально-го фактора роста, контроль пролиферации эпителиальных клеток) » »
ERBB2 (HER-2/neu)** HER-2/neu [с-егЬВ-2] (тирозинкиназный рецептор) Гиперэкспрессия Амплификация »
VEGF** VEGF (фактор роста эндотелия сосудов, индуктор неоангиогенеза) Гиперэкспрессия »
Цитокератины АЕ1/АЕ3 и цитокератин 7 [СК7] (эпителиальный маркерный белок) Хромогранин В и С (нейроэндокринный маркерный белок) Синаптофизин (нейрональный маркерный белок) То же » » » » »
TTF-1** TTF-1 (тиреоидный транскрипционный фактор-1) » »
COX-2** СОХ-2 (циклооксигеназа) (контроль клеточного цикла) » »
MMP9** ММР9 (матриксная металлопротеиназа) » »
в-катенин (CTNNB1)** в-катенин (участие в клеточной адгезии) » »
PRAD1** Циклин D1 (регуляция клеточного деления) Гиперэкспрессия Амплификация »
* Широко используются в клинической практике. ** Потенциальные онкомаркеры.
ИФА — иммуноферментный анализ; ИГХ — иммуногистохимический анализ.
гических маркеров РЛ невысока. Например, при не-мелкоклеточном раке легкого (НМРЛ) чувствительность первичной диагностики по маркерам CEA, NSE, CYFRA 21-1 составляет 55, 38 и 65%, а специфичность — 70, 97 и 87% соответственно. При мелкоклеточном раке легкого (МРЛ) чувствительность по тем же маркерам составляет 43, 49 и 36%, а специфичность 76, 95 и 96% соответственно [25—27]. Поэтому их использование для ранней диагностики РЛ ограничено и, в основном, они применяются для оценки эффективности лечения, мониторинга течения заболевания и для раннего выявления рецидива опухоли. Иммуногистохимический метод оценки белковых маркеров в ткани опухоли используют для уточнения диагноза и прогноза клинического тече-
ния. В табл. 1 представлены маркеры, эффективность которых в настоящее время интенсивно изучается [5].
В связи с низкой диагностической информативностью онкомаркеров актуальна проблема поиска более эффективных белковых маркеров на основе сове
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.