УДК 577.125
РОЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СФИНГОЛИПИДОВ В
ОПУХОЛЕВОМ РОСТЕ
Обзор
© 2006 г. Э.В. Дятловицкая*, А.Г. Кандыба
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; электронная почта: dyatl@ibch.ru
Поступила в редакцию 10.02.05 После доработки 17.03.05
В обзоре обсуждаются литературные данные о влиянии биологически активных сфинголипидов (сфингози-на, церамида, сфингомиелина, глюкозилцерамида, ганглиозидов вМ1, вМ2, вМ3, и др.) на пролиферацию, апоптоз, метастазирование и инвазивность опухолевых клеток, а также возможность использования сфинголипидов в терапии опухолей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ганглиозиды, глюкозилцерамид, сфингозин, сфинголипиды, сфингомиелин, сфин-гозин-1-фосфат, церамид, опухоль.
Сфинголипиды — один из наиболее разнообразных по химической структуре и биологической активности классов липидов. Он охватывает сотни соединений, объединяемых одним общим фрагментом — сфингоидным основанием. Наиболее распространенным сфингоидом в клетках животных и человека является С18-сфингенин (в литературе чаще используется тривиальное название «сфингозин») — D-эрит-ро-(28,3К,4Б)-2-амино-4-октадецен-1,3-диол. Все клеточные сфинголипиды метаболически связаны между собой (схема).
В 1986 г. было установлено, что свободный сфингозин (Sph) ингибирует протеинкиназу С in vitro [1]. С тех пор опубликовано несколько тысяч статей об участии сфинголипидов различного строения в пролиферации, дифференци-ровке и апоптозе клеток, а также в ряде других биологических процессов.
В настоящее время известно, что такие сфинголипиды, как сфингозин [2] и церамиды, N-ацилсфингозины (см., например, обзоры [3, 4]), ингибируют клеточную пролиферацию и стимулируют апоптоз, а их метаболиты — сфин-
Принятые сокращения: Cer — церамид; GlcCer — глюкозилцерамид; ERK — киназа, регулируемая внешним сигналом; SM — сфингомиелин; S1P — сфингозин-1-фос-фат; Sph — сфингозин; SphK — сфингозинкиназа; Fas — «рецептор смерти», инициирующий апоптоз.
* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.
гозин-1-фосфат (81Р) [4—7], сфингозин-1-фос-фохолин [4, 8—10], церамид-1-фосфат [4, 9] — стимулируют пролиферацию и ингибируют апоптоз. Данные же о влиянии 8М — сфингомиелина (церамид-1-фосфохолина) — на клеточный рост противоречивы.
Результаты многолетних исследований влияния гликозилированных Сег — гликосфинголи-пидов — на пролиферацию и апоптоз клеток показали, что они являются активными участниками клеточного роста и их действие зависит от структуры углеводной цепи [7].
Опубликованные данные указывают на то, что роль биологически активных сфинголипи-дов весьма значительна и в процессе роста злокачественных опухолей. Десять лет назад было высказано предположение, что Сег являются опухолевыми супрессорами [11, 12]. Дальнейшие исследования показали, что практически все типы сфинголипидов оказывают влияние на опухолевый рост, причем эффект зависит от их баланса в клетке. В последнее время даже обсуждается вопрос о возможности использования сфинголипидов в терапии опухолей [13—20].
В настоящем обзоре приводятся данные о влиянии биологически активных сфинголипи-дов на пролиферацию, апоптоз, метастазирование и инвазивность опухолевых клеток.
Простейшим сфинголипидом в клетках животных и человека является свободный сфингозин. Ранее было установлено, что, хотя при низ-
ких концентрациях (<10 мкМ) он стимулирует синтез ДНК, более высокие его концентрации приводят к гибели клетки [21]. Результаты исследований показали, что БрИ ингибирует пролиферацию [22] и стимулирует апоптоз [22—27] клеток злокачественных опухолей различного гистогенеза. При этом было обнаружено, что при действии доксорубицина, используемого в терапии рака, стимулируется апоптоз клеток карциномы груди МСР-7, сопровождаемый значительным повышением содержания сфин-гозина. Наряду с этим отмечалась активация каспазы-7 и выделение цитохрома с из митохондрий в цитоплазму. Аналогичный эффект оказывала и обработка этих клеток экзогенным сфингозином. Это свидетельствует о том, что сфингозин участвует в апоптозе, проходящем по митохондриальному пути [26, 27]. Было показано также, что БрИ влияет на фосфорилирование рецептора эпидермального фактора роста в клетках карциномы А-431 [28].
^Ацильные производные сфингозина — це-рамиды, являющиеся ключевыми соединениями в процессе метаболизма сфинголипидов (схема), — также ингибируют пролиферацию и стимулируют апоптоз раковых клеток. Ранее этот вопрос уже обсуждался в обзоре [29]. В настоящей статье будут рассмотрены лишь данные о механизме действия церамида на опухолевый рост, полученные в последние годы. Было установлено, что в некоторых опухолевых клетках понижено количество Сег по сравнению с таковым в клетках гомологичных нормальных тканей [30—32], причем его содержание обратно
Серин-^ серин-пальмитоилтрансфераза
-Пальмитоил-СоА
3-кетосфинганин NADPH-зависимая редуктаза
сфинганин церамидсинтаза ацил-СоА
дигидроцерамиддесатураза глюкозилцерамидсинтаза
N-ацилсфинганин (дигидроцерамид)
церамид-1-фосфат
глюкозилцерамид .
цереброзидаз
церамид
церамидкиназа церамидаза
сфингозин
гликозилтранс-феразы
лактозил- галактозил-церамид церамид
сфингомиелиназа
нейтральные гликолипиды
I сиалилтрансферазы ганглиозиды сфингомиелин ■
церамидсинтаза
сфингозин-киназа
сфингозин-1-фосфат
сфингомиелинсинтаза
сфингозин-1-фосфохолин
Метаболизм сфинголипидов
пропорционально степени злокачественности опухолей [30, 31]. Однако во многих опухолях количество Сег повышается по сравнению с нормой [33, 34]. Это свидетельствует о том, что прямая зависимость опухолевого роста от содержания Сег отсутствует. В настоящее время установлено, что эффект церамида в клетке зависит от его локализации. Эндогенный Сег образуется под действием различных сфингомиелиназ. Поскольку кислая сфингомиелиназа локализуется в основном в лизосомах, а нейтральная — в цитоплазме и плазматической мембране, то при их действии образуются разные пулы Сег.
Было установлено, что при апоптозе клеток глиомы человека, индуцированном антителами к «рецептору смерти» Fas, наблюдаются повышение активности только кислой сфингомиели-назы (но не нейтральной) и генерация Сег. Оба процесса зависели от активации каспазы-8 [35]. При генерации Сег в клетках рака толстой кишки человека HT-29 экзогенными нейтральной и кислой сфингомиелиназами апоптоз осуществлялся разными путями [36]: нейтральная сфин-гомиелиназа преимущественно активировала комплексы ядерного фактора NF-kB с Яе1 A/p52- и Яе1 А/р50-димерами за 30 мин, а кислая — комплексы ядерного фактора с димером р50/р50 за 20 ч. При этом клетки НТ-29 были чувствительны к кислой сфингомиелиназе и устойчивы к нейтральной. В некоторых случаях при действии противораковых препаратов отмечалось повышение содержания уровня Сег в раковых клетках не за счет стимулирования активности сфингомиелиназ, а за счет их синтеза de novo [37].
Экзогенный Сег также стимулирует апоптоз в различных раковых клетках [22, 38—44]. При этом следует отметить, что церамиды вызывают не только апоптоз, но и некроз клеток [45, 46]. Иногда экзогенный Сег ингибирует пролиферацию, но не вызывает апоптоза [47]. В некоторых случаях экзогенный Сег способен индуцировать чувствительность раковых клеток к противораковым препаратам [38] и у-радиации [48]. Более детальное изучение механизма стимуляции апоптоза церамидом в клетках карциномы легкого А-549 показало, что он ингибирует фосфорилирование фактора транскрипции с-Jun, но промотирует фосфорилирование и транслокацию в митохондрии белка Bim, ответственного за апоптоз [43]. В клетках нейробластомы SKN-SH Сег изменяет содержание р53, регулирующего отношение Bcl-2/Bax и активацию каспаз во время апоптоза [40]. В клетках карциномы человека НСТ-116 церамид стимулирует связывание ядерного фактора NF-kB с ДНК, активацию каспазы-3 и выделение из митохондрий цито-
хрома с [42], а также индукцию Bax — продукта проапоптотического гена [39]. Все эти данные указывают на то, что апоптоз опухолевых клеток протекает по митохондриальному пути. Однако в клетках глиомы человека Fas-индуцирован-ный апоптоз, стимулировавший кислую сфин-гомиелиназу и накопление эндогенного Сег, зависел от активации каспазы-8, но не р53 [35].
Супрессорные свойства сфинголипидов исчезают при замещении гидроксила, находящегося в положении 1 сфингозина, фосфатной группой. Образующийся под действием сфинго-зинкиназы сфингозин-1-фосфат стимулирует пролиферацию и ингибирует апоптоз опухолевых клеток. В отличие от церамида, являющегося вторичным мессенджером, S1P действует и как вторичный мессенджер, и как внеклеточный модулятор [49—53]. В настоящее время на поверхности клетки идентифицировано семейство рецепторов, спаренных с G-белками, которые связывают экзогенный S1P [5, 49—54].
S1P стимулирует пролиферацию и ингиби-рует апоптоз опухолевых клеток, способствуя их выживаемости. Было установлено, что в клетках острой лейкемии человека Jurkat и U-937 S1P препятствует Сег-индуцированному апоптозу путем ингибирования активности каспазы-3 в митохондриях, а также выделения из них цито-хрома с [55]. В меланоцитах мышей выживаемость клеток промотировалась через активацию Akt и ERK (киназа, активируемая внешним сигналом) [56]. Роль эндогенного S1P в опухолевом росте была установлена и по изменению активности сфингозинкиназы (SphK). Было показано, что повышенная экспрессия SphK не только увеличивает ее активность, но и повышает склонность к образованию опухолей, что позволяет рассматривать ген этого фермента как онкоген [57]. Было установлено, что выживаемость клеток РС-12 зависит от регулирования активации каспаз и стресс-активированных протеинкиназ [58] сфингозинкиназой, причем она также играет важную роль в прогрессии рака грудной железы [59]. Результаты влияния SphK на рост опухолей подробно обсуждаются в обзоре [60].
Известно, что сфингозин-1-фосфат присутствует в кровотоке, поскольку он генерируется тромбоцитами [7]. Этот экзогенный S1P связывается с клеткой через специфические рецепторы, спаренные с G-белками. Он ока
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.