Введение
Автокринная сигнализация – это форма клеточной сигнализации, при которой клетка секретирует гормон или химический посредник (называемый автокринным агентом), который связывается с автокриновыми рецепторами на этой же клетке, вызывая изменения в клетке. Это отличается от паракриной сигнализации, внутрикринной сигнализации или классической эндокринной сигнализации.
Autocrine signaling is a form of cell signaling in which a cell secretes a hormone or chemical messenger (called the autocrine agent) that binds to autocrine receptors on that same cell, leading to changes in the cell. This can be contrasted with paracrine signaling, intracrine signaling, or classical endocrine signaling.
Примеры
Примером аутокринного агента является цитокин интерлейкин-1 в моноцитах. Когда интерлейкин-1 продуцируется в ответ на внешние стимулы, он может связываться с рецепторами на поверхности той же клетки, которая его произвела. Другой пример наблюдается в активированных Т-клеточных лимфоцитах, то есть когда Т-клетка индуцируется к созреванию путем связывания с комплексом пептид:MHC на профессиональной антигенпрезентирующей клетке и посредством костимулирующего сигнала B7:CD28. После активации "рецепторы с низкой аффинностью" к IL-2 заменяются "рецепторами с высокой аффинностью" к IL-2, состоящими из α, β и γ цепей. Затем клетка высвобождает IL-2, который связывается со своими новыми рецепторами к IL-2, вызывая самостимуляцию и, в конечном итоге, моноклональную популяцию Т-клеток. Эти Т-клетки затем могут выполнять эффекторные функции, такие как активация макрофагов, активация В-клеток и клеточно-опосредованная цитотоксичность.
Рак
Развитие опухоли – сложный процесс, требующий деления клеток, роста и выживания. Один из способов, который используют опухоли для усиления роста и выживания, – это аутокринное производство факторов роста и выживания. Автокринная сигнализация играет критическую роль в активации рака и обеспечивает опухоли самоподдерживающимися сигналами роста.
В пути Wnt
Обычно сигнальный путь Wnt приводит к стабилизации β-катенина путем инактивации белкового комплекса, содержащего опухолевые супрессоры APC и Axin. Этот комплекс разрушения обычно вызывает фосфорилирование β-катенина, индуцируя его деградацию. Дерегуляция аутокринного Wnt-сигнального пути посредством мутаций в APC и Axin связана с активацией различных типов рака человека. Генетические изменения, приводящие к дерегуляции аутокринного пути Wnt, вызывают трансактивацию рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) и других путей, что, в свою очередь, способствует пролиферации опухолевых клеток. При колоректальном раке, например, мутации в APC, аксине или β-катенине способствуют стабилизации β-катенина и транскрипции генов, кодирующих белки, связанные с раком. Кроме того, при раке молочной железы у человека вмешательство в дерегулируемый Wnt-сигнальный путь снижает пролиферацию и выживаемость раковых клеток. Эти данные свидетельствуют о том, что вмешательство в Wnt-сигналинг на уровне лиганд-рецептора может повысить эффективность терапии рака. В нескольких исследованиях была подчеркнута важность аутокринной сигнализации IL-6 при раке легких и молочной железы. Например, одна группа обнаружила положительную корреляцию между стойко активированным тирозинфосфорилированным STAT3 (pSTAT3), обнаруженным в 50% аденокарцином легких, и IL-6. Дальнейшее исследование показало, что мутантный EGFR может активировать онкогенный путь STAT3 посредством усиленной регуляции аутокринной сигнализации IL-6. Аналогично, переэкспрессия HER2 наблюдается примерно в четверти случаев рака молочной железы и коррелирует с неблагоприятным прогнозом. Недавние исследования показали, что секреция IL-6, индуцированная переэкспрессией HER2, активировала STAT3 и изменила экспрессию генов, что привело к образованию автокринного цикла экспрессии IL-6/STAT3. Как мышиные, так и человеческие модели in vivo рака молочной железы с переэкспрессией HER2 критически зависели от этого сигнального пути HER2–IL-6–STAT3. Другая группа обнаружила, что высокие уровни IL-6 в сыворотке крови коррелируют с неблагоприятным исходом при опухолях рака молочной железы. Их исследование показало, что аутокринная сигнализация IL-6 индуцирует злокачественные признаки в маммосферах, экспрессирующих Notch 3.
IL-7
Исследование демонстрирует, как аутокринная продукция цитокина IL-7, опосредованная Т-клеточным острым лимфобластным лейкозом (Т-ОЛЛ), может быть вовлечена в онкогенное развитие Т-ОЛЛ и давать новые сведения о распространении Т-ОЛЛ.
VEGF
Другим фактором, участвующим в автокриновой сигнализации при раке, является сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF). VEGF, продуцируемый карциномными клетками, действует посредством паракринной сигнализации на эндотелиальные клетки и посредством автокринной сигнализации на карциномные клетки. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что автокриновый VEGF играет важную роль в двух ключевых аспектах инвазивной карциномы: выживании и миграции. Более того, было показано, что прогрессия опухоли отбирает клетки, зависимые от VEGF, что опровергает представление о том, что роль VEGF в раке ограничивается ангиогенезом. Вместо этого, эти исследования позволяют предположить, что терапевтические средства, нацеленные на рецепторы VEGF, могут подавлять выживаемость и инвазию рака, а также ангиогенез.
Продвижение метастазов
Метастазирование является основной причиной смерти от рака, и стратегий для предотвращения или остановки инвазии недостаточно. Одно исследование показало, что аутокринная сигнализация PDGFR играет существенную роль в поддержании эпителиально-мезенхимального перехода (EMT) in vitro, который хорошо коррелирует с метастазами in vivo. Авторы продемонстрировали, что метастатический потенциал онкогенных эпителиальных клеток молочной железы требует наличия аутокринного цикла сигнализации PDGF/PDGFR, и что для выживания в процессе EMT необходимо совместное действие аутокринной сигнализации PDGFR и онкогенных факторов. Аутокринная сигнализация PDGFR также способствует поддержанию EMT, возможно, посредством активации STAT1 и других различных сигнальных путей. Кроме того, экспрессия PDGFRα и β коррелировала с инвазивным поведением при раке молочной железы у человека. Это указывает на множество путей, посредством которых аутокринная сигнализация может регулировать метастатические процессы в опухоли.
Разработка терапевтических целей
Растущие знания о механизмах автокринной сигнализации в прогрессировании рака открыли новые подходы к терапевтическому лечению. Например, автокринная сигнализация Wnt может стать новой мишенью для терапевтического вмешательства посредством антагонистов Wnt или других молекул, нарушающих взаимодействие лиганда с рецепторами пути Wnt. В случае сигнализации PDGFR, переэкспрессия доминантно-негативного PDGFR или применение противоракового препарата STI571 – оба подхода изучаются для терапевтического воздействия на метастазирование у мышей.
Роль в лекарственной устойчивости
Недавние исследования показали, что раковые клетки, устойчивые к лекарственным препаратам, способны получать митогенные сигналы из ранее не учитывавшихся аутокринных петель, что приводит к рецидиву опухоли. Например, несмотря на широкую экспрессию рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR) и лигандов семейства EGF при немелкоклеточном раке легкого (НМРЛ), специфические ингибиторы тирозинкиназы EGFR, такие как гефитиниб, продемонстрировали ограниченный терапевтический успех. Считается, что эта устойчивость обусловлена активацией в клетках НМРЛ автокриновых сигнальных путей роста, отличных от EGFR. Профилирование экспрессии генов выявило распространенность специфических факторов роста фибробластов (ФГФ) и рецепторов ФГФ в клеточных линиях НМРЛ, и показало, что FGF2, FGF9 и их рецепторы формируют активную аутокринную петлю фактора роста в подгруппе клеточных линий НМРЛ, устойчивых к гефитинибу. При раке молочной железы приобретение устойчивости к тамоксифену является еще одной важной терапевтической проблемой. Показано, что фосфорилирование STAT3 и экспрессия RANTES повышаются в ответ на тамоксифен в клетках рака молочной железы человека. В недавнем исследовании было продемонстрировано, что STAT3 и RANTES способствуют поддержанию лекарственной устойчивости путем повышения экспрессии антиапоптотических сигналов и ингибирования расщепления каспаз. Эти механизмы автокриновой сигнализации STAT3-RANTES указывают на новую стратегию ведения пациентов с опухолями, устойчивыми к тамоксифену.