Эндостатин: эндогенный ингибитор ангиогенеза и его механизмы действия.

Введение

Эндостатин – это природный C-концевой фрагмент молекулярной массой 20 кДа, полученный из коллагена XVIII типа. Сообщается, что он действует как антиангиогенный агент, подобно ангиостатину и тромбоспондину. Эндостатин является ингибитором ангиогенеза широкого спектра и может препятствовать проангиогенному действию факторов роста, таких как основной фактор роста фибробластов (bFGF/FGF 2) и сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF).

Предыстория

Эндостатин является эндогенным ингибитором ангиогенеза. Он был впервые обнаружен в среде неметастазирующих мышиных клеток из клеточной линии гемангиоэндотелиомы в 1997 году, а впоследствии был обнаружен у человека, например, в тромбоцитах. Он образуется в результате протеолитического расщепления коллагена XVIII, члена семейства мультиплексинов, характеризующегося разрывами в тройной спирали, формирующими множественные домены, под действием протеаз, таких как катепсины. Коллаген является компонентом эпителиальных и эндотелиальных базальных мембран. Эндостатин, как фрагмент коллагена XVIII, демонстрирует роль внеклеточного матрикса в подавлении неоангиогенеза. Эндогенные ингибиторы ангиогенеза присутствуют как в нормальных, так и в раковых тканях. В целом, эндостатин снижает активность множества сигнальных каскадов, таких как эфрин, TNF α и NFκB, а также каскадов свертывания и адгезии. Другие антиангиогенные факторы, производные от коллагена, включают аррестен, канстатин, тумстатин, α6-фрагмент коллагена IV типа с антиангиогенной активностью и рестин.

Структура

Мономерный эндостатин человека — это шарообразный белок, содержащий две дисульфидные связи: Cys162–302 и Cys264–294. Он плотно свернут, имеет домен, связывающий цинк, в N-концевом участке белка и обладает высоким сродством к гепарину благодаря 11-аргининовому основному участку. Эндостатин также связывается со всеми гепарансульфатными протеогликанами с низкой аффинностью. Олигомерный эндостатин (тример или димер) преимущественно связывается с ламинином базальной мембраны.

Биологическая активность

Исследования in vitro показали, что эндостатин блокирует пролиферацию и организацию эндотелиальных клеток в новые кровеносные сосуды. В исследованиях на животных эндостатин ингибировал ангиогенез и рост как первичных опухолей, так и вторичных метастазов. Эндостатин блокирует проангиогенную экспрессию генов, контролируемую c Jun N-концевой киназой (JNK), путем вмешательства в активацию JNK, индуцированную TNFα. Он уменьшает рост новых клеток, ингибируя циклин D1. В результате клетки останавливаются в фазе G1 и подвергаются апоптозу. Изменение трансдукции сигнала FGF эндостатином ингибирует миграцию эндотелиальных клеток за счет нарушения адгезии к внеклеточному матриксу, межклеточной адгезии и реорганизации цитоскелета. Связываясь с интеграном α5β1 на эндотелиальных клетках, он ингибирует сигнальные пути Ras и Raf-киназ и снижает активность ERK1 и p38. Связывание эндостатина и кластеризация интегранов вызывает ко-локализацию с кавеолином 1 и активирует нерецепторные тирозинкиназы семейства Src, участвующие в регуляции пролиферации, дифференцировки и подвижности клеток. Другие взаимодействия с рецепторами включают рецептор VEGF R2/KDR/Flk1 на эндотелиальных клетках пуповинной вены человека. Эндостатин может подавлять активность некоторых металлопротеиназ. Ряд исследований был посвящен изучению нисходящих эффектов воздействия эндостатина. Эти исследования показали, что эндостатин может значительно влиять на 12% генов, используемых эндотелиальными клетками человека. Несмотря на то, что сигнализация эндостатина может затрагивать такое большое количество генов, нисходящие эффекты оказываются удивительно ограниченными. Воздействие эндостатина, по-видимому, ограничивается ангиогенезом, возникающим из патологических источников, таких как опухоли. Процессы, связанные с ангиогенезом, такие как заживление ран и репродукция, по-видимому, не подвержены влиянию эндостатина. Это возможно, поскольку патологический ангиогенез обычно включает сигнализацию через интеграны, на которые непосредственно воздействует эндостатин. Среди ингибиторов ангиогенеза эндостатин обладает широким спектром противоопухолевых мишеней, что повышает его значимость, поскольку синтетические ингибиторы обычно имеют одну мишень и связаны с токсичностью. Эндостатин обладает рядом характеристик, которые могут быть полезны в терапии рака. Прежде всего, эндогенный эндостатин был описан как "наименее токсичный противоопухолевый препарат у мышей". Кроме того, у человека не наблюдается ни резистентности, ни токсичности к эндостатину. Также, по оценкам, эндостатин влияет на 12% генома человека, что свидетельствует о широком спектре активности, направленной на предотвращение ангиогенеза. Это существенно отличается от терапии, основанной на одной молекуле, и может изменить подход к разработке противоопухолевых препаратов: лекарства могут быть разработаны для воздействия на широкий спектр генов, а не на один конкретный белок. Однако эндостатин не эффективен против всех опухолей. Например, раки с выраженной проангиогенной активностью, опосредованной VEGF, могут преодолевать антиангиогенные эффекты эндостатина. Двое пациентов продолжили лечение, а остальные пациенты прекратили участие в исследовании по собственному желанию. Исследование, основная цель которого заключалась в демонстрации безопасности, подтвердило, что препарат безопасен и хорошо переносится (в использованных дозах).

In vitro studies have shown endostatin blocks the proliferation and organization of endothelial cells into new blood vessels. In animal studies endostatin inhibited angiogenesis and growth of both primary tumors and secondary metastasis. Endostatin blocks pro angiogenic gene expression controlled by c Jun N terminal kinase (JNK) by interfering with TNFα activation of JNK. It reduces the growth of new cells by inhibiting cyclin D1. As a result, cells arrest during G1 phase and enter apoptosis. Alteration of FGF signal transduction by endostatin inhibits the migration of endothelial cells through disruption of cell matrix adhesions, cell cell adhesions, and cytoskeletal reorganization. By binding integrin α5β1 on endothelia cells it inhibits the signaling pathways of Ras and Raf kinases and decreases ERK 1 and p38 activity. Endostatin binding and clustering of integrins causes co localization with caveolin 1 and activates non receptor tyrosine kinases of the Src family involved in the regulation of cell proliferation, differentiation, and mobility. Other receptor interactions include the VEGF R2/KDR/Flk 1 receptor on human umbilical vein endothelial cells. Endostatin may prevent activity from certain metalloproteinase. Several studies have focused on the downstream effects of endostatin reception. These studies have estimated that endostatin may significantly affect 12% of genes used by human endothelial cells. Although endostatin signaling may affect this vast number of genes, the downstream affects appear surprisingly limited. Endostatin reception seems to only affect angiogenesis that arrives from pathogenic sources, such as tumors. Processes associated with angiogenesis, such as wound healing and reproduction, are seemingly not affected by endostatin. The result is possible because pathogenic derived angiogenesis usually involves signaling through integrins, which are directly affected by endostatin. Among anti angiogenesis inhibitors, endostatin has a wide range of anti cancer spectrum targets, increasing its significance since synthetic inhibitors usually have single targets and struggle with toxicity. Endostatin has several characteristics that may be advantageous to cancer therapy. First of all, endogenous endostatin has been described as "the least toxic anti cancer drug in mice". Furthermore, neither resistance nor toxicity to endostatin occur in humans. Also, endostatin has been estimated to affect 12% of the human genome. This reveals a broad spectrum of activity focused on preventing angiogenesis. This is very different from single molecule therapies, and may change how cancer therapies are designed: drugs may be designed to target a wide range of genes instead of one particular protein. However, endostatin does not affect all tumors. For example, cancers that may have extreme pro angiogenic activity through VEGF may overcome the anti angiogenic effects of endostatin. Two patients continued to be treated, and the remaining patients withdrew on their own. The trial, designed primarily to demonstrate safety, indeed showed that the drug was safe and well tolerated (at the dosages used).

Фаза II

В ходе клинического исследования II фазы эндостатина 42 пациента с эндокринными опухолями поджелудочной железы или карциноидными опухолями прошли лечение. Из 40 пациентов, которых можно было оценить на предмет радиологического ответа, ни у одного не наблюдалось частичного ответа на терапию в соответствии с критериями Всемирной организации здравоохранения. Вывод исследования заключался в том, что "лечение эндостатина не привело к значительной регрессии опухоли у пациентов с распространенными нейроэндокринными опухолями".

Фаза III

В клиническом исследовании III фазы участвовали 493 пациента с немелкоклеточным раком легкого IIIB и IV стадии, подтвержденным гистологически или цитологически, с прогнозируемой продолжительностью жизни более 3 месяцев. Пациентам проводилось лечение препаратом Endostar (рекомбинантный эндостатин, YH 16) в сочетании с винорельбином и цисплатином (стандартный химиотерапевтический режим). Добавление Endostar к стандартному химиотерапевтическому режиму у этих пациентов с распространенным немелкоклеточным раком легкого привело к значительному и клинически значимому улучшению частоты ответа, медианы времени до прогрессирования и показателя клинической пользы по сравнению с применением только химиотерапевтического режима.

Клиническое значение

Эндостатин также может быть полезен в терапии воспалительных заболеваний, таких как ревматоидный артрит, болезнь Крона, диабетическая ретинопатия, псориаз и эндометриоз, за счет снижения инфильтрации воспалительных клеток посредством инвазивного ангиогенеза. У пациентов с синдромом Дауна наблюдается защита от диабетической ретинопатии, вероятно, из-за дополнительной копии 21-й хромосомы и повышенной экспрессии эндостатина.