COX-2 as an early diagnostic marker of virus-associated human malig-4 nant neoplasms

Abstract

The review analyzes recent data and current ideas on the enzyme cyclooxygenase 2 (COX-2) as a possible biomarker of virus-associated human malignant neoplasm. Possible mechanisms of COX-2 activation in the cells infected with oncogenic human viruses, such as hepatitis B virus, Epstein-Barr virus, and human papillomavirus are considered in detail.

Full Text

Ранняя диагностика онкологических заболеваний, выявление прогностических маркеров, позволяющих достоверно оценить эффективность терапевтического воздействия, и своевременное обнаружение рецидивов болезни имеют приоритетное значение в клинической практике. Хорошо известно, что для многих злокачественных новообразований характерны бессимптомное развитие болезни и стертость картины ее клинических проявлений, но, как известно, даже самые незначительные изменения в организме запускают каскады событий, зачастую выявляемые на молекулярном уровне. Поиск универсального индикатора, способного выявить опухоль на ранних этапах ее развития, указывая при этом точную локализацию злокачественного новообразования, привел исследователей к открытию ряда сложных биохимических соединений, многим из которых суждено было стать современными онкомаркерами. Несмотря на выявленные ограничения в использовании ряда таких маркеров, связанные с не всегда удовлетворительными уровнями чувствительности и специфичности, отдельные маркеры получили широкое применение в клинике [14]. К таким онкомаркерам, давно уже вошедшим в международные медицинские протоколы, можно смело отнести альфа-фетопротеин, простатоспецифический антитенг, хорионический гонадотропин, успешное применение которых в клинической практике лишь подтверждает перспективность данного направления исследований (табл. 1). В свете вышесказанного особый интерес представляет проблема диагностики опухолей человека вирусного происхождения, актуальность которой за последнее время не снизилась. Напротив, внимание к этому вирусу только усиливается, что легко объяснить высокой степенью социально-экономической значимости заболеваний, этиологическими агентами которых являются онкогенные вирусы человека. Основными представителями этой группы принято считать вирус Эпштейна-Барр (EBV, Epstein-Barr virus), вирус гепатита В (HBV, human hepatitis B virus) и папилло-мавирус человека (HPV, human papilloma virus), характеризующиеся высоким онкогенным потенциалом и широким распространением в человеческой популяции, о чем свидетельствуют эпидемиологические данные Всемирной организации здравоохранения. В этом трио у каждого вируса своя неповторимая “партия”, и зачастую “качество ее исполнения” зависит от множества дополнительных факторов (табл. 2). При EBV-инфекции такими кофакторами являются паразитарные инфекции, в том числе малярийный Основные онкомаркеры, используемые в диагностике онкологических заболеваний Онкомаркер Норма Раково-эмбриональный антиген (РЭА) Альфа-фетопротеин (АФП) 3 нг/мл < 15 нг/мл Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) Простатоспецифический антиген (ПСА) Р-2-микроглобулин СА 15-3 0-5 МЕ/мл (для мужчин) < 4,0 нг/мл 1,2-2,5 мг/л < 28 ед/мл СА 125 < 35 ед/мл SCC < 2,5 нг/мл HCE < 12,5 нг/мл CYFRA 21-1 < 3,3 нг/мл Применение Диагностика колоректальной карциномы, карциномы шейки матки Диагностика гепатоцеллюлярной карциномы, мониторинг эффективности терапии злокачественных опухолей яичек, трофобластических опухолей, хорионэпителиомы и др. Мониторинг гермином яичка и яичника Мониторинг течения и эффективности терапии карциномы простаты Прогностический показатель при множественной миеломе Мониторинг течения заболевания и эффективности терапии при карциноме молочной железы Мониторинг течения заболевания и эффективности терапии при серозной карциноме яичника Мониторинг течения заболевания и эффективность терапии при плоскоклеточной карциноме шейки матки Диагностика и мониторинг эффективности терапии при мелкоклеточной карциноме легких Диагностика плоскоклеточной карциномы легких Таблица 2 Дополнительные факторы, необходимые для возникновения вирусиндуцированных опухолей Онкогенные вирусы Коканцерогены Факторы хозяина Злокачественные новообразования Вирус папилломы человека (HPV-16, HPV-18 и др.) Вирусы гепатита человека (HBV, HCV) Вирус Эпштейна-Барр (EBV) Деготьсодержащие средства для гигиены женщин Табакокурение HSV-2-инфекция Гепатотоксины Афлотоксины Хронические воспаления Паразитарные инфекции Малярия Нитрозамины Форболовые эфиры Полихлорированные бифенилы Пестициды Ослабленный иммунный ответ хозяина на вирусную инфекцию Ослабленный локальный иммунный ответ Генетическая HLA-предрасположенность Наследственная чувствительность Эпигенетические механизмы: метилирование генов опухолевых супрессоров и других генов Оксидативный стресс, вызванный хроническим инфицированием HBV/ HCV, HIV Рак шейки матки и другие новообразования аногенитальной области Рак полости рта Рак печени Лимфома Беркитта Рак носоглотки Неходжкинские лимфомы плазмодий, которые наряду с факторами, ослабляющими иммунную систему организма (хроническое недоедание), способствуют возникновению лимфо-мы Беркитта, особенно в тропических и экваториальных областях Африки, а также проканцерогены (нитрозамины в соленой рыбе и форболовые эфиры в китайских мазях), которые стимулируют развитие рака носоглотки (РНГ) в Юго-Восточной Азии [23]. Другим ярким примером кофакторов являются плесневые грибы Aspergillus flavus, высокая степень распространения которых в зерновых и других продуктах питания приводит к образованию в них афлатоксинов. Афлатоксин наряду с широко распространенной инфекцией HBV представляет серьезную проблему для целого ряда развивающихся стран, особенно расположенных на низких широтах с влажным климатом, поскольку приводит к резкому росту числа пораженных гепатоцеллюлярным раком - одной из форм рака печени [5]. В качестве кофакторов, способствующих развитию рака шейки матки, безусловно можно считать деготьсодержащие средства, используемые для гигиены, а также HSV-2-инфекцию. Существуют и другие факторы, в большей степени связанные с социальноэкономической и культурной составляющей жизни разных народов в отдельно взятых государствах. Национальные особенности питания, потребления алкоголя, сопутствующие вирусные и бактериальные инфекции, приводящие к хроническим воспалительным процессам, наконец индивидуальная чувствительность к канцерогенным воздействиям, обусловленная наследственными особенностями организма, оказывают влияние как на уровень распространения онкоген-ных вирусов, так и на риски возникновения связанных с ними различных злокачественных заболеваний [2]. В настоящее время, по разным оценкам, число хронически инфицированных EBV достигает 85-90% всего населения мира, HBV - 2-8%, HPV - до 30% [3, 16, 30, 32]. Учитывая большую длительность инкубационного периода всех вирусассоциированных злокачественных патологий, достигающую 20-30 лет и более, а также увеличивающийся рост числа инфицированных онкогенными вирусами, можно полагать, что опухоли, вызванные этими вирусами. будут представлять серьезную проблему для здравоохранения большинства стран еще многие десятилетия. В связи с этим потребность в ранней диагностике различных вирусассоциированных онкологических заболеваний диктует необходимость дальнейшего поиска специфических онкомаркеров. Такой поиск с использованием современных методов экспериментальной онкологии не только позволяет выявлять новые, ранее неизвестные соединения, но и глубже изучать свойства уже открытых, которые в будущем смогут занять свое достойное место среди онкомаркеров. Таким маркером, требующим пристального внимания и тщательного изучения, безусловно является фермент циклооксигеназа-2. Циклооксигеназа (Cyclooxygenase, COX) представляет собой ферментный комплекс с молекулярной массой до 72-74 кДа, синтезирующийся в различных тканях и типах клеток организма [8]. Существует две изоформы этого фермента - СОХ-1 и СОХ-2, которые весьма схожи между собой с точки зрения структуры и ферментативной активности. В то же время обе изоформы кодируются различными генами, локализованными на разных хромосомах человека и отличающимися друг от друга по уровню активности и экспрессии. Ген СОХ-1 относится к “генам домашнего хозяйства”, т. е. он активен на базовом постоянном уровне в большинстве тканей, что требуется для нормальной работы организма [24]. Ген СОХ-2, напротив, является индуцибельным. Белок, кодируемый этим геном (СОХ-2), не выявляется в большинстве нормальных тканей. Он появляется в клетках в ответ на широкий спектр стимулов - воспалительных процессов, действия канцерогенов, онкогенов, цитокинов, а также на клеточную трансформацию под воздействием онкогенных вирусов [9]. В результате фермент СОХ-2 превращает арахидоновую кислоту в простагландины, представляющие собой группу физиологически активных веществ. Простагландины в свою очередь, действуя через ряд сигнальных молекул - аутокринных или паракринных медиаторов - указывают на изменения в ближайшем окружении клетки. Таким образом, через синтез простагландинов СОХ-2 влияет на регуляцию важнейших физиологических процессов - иммунный статус, апоптоз, клеточную пролиферацию, поддержание целостности и тонуса сосудистых стенок, рост и развитие нервных клеток [8]. Учитывая все это, фермент СОХ-2 можно рассматривать в качестве одного из ключевых участников развития злокачественных новообразований. Как известно, одной из важнейших особенностей EBV является его хорошо выраженная способность к инфицированию различных типов клеток организма, что во многом объясняет его связь с целым спектром онкологических заболеваний человека как эпителиального, так и лимфоидного происхождения (недифференцированный рак носоглотки, лимфома Беркитта, лимфома Ходжкина, неходжкинские лим-фомы и т. д.) [33]. Проблема ранней диагностики этих злокачественных патологий давно интересовала исследователей. В качестве факторов, играющих принципиальную роль в развитии EBV-ассоциированных неоплазий, предполагалось использовать различные вирусные белки, в частности онкоген латентного мембранного белка (LMP1) с различными мутациями [1, 17]. Однако такой подход не дал ожидаемых результатов. В частности не удалось получить четкую корреляцию между выявлением персистенции различных типов EBV и соответственно определенных вариантов LMP1 и конкретной злокачественной патологией, возникающей у пациента. В последнее время все большее внимание стали привлекать работы, в которых в качестве маркера EBV-ассоциированных злокачественных заболеваний предлагается использовать СОХ-2. Ученым удалось убедительно доказать факт гиперэкспрессии этого фермента у больных недифференцированным раком носоглотки и, что особенно важно, выявить четкую корреляцию между повышением уровня СОХ-2 и прогрессией этой злокачественной опухоли, что имеет принципиальное значение для мониторинга данного заболевания [28]. С другой стороны, детальные исследования показали, что синтез СОХ-2 в трансформированных эпителиальных клетках вызывается вирусным онкогеном EBV-белком LMP1 [7, 22]. Обнаружено, что в клетках рака печени, этиологическим агентом которого является вирус гепатита B, наблюдается значительное повышение уровня СОХ-2, вызванное подавлением нормальной работы ряда сигнальных путей клетки [12]. Важно также, что в отличие от клеток печени эмбриона (эмбриональных гепа-тоцитов), в которых СОХ-2 экспрессируется в ответ на провоспалительные стимулы, зрелые гепатоциты взрослого человека теряют способность экспрессировать СОХ-2 в нормальном состоянии. В данном случае легко прослеживается определенное сходство этого фермента с уже известным и широко используемым онкомаркером - альфа-фетопротеином, экспрессия которого в норме также наблюдается лишь в эмбриональных тканях, а возобновление его синтеза во взрослом организме практически всегда становится ответом на происходящие в нем патологические изменения [10]. Более того, корреляция экспрессии СОХ-2 с наблюдаемой дедифференцировкой зрелых гепа-тоцитов при злокачественном перерождении клеток печени, вызванном инфекцией HBV, свидетельствует в пользу рассмотрения циклооксигеназы 2-го типа в качестве потенциального онкомаркера при гепатоцел-люлярном раке. СОХ-2 все чаще предлагается использовать и в качестве маркера предраковых изменений в шейке матки (CIN I, CIN II и CIN III), вызванных HPV 16-го и 18-го типов [20]. Это также связано со стабильным определением гиперэкспрессии этого белка у больных при данной патологии. При этом обнаружено, что, как и в случае EBV-ассоциированных неоплазий, экспрессия СОХ-2 в клетках, инфицированных различными типами HPV, является результатом активности ключевых вирусных онкобелков этого вируса - Е6 и Е7 [11, 29]. В настоящее время в ведущих зарубежных лабораториях активно и успешно проводятся пилотные исследования по использованию гиперэкспрессии СОХ-2 в качестве биомаркера предзлокачествен-ных изменений в шейке матки [25]. Опубликованные на сегодняшний день результаты исследований подтверждают целесообразность применения этого маркера в диагностических целях. При рассмотрении трех онкогенных вирусов человека можно отметить сходную закономерность в их способности активировать синтез фермента СОХ-2, а также корреляцию этой индукции с ранними этапами развития вызываемых ими злокачественных неоплазий. Вероятно, объяснение этого феномена можно найти при изучении молекулярных механизмов происходящих процессов. Ведущиеся исследования особенностей функционирования гена СОХ-2 указывают на довольно сложные его взаимоотношения с клеточными и вирусными генами. Так, после внедрения ДНК вируса гепатита В в геном человека один из его вирусных белков (НВх) вызывает активацию экспрессии СОХ-2, используя для этого определенные сигнальные пути и транскрипционные факторы клетки (NF-AT, NF-kB и р38 MAPK) [15]. В исследованиях онкогена LMP1 вируса Эпштейна-Барр выявлено участие определенных доменов этого белка в процессе активации СОХ-2, которая, как и в случае с экспрессией онкогенов HPV и HBV (E5, E6, E7 и HBx соответственно) осуществляется через индукцию сходных транскрипционных факторов [22]. Однако также показано, что онкогены Е6 и Е7 вовлекают в процесс активации СОХ-2 клеточные рецепторы эпидермального фактора роста, которые активируют протоонкоген Ras и митогенактивируемый протеинкиназный путь клетки [29]. Кроме того, обнаружено влияние специфических ингибиторов СОХ-2 на снижение синтеза фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в клетках, экспрессирующих LMP1 [21, 22]. Это наблюдение позволяет в свою очередь предположить, что индукция синтеза СОХ-2, обусловленная экспрессией вирусного онкогена LMP1, необходима для ангиогенеза и прогрессии злокачественных новообразований, ассоциированных с EBV. В настоящее время также активно ведутся исследования механизмов индукции СОХ-2 другими онкогенны-ми вирусами человека, такими как KSHV (вирус саркомы Капоши), HTLV-1 (вирус Т-клеточного лейкоза человека), а также вирусом иммунодефицита человека HIV-1. Возможно, исследования в данном направлении позволят выявить мишени подавления трансформирующей активности вирусных онкогенов. В частности влияние СОХ-2 на экспрессию латентных генов KSHV, которые в свою очередь приводят к индукции цитоки-нов, антиапоптатических сигналов и выживаемости инфицированной клетки, можно предотвращать, используя ингибиторы СОХ-2 при комплексной терапии заболеваний, вызванных KSHV [26, 27]. Несмотря на значительный прогресс в раскрытии механизмов индукции синтеза СОХ-2 в клетках, инфицированных рядом онкогенных вирусов человека, наши знания этого процесса остаются фрагментарными, что требует дальнейших еще более масштабных исследований. Говоря об активном поиске онкомаркеров и развитии методов ранней диагностики вирусассоцииро-ванных злокачественных патологий человека, необходимо упомянуть и о профилактических программах, создающихся параллельно. Так, благодаря разработке квадривалентной (“Gardasil”, фирма “MErCK”) и бивалентной (“Cervarix”, фирма “GlaxoSmithKline”) вакцин против наиболее распространенных типов HPV высокого (HPV-16, HPV-18) и низкого (HPV-6, HPV-11) онкогенного риска набирает обороты профилактика патологий, вызываемых этим вирусом за счет активного вакцинирования соответствующих групп населения во многих странах [18, 19]. Широко применяется в настоящее время и вакцина против вируса гепатита B (“Re-combivax”, фирма “MERCK”) [13, 31]. Что касается вакцинации против EBV, то экспериментальный вариант вакцины создан, и следующим этапом являются его испытания в Юго-Восточной Азии, где регистрируется высокий уровень РНГ [4]. В целом же следует констатировать, что инфицирование онкогенными вирусами и заболеваемость вирусассоциированными патологиями в мире растет. Ежегодная инфицированность HPV, например, только в США достигает 4 млн человек, а число хронически инфицированных этим вирусом в мире достигает 350 млн, при этом рак шейки матки среди населения планеты выявляется более чем у 1 млн женщин в год. С учетом большого числа хронически инфицированных, количество которых только в США превышает 20 млн человек, крайнюю важность приобретает ранняя диагностика HPV-ассоциированных злокачественных неоплазий [6]. Аналогичная ситуация касается и проблемы инфицированности вирусом гепатита В. Если говорить о EBV-ассоциированных неоплазиях, то с увеличением числа лиц с иммуноде-фицитными состояниями (органные трансплантации, медикаментозные, стрессовые факторы и т. д.), рост их частоты также зарегистрирован. Все это указывает на необходимость комплексного развития и активного внедрения в практику как чувствительных методов ранней диагностики возникших патологий, так и профилактических методов вакцинации населения против онкогенных вирусов. Только такой многосторонний подход, вероятно, позволит добиться строгого контроля над распространением онкогенных вирусов в человеческой популяции, а также значительно снизить высокую смертность от вирусассоциированных злокачественных неоплазий, во многом связанную с их выявлением в поздних стадиях развития. В заключение следует отметить, что уже в I в. до н. э. существовало глубокое осознание важности раннего выявления различных заболеваний. Сегодня, когда наука шагнула далеко вперед, можно с надеждой заглянуть в будущее - в то самое будущее, когда на страже человечества будут находиться надежные часовые, способные своевременно оповестить о надвигающейся угрозе и не позволить, таким образом, недугу захватить инициативу в борьбе за жизнь.