1 ГБУЗ «Нижегородська обласна клінічна лікарня ім. Н.А. Семашко »(м Нижній Новгород)
2 ГБУЗ АЛЕ «Медичний інформаційно-аналітичний центр» (м Нижній Новгород)
3 ФБУЗ «Приволзький окружний медичний центр» Федерального медико-біологічного агентства (м Нижній Новгород)
В огляді літератури представлені основні відомості про фактор росту ендотелію судин (vascular endothelial growth factor, VEGF) і сферах його клінічного застосування. Розглянуто фізіологічні і патологічні шляху утворення судин і фактори регуляції ангіогенезу. Описано основні властивості VEGF і його рецепторів, їх роль в регуляції судинного росту в нормі і при розвитку злоякісних новоутворень і захворювань сітківки. Узагальнено відомості про препарати, що пригнічують VEGF-опосередкований ангіогенез. Зазначено кілька напрямків подальшого розвитку антиангіогенної терапії.
Ключові слова: ангіогенез, фактор росту ендотелію судин, антиангіогенна терапія, лікування раку, вікова макулярна дегенерація.
Вступ. Зростання нових кровоносних судин, що забезпечують транспорт поживних речовин і кисню, являє собою основу багатьох фізіологічних і патологічних процесів. Активне зростання судин супроводжує, з одного боку, нормальний ріст і розвиток організму в пре- і постнатальному періоді, загоєння ран, розвиток плаценти і жовтого тіла, і, з іншого боку, розвиток ракових пухлин, ревматоїдний артрит, ожиріння, псоріаз, бронхіальну астму, вікову макулярную дегенерацію сітківки (ВМД). Знижена активність ангіогенезу відзначається в старості і при таких захворюваннях, як хвороба Альцгеймера, інсульт, атеросклероз периферичних судин і ін. [1, 2]. Спроби фармакологічно активувати ріст судин поки не принесли успіху. У той же час вивчення механізмів регуляції ангіогенезу дозволило за останнє десятиліття створити цілий ряд ліків, направлено блокують ріст новоутворених судин [3]. Багато з них увійшли до складу першої і другої ліній лікування нирково-клітинного раку, раку молочної залози та інших локалізацій, а також вікових та судинних уражень сітківки.
Механізми зростання судин. Існує кілька шляхів освіти судин [4]:
- васкулогенез - зростання судин у ембріона з диференціюванням ангіобласти в ендотеліоцити (після народження також є невелика кількість циркулюючих прогеніторних клітин);
- ангіогенез - проростання нових судин з вже наявною мережі судин;
- інвагінація з поділом судинної стінки і утворенням дочірніх судин;
- судинне кооптірованіе - привласнення пухлиною наявних судин;
- судинна або «васкулогенная» мімікрія - вистилання просвіту судини клітинами пухлини;
- диференціювання пухлинних клітин в ендотеліоцити.
Відзначимо, що фізіологічними є перші три шляхи, останні специфічні для канцерогенезу. Ангіогенез - основний шлях зростання судин у людини після народження. Він проходить в кілька стадій: активація ендотеліоцитів, синтез протеаз і розчинення базальної мембрани, міграція ендотеліальних клітин до ангіогенного стимулу, проліферація ендотеліоцитів і утворення первинної судинної стінки, ремоделирование судини, формування повноцінної структури судинної стінки [5].
У регуляції ангіогенезу беруть участь як активують, так і інгібуючі ангіогенние фактори [6, 7], деякі з яких наведені в табл. 1.
Активують і інгібуючі фактори ангіогенезу
Фактори активації ангіогенезу
Фактори зростання: фактор росту ендотелію судин (vascular endothelial growth factor, VEGF), епідермальний фактор росту (EGF), трансформують фактори росту (TGF-α, -β), фактор росту фібробластів (FGF), тромбоцитарний фактор росту (PDGF), інсуліноподібний фактор росту-1 (IGF-1), плацентарний фактор росту PlGF
ангіогенін
Ангіопоетіна-1
Гормони (лептин, еритропоетин)
Колонієстимулюючі фактори (G-CSF, GM-CSF)
активатори плазміногену
Інтерлейкін-8
Білки базальної мембрани (інтегрини, кадгерінов і ін.)
Матриксних металлопротеінази (ММРs)
Розчинні рецептори VEGF (sVEGFR)
Ангіопоетіна-2
Вазостатін
Ангіостатін (фрагмент плазміногену)
Ендостатін
Інтерферон-α, -β, -γ
Інтерлейкін-4, -12, -18
Індуцібельний протеїн-10
тромбоспондин
Тромбоцитарний фактор-4
ретиноїди
інгібітори матриксних
металлопротеаз (TIMP-1, -2)
Гормони (пролактин)
Велике значення в регуляції ангіогенезу грає фактор росту ендотелію судин VEGF (Vascular endothelial growth factor) і його рецептори. Сімейство молекул VEGF включає кілька факторів: VEGF-A, -B, -C, -D, -E, виявлений у Орф-вірусу, і плацентарний фактор росту PlGF [6]. VEGF-A, -B і PlGF - основні регулятори росту кровоносних судин, VEGF-C і -D необхідні для формування лімфатичних судин [6, 7].
VEGF-A, також званий VEGF, є одним з найбільш добре вивчених факторів ангіогенезу, який розглядається в якості точки прикладання ряду нових лікарських засобів для лікування раку і захворювань сітківки [8]. У зв'язку з цим особливий інтерес для практичного лікаря представляє ознайомлення з основними біологічними властивостями VEGF і їх клінічним застосуванням.
Біологічні властивості VEGF-A. Вперше виділив і дав відповідну назву молекулі VEGF Наполеон Феррара в 1989 році [9] VEGF-A - глікопротеїдів з молекулярною масою близько 45 кД. Ідентифіковано ряд изоформ VEGF-А, зокрема VEGF-121, -145, -162, -165, -165b, -183, -189, -206. Крім амінокислотного складу вони відрізняються за здатністю зв'язувати гепарин і проникати через біологічні мембрани [10].
VEGF стимулює проліферацію клітин ендотелію судин, ізольованих з артерій, вен і лімфатичних судин in vitro [11]. На багатьох моделях показано підвищення продуктивності лікарських VEGF на ангіогенез in vivo [6]. VEGF-A життєво необхідний для розвитку організму в ембріональному і ранньому післяпологовому періодах. Інактивація одного алеля VEGF-A призводить до загибелі ембріона при терміні 11-12 днів [12]. Введення мишам інгібіторів VEGF у віці від 1-го до 8-ми днів призводить до зупинки росту і летального результату [13]. VEGF-A важливий для ендохондрального зростання кістки, його інгібування викликає оборотну зупинку зростання кісткового скелета [14]. VEGF-A бере участь в регуляції ангіогенезу в ході менструального циклу [15]. VEGF-A сприяє виживанню клітин ендотелію in vitro і in vivo. Відомо, що VEGF-A індукує вироблення білків-інгібіторів апоптозу Bcl-2, A1 і сурвівіна клітинамиендотелію. Інгібування VEGF в неонатальному періоді у мишей призводить до апоптозу і регресу васкуляризації, в той час як у дорослих особин такого ефекту не виявлено, що вказує на зміну функції VEGF в ході онтогенезу. Введення VEGF призводить до швидкого короткочасного підвищення проникності судин. Основною точкою докладання VEGF є клітини ендотелію, але мітогеном і інші його ефекти були вивчені і на інших клітинах, в тому числі нейронах, VEGF викликає хемотаксис моноцитів [15]. VEGF активує експресію оксиду азоту, простацикліну та інших цитокінів, що сприяють вазодилатації.
Рецептори VEGF-А. Вивчено 2 види тірозінкіназная рецепторів до VEGF-А - VEGFR-1 і -2. Функціонування і сигнальні шляхи VEGFR-1 неоднакові у ендотеліальних та інших видів клітин, змінюються вони і в процесі онтогенезу. VEGFR-1 зв'язує молекули VEGF-А, -B і PIGF. VEGFR-1 опосередковує такі немітогенние функції в клітинах ендотелію, як вивільнення факторів росту, активацію матриксних металопротеїназ (MMP-9). Крім того, він бере участь в регуляції гемопоезу і хемотаксисі моноцитів [16].
VEGFR-2 пов'язує VEGF-А з високою афінністю, має спорідненість до VEGF-C і -D. Цей рецептор опосередковує основні властивості VEGF-А - активацію ангіогенезу і підвищення проникності ендотелію. При зв'язуванні з лігандом відбувається димеризація і фосфорилювання рецептора, що активує сигнальний шлях мітозу, хемотаксиса і підвищення виживаності [15]. Цікаво, що ефект від активації мембранного рецептора відмінний від активації внутрішньоклітинного рецептора. Так, артеріальний морфогенез індукується лише по сигнальному шляху внутрішньоклітинного VEGFR-2 [17].
Значення VEGF-А для зростання пухлини. На відміну від нормального судинного русла судини пухлини зазвичай представляють собою невпорядкованих мережу взаємопов'язаних, звивистих трубчастих структур з високою проникністю. У цій мережі важко виділити артеріоли і венули, в структурі стінки не завжди визначаються перицитам і гладеньких м'язів [4]. Швидке зростання пухлинної тканини визначає ряд факторів розвитку гіпоксії: невідповідність росту клітин пухлини і ендотелію, невпорядкована мережу судин з низькою швидкістю кровотоку, високий тиск тканинної рідини [18, 19]. При гіпоксії підвищується рівень гіпоксія-індуцібельная фактора-1-альфа (HIF-1α), який активує експресію VEGF. VEGF підвищує проникність судин, веде до дезорганізації судинної стінки, що посилює гіпоксію і сприяє поширенню клітин пухлини і зростання метастазів. Клітини ендотелію в пухлинному оточенні змінюють свої властивості і нерідко набувають стійкості до інгібіторів ангіогенезу [4]. VEGF може стимулювати васкулогенез в пухлини шляхом залучення з кісткового мозку гемопоетичних і ендотеліальних клітин-попередників [20, 21].
Клітини багатьох пухлин секретують VEGF-А in vitro. Високі рівні VEGF в сироватці крові були виявлені при раку молочної залози, колоректальному, недрібноклітинний рак легені, нирково-клітинному раку, гліобластомі і інших злоякісних новоутвореннях [19, 22].
Виживання пацієнтів з високим рівнем VEGF значно нижче, ніж у хворих з низькою експресією VEGF. Прогностична цінність рівня VEGF щодо розвитку метастазів склала 73% незалежно від ураження лімфатичних вузлів [19]. Ряд досліджень вказують на можливість використання рівня VEGF в якості маркера прогнозу при раку легкого і передміхурової залози (РПЖ) [23, 24]. Необхідно також відзначити, що в мета-аналізі, який включав 12 досліджень, прогностична роль VEGF-А при РПЖ не підтвердилася [25].
Значення VEGF в розвитку неоваскуляризації сітківки ока. Зростання судин в сітківці здійснюється двома шляхами: за допомогою васкулогенез і ангіогенезу [26]. Експресія VEGF в пренатальному і ранньому неонатальному періодах багато в чому визначає активність цих процесів і, як результат, нормальну васкуляризацию сітківки [27]. Найбільші рівні VEGF в тканини сітківки визначаються на 1-му тижні постнатального розвитку. Надалі рівень VEGF плавно знижується і визначається в основному парціальним тиском кисню в крові [28]. Гіпероксія пригнічує вироблення VEGF, що призводить до апоптозу клітин ендотелію і запустеванию судин. У клінічній практиці гіпероксія розвивається при кисневої терапії у недоношених дітей. Недолік VEGF в цій ситуації сприяє розвитку першої стадії ретинопатії недоношених [29]. Експресія генів VEGF активується в умовах гіпоксії, що пояснює підвищений рівень VEGF-А в тканини сітківки при моделюванні ішемічних уражень сітківки, а також в рідкої вологи і склоподібному тілі у пацієнтів з діабетичною проліферативну ретинопатію [30]. Ряд робіт показали провідну роль VEGF як активатора ангіогенезу при ішемічних ураженнях сітківки і вікової макулярної дегенерації [15, 31].
VEGFкак мішень антиангіогенної терапії і можливі механізми резистентності. Про антиангіогенної терапії як про стратегія боротьби з ростом пухлини вперше заговорив Фолькман в 1971 році [32]. Вивчення ключового регулятора ангіогенезу - VEGF і його рецепторів дозволило почати розробку таргетних препаратів, вибірково впливають на ті чи інші ланки сигнального шляху фактора росту ендотелію судин.
При блокуванні сигнального шляху VEGF розгортаються відразу кілька механізмів гальмування ангіогенезу [19]. По-перше, припиняється ріст нових судин, і частково запустевают наявні. По-друге, недолік VEGF як чинника, що сприяє виживанню клітин ендотелію, веде до апоптозу клітин ендотелію судин пухлини. Крім того, під час відсутності VEGF не відбувається хемотаксиса ендотеліальних клітин-попередників, які сприяють васкуляризації пухлини. Введення інгібіторів фактора росту опосередковано призводить до вазоконстрикції.
Розроблені та застосовуються препарати, що інгібують VEGF-опосередкований ангіогенез. По механізму дії їх можна розділити на 3 групи: взаємодіють з молекулою VEGF, з рецепторами VEGF і спрямовані на внутрішньоклітинні сигнальні шляхи рецепторів VEGF. У табл. 2 підсумовані основні відомості про сучасних анти-VEGF препаратах, які застосовуються для лікування раку і поразок сітківки [19, 22, 33-36].
Лікарські препарати, що інгібують VEGF-опосередкований ангіогенез
Неоваскулярная форма ВМД
Необхідно відзначити, що при системному застосуванні для цієї групи ліків характерні мале терапевтичне вікно і висока частота побічних ефектів. До останніх відносять артеріальну гіпертензію, серцеву недостатність, протеїнурію внаслідок ураження нирок, пригнічення кісткового мозку, висип і сенсорну невропатію [37].
У лікуванні уражень сітківки інгібітори ангіогенезу показали високу ефективність, яка полягає в регресі новоутворених судин і підвищення гостроти зору [31, 33, 38]. Застосування даної групи препаратів в лікуванні раку дозволяє домогтися зниження темпів прогресування хвороби, але призводить до збільшення виживання хворих [19, 37]. Почасти це пов'язано з розвитком механізмів резистентності в тканини пухлини. До них відносять гіперекспрессію інших факторів активації ангіогенезу в умовах гіпоксії, поглиблюються введенням інгібіторів VEGF. Деякі клітини пухлини набувають мутації, що зумовлюють толерантність до гіпоксії. Активуються інші типи росту судин, менш чутливі до дії інгібіторів VEGF, - васкулогенез (з циркулюючих прогеніторних клітин), інвагінація, судинне кооптірованіе, «васкулогенная» мімікрія, диференціювання пухлинних клітин в ендотеліоцити [4].
Висновок. Вивчення механізмів судинного зростання дозволили встановити цілий ряд активують і пригнічують цитокінів, серед яких провідну роль відіграє фактор росту ендотелію судин. Знання структури його ізоформ, рецепторів і сигнальних шляхів визначило точки прикладання для нової групи таргетних лікарських засобів - блокаторів ангіогенезу. Ці препарати рекомендовані до застосування в онкології, але їх ефективність не завжди перевершує ефективність традиційних схем поліхіміотерапії. У лікуванні уражень сітківки інгібітори ангіогенезу показали більш значний ефект, що полягає в регресі новоутворених судин і підвищення гостроти зору. Припускають кілька напрямків подальшого розвитку антиангіогенної терапії. Найближчим часом це - оптимізація схем лікування - доз і тривалості прийому препаратів, виявлення відмінностей в механізмі дії і клінічному ефекті інгібіторів тирозинкіназ і анти-VEGF антитіл. У довгостроковій перспективі - створення препаратів, спрямованих відразу на кілька ключових регуляторів ангіогенезу, пошук механізмів, що обмежують специфічні для онкогенеза шляху зростання судин - судинне кооптірованіе, «васкулогенной» мімікрію і диференціювання пухлинних клітин в ендотеліоцити [2-4].
Засновник: Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти «Новосибірський державний медичний університет» Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації (ФГБОУ ВО НГМУ МОЗ Росії)
