ГЕН ERBB2 (HER2/NEU): ОТ ОТКРЫТИЯ ДО КЛИНИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

К.П. Хансон

НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова МЗ РФ, Санкт-Петербург

источник RosOncoWeb.Ru

Онкоген ERBB2 (HER2/neu) находится на второй позиции после супрессорного гена р53 по числу публикаций, посвященных индивидуальному генетическому элементу. Подобная ситуация вполне объяснима, т.к. ген ERBB2 является идеальным примером для демонстрации успехов молекулярной онкологии и в понимании фундаментальных механизмов возникновения рака, и в разработке принципиально новых методов диагностики онкологических заболеваний и, наконец, в поиске патогенетически обоснованных подходов к терапии опухолей. Существенным является тот факт, что практическое применение знаний об онкогене ERBB2 касается самого частого онкологического заболевания у женщин - рака молочной железы (РМЖ) (Имянитов, Князев, 1991; Yu, Hung, 2000).

Ген ERBB2 (HER2/neu) является клеточным гомологом v-erbB онкогена вируса эритробластомы птиц. Размер его мРНК составляет 4,5 т.п.о.; в ней закодирована информация для синтеза белка р185 (1225 аминокислот). Данный белок обладает 44% гомологией с рецептором эпидермального фактора роста (ЭФР) (Coussens et al., 1985). Широкую известность ген ERBB2 приобрел после публикации, в которой был установлен не только сам факт его активации в опухолях молочной железы, но и приведены аргументы в пользу ассоциации амплификации ERBB2 с плохим прогнозом заболевания (Slamon et al., 1987). Благодаря данной и ряду других публикаций, в исследование клинических аспектов активации ERBB2 включились многие научные коллективы, при этом тестированию подверглись тысячи больных (Piccart et al., 2000). В нашей лаборатории также удалось продемонстрировать основные закономерности активации гена ERBB2 в опухолях человека, которые в дальнейшем подтвердились при обобщенном анализе межлабораторных данных (Имянитов, Князев, 1991; Имянитов и др., 1992; Imyanitov et al., 1992, 1993; Knyazev et al., 1992).

В настоящее время главное внимание исследователей сосредоточено на клиническом использовании моноклональных антител (МКА) к гену ERBB2 (Герцептина) и поиске новых перспективных средств воздействия на его патологическую активацию преимущественно при РМЖ (Baselga, 2001; Yu, Hung, 2000).

Молекулярные механизмы активации гена ERBB2

ERBB2 входит в состав семейства тирозинкиназных рецепторов ERBB, состоящего из четырех функционально взаимосвязанных рецепторных молекул, которые играют важную роль в клеточной пролиферации, дифференцировке и апоптозе. Данное семейство включает эпидермальный фактор роста (ЭФР или ERBB1), ERBB-2, ERBB-3 и ERBB-4. Под действием лигандов ERBB2 образует гетеродимеры с другими рецепторами данного семейства, что по-видимому обладает мощным потенцирующим эффектом на работу соответствующих сигнальных каскадов (Harari, Yarden, 2000).

Влияние ERBB2 может резко усиливаться при суперэкспрессии гена. Суперэкспрессия ERBB2 повышает туморогенность клеток в культуре вследствие спонтанного фосфорилирования гетеродимеров, образуемых рецепторами, и включения соответствующих сигнальных каскадов, таких как МАРК и PI3K (Harari, Yarden, 2000). В норме сигналы, поступающие от рецепторов, быстро инактивируются за счет диссоциации лиганд-рецепторных комплексов и их деградации в лизосомах. Однако эти защитные механизмы не срабатывают в условиях суперэкспрессии ERBB2 (Klapper et al., 2000). Особое место в и инициации сигналов принадлежит ERBB3, т.к. этот дефектный по киназной активности рецептор широко представлен на большинстве эпителиальных клеток, а его ко-экспрессия с высокоактивным ERBB2 обладает трансформирующим потенциалом.

Установлено, что онкобелок ERBB-2 суперэкспрессирован в 20-30% опухолей молочной железы, а в случае внутрипротоковой (неинвазивной) формы РМЖ эта величина достигает 90% (Slamon et al., 1987; Knyazev et al., 1992; Imyanitov et al., 1993). Установлено, что при лиганд-зависимой активации ERBB2 важная роль принадлежит также другим членам семейства этих рецепторов. Оказалось, что ERBB-1 находится в состоянии обратной корреляции с уровнем эстрогенных рецепторов (ЭР) и ассоциирован с неблагоприятным течением РМЖ (Harari, Yarden, 1999). В отношении суперэкспрессии ERBB-3 и ERBB-4 получены противоречивые результаты, хотя отмечается определенная тенденция к позитивной корреляции с размером опухоли и ЭР-статусом (Srinivasan et al., 2000).

Одним из важных аспектов действия ERBB2-рецепторов является их способность придавать клеткам свойство независимости от факторов роста. Наконец, следует подчеркнуть взаимосвязь между суперэкспрессией ERBB2 и уровнем циклинов D-типа в клетке. Аберрантная суперэкспрессия циклинов D-типа (D1, D2 и D3) активирует CDK4 и CDK6, включает клеточный цикл и способствует онкогенной трансформации клеток (Harari, Yarden, 2000).

Прогностическая значимость активации ERBB-2

Несмотря на существование вначале противоречий в результатах определения частоты амплификации ERBB2, к настоящему моменту эти сведения носят вполне воспроизводимый характер (Piccart et al., 2000). Как упоминалось выше, активация онкогена ERBB2 наблюдается примерно в 20-30% РМЖ. Сложнее обстоит дело с оценкой уровня экспрессии продукта гена ERBB2 - белка р185. Во-первых, подавляющее число соответствующих исследований выполнено методом иммуногистохимии, который является полуколичественным по своему характеру. Зачастую представляется довольно трудным провести грань между патологической активацией гена (резким увеличением его экспрессии) и "физиологическими" количествами белка ERBB2. Во-вторых, большинство иммуногистохимических работ проводилось на архивных патоморфологических срезах; хотя, теоретически, подобный материал является идеальным объектом для ретроспективных исследований, использование парафиновых блоков сопряжено с дополнительными техническими трудностями, такими как деградация антигена-мишени вследствие неадекватной консервации образцов, разная чувствительность различных антител и т.д. В-третьих, ранние работы не всегда дифференцировали между мембранным и цитоплазматическим окрашиванием ERBB2; по-видимому, клиническую значимость представляет только рецепторная форма белка (van de Vijver, 2001). В целом, тщательно проведённые исследования демонстрируют высокий уровень конкордантности между амплификацией гена ERBB2 и резким увеличением количества мембранного продукта р185.

Подавляющее большинство исследователей сходится на том, что активация онкогена ERBB2 ассоциирована с плохим прогнозом заболевания. Зачастую, роль повреждений ERBB2 представляется опосредованной, так как амплификация и суперэкспрессия этого гена коррелируют с "классическими" прогностическими параметрами, такими как поздняя стадия заболевания, метастазирование в лимфатические узлы, низкая степень дифференцировки опухоли, высокий митотический индекс, анеуплоидность, отсутствие эстрогеновых рецепторов и т.д. Однако, многие работы указывают также на самостоятельное, независимое от других факторов прогностическое значение активации ERBB2. Cущественно, что подобные закономерности справедливы и для пациенток России: в частности, наши собственные работы выявили строгую корреляцию между амплификацией ERBB2 и риском рецидива РМЖ (Имянитов и др, 1992; Imyanitov et al., 1993).

Следует подчеркнуть, что хотя сам факт прогностической значимости гена ERBB2 и некоторых других молекулярных маркеров к настоящему моменту не вызывает сомнения, при выборе тактики лечения решающее значение отдаётся всё-таки традиционным маркерам прогноза. Таким образом, сведения о статусе ERBB2 могут привлекаться лишь в затруднительных случаях и расцениваться как дополнительные. В частности, большое внимание привлекли исследования, посвящённые значимости ERBB2 при ранних (особенно неметастатических) формах РМЖ. Они установили, что данные об активации гена ERBB2 могут свидетельствовать о необходимости интенсифицировать постоперационное наблюдение, и, возможно, модифицировать схему лечения. Ещё более интересным представляется вопрос об амплификации гена ERBB2 при неинвазивной форме РМЖ. Выявлено, что активация ERBB2 коррелирует с неблагоприятными характеристиками РМЖ in situ, в частности с комедо-типом и низкой степенью дифференцировки. Однако, пока остаётся неясным, существует ли ассоциация между амплификацией ERBB2 и риском перерождения карциномы in situ в инвазивную форму РМЖ, т.е. следует ли учитывать статус ERBB2 при выборе объёма оперативного вмешательства.

Другой важный аспект рассматриваемой проблемы - прогнозирование эффективности терапии опухолей на основании оценки ERBB2-статуса. Данной тематике посвящены многочисленные исследования, результаты которых далеко не однозначны. Тем не менее, основной вывод сводится к тому, что опухоли молочной железы с высоким уровнем ERBB2-рецептора оказываются более резистентными ко всем типам противоопухолевых воздействий (химио-, гомоно- и лучевой терапии) (Mass, 2000).

Методики определения ERBB2

Разработан целый ряд методических приемов оценки ERBB2 статуса опухолей, среди которых имеются методики, пригодные только для исследовательских целей, а также те, которые нашли применение в повседневной клинической практике (van de Vijver, 2001). В качестве молекулярных мишеней в разных случаях используют ДНК, РНК или рецепторные белки. Можно считать общепринятым, что для оценки амплификации гена ERBB2 наиболее применима флуоресцентная in situ гибридизация (FISH). Однако далеко не все практические лаборатории используют FISH, главным образом, из-за ее сложности и длительности выполнения. Саузерн- и Нозерн-блот и различные варианты полимеразной цепной реакции, мишенью для которых служат ДНК и РНК, применяют преимущественно для исследовательских целей (Dowsett et al., 2000).

На практике до настоящего времени доминирующее положение принадлежит иммуногистохимическому (IHC) определению ERBB2. Данная методика достаточно специфична, легко и быстро выполнима, и доступна для большинства лабораторий. Поскольку чувствительность IHC зависит от используемых МКА, рекомендуется работать со стандартными наборами антител, в частности, с HercepTestTM фирмы "DAKO" (Espinoza, Anguiano, 1999). Не исключено, однако, что автоматизация FISH и приближение ПЦР-процедуры к практическим задачам могут изменить ситуацию, и эти методики придут на смену менее специфичной IHC.

ERBB2 - мишень противоопухолевой терапии

ERBB2-рецептор стал в последние годы основной молекулярной мишенью, на которую нацелен поиск новых современных методов лечения РМЖ. Известен ряд способов специфического подавления активности ERBB2, первое место среди которых безусловно принадлежит МКА к экстраклеточному домену рецепторного белка (Yu, Hung, 2000). Первоначально было установлено, что мышиные МКА 4D5 cпособны подавлять рост клеток РМЖ с повышенной экспрессией ERBB2. Однако иммуногенность мышиных МКА ограничивала их клиническое применение (Baselga, 2001). Поэтому мышиные МКА 4D5 подвергли процедуре т.н. гуманизации, т.е. соединили их домены, определяющие комплементарность к ERBB2 рецептору, с G1-иммуноглобулином человека. Полученные МКА оказались высокоэффективным средством подавления роста опухолевых клеток и приобрели широкую известность под названием препарата Герцептин (Трастузумаб). Они прошли детальные предклинические и клинические испытания и успешно используются в лечении метастатического ERBB2-положительного РМЖ (Baselga, 2001). Герцептин обладает выраженной противоопухолевой активностью как в условиях монотерапии, так и в сочетании с известными химиопрепаратами (таксанами, антрациклиновыми антибиотиками и производными платины).

Значительно меньшую известность имеют пока другие подходы к модификации экспрессии ERBB2. Так, например, была продемонстрирована возможность инактивации гена ERBB2 на уровне транскрипции с помощью аденовирусного белка Е1А. Данный белок в эксперименте подавляет рост и метастазирование опухолей, характеризующихся суперэкспрессией ERBB2. Он показал также свою эффективность на I фазе клинических испытаний (Yu, Hung, 2000).

Суперэкспрессия ERBB2 неизбежно сочетается с высоким уровнем активности соответствующей тирозинкиназы. Поэтому ингибиторы данного фермента могут обладать противоопухолевым действием, что нашло полное подтверждение в проведенных испытаниях. Наиболее подробно изучен ингибитор ERBB2-тирозинкиназы эмодин, подавляющий фосфорилирующую активность фермента, а также рост опухоли (Zhang et al., 1995).

Описаны успешные попытки подавления ERBB2-рецептора с помощью генных конструкций, кодирующих внутриклеточные анти-ERBB2 односпиральные антитела (Yu, Hung, 2000). Аналогичным действием обладают также генетически сконструированные миметики анти-ERBB2 пептида.

Ингибирующим влиянием на суперэкспрессию ERBB2 рецептора обладают производные ретиноевой кислоты, в особенности в сочетании с химиопрепаратами. В последнее время привлекает внимание создание вакцины, проявляющей активность в отношении опухолей, суперэкспрессирующих ERBB2 (Murray et al., 2000). С помощью белковых и ДНК вакцин удается достичь ингибирования суперэкспрессии ERBB2 и подавления роста спонтанных опухолей молочной железы у мышей.

Наконец, специфическую блокаду транскрипции гена ERBB2 возможно достичь с помощью антисенс-олигонуклеотидов (АО) (Roh et al., 2000). Связывание АО с комплементарной мРНК приводит к ее деградации и, как следствие, с блокированию синтеза ERBB2 рецептора. Предполагается, что АО могут стать более эффективными ингибиторами ERBB2.

Итак, достигнутое к настоящему моменту понимание биологической роли ERBB2 в нормальной физиологии клетки и при опухолевом росте стало ключом к рациональному выбору терапевтических стратегий, основанных на специфическом воздействии на соответствующие метаболические пути. Терапия опухолей обрела новое качество в связи с внедрением туморспецифических антител, направленных против ERBB2. Наряду с этим, предложены и многие другие новые противоопухолевые агенты, среди которых представлены ингибиторы тирозинкиназной активности и связывания лигандов, а также блокаторы транскрипции. Ведется интенсивный поиск других средств воздействия на различные звенья сигнальных каскадов, сопряженных с ERBB2. Несмотря на серьезные успехи в использовании достижений фундаментальной науки в клинической практике, остается еще много неясных моментов функционирования ERBB2, что не позволяет однозначно оценить его диагностическое и прогностическое значение и взаимоотношения с гормональными сигналами.

Кроме того, наши знания в отношении молекулярной природы взаимодействий между факторами роста и ERBB2 рецепторами также недостаточны. Это препятствует поиску специфических антагонистов данных молекул, которые могли бы обладать противоопухолевой активностью. Очевидно, что жизнедеятельность клеток, в том числе и эпителиальных, находится под контролем не одной, а многих сигнальных систем. Выяснение взаимодействий между ERBB2 белками и G1-белковыми рецепторами, рецепторами цитокинов, адгезивными молекулами и т.д. откроет новые горизонты как для фундаментальных исследований, так и для поиска новых средств противоопухолевой терапии.

Остаются пока неясными и некоторые аспекты механизма действия анти-ERBB2 антител, в частности, их способность усиливать кардиотоксичность химиопрепаратов. Возможно, эта загадка будет разгадана, когда станет понятно, как ERBB2 рецепторы влияют на апоптоз. Несомненно одно: чем более сложные практические задачи мы перед собой ставим, тем больше возникает вопросов, порождаемых взаимопроникновением фундаментальных и клинических исследований.

Список литературы:

1. Имянитов Е.Н., Князев П.Г. Активация онкогена ERBB-2 и прогноз течения рака молочной железы у человека // Вопр. онкол. - 1991. - Т. 37, ? 5 - C. 527 - 534.

2. Имянитов Е.Н., Черница О.И., Иванова О.А. и др. Амплификация онкогена ERBB-2(HER-2/NEU) в опухолях молочной железы - прогностический маркер вероятности рецидива // Экспер. онкол. - 1992. - Т. 14, ? 4. - C. 25 - 29.

3. Baselga J. Clinical trials of Herceptin (trastuzumab) // Eur. J. Cancer. - 2001. - Vol. 37, Suppl 1. - P. S18 - S24.

4. Coussens L., Yang-Feng T.L., Liao Y.-C. et al. Tyrosine kinase receptor with extensive homology to EGF receptor shares chromosomal location with neu oncogene // Science. - 1985. - Vol. 230. - P. 1132 - 1139.

5. Dowsett M., Cooke T., Ellis I. et. al. Assessment of HER2 status in breast cancer: why, when and how? // Eur. J. Cancer. - 2000. - Vol. 36. - P. 170 - 176.

6. Espinoza F., Anguiano A. The HercepTest assay: another perspective // J. Clin. Oncol. - 1999. - Vol. 17. - P. 2293 - 2294.

7. Harari D, Yarden Y. Molecular mechanisms underlying ErbB2/HER2 action in breast cancer // Oncogene. - 2000. - Vol. 19. - P. 6102 - 6114.

8. Imyanitov E.N., Chernitsa O.I., Serova O.M., Knyazev P.G. Rare occurrence of amplification of HER-2 (erbB-2/neu) oncogene in ovarian cancer patients // Eur. J. Cancer. - 1992. - Vol. 28A. - P. 1300.

9. Imyanitov E.N., Chernitsa O.I., Serova O.M. et al. Amplification of HER-2 (erbB-2/neu) oncogene as the most significant prognostic factor in a group of Russian breast cancer patients // Neoplasma. - 1993. - V. 40. - P. 35 - 39.

10. Klapper L.N., Waterman H., Sela M., Yarden J. Tumor-inhibitory antibodies to HER-2/ErbB-2 may act by recruiting c-Cbl and enhancing ubiquitination of HER-2 // Cancer Res. - 2000. - Vol. 60. - P. 3384 - 3388.

11. Knyazev P.G., Imyanitov E.N., Chernitsa O.I. et al. Amplification of ERBB-2 (HER-2/NEU) oncogene in different neoplasms of patients from USSR // Oncology. - 1992. - Vol. 49. - P. 162 - 165.

12. Mass R. The role of HER-2 expression in predicting response to therapy in breast cancer // Semin. Oncol. - 2000. - Vol. 27, Suppl 11. - P. 46 - 52.

13. Murray JL, Przepiorka D, Ioannides CG. Clinical trials of HER-2/neu-specific vaccines // Semin. Oncol. - 2000. - Vol. 27, Suppl 11. - P. 71 - 75.

14. Piccart M.J., Di Leo A., Hamilton A. HER2: a 'predictive factor' ready to use in the daily management of breast cancer patients? // Eur. J. Cancer. - 2000. - Vol. 36. - P. 1755 - 1761.

15. Roh H., Pippin J.A., Green D.W. et al. HER2/neu antisense targeting of human breast carcinoma // Oncogene. - 2000. - Vol. 19. - P. 6138 - 6143.

16. Slamon D.J., Glarn G.M., Wong S.G. et al. Human breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu oncogene // Science. - 1987. - Vol. 235. - P. 177 - 182.

17. Srinivasan R., Gillett C.E., Barnes D.M., Gillick W.J. Nuclear expression of the c-erbB-4/HER-4 growth factor receptor in invasive breast cancers // Cancer Res. - 2000. - Vol. 60. - P. 1483 - 1487.

18. van de Vijver M.J. Assessment of the need and appropriate method for testing for the human epidermal growth factor receptor-2 (HER2) // Eur. J. Cancer. - 2001. - Vol. 37, Suppl 1. - P. S11 - S17.

19. Yu D., Hung M.C. Overexpression of ErbB2 in cancer and ErbB2-targeting strategies // Oncogene. - 2000. - Vol. 19. - P. 6115 - 6121.

20. Zhang L., Chang C.J., Bacus S.S., Hung M.C. Suppressed transformation and induced differentiation of HER-2/neu-overexpressing breast cancer cells by emodin // Cancer Res. - 1995. - Vol. 55. - P. 3890 - 3896.