Как опухолевая гипоксия управляет ангиогенной передачей сигналов VEGFA

Как гипоксия стабилизирует HIF-1α для управления программой передачи ангиогенных сигналов

Быстро делящиеся опухолевые клетки опережают снабжение их кислородом, создавая гипоксические области с pO2 ниже 2–5 мм рт. ст. В нормоксических условиях ферменты пролилгидроксилазного домена (PHD) гидроксилируют HIF-1α по Pro402 и Pro564 — реакция, требующая кислорода. Гидроксилированный HIF-1α распознается комплексом убиквитинлигазы VHL E3, который убиквитинирует и быстро разлагает HIF-1α (период полураспада <5 минут). Гипоксия ингибирует ферменты PHD, истощая их кислородный ко-субстрат, предотвращая гидроксилирование HIF-1α, блокируя деградацию, опосредованную VHL, и позволяя HIF-1α накапливаться и перемещаться в ядро.

Ядерный HIF-1α димеризуется с HIF-1β и связывает элементы ответа на гипоксию в генах, участвующих в ангиогенезе, гликолизе и адаптации, включая VEGFA, GLUT1 и LDHA. Размер и скорость индукции зависят от модели. RAS-ERK, PI3K-AKT-mTOR, STAT3 и другие сигналы также могут модифицировать численность HIF или транскрипцию VEGFA, но их эффекты зависят от контекста, а не являются независимыми универсальными переключателями.

Сигнальный каскад VEGFR2: от связывания лиганда к прорастанию сосудов

VEGFA165 (доминантная проангиогенная изоформа) связывает VEGFR2 (KDR) на эндотелиальных клетках со сродством ~100 пМ, индуцируя гомодимеризацию рецептора и аутофосфорилирование по множеству тирозиновых остатков. Фосфорилирование Tyr1175 VEGFR2 является первичным ангиогенным сигнальным событием, привлекающим адаптерные белки PLCγ и Shb для активации нижестоящих сигнальных каскадов Ca2+/PKC (эндотелиальная пролиферация) и PI3K/AKT/mTOR (выживание эндотелия). Опосредованная VEGFR2 активация киназы SRC фосфорилирует VE-кадгерин по адресу Tyr685, ослабляя эндотелиальные слипчивые соединения и увеличивая проницаемость сосудов — характерную неплотность опухолевых сосудов, которая вызывает отек и ухудшает доставку лекарств.

Прорастание сосудов регулируется латеральным ингибированием DLL4/Notch: высокие градиенты VEGFA на фронте прорастания активируют DLL4 в ведущих «концевых клетках», что подавляет экспрессию VEGFR2 в соседних «стебельковых клетках» посредством передачи сигналов Notch, создавая иерархию клеток кончик/стебель, которая обеспечивает направленный рост сосудов. ANG2 (ангиопоэтин-2), секретируемый кончиковыми клетками, дестабилизирует прикрепление перицитов, обеспечивая миграцию эндотелия в строму опухоли. Этот скоординированный сигнальный каскад VEGFA→VEGFR2→PI3K/AKT и VEGFA→VEGFR2→SRC/VE-кадгерин является молекулярным двигателем неоваскуляризации опухоли.

Агенты против VEGF: бевацизумаб, рамуцирумаб и ИТК VEGFR.

Бевацизумаб (Авастин) представляет собой гуманизированное моноклональное антитело против VEGFA, которое связывает все биологически активные изоформы VEGFA, предотвращая взаимодействие с рецепторами. Ключевое исследование AVF2107 (Hurwitz et al., NEJM 2004) продемонстрировало, что добавление бевацизумаба к химиотерапии на основе иринотекана при метастатическом колоректальном раке увеличивает среднюю выживаемость с 15,6 до 20,3 месяцев, обеспечивая первое одобрение антиангиогенного препарата. Бевацизумаб в настоящее время одобрен в сочетании с химиотерапией или таргетными препаратами при колоректальном раке, НМРЛ, глиобластоме, почечно-клеточном раке, раке шейки матки и гепатоцеллюлярном раке. Рамуцирумаб (антитело против VEGFR2) блокирует связывание лиганда на уровне рецепторов и одобрен для лечения рака желудка, НМРЛ, гепатоцеллюлярного и колоректального рака.

Многие ингибиторы тирозинкиназы VEGFR также ингибируют PDGFR, KIT, RET, MET или другие киназы, профиль которых различается в зависимости от агента и концентрации. Более широкое ингибирование не означает автоматически большую эффективность и может повысить токсичность. Таким образом, данные о клиническом использовании, мониторинге и сочетании должны быть взяты из маркировки конкретных заболеваний, а не выведены из списка киназ.

Механизмы резистентности и нормализация сосудов

Устойчивость может включать альтернативные ангиогенные факторы, поддержку перицитов, коопцию сосудов, измененные миелоидные клетки и адаптацию опухолевых клеток. Механизмы, связанные с FGF, ангиопоэтином, PlGF и MET, наблюдались в отдельных моделях и заболеваниях, но ни один путь не объясняет каждый случай резистентности.

Лечение анти-VEGF может создать зависящее от времени и дозы окно нормализации сосудов в некоторых опухолях, потенциально изменяя перфузию, доступ иммунных клеток и доставку лекарств. Это также может уменьшить перфузию или выбрать альтернативные сосудистые пути. Эта условная модель поддерживает комбинированные гипотезы, но не гарантирует синергизма для каждой пары анти-VEGF и иммунотерапии.

Ключевые выводы

• ·Опухолевая гипоксия может стабилизировать HIF-1α за счет снижения PHD-зависимого гидроксилирования и VHL-опосредованной деградации, увеличения VEGFA и других адаптивных программ.
• ·Сигнальный каскад VEGFA→VEGFR2 активирует PI3K/AKT/mTOR (выживание эндотелия), PLCγ/PKC (пролиферация) и SRC-опосредованное фосфорилирование VE-кадгерина (проницаемость сосудов) — молекулярные факторы неоваскуляризации опухоли.
• ·Антитела против VEGF и мультикиназные ингибиторы имеют показания, специфичные для конкретного заболевания и схемы лечения, которые следует проверить на действующих этикетках.
• ·Устойчивость может включать альтернативные ангиогенные факторы, коопцию сосудов, поддержку стромы и адаптацию опухоли, а не один фиксированный путь ухода.
• ·Нормализация сосудов представляет собой условную, зависящую от времени модель, которая может поддерживать комбинированные стратегии, но сама по себе не прогнозирует пользу.