Советуем для ознакомления:

Разделы генетики:

Популярные разделы сайта:

Биоэнергетика опухоли и распространение содержания АТФ

Общая концентрация АТФ, измеренная в экспериментальных опухолях с помощью жидкостной хроматографии высокого разрешения (ЖКВХ) (high performance (pressure) liquid chromatography — HPLC), обычно находится в диапазоне значений 0,4— 2,0 мМ. Если масса опухоли не превышает 1 % массы тела (т. е. при биологически важных размерах опухоли), общая концентрация АТФ и энергетический аденилатный заряд изменяются лишь незначительно. Этот стабильный биоэнергетический статус совпадает с «физиологической» тканевой оксигенацией (т. е. распределением pO2, которое сравнимо с таковым в нормальных органах: медиана р02 > 10 мм Hg; средняя тканевая концентрация глюкозы — приблизительно 2 мМ, средний уровень лактата >10 мМ).

Увеличение гидролиза АТФ с возрастанием опухолевой массы является типичным признаком, наблюдаемым во время роста опухоли. В результате усиленной деградации АТФ на определенных ее стадиях должна происходить аккумуляция пуриновых катаболитов вместе с образованием протонов и реактивных форм кислорода до конечного продукта мочевой кислоты. Накопление пуриновых катаболитов ксантина, гипоксантина и мочевой кислоты в экспериментальной саркоме DS крыс представлено на рисунке.

Вследствие гетерогенной микроциркуляции в опухолях концентрация АТФ in vivo может быть низкой в некоторых определенных участках опухоли, содержащих жизнеспособные опухолевые клетки, которые причастны к метаболизму, росту и реакции на терапевтические воздействия соответствующих злокачественных клеток. Имеются также данные о том, что в опухолях часто есть некротические участки, где содержание АТФ низкое благодаря быстрому гидролизу во время клеточной гибели. Такие участки не будут участвовать в формировании ответа опухоли на терапевтические воздействия, например в рецидивировании роста опухоли после какого-либо курса лечения. Следовательно, необходимы технические средства, позволяющие определять концентрации метаболитов, таких, как АТФ, с высоким пространственным разрешением в отношении к архитектуре ткани.

Для распознавания метаболитов в тканях была создана техника с применением количественной биолюминесценции, одно фотонного изображения и компьютеризированной обработки полученных данных. Метод дает возможность измерить стабильное состояние концентраций АТФ, глюкозы и лактата в абсолютное время с пространственным разрешением, приближающимся к клеточному уровню.

биоэнергетика опухоли

Микрорегиональное распространение АТФ было определено в криобиопсии рака шейки матки, взятой у больных сразу после измерения р02 в участках, прилежащих к 02-электродному треку . Подобно распространениям глюкозы и лактата, микрорегиональное распределение концентраций АТФ было гетерогенным и сравнимым с таковым в экспериментальных опухолях с высоким уровнем перфузии. Не удалось обнаружить четкую корреляцию между оксигенацией опухоли и содержанием АТФ в различных участках семи изученных опухолей человека. Хотя наблюдалась выраженная гетерогенность содержания АТФ, обильный некроз на гистологических срезах не был выявлен.

Изучено распространение АТФ, глюкозы и лактата в опухолях шейки матки различного гистологического строения. В некоторых опухолях обнаружена очевидная связь между распространением метаболитов и гистологической структурой ткани. Это служит определенным доказательством того, что в злокачественных новообразованиях имеются ограниченные плотные участки живых опухолевых клеток, окруженных некрозом и строма-льной тканью с низкой плотностью. Сравнение распространения АТФ и лактата с гистологической структурой позволило предположить, что концентрации этих метаболитов высокие в участках жизнеспособной опухоли и низкие в некротических зонах. Это дает основание для предположения о наличии возможной корреляции между обоими метаболитами для каждого эквивалентного месторасположения в опухолевой ткани. Хотя такая корреляция не является очевидной для распространения глюкозы, можно допустить, что этот субстрат негативно коррелирует с двумя другими изученными метаболитами.

Проанализирована также плотность пиксел-пиксел для различных метаболитов с целью выявления количественной корреляции между ними. Полученные результаты показали позитивную линейную корреляцию между уровнями АТФ и лактата и негативную между концентрациями АТФ и глюкозы. Уровни глюкозы и лактата негативно коррелировали в карциномах шейки матки. Интересно отметить, что в карциномах шейки матки концентрация глюкозы никогда не была ниже 1 ммоль/г (=18 мг/дл) — уровня, который был предсказан для рака грудной железы.

Измерения регионального распространения АТФ с помощью количественной биолюминесценции в экспериментальных опухолях головного мозга показали, что уровни АТФ подобны таковым в нормальной ткани головного мозга (2,6 против 2,5 ммоль/г) с очень незначительными различиями по содержанию глюкозы (2,4 против 2,8 ммоль/г) и высокой концентрацией лактата (6,4 против 1,2 ммоль/г) в жизнеспособной опухолевой ткани. Обнаружена также заметная гетерогенность распределения этих метаболитов в опухоли. Применив метод количественного биолюминесцентного изображения, S. Walenta и соавт. представили клинические доказательства того, что накопление лактата отражает злокачественный потенциал плоскоклеточных карцином шейки матки, головы и шеи, а также колоректальных аденокарцином.

Результаты многочисленных исследований позволяют сделать заключение, что кровоток в опухоли, микроциркуляция, снабжение кислородом и питательными веществами, топография тканевого рН, уровень лактата и биоэнергетический статус, т. е. все те факторы, которые обычно тесно взаимосвязаны и определяют метаболическое микроокружение опухолевых клеток («опухолевый патофизиом»), могут существенно влиять на реакцию злокачественных опухолей на лучевую терапию, химиотерапию, другие нехирургические лечебные воздействия, а также на активность пролиферации опухолевых клеток и злокачественную прогрессию. Согласно представленным данным, значительная вариабельность этих важных факторов возникает, вероятно, между различными участками опухоли и между опухолями одинаковой степени дифференцировки и клинической стадии. Исходя из этого, можно предположить, что оценка метаболического микроокружения в индивидуальных опухолях перед лечением и соответствующая «тонкая настройка» («fine-tunning») протоколов лечения для индивидуальных больных помогут усилить ответ опухоли на терапевтическое воздействие и тем самым повысить эффективность лечения.

- Читать далее "Контроль экспрессии генов в молекулярной онкологии"

Оглавление темы "Генетические маркеры роста опухоли":
1. Биоэнергетика опухоли и распространение содержания АТФ
2. Контроль экспрессии генов в молекулярной онкологии
3. Факторы метаболического окружения в молекулярной онкологии
4. Транскрипционный фактор HIF-1a и его роль в росте опухоли
5. Супрессор опухоли ТР53 и фактор роста эндотелия сосудов