The role of Helicobacter pylori in the process of 43 carcinogenesis by means of dysregulation of miRNA expression

Full Text

Helicobacter pylori (Нр) - бактерия в форме спирали, которая поражает стенку желудка и двенадцатиперстной кишки, вызывая атрофический гастрит, язвенную болезнь и злокачественные новообразования. Общая инфицированность населения земного шара Нр достигает почти 60%. В развивающихся странах к середине жизни инфицированность достигает 90-95%. В России носительство Нр составляет от 60,7 до 100% [1]. Заболевания желудка относятся к числу наиболее часто встречающейся патологии среди населения. Их социальное значение определяется не только распространённостью, но и хроническим рецидивирующим течением, обусловливающим зна- чительную временную, а подчас и стойкую утрату трудоспособности. Осложнения, возникающие при тяжёлом течении и несвоевременном лечении этих заболеваний, несут угрозу жизни больного. По данным мировой статистики, около 7-14% взрослого населения страдают язвенной болезнью (ЯБ). В Российской Федерации больных с этим заболеванием более 3 млн [2]. Распространенность гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ) достигает среди взрослого населения 50% [3]. Хронический гастрит (ХГ) занимает центральное место среди заболеваний желудка. В странах с развитой статистикой он фиксируется у 80-90% больных [4]. В России, по данным одного из исследований, Нр выявлялся при ХГ у 80,91±0,81 % обследованных, при ГЭРБ - у 72,97±0,75%, а при ЯБ - у 70,45±0,42% [5]. ЯБ двенадцатиперстной кишки практически в 90-100% случаев ассоциирована с Hp. Антибактериальная терапия, которая направлена на уничтожение бактерии, приводит к рубцеванию язвы. Тяжелое заболевание желудка - аденокарцинома - в 70-90% случаев вызвано инфицированием Hp. Считается статистически доказанным, что у инфицированных этой бактерией повышен риск развития рака желудка (относительный коэффициент 2,5). В 1994 г. Международным агентством по изучению рака (IACR) ВОЗ Hp отнесена к канцерогенам 1-й группы. Эта бактерия вызывает гистологические изменения, приводящие к развитию рака, - атрофию слизистой оболочки, кишечную метаплазию и дисплазию эпителия. Большинству случаев рака желудка предшествует длительный предраковый процесс, включающий в себя цепь событий: хронический гастрит - мультифокальную атрофию - кишечную метаплазию - интраэпителиальную неоплазию. Многочисленные экспериментальные и клинические данные свидетельствуют, что хроническая хелико- бактерная инфекция является мощным известным фактором развития рака желудка. Нp экспрессирует спектр факторов вирулентности, которые вызывают дисрегуляцию внутриклеточных сигнальных путей в клетках хозяина, что снижает устойчивость к неопластической трансформации. Рак желудка - злокачественная опухоль, происходящая из эпителия слизистой оболочки желудка. Является одним из наиболее распространённых онкологических заболеваний. Может развиваться в любом отделе желудка и распространяться на другие органы, особенно пищевод, лёгкие и печень. Рак желудка (до 986 600 новых случаев в год, по данным 2008 г.) является четвертым по значимости и составляет более 8% от общего числа случаев рака [5]. Несмотря на постоянно сокращающуюся заболеваемость раком желудка в развитых странах, он остается второй ведущей причиной смерти в мире, связанной с раком. От рака желудка в мире ежегодно погибают до 800 тыс. человек (данные на 2008 г.) [7]. В России показатели заболеваемости одни из самых высоких в мире, рак желудка стабильно занимает 2-е место в структуре онкологических заболеваний (15,8% у мужчин и 12,4% у женщин), как и в развивающихся странах, он продолжает занимать 2- е место среди причин смерти от онкологических заболеваний, уступая лишь раку легкого, и характеризуется значительной региональной вариабельностью [8]. Риск рака желудка зависит от факторов вирулентности бактерий и от генетических факторов пациента, однако рекомендации в отношении конкретных маркеров вирулентности или маркеров для генетических исследований для применения в клинической практике в настоящее время отсутствуют. Эрадикация Hp может препятствовать развитию рака желудка, однако после определённого момента в процессе перехода хронического гастрита в аденокарциному, эрадикация Hp перестаёт быть фактором, способным предотвратить развитие рака желудка. После того как кишечная метаплазия уже развилась, эрадикация не предотвращает развитие рака желудка, хотя и способна затормозить её прогрессирование [9]. В целом рак желудка является гетерогенным заболеванием с неизвестным до настоящего времени механизмом развития. Наряду с генетическими и эпигенетическими механизмами микроРНК были недавно открыты в качестве критических «игроков» при карциногенезе желудка как посттранскрипцион- ные регуляторы супрессоров опухоли и онкогенов. Выявлено значительное число дерегулированных микроРНК при раке желудка и в многочисленных функциональных опытах подтверждено их биологическое значение. Увеличивается число исследований, подтверждающих вовлечение микроРНК на различных стадиях карциногенеза - от гастрита до метастазов. Впервые описанные в 1993 г. [10, 11], небольшие некодирующие молекулы РНК, микроРНК, были признаны в начале 2000 г. и теперь становятся одной из наиболее быстроразвивающихся областей молекулярной биологии. МикроРНК - эволюционно консервативные молекулы примерно 22 нуклеотидов в длину, которые регулируют экспрессию генов путем пост- транскрипционного молчания генов-мишеней [12]. Изменение экспрессии микроРНК разнонаправленно, и эффекты этих изменений могут быть различны. Так, активация miR-25, miR-93, miR-106b, miR-130b, miR-150 различными способами угнетает апоптоз, в то время как множество микроРНК (miR- 15b, miR-16, miR-34, miR-181b, miR-181c, miR-497) угнетаются при опухолях. МикроРНК-155 подавлены при раке желудка по сравнению с экспрессией в нераковой слизистой оболочке желудка [13]. Взаимодействие между слизистой оболочкой желудка человека и Hp, в том числе дополнительных факторов окружающей среды, на фоне генетической предрасположенности может привести к сложной модификации воспалительных и иммунных реакций, которые еще до конца не изучены. Так как микроРНК, как было показано, играют важную роль в желудочном канцерогенезе, выдвинута гипотеза, что инфекции Hp может опосредовать экспрессию связанных с раком микроРНК и тем самым способствовать развитию рака желудка. Список микроРНК, которые связаны с хеликобактерной инфекцией, приведены в публикациях [14]. Инфекция Hp связана со значительными изменениями в экспрессии микроРНК. Большинство выявленных микроРНК показали снижение экспрессии при инфицировании Hp, а часть микроРНК восстанавливаются после эрадикации Hp [15]. Исследование С.Р. Гао и соавт. [16] обнаружило снижение экспрессии микроРНК-218 в хеликобак- тер-положительном биопсийном материале желудка по сравнению с отрицательными по Нр пробами и показало, что избыточная экспрессия микроРНК- 218 может ингибировать NF-kB-активацию. Нр снижает эксперессию miR-218, miR-451, miR-141, miR-9, а аберрантная активация NF-kB в результате вызванной Нр дисрегуляции микроРНК приводит к угнетению апоптоза и усилению пролиферации, способствуя мутагенезу клеток [17]. В то же время Чжан и соавт. [18] обнаружили, что микроРНК-21 избыточно экспрессируется в инфицированной Нр слизистой оболочке желудка. Статус хеликобактерной инфекции и хроническое воспаление хорошо коррелируют с уровнем экспрессии различных микроРНК [19]. Несколько мишеней miR-155, miR -146a связаны с с иммунным ответом, при этом негативно изменяется воспалительный ответ [20, 21]. Значительная индукция miR-155 при Нр-инфек- ции показана в клетках различного типа - человеческих Т-клетках, неиммунных макрофагах, различных линиях эпителиальных клеток, в слизистой желудка инфицированных людей и мышей [22, 23]. miR-155 важна для Т-клеточного контроля Нр- инфекции и для развития хронического гастрита и колита: иными словами, экспрессия miR-155 (как показано на мышах) необходима для Th17/Th1- дифференциации, лежащей в основе иммунитета к Нр-инфекции, с одной стороны, и ассоциированной с инфекцией иммунопатологии - с другой стороны [22]. Хроническая Hp-инфекция у мышей подавляет экспрессию специфического для мышц miR-1 и miR-133, что может привести к гиперплазии мышечного слоя желудка и дерегуляции опорожнения желудка [24]. По сути, микро РНК являются мостом между НР- инфекцией и гастритами, между Нр-инфекцией и развитием рака [15]. Существует ряд доказательств, что отдельные факторы вирулентности Нр непосредственно участвуют в регуляции микроРНК. Индукция miR-155 зависит от ЛПС, VacA и ГГТ Hp [23], как и miR-21 и кластеров miR-371, 372, 373, на экспрессию которых влияет Нр [17]. ЛПС Нр снижает экспрессию miR-375 и miR-106b в эпителиальных клетках желудка [25]. Разрушение целостности эпителиального барьера желудка лежит в основе патологии при многих заболеваниях желудка, включая опухоли. Фактор вирулентности CagA Hp является одним из главных разрушителей эпителиального барьера желудка. Проникнув в клетку, CagA вызывает значительные изменения сигнальных путей различными способами, что ведет к неправильной пролиферации эпителиальных клеток и морфологическим изменениям. В качестве недавно идентифицированного механизма действия CagA микроРНК вовлечена в ремоделирование эпителиального барьера желудка. Эради- кация Hp и предупреждение поражения эпителиального барьера желудка, обусловленного CagA, может предотвращать развитие опухолей желудка [26]. Повышение микроРНК под действием CagA Hp вызывает кишечную метаплазию эпителиальных клеток желудка [27, 28]. Также CagA регулирует микроРНК let-7 [29], CagA может вызвать усиление экспрессии miR-585 и miR-1290, что интерферирует с клеточной дифференциацией и ремоделирует ткани, вызывая у мышей метаплазию эпителиальных клеток желудка [27]. Как эпигенетический онкопротеин CagA Hp играет важнейшую роль в желудочном канцерогенезе. Установлено, что микроРНК-17 и микроРНК- 20а, имеющие мишенью p21 мРНК, играют доминирующую роль в торможении CagA /Erk-зависимой аккумуляции р21 при CagA-экспрессии в эпителиальных клетках желудка. При доставке в эпителиальные клетки CagA вызывает потерю полярности и активизирует аберрантную Erk-сигнализацию. CagA-индуцированная активация Erk приводит к онкогенному стрессу, индукции старения, митоге- незу клеток, что играет важную роль в прогрессии эпителиальных опухолей в сторону дедифференци- рованного, более злокачественного фенотипа [30]. Репрессия кластеров miR-371, 372, 373-является CagА-зависимой [31]. В целом связь между микроРНК и CagA изучена недостаточно. Кроме того, выявленные профили экспрессии микроРНК в модельных системах и в естественных условиях, как и профили экспрессии микроРНК в Hp-инфицированных тканях желудка и при раке желудка, могут значительно различаться. Например, известная онкогенная микроРНК-106й активируется в различных злокачественных опухолях, включая рак желудка, но снижается в ^- инфицированной слизистой оболочке желудка. Точно так же микроРНК-34й, микроРНК-34с, микроРНК-103, микроРНК-200а, микроРНК-200й: микроРНК-214 и микроРНК-372 избыточно экспрессируются при раке желудка, но в H^-инфици- рованной слизистой оболочке желудка значительно подавляются. По данным одних авторов, показатели микроРНК-146а значительно снижаются при раке желудка, по данным других авторов, повышается в Нр-инфицированной ткани желудка. Таким образом, совокупность полученных к настоящему времени данных свидетельствует, что микроРНК важны в инициации и прогрессировании Hp-индуцированных изменений в желудке, что подтверждает необходимость дальнейших исследований для понимания механизмов, с помощью которых этот возбудитель вызывает хроническое воспаление и рак желудка. Активное изучение микроРНК в немалой степени обусловлено стабильностью микроРНК в биопробах, что частично объясняется их короткими размерами и, вероятно, комплексом с липопротеинами, включая микровезикулы и экзосомы, содержащие микроРНК. МикроРНК обнаружены почти во всех изученных жидкостях организма - крови, кале, перитонеальной и спинномозговой жидкости и т. д. [32-34]. Риск рака желудка зависит от генетических факторов пациента и от факторов вирулентности бактерий, однако рекомендации в отношении конкретных маркеров вирулентности или маркеров для генетических исследований с целью их применения в клинической практике пока отсутствуют [9]. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы установить биологическую роль микроРНК в связи с инфекцией Hp в развитии рака желудка. Будущие функциональные исследования, как предполагается, будут включать целые микроРНК-сетевые системы, так как функции микроРНК могут варьировать в зависимости от биологического контекста. Большие клинические испытания, в том числе определение микроРНК в образцах из различных географических районов, могут открыть новые возможности развития противоопухолевой и персонализированной терапии.

About the authors

O. F Belaia

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: ofbelaya@mail.ru
8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

E. V Volchkova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

O. A Paevskaya

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

S. N Zuevskaya

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

Yu. V Yudina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

S. G Pak

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

8-2, Trubetskaya Str., Moscow, Russian Federation, 119991

References

Supplementary files