Злокачественные новообразования щитовидной железы представляют собой различные по гистологическому строению опухоли, разделенные на три группы: дифференцированные (97%), анапластические (1%) и медуллярные (2%) [1]. Молекулярно-генетические маркеры, вовлеченные в развитие дифференцированных опухолей щитовидной железы, включают в себя мутации и реанжировки генов, инициирующих развитие злокачественных новообразований, приводящих к пролиферации опухолевых клеток, уходу их от апоптоза и активации неоангиогенеза [2, 3]. В большинстве случаев данная патология связана с возникновением точечных мутаций гена BRAF (30–69%) и реанжировками онкогена RET (20%), запускающими основные сигнальные каскады MAPK и AKT/mTOR [1, 4, 5]. Считается, что пациенты с раком щитовидной железы имеют относительно благоприятный прогноз заболевания. Однако в случае метастатического, радиойодрезистентного или анапластического рака исход онкологического процесса часто сопряжен с его прогрессированием. Полагают, что это может быть связано с активацией процесса аутофагии в опухолевых клетках [6].

“Самопоедание” является естественным механизмом клетки, позволяющим ей избавляться от ненужных или аномальных белков, органелл [7]. Ключевыми индукторами процессов аутофагии в клетках являются дефицит питательных веществ, повреждение внутриклеточных органелл, частичная денатурация белков [8]. Кроме того, молекулярные механизмы “самопоедания” клеток могут провоцироваться окислительным или токсическим стрессом [8], что в большей степени связано с влиянием противоопухолевой терапии. Роль аутофагии отмечена при развитии злокачественных новообразований на всех этапах онкогенеза: от инициации до опухолевой прогрессии и исхода [6]. Центральную роль в развитии аутофагии играет протеинкиназа mTOR в составе комплекса TORC1, которая, будучи перекрестом значимых сигнальных каскадов, регулирует важнейшие клеточные процессы, а именно пролиферацию и гибель клеток [4, 9, 10].

Активация аутофагии в целом происходит как при участии mTOR-зависимых сигнальных путей, так и каскадов, не связанных с mTOR. Развитие явления “самопоедания” клетки опосредовано комплексом Atg белков, в которые входят ULK1 (Serine/threonine-proteinkinase ULK1), Atg13, способные интегрировать сигналы, получаемые от протеинкиназы mTOR в комплексе mTORC1 [4]. В формировании аутофагосомы различают этапы инициации, элонгации и завершения синтеза мембраны аутофагосом. Подробное описание механизмов аутофагии описано в обзорах R.T. Netea-Maier и соавт. [7], а также E.L. Eskelinen [8]. Дефосфорилирование ULK1 и Atg13 сопровождается ингибированием комплекса mTORC1, что приводит к запуску данного процесса с активацией вакуолеобразующего белка Vps34 (vacuolar sorting protein 34) с Beclin 1 (белком аутофагосом) [11]. В дальнейшем это явление продолжается ростом мембраны за счет образования ковалентного комплекса из убиквитиноподобного белка Atg12 и Atg5, а также Atg16, катализирующего модификацию белка LC3 (cytosolic-associated protein light chain 3) фосфатидилэтаноламином (таким образом, LC3 переходит в мембранно-связанную форму LC3-II) [12]. LC3-II встраивается в мембрану при участии Atg7 и Atg3. Созданный комплекс сопровождает дальнейшее созревание аутофагосомы до ее слияния с лизосомой, являясь маркером аутофагии [13]. Завершается процесс смыканием краев фагофоры с образованием аутофагосомы, ограниченной двуслойной мембраной. Финальным событием процесса аутофагии является слияние аутофагосомы с лизосомой с образованием аутолизосомы, что требует участия малых ГТФаз Rab и лизосом-ассоциированного белка (LAMP2) [14].

Существует несколько подходов к регуляции данного явления. Известны вещества, способные модифицировать активность процесса аутофагии. К ним относят целый ряд веществ, снижающих активность процесса аутофагии, однако обладающих низкой специфичностью. Подробное описание представлено в обзоре B. Pasquier и соавт. (2016) [15]. Одни из них способны снижать активность внутриклеточных сигнальных каскадов, а также влиять на процессы инициации данного явления, другие – влияют на функции лизосом. Соединения 3-метиладенин, вортманнин, LY294002, PT210, GSK-2126458 регулируют активность фосфатидил-инозитол-3-киназы (PI3K). Известен низкомолекулярный ингибитор аутофагии спаутин-1 (spautin-1), ингибирующий пептидазы USP10 и USP13, расщепляющие Beclin-1, что приводит к разрушению комплекса Vps34 [16, 17]. Аналогично ему действуют SAR405, compound 31, VPS34-INI, PIK-III. Состояние ULK связано со следующими ингибиторами: compound 6, MRT68921, SBI-0206965. На лизосомы влияют кломипрамин, лукантон, хлорохин, гидроксихлорохин, Lys05, ARN5187 [15].

Активаторами аутофагии являются следующие вещества: BRD5631, сперминидин, трехалоза, а также витамин D3 и др. Считается, что их действие сопряжено с активацией иммунной системы за счет изменения состояния AKT/mTOR сигнального пути [18]. S. Byun и соавт. также подробно описали влияние рапамицина и его аналогов, метформина, обатоклакса (GX15-070), линзинина, а также мапротилина и флуоксетина в гибели трансформированных клеток за счет активации аутофагии.

Другим принципиальным подходом является регуляция аутофагии, связанная с комплексом молекулярных каскадов. Центральное место в этом занимает протеинкиназа mTOR, входящая в состав сигнального комплекса mTORC1 и влияющая на биосинтез белка [19]. Среди компонентов сигнальных каскадов значение имеет киназа 5’АМФ-активируемая протеинкиназа (AMPK) [20], регулирующая энергетическое обеспечение клетки; митоген-активированные киназы (MAPK), JNK (c-Jun N-terminalkinase), ERK (extracellular signal-regulated kinase), р38 [21], а также JAK-STAT, WNT/β-catenin, регулирующие пролиферацию и выживаемость клеток [22].

Аутофагия тесным образом связана с развитием гипоксии [23]. Показан значительный вклад транскрипционного фактора HIF (фактора, активируемого гипоксией) в инициацию данного явления, что опосредуется изменением экспрессии компонентов AKT/m-TOR сигнального пути, а также ядерных факторов NF-κB, c-MYC и онкобелка с-MET [24, 25].

Среди молекулярных факторов, не связанных с mTOR, способных влиять на развитие аутофагии, выделяют онкосупрессор р53 [26], инозитол, кальций [27] и протеолитические ферменты – кальпаины. Известно, что действие инозитолов связано с изменением состояния AKT/mTOR сигнального каскада [28]. Кальпаин-зависимая регуляция уровня белков Beclin1 и Atg может влиять на интенсивность процесса “самопоедания”, а также на переход от аутофагии к апоптозу [29, 30]. Онкосупрессор р53 в ядре активирует AMPK, стимулируя процесс аутофагии [31]. Роль же цитоплазматической фракции до сих пор четко не определена, однако в единичных работах отмечен ее ингибирующий эффект на данный каскад [32]. Изменение внутриклеточной концентрации кальция, активация системы вторичных мессенджеров – инозитолов и кальпаинов определяет состояние ферментативного комплекса mTORC1, запуская процессы аутофагии [33]. Также полагают, что изменение активности AKT/mTOR сигнального каскада, происходящее при инициации и развитии аутофагии, является основным событием, влияющим на клеточный цикл [34]. В связи с этим снижение активности фосфатазы PTEN, регулирующей данный каскад, может влиять на развитие аутофагии [35].

Рак щитовидной железы гистологически представлен несколькими формами опухолей: дифференцированными (папиллярными и фолликулярными раками), анапластическими и медуллярными [1]. Развитие данных новообразований происходит за счет гетерогенных молекулярно-генетических изменений. К ним относят перестройки и мутации RET, мутации BRAF, RAS, рецепторов сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGFR) и эпидермального фактора роста (EGFR), способные активировать ключевые сигнальные каскады MAPK, AKT/mTOR. По данным некоторых исследователей, перестройки и мутации RET обуславливают развитие до 20% спорадических раков щитовидной железы [36]. Примерно такой же процент опухолей обусловлен мутациями гена BRAF (BRAFV600E), представителя семейства RAF белков в составе MAPK сигнального каскада [1, 37]. Кроме того, показано, что мутации RAS присутствуют в 10% случаев папиллярного и 40–50% случаев фолликулярного рака щитовидной железы [37]. Агрессивное поведение опухоли связано с изменением экспрессии белков, инициирующих ангиогенез, к числу которых относят рецепторы VEGFR, EGFR. Высокая экспрессия EGFR связана с развитием метастазов папиллярного рака щитовидной железы в лимфатических узлах и способствует прогрессированию заболевания [38]. Кроме того, показана роль перестроек PAX8/peroxisome proliferator-activated receptor (PPARγ) с формированием мутантного белка PPFP в развитии 30–40% фолликулярных раков и 0–1% папиллярных опухолей щитовидной железы [39].

Молекулярно-генетическая гетерогенность заболевания подразумевает различия в эффективности стандартных методов лечения. Известно, что хирургические подходы в лечении данной патологии доминируют, допускается применение радиойодтерапии у пациентов с высоким риском метастазирования [40]. Однако такое лечение без учета индивидуальных особенностей опухоли сопровождается развитием вторичной, приобретенной резистентности к радиоактивному йоду, снижая эффективность лечения. Стоит отметить, что отсутствие специфических подходов для лечения агрессивных форм дифференцированного и метастатического рака щитовидной железы способствует поиску молекулярно-генетических маркеров и применению таргетной терапии в лечении данных опухолей [41]. С этих позиций наиболее перспективными являются ингибиторы тирозинкиназ (TKI), ингибирующие аутофосфорилирование и активацию тирозинкиназ ключевых сигнальных каскадов MAPK, AKT/mTOR. В целом их действие на вышеупомянутые молекулярные пути, вовлеченные в рост, ангиогенез, местное и отдаленное распространение, сопровождается увеличением эффективности терапии. Однако существование аутофагии, часто сопровождающей процессы развития резистентности, в том числе и к таргетным препаратам, может снижать эффект такого лечения. Такая постановка проблемы подразумевает развитие комплексных подходов в лечении данной категории больных, в том числе использование таргетных препаратов совместно с веществами, модулирующими процесс “самопоедания” [5].

Аутофагия играет важную роль в развитии злокачественных новообразований. При этом значение данного явления для онкогенеза неоднозначно. С одной стороны, аутофагия способна подавлять онкогенез, а с другой стороны, она может способствовать опухолевой прогрессии и развитию резистентности к противоопухолевому лечению [8]. Полагают, что ее роль в большей степени определяется этапом онкогенеза. Показано, что инициация аутофагии на ранних стадиях развития опухоли, до формирования у этих клеток инвазивных свойств и способности к метастазированию, приводит к гибели раковых клеток [34]. В дальнейшем, напротив, особенно на фоне противоопухолевого лечения, активная аутофагия сопровождается развитием метастазов, формированием рецидивов заболевания и резистентности опухоли к лечению [5].

Большинство исследователей сходятся во мнении, что стимуляция аутофагии является универсальным защитным механизмом, предотвращающим развитие рака. Утилизация функционально неполноценных белков, органелл, предотвращение их токсического действия способно снижать их повреждающий эффект на клетки [42]. Подтверждением активации подобного защитного механизма является гиперэкспрессия генов, связанных с аутофагией, при развитии злокачественных новообразований. Известно, что накопление мутаций в случае развития опухолей происходит в том числе в областях, где кодируются белки, участвующие в процессе аутофагии [7, 33].

Развитие аутофагии в качестве механизма адаптации клеток к неблагоприятным условиям имеет не только теоретическое значение. Известен вклад данного явления в развитие резистентности к противоопухолевому лечению. Показано, что некоторые химиотерапевтические средства могут способствовать развитию защитной аутофагии в опухолевых клетках, предотвращая тем самым апоптоз, вызванный лекарственными средствами [5, 42]. Показано, что аутофагия способствует развитию резистентности к лечению таргетными препаратами у пациентов с раком щитовидной железы с наличием мутации гена BRAF [1]. Доказательством этого служит тот факт, что увеличение содержания белка LC3 в ткани папиллярного рака щитовидной железы сочеталось с появлением мутантного белка b-RAF [43]. Также на культуре клеток показано, что в случае реанжировки гена RET, кодирующего онкобелок, инициирующий развитие папиллярного рака щитовидной железы, ингибирование аутофагии способно снижать пролиферативный потенциал опухолевых клеток [44]. Кроме того, доказано значение данного явления в развитии радиойодрезистентных раков щитовидной железы [45]. В качестве перспективных препаратов, способных снижать активность процесса аутофагии, могут быть использованы ингибиторы ULK1, Vsp34, ATG4B, ингибиторы лизосом, однако эффективность их применения до сих пор исследуется [5, 15]. Стоит отметить, что развитие аутофагии, формирование условий для успешного применения противоопухолевых препаратов при папиллярном раке щитовидной железы определенным образом связано с состоянием сигнальных каскадов и ключевого из них – AKT/mTOR пути.

AKT/mTOR сигнальный путь является основным регулятором пролиферативного потенциала опухолевых клеток [46]. Являясь универсальным сигнальным каскадом, он обеспечивает функцию передачи информации для большинства клеток. Фосфоинозитид-3-киназа (PI3K), киназы AKT и mTOR относят к его значимым компонентам, активация которых способна влиять на рост и пролиферацию клеток, а также на процессы их программированной гибели [2, 3, 47].

Передача сигнала начинается с формирования комплекса из лиганда (факторов роста) и тирозинкиназного рецептора (например, EGFR, HER-2, IGFR) с последующим фосфорилированием киназ PI3K и AKT [48], PDK1 (pyruvate dehydrogenase kinase) и ферментативного комплекса mTORC2, в который входят, помимо mTOR, GβL (или mLST8, mammalian lethal with Sec13 protein 8), Rictor (rapamycin-insensitive companion of TOR), mSIN1 (mammalian stress-activated proteinkinase (SAPK)-interacting protein 1), Deptor (DEP domain-containing mTOR-interacting protein) и Protor (protein observed with rictor) [49].

Мишенями AKT являются множество белков, контролирующих значимые процессы онкогенеза, к которым относят киназы c-RAF (serine/threonine-protein kinase), GSK-3-beta (glycogen synthase kinase-3-beta) и др. [50]. Известно, что mTOR также входит в состав внутриклеточного сигнального комплекса mTORC1 [51]. Регуляция активности рапамицин-чувствительного комплекса mTORC1, состоящего из mTOR, Raptor (regulatory-associated protein of TOR), mLST8, Deptor и PRAS40 (proline-rich PKB/AKT substrate 40 kDa), осуществляется также AKT [52]. В составе mTORC1 протеинкиназа mTOR регулирует 70 S6 киназу (киназу рибосомального белка S6) и 4E-BP1 (инициирующий фактор 4E связывающий протеин 1) [48, 53], влияя на процессы трансляции мРНК и биосинтеза белков.

Развитие злокачественных новообразований щитовидной железы связано с активацией AKT/mTOR сигнального пути [54, 55]. Известно, что мутация BRAF часто изменяет состояние внутриклеточных сигнальных каскадов [56]. Активация онкобелка RET в случае папиллярного рака щитовидного железы приводит к еще более выраженным модификациям описываемого сигнального каскада [57]. Полагают, что подобные молекулярные особенности заболевания отражаются в активации аутофагии как основного механизма выживаемости клетки, в том числе и трансформированной. Кроме того, показана четкая взаимосвязь между активностью катепсинов, основных лизосомальных ферментов, и процессами аутофагии и апоптоза, регулируемых компонентами изучаемого сигнального каскада [58].

На рисунке представлены основные процессы, происходящие при участии AKT/mTOR сигнального пути, связанные с аутофагией. Отмечено значение данного явления на всех этапах онкогенеза, связанного с изменением статуса основных сигнальных киназ: AKT, mTOR.

Рисунок. Роль аутофагии в развитии рака щитовидной железы.

Примечание. Развитие папиллярного рака щитовидной железы связано с активацией онкобелков B-Raf, RET, сопровождающейся изменением состояния AKT/mTOR сигнального каскада. Одним из основных процессов, связанных с онкогенезом, является аутофагия, которая обеспечивает белковый баланс в клетке. mTOR в составе комплекса TORC1 является ключевой киназой данного обмена, регулирующей процессы белкового синтеза и распада, а также влияющей на прогрессию опухоли, в частности на пролиферацию клеток и их апоптоз. Подробно механизм описан в разделе “Молекулярные механизмы, вовлеченные в развитие аутофагии”.

Таким образом, аутофагия является одним из основных процессов онкогенеза. Ассоциации и взаимосвязи молекулярных механизмов аутофагии с основными сигнальными каскадами, ключевой протеинкиназой mTOR позволяют предполагать роль данного явления как в процессах инициации (где аутофагия обладает, скорее всего, противоопухолевым действием), так и опухолевой прогрессии (в этом случае аутофагия может выступать как фактор устойчивости опухоли к различным стрессам, включая терапию). В этой связи изучение молекулярных особенностей развития аутофагии актуально. Полагают, что поиск новых молекулярных маркеров, ассоциированных с аутофагией, является потенциальной базой перспективных мишеней для регуляции данного процесса.

Показана роль данного явления в развитии рака щитовидной железы, его прогрессировании, в том числе и в формировании ответа на противоопухолевое лечение. Агрессивность заболевания, низкая эффективность лечения связаны с инициацией защитной аутофагии, изменениями экспрессии компонентов AKT/m-TOR сигнального каскада. До настоящего времени имеются неоднозначные, разрозненные сведения о молекулярных механизмах опухолевой прогрессии злокачественных новообразований щитовидной железы. При этом до сих пор остается недооцененным вклад аутофагии в процессы развития данной патологии. Гиперэкспрессия компонентов AKT/m-TOR сигнального каскада сопровождает возникновение рака, однако это не всегда позволяет оценить прогноз заболевания. Вероятно, изучение маркеров аутофагии способно предсказывать исход онкологического процесса, в том числе и ожидаемый ответ на противоопухолевое лечение.