Мелатонин и опухолевый рост

С того момента, как Е. Georgiou в 1929 г., первым предположил, что пинеальная железа может влиять на рост и распространение злокачественных опухолей, был выполнен ряд исследований, посвященных изучению возможной антиканцерогенной роли эпифиза и его основного гормона — МТ.

В 1977 г. австрийский онколог V. Lapin организовала и провела в Вене первый международный симпозиум, посвященный влиянию пинеальной железы на процесс злокачественного роста. Название симпозиума звучало многообещающе: «Пинеальная железа: новый подход к механизму нейроэндокринного воздействия при раке». Этот симпозиум, систематизирующий данные, полученные к концу 70-х гг. XX в., может рассматриваться как отправная точка в современных исследованиях роли пинеальной железы и МТ в патогенезе неопластического роста. Основной целью этих исследований является разработка новых диагностических и терапевтических подходов для оптимизации лечения опухолей у человека.

Онкостатическая роль пинеальной железы была изучена в различных моделях канцерогенеза с использованием таких классических экспериментальных методов, как изменение фотопериода, пинеалэктомия или влияние МТ.


Вопреки первоначально высказанному мнению Georgiou о том, что пинеальная железа стимулирует рост опухоли, в настоящее время общепризнано, что экспериментальные воздействия, которые активизируют функцию пинеальной железы или введение МТ, сокращают число случаев возникновения и развития опухолей, в то время как пинеалэктомия стимулирует рост опухолей. Антиопухолевые эффекты МТ, по мнению исследователей, могут включать его влияние на синтез и секрецию гипофизарных и половых гормонов, вовлеченных в рост опухолей, модуляцию им иммунного ответа на наличие опухолевых клеток, действие как эндогенного антиоксиданта и его прямые цитостатические эффекты на опухолевые клетки.

Из-за сложного взаимодействия гормонов и факторов роста, вовлеченных в регуляцию роста опухолей, а также из-за многообразия физиологических эффектов МТ трудно сделать вывод об унитарном механизме антиопухолевого действия МТ в экспериментах in vivo. Эти обстоятельства обусловили изучение антиопухолевого эффекта МТ в основном in vitro, с использованием различных культур опухолевых клеток.

Эффекты мелатонина в культуре опухолей молочной железы
Прямые эффекты МТ на рост злокачественных опухолей молочной железы были изучены in vitro, в основном на культуре опухолевых клеток человека MCF-7.


Эта культура пассируется из опухолевых клеток, метастазирующих в плевру, в которых присутствуют рецепторы к эстрогену и прогестерону. Рост MCF-7 клеток зависим от эстрогенов. Таким образом, эти клетки представляют собой удобную модель для изучения молекулярных механизмов участия эстрогенов в патогенезе рака молочной железы.

Впервые эффекты МТ на рост MCF-7 клеток были описаны Blask, при этом обнаружилось, что МТ препятствует пролиферации MCF-7 клеток in vitro. Ингибирующий эффект МТ является обратимым — логарифмический рост MCF-7 клеток восстанавливается после замены питательной среды, содержащей МТ, на новую среду, испытывающую его недостаток. Интересным оказался зарегистрированный факт, что предшественники МТ, его метаболиты и другие пинеальные метоксииндолы обладают большей цитотоксичностью, чем сам МТ по отношению к MCF-7 клеткам. По мнению многих авторов, восприимчивость MCF-7 клеток к ростзапрещающему эффекту МТ может зависить от концентрации МТ в среде. Было показано, что только концентрации МТ в пределах физиологического диапазона, особенно доза 1 пМ, равная ночному пиковому уровню, препятствуют росту MCF-7 клеток, в то время как более высокие (0,1 рМ, 10 рМ) или, наоборот, более низкие (10 рМ, 0,1 рМ) концентрации являются неэффективными.


Кривая дозозависимого антипролиферативного действия МТ на MCF-7 клетки имеет колоколообразную форму с максимальным эффектом, совпадающим с 1пМ концентрацией.

В специальных экспериментах было показано, что пролиферация опухолевых клеток зависит от ритма действия МТ. Для MCF-7 клеток самый высокий антипролиферативный эффект МТ был достигнут в том случае, когда его концентрации менялись каждые 12 часов от 1пМ к ЮпМ, воспроизводя, таким образом, суточные ритмы колебаний содержания МТ у млекопитающих и человека. Отмечено, что эффективность действия МТ зависит и от эстроген-рецетггорного статуса опухолевых клеток. Было показано, что, так же как в MCF-7 клетках, МТ препятствует пролиферации и в других эстроген-зависимых опухолевых культурах (T47D, ZR-75-1), но не проявляет своего антиопухолевого действия в эстроген-нечувствительных линиях опухолевых клеток молочной железы (BD-20, MDA-МВ-231, MDA-MB-364, Hs587t, T47Dco).

Кроме того, проявление антииролиферативных свойств МТ требует присутствия определенных питательных факторов в среде, в которой растут опухолевые клетки.


МТ теряет свои антиопухолевые свойства, если MCF-7 клетки одновременно не подвергнуты действию таких митогенов, как эстрадиол, пролактин или эпидермальный фактор роста, при этом МТ блокирует митогенный эффект эстрадиола, пролактина и эпидермального фактора роста на MCF-7 пролиферирующие клетки. В ряде экспериментов обнаружено антиметастатическое действие МТ. Предварительная обработка MCF-7 клеток МТ в дозе 1пМ уменьшает врастание MCF-7 клеток в ламининовую мембрану, используемую в качестве артифициальной серозы, на 74%. Воздействие МТ (1 пМ) на культуру MCF-7 клеток в течение 5 дней оказывало выраженный хемостатический эффект, который отсутствовал в культуре клеток, не подвергнутой действию МТ.

Инвазивный рост опухоли зависит от подвижности опухолевых клеток. Инвазия и подвижность — два взаимозависимых процесса, возможные только при экспресии особых молекул — интегринов. Интегрииы представляют собой мембранные пептиды, осуществляющие взаимодействия клеток между собой и прилегающей тканью. Снижение или полное отсутствие экспрессии этих молекул на мембране клеток коррелирует с увеличением агрессивности клеток опухоли и их слабой дифференцировкой, а отсюда и с неблагоприятным прогнозом развития опухоли.


В MCF-7 опухолевых клетках МТ усиливает экспрессию кадерина Е — кальций-зависимого мембранного белка, ответственного за адгезивные межклеточные контакты. Экспрессия кадерина Е проявляет достоверную отрицательную корреляцию с инвазией опухолевых клеток in vitro и степенью дифференцировки опухолевых клеток. Кроме того, обнаружено, что МТ также способен усиливать экспрессию интегринов (31 — рецепторных белков, которые регулируют взаимодействие между клетками и экстраклеточной матрицей.

МТ снижает жизнеспособность MCF-7 опухолевых клеток и увеличивает процент их гибели в форме апоптоза. Известно, что в процесс регуляции апоптоза вовлечено большое число генов, которые классифицируются по трем категориям: гены — супрессоры апоптоза (типа bcl-2 и bcl-x); гены, которые действуют как исполнительные элементы апоптоза (типа Ьах); промежуточные гены (типа Fas\Fas лиганд, р53, туе и WAF1). Известно, что р53-онкосупрессорный ген задерживает прогрессию опухолевых клеток на стадии G1 и тем самым инициирует повреждение ДНК, приводящее к апоптозу клеток. Такое функционирование р53 возможно только при индукции WAF1 гена. Обнаружено, что экспрессия р53 и WAF1 генов в MCF-7 опухолевых клетках увеличивается при действии МТ. Несмотря на проведенные эксперименты, достоверные данные о влиянии МТ на экспрессию генов bcl-2, bcl-x и Ьах пока не получены.

Эффекты мелатонина на клетки меланомы
Меланоциты — клетки нейроэктодермального происхождения, способные синтезировать меланин из аминокислоты L-тирозина. Нарушение пролиферации меланоцитов в коже может привести к развитию злокачественных опухолей — меланом, характеризующихся высокой степенью прогрессии и метастазирования. Установлено, что пинеалэктомия способствует развитию первичных меланом, трансплантируемых сирийским хомякам, однако при введении МТ подобный эффект у пинеалэктомированных хомяков исчезает.

При исследовании клоногенных клеточных линий меланомы у животных и человека было обнаружено, что миллимолярные концентрации МТ приводили к 25%-ному снижению темпов роста клонированной линии клеток меланомы В7, полученной от спонтанно возникшей опухоли у самца золотистого хомяка, в то время как микромолярные концентрации МТ, наоборот, вызывали 37%-ное ускорение роста опухолевых клеток. Bartsch et al., изучая культивируемые клетки меланомы человека, установили, что микромолярные концентрации МТ приводят к 60%-ному снижению темпов пролиферации клеток, тогда как повышение дозы МТ в 10 раз стимулирует рост опухолевых клеток. Эти данные свидетельствуют о том, что МТ по отношению к клеткам меланомы имеет дозозависимый бифазный эффект. Интересен тот факт, что в этом же эксперименте физиологические дозы МТ не оказывали никаких эффектов.

Bartsch et al. также обнаружили, что различная чувствительность клеток меланомы человека к МТ зависит от темпов клеточного роста. МТ оказывает ингибирующее действие на клетки меланомы при их умеренном росте, но неэффективен в культурах опухолевых клеток с высоким уровнем пролиферации. Поведение клеток меланомы зависит от наличия или отсутствия стероидных рецепторов в опухолевых клетках. Потеря чувствительности клеток меланомы к МТ может быть связана либо с отсутствием стероидных рецепторов на поверхности опухолевых клеток, либо с селекцией клеточных клонов. Также было продемонстрировано, что МТ значительно препятствует росту клеток увеальной меланомы человека in vitro при использовании его в концентрациях 0,1-100 пМ. Эти данные позволяют считать перспективным использование МТ для лечения увеальных меланом, характеризующихся высокой степенью метастазирования.

Различные эффекты МТ на пролиферацию клеток и меланогенез были описаны и для S91 клеточной линии меланомы у мышей и для AbCl клеточной линии меланомы у хомяков. В низких концентрациях (0,1-10 пМ) МТ препятствовал пролиферации клеток, но не влиял на меланогенез, однако при повышении концентрации в 10 раз МТ тормозил индукцию меланогенеза и стимулировал пролиферацию клеток, что свидетельствует о способности МТ влиять на рост клеток меланомы через различные механизмы. Интересен тот факт, что МТ в фармакологических дозах сокращает число a-MSH рецепторов, а при физиологических дозах останавливает индукцию синтеза тирозиназы в клетках меланомы. Механизм ингибирующего эффекта МТ на клетки меланомы до конца не ясен. Возможно, он реализуется через рецепторы к МТ на клетках меланом различных типов, так как присутствие рецепторов к МТ показано на RPMI1846 меланомных клетках, В16 клетках и S91 клетках меланомы мышей, SK Ме128 и SK Ме130 клетках меланомы. Другим вероятным механизмом антиопухолевого действия МТ является его взаимодействие с эстроген-рецепторами, также обнаруженными в клетках некоторых типов меланом человека и грызунов.

Эффекты мелатонина на клетки опухолей женских репродуктивных органов
Имеются данные о том, что МТ и N-ацетилсеротонин препятствовали росту SK-OV-3 и JA-1 карцином яичников только в пМ концентрациях, при этом другие предшественники и метаболиты МТ — 5-метокситриптамин и 6-гидроксимелатонин — были в 5 раз более эффективны. В то же время не обнаружено подавления пролиферации KF-клеток, полученных из цистаденокарциномы яичников человека даже при использовании такой высокой дозы МТ, как 200 рМ. Микромолярные концентрации МТ препятствуют пролиферации эстроген-чувствительной внутриматочной аденокарциномы человека типа RL95-2, тогда как физиологические уровни МТ (1пМ) не оказывают эффекта на рост клеток.

Несмотря на то что МТ в концентрациях ниже 1 рМ не оказывает эффекта на митоз клеток опухолей яичника, при действии 0,1 рМ колхицина на клетки, которые были преинкубированы до этого с МТ в дозе 100 рМ, наблюдалось снижение митотических показателей по сравнению с действием одного колхицина. При исследовании раковых опухолей яичников было установлено, что МТ в концентрации 2 рМ препятствует росту клеток после 48 часов инкубации, однако в концентрации 0,1 рМ МТ не оказывет эффекта на пролиферацию опухолевых клеток. При изучении JAR-клеточной линии трофобластической опухоли плаценты было показано, что МТ и другие пинеальные индолы препятствуют включению iH-тимидина в JAR-клетки при использовании их в концентрациях от 4 рМ до 500 рМ.

Эффекты мелатонина на клетки других опухолей. Обнаружено, что МТ в концентрациях ЮрМ и 1пМ значительно препятствует пролиферации клеток нейробластомы человека линии SK-N-SH in vitro, в то время как супрафизиологические концентрации МТ неэффективны в отношении клеток этой линии опухоли. Через 8 дней после воздействия МТ опухолевые клетки проявляли более высокую диффе-ренцировку, отражением чего стало усиление роста нервных отростков по сравнению с отсутствием этого в контрольных линиях. Клетки нейробластомы часто используются как модель изучения возможного использования МТ в лечении болезни Альцгеймера. Было показано, что МТ в фармакологических дозах препятствует секреции белка-предшественника бета-амилоида (B-АРР) в нейробластомных клетках. МТ эффективен в предотвращении гибели ней-робластомных клеток в условиях действия свободных радикалов и внутриклеточного увеличения Са1+, вызванного влиянием цитотоксического фрагмента B-АРР.

Антиоксидантные эффекты МТ и N-ацетилсеротонина были продемонстрированы в SK-N-MC культуре нейробластомных клеток. Обнаружено, что физиологические концентрации МТ стимулируют увеличение микротрубочек в нейробластомных N1E-115 клетках. Эффекты различных концентраций МТ на пролиферацию гипофизарных пролактин-секретирующих опухолевых клеток крыс были исследованы in vitro, с использованием измерения инкорпорации iH-тимидина клетками опухоли. МТ оказался эффективен только в дозе 0,1 рМ, препятствуя инкорпорации iH-тимидина. Имеются сведения о том, что МТ препятствует пролиферации Нер-2 раковых клеток гортани только в концентрациях выше, чем 0,5 рМ.

МТ в концентрациях до 1 рМ не оказывает эффекта на митоз в клетках, культивируемых из эпидермоидных карцином полости рта. Однако когда эти клетки были преинкубированы с МТ в дозе 100 рМ, антимитотическое действие 0,1 рМ колхицина на них было значительно более выражено, чем на клетки, предварительно не обработанные МТ. МТ проявляет выраженное ингибирующее действие на рост RT112-клеток, полученных из переходного рака мочевого пузыря человека, но только в относительно высоких концентрациях, равных и превышающих 0,5 рМ. МТ вызывает бифазный ответ в клетках феохромоцитомы крысы линии РС12: в низких концентрациях (1-10 пМ) он подавляет рост РС12-клеток, а при более высоких концентрациях (10 рМ), наоборот, отдаляет наступление апоптоза опухолевых клеток. Было обнаружено, что МТ в микромолярных концентрациях снижает экспрессию B-АРР, B-актина и глицералдегид-3-фосфатдегидрогеназы в опухолевых РС12-клетках.

Описаны сравнительные эффекты микромолярных концентраций МТ и других пинеальных индолов на пролиферацию клеток лимфосаркомы S180. В то время как метокситриптамин оказал выраженный антипролиферативный эффект, действие МТ было наиболее слабым. Показано, что МТ значительно препятствует инкорпорации iH-тимидина в Т-лимфоцитах и в Т-лимфобластах здоровой мыши и человека, тогда как по отношению к миеломным клеткам он проявляет свойства, стимулирующие пролиферацию. Механизмы онкостатического действия мелатонина. Анализ изложенного материала позволяет считать, что онкостатическое действие МТ in vitro наиболее четко проявляется по отношению к некоторым MCF-7 клеточным опухолевым линиям рака молочной железы. Такое антиопухолевое действие выражается в снижении пролиферативной способности клеток, увеличении числа клеток, гибнущих в форме апоптоза, и снижении метастазирования.

При этом важно выяснить, как онкостатические эффекты МТ реализуются в опухолевых клетках и какие внутриклеточные механизмы вовлечены в антиопухолевые эффекты МТ? Несмотря на то что экспрессия мембранных рецепторов МТ была описана в различных клетках, все попытки верификации рецепторов МТ на мембране MCF-7 опухолевых клеток молочной железы оказались безуспешными. Изучалась возможность непосредственного проникновения МТ в цитоплазму клеток и взаимодействие его с клеточным ядром, так как МТ является липофильной молекулой и может контактировать не только с цитоплазматической, но и с ядерной мембраной клеток. Обнаружено, что MCF-7 клетки экспрессируют различные ядерные рецепторы, включая некоторые члены RZR\ROR- семейства, которые являются ядерными рецепторами МТ. Данные о регулирующем эффекте МТ в циклической клеточной кинетике подтверждают, что именно ядерные рецепторы MCF-7 клеток могут служить мишенью для реализации МТ его антиопухолевых эффектов.

При обнаружении рецепторов эстрогена в опухолевых клетках молочной железы человека, которые проявляли чувствительность к антимитогенным эффектам МТ, появилась гипотеза о том, что онкостатические эффекты МТ реализуются через них и что МТ ведет себя как естественный антиэстроген. Действительно, существование связей между антиопухолевым эффектом МТ на рост MCF-7 опухолевых клеток и эстрогенависимыми путями подтверждается способностью МТ к блокаде митогенного действия эстрадиола, что тем самым препятствует выживанию клеток, устойчивых к действию антиопухолевого препарата, — тамоксифена в клеточном монослое, культивированном в клоногенном мягком агаре. Детальные характеристики эффектов МТ на рецепторы эстрогена неоднозначны. Было установлено, что при инкубации in vitro MCF-7 клеток с МТ в дозе 1 пМ увеличивалось число цитозольных и ядерных эстроген-рецепторов.

В то же время обнаружено, что МТ имеет бифазный эффект: суп-рафизиологические его концентрации (0,1-10 рМ) усиливают экспрессию рецепторов эстрогена, в то время как физиологические концентрации МТ (10 пМ — 10 рМ) снижают экспрессию эстроген-рецепторов. Последнее приводит к ослаблению эффектов эстрогена и препятствует росту MCF-7 клеток. В демонстрации описанных эффектов не установлено прямого действия МТ на эстроген-рецепторы. По-видимому, МТ может модулировать экспрессию эстроген-рецепторов через какой-либо фактор-посредник или, взаимодействуя со своими собственными рецепторами, приводить к каскаду реакций, способных регулировать экспрессию эстроген-рецепторов. При этом эффекты МТ в супрафизиологических концентрациях можно объяснить тем, что усиление экспрессии ядерных рецепторов МТ может подавлять сигнальные грансдукционные события в цепи регуляции экспрессии рецепторов эстрогена.

Анализируя многочисленные данные об антиопухолевых эффектах МТ, можно предположить, что механизм действия МТ более сложен, чем простое «запрещение» им транскрипционной функции эстроген-рецепторов. Установлено, что действие МТ складывается из комбинации последовательно развивающихся «ранних и поздних событий». Ранние события включают трансдукцию регуляторного сигнала и реализуются через усиление экспрессии TGF-a, TGF-p, белков pS2, с-шус и c-fos. К поздним событиям относится включение регуляции эстроген-рецепторов с последующей модуляцией действия эстрогена, связанного с факторами роста. МТ стимулирует экспрессию рост-запрещающего фактора TGF-p, который обычно регулируется эстрогенами и снижается при действии c-fos и других протоонкогенов, связанных с клеточной пролиферацией, в свою очередь находящейся под регуляторным влиянием стероидов.

Эти данные поддерживают гипотезу о том, что МТ препятствует росту MCF-7 клеток, взаимодействуя с эстроген-зависимыми сигналами. Однако при этом следует учитывать способность МТ усиливать экспрессию таких факторов роста, как TGF-a, с-шус и pS2, которые обычно регулируются эстрадиолом и имеют прямое митогенное действие на MCF-7 клетки. Одним из наиболее интересных проявлений антиопухолевой активности МТ является его способность препятствовать росту опухолей, блокируя стимулирующие эффекты других гормонов и факторов роста. На рост опухолевых клеток карцином молочной железы влияет не только эстроген, но и пролактин и другие пептидные ростовые факторы.

Продемонстрировано, что МТ может блокировать митогенные эффекты пролактина, усиливающего рост опухоли. Возможно, при этом онкостатическое влияние МТ может быть также связано с его антагонизмом по отношению к пролактину. Также было показано, что МТ снижает экспрессию эпидермального фактора роста, стимулирующего рост MCF-7 клеток в агаровой среде. Кроме того, МТ не только блокировал эстрадиол-обусловленную стимуляцию факторов роста и тем самым пролиферацию клеток, но также усиливал и экспрессию «запрещающих» факторов роста (а именно TGF-p) в среде, где культивировались MCF-7 клетки. В цепь событий, вовлеченных в ингибирующее действие МТ на пролиферацию клеток, может быть включен и прямой эффект действия МТ на опухолевые клетки. Обнаружено, что МТ, с одной стороны, увеличивает продолжительность клеточного цикла клетки, удлиняя стадии G1 и G2, увеличивая, таким образом, долю клеток на этой стадии и задерживая начало S-стадии, что позволяет опухолевым клеткам достигнуть большей степени дифференцировки; с другой стороны, МТ может ослаблять синтез ДНК в клетках, находящихся на S-стадии клеточного цикла.

Косвенно онкостатические эффекты МТ могут быть обусловлены его антиоксидантными свойствами. Установлено, что ингибирующий эффект физиологических концентраций МТ на пролиферацию MCF-7 клеток реализуется в присутствии низких концентраций глютатиона. Возможная роль МТ как ингибитора клеточной пролиферации в условиях экспериментального канцерогенеза была предложена Blask et al. Их взгляд основывается на анализе экспериментов, в которых было продемонстрировано антипролиферативное действие окиси азота на клетки меланомы линии А375. Blask et al. инкубировали MCF-7 клетки карциномы молочной железы в течение 5 дней с МТ в дозе 1пМ в присутствии или при отсутствии NMMA — ингибитора фермента синтеза N0. В присутствии NM М А антипрол иферативн ый эффект МТ снижался. Авторы считают, что критический пороговый уровень NO необходим для МТ, чтобы он смог проявить свой онкостатический эффект.

Вполне вероятны и другие возможные механизмы, которые могут быть вовлечены в онкостатическое действие МТ на опухолевые клетки. Один из них может быть связан с эффектами МТ на организацию цитоскелета в качестве СаГ — кальмодулинового антагониста. Еще один интересный механизм, требующий детального изучения, — это возможные эффекты МТ на формирование адгезионных межклеточных связей. Большинство злокачественных опухолей имеют нарушения в адгезии клеток, связанные с дефектами в объединении клеток или с отсутствием функциональных межклеточных связей. Имеются предположения о том, что МТ может усиливать экспрессию молекул адгезии и тем самым подавлять рост опухоли.


Оцените статью: (9 голосов)
4.11 5 9
2007-2017 © Copyright ООО «МЕДКАРТА». Все права на материалы, находящиеся на сайте medkarta.com,
охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах.