Молекулярные биологические маркеры диагностики и мониторинга терапевтических реакций у больных раком полости рта

Обзор посвящен одному из приоритетных направлений в диагностике заболеваний – применению биомаркеров. Актуальность исследования и применения биологических маркеров в профилактике и доклинической диагностике обусловлена ростом заболеваемости раком ротовой полости у людей до 40 лет, диагностирование заболевания в продвинутой стадии. Приводятся сведения о слюнных и сывороточных биомаркерах, мутациях влияющих на риск развития заболевания и эффективность терапии, экспрессии микроРНК в опухолевых тканях

Большой вклад в развитии стоматологической ортопедии и тесно с ней связанной реконструктивной челюстно-лицевой хирургии принадлежит профессору В.Ю. Курляндскому, который плодотворно работал в направлении челюстнолицевого протезирования.

Приобретенные дефекты лица и челюстей, обусловленные новообразованиями и травмами, растет, что связано с техногенными катастрофами, локальными войнами, бытовым травматизмом и ростом числа онкологических больных [1].

Сегодня, в век цифровой медицины, стоматология развивается очень интенсивно и достижения специалистов в этой области впечатляют. Зубочелюстные и лицевые протезы изготавливаются с использованием стоматологических CAD|CAM технологий [2].

Однако достижения молекулярной диагностики в области профилактики, доклинической диагностики новообразований головы и шеи остаются неизвестны и недоступны большинству врачей-стоматологов. Рак полости рта – многофакторное заболевание с тяжелыми инвалидизирующими последствиями и высокой смертностью. Рост заболеваемости у людей до 40 лет, частое диагностирование в продвинутой стадии требует разработки мер профилактики данного заболевания. Одним из решений такой задачи является выявление и использование в практике биомаркеров. Биологические маркеры могут использоваться для оценки риска заболеваний, скрининга на первичный рак, дифференцирования доброкачественных, злокачественных состояний или разных типов опухолей, определения прогноза, в качестве предикторов/скрининга и мониторинга состояния болезни. Определение риска развития рака полости рта у пациента является полезным, если стратегии уменьшения риска эффективны. Эти стратегии, при применении в группе высокого риска более эффективны по сравнению с использованием для всей популяции [3]. Вирус папилломы человека типа 16 (ВПЧ 16) признается в качестве одной из причин большинства случаев рака шейки матки и значительной части рака аногенитальной области и ротоглотки. E6 и E7 онкобелки ассоциированы с началом злокачественной трансформации пораженных тканей шейки матки.

Результаты текущих исследований предполагают, что антитела ВПЧ 16 E6 можно использовать на доклинической стадии [4]. Маркер p16INK4a используется в определении рака ротовой полости и привел к успешной идентификации орального секса в качестве причины HPV-связанного ракового заболевания [5, 6]. Слюнные биомаркеры - весьма перспективный неинвазивный подход для обнаружения рака полости рта и в мониторинге процесса заболевания и ответа на лечение. Brinkmann и соавторы в 2011 году изучали слюнные биомаркеры у больных раком ротовой полости в Сербии и показали, что три слюнных протеомных биомаркера и четыре слюнных мРНК биомаркеров достоверно связаны с поздней стадией рака ротовой полости. Слюнные протеомные биомаркеры например интерлейкин 1b (IL‑1B), интерлейкин-8 (IL8), M2BP, и микроРНК маркеры, таких генов как IL8, S100P, SAT1 и IL1B были определены с статистически значимыми значениями [7].

Биомаркеры могут использоваться как скрининговые инструменты у здоровых лиц и пациентов клинически или гистологически негативных для рака полости рта. Скрининг и ранняя диагностика рака ротовой полости являются полезными и важными для стратегии, снижающей риски. Другие стратегии включают изменение образа жизни, отказ от вредных привычек и профилактическое лечение в профилактике рака, которые увеличивают выживаемость больных.

В 2014 году Wang и соавторы успешно выделили потенциальные слюнные биомаркеры для ранней диагностики рака ротовой полости. Их исследование показало 8 сверхэкспрессируемых и 6 сниженноэкспрессируемых групп слюнных метаболомных биомаркеров. Результаты показали, что пять слюнных метаболомных биомаркеров, пронионил холин, N‑ацетил‑L‑ фенилаланин, сфинганин, фитосфингосин и S ‑ карбоксиметил ‑ L ‑ цистеин имеют достоверные статистические корреляции и могут рассматриваться в качестве кандидатов-биомаркеров для скрининга на рак ротовой полости [8]. Ген кислой лакказы 2 является протеомным биомаркером, который используется для дифференцирования плоскоклеточного рака от аденокарциномы [9]. Ангиогенетический маркер кластер дифференцировки фактора 34 (CD34) служит важным инструментом прогнозирования для повторных случаев рака ротовой полости [10]. Геномные биомаркеры интегрин α3 и интегрин β4 положительно коррелируют с отдаленными метастазами и прогнозом опухолей[11]. Шесть маркеров, таких как сосудистый эндотелиальный фактор роста, В-клеточная лимфома 2, клаудин 4, yes- ассоциированный белок 1, MET протоонкоген и рецептор тирозинкиназы были предложены как новая группа биомаркеров, которые можно использовать для мониторинга терапии и как предикторы радиорезистентности у больных раком ротовой полости[12]. Hu и соавторы сообщили о исследовании с помощью иммуноанализа слюнных белков, таких как Mac ‑ 2 ‑ связывающий белок (M2BP), профилин, CD59, MRP14, каталаза, гистон H1, S100A12, крысиной саркомы вирусного онкогена гомолог (Ras)‑связанный белок Rab‑7, моэзин, инволюкрин, белок, связывающий кальций С100P (S100P) и гемопоэтические линии клеток ‑ специфический белок различно экспрессируются у пациентов с раком ротовой полости и в контрольной группе здоровых идивидуумов [13]. Аберрантная экспрессия miR ‑ 375, miR ‑ 200a и метилирование miR ‑ 200c ‑ 144 были первоначально определены у больных раком ротовой полости и предложены в качестве потенциального клинического применения для диагностики рака полости рта [14].

Биомаркеры могут использоваться для определения прогноза и повторных случаев после лечения (хирургического, лучевой терапии или химиотерапии) у больных раком полости рта. Huang и соавторы в 2010 году изучали экспрессию белка GRP78 в ткани рака ротовой полости с помощью вестер-блоттинга и иммуногистохимии, и их результаты исследования показали, что снижение экспрессии белка GRP78 значительно коррелирует с прогнозом опухолевой ткани [15]. Коэкспрессия фосфоропротеида 53(p53) / p‑гликопротеина, коэкспрессия комбинированной экспрессии цитоплазматического и мембранного эпидермального фактора роста (EGFR) и p53, коэкспрессия c‑erbB‑2, 3 и 4, фосфоропротеида 16 (циклин‑ зависимой киназы ингибитора 2A) (p16) / циклических D1 амплификация и RAR альфа/фосфоропротеида 21 (мощного ингибитора циклин ‑ зависимой киназы) может предоставлять дополнительную прогностическую информацию о состоянии опухолевых тканей.

Биомаркеры могут использоваться для идентификации терапевтических целей и в качестве инструмента для выявления эффективности терапии [16, 17, 18, 19, 20, 21]. Monteiro с соавторами в 2011 году предложили, что повышенная экспрессия белка p ‑ mTOR может использоваться в качестве потенциальной терапевтической цели у больных с раком ротовой полости [22]. Yang и соавторы в 2014 исследуя биопсии образцов тканей рака ротовой полости показали, что экспрессия GF15 может использоваться как прогностический и предиктивный биомаркер для пациентов под доцетаксел, цисплатина и 5 ‑ флуорацил (ВПС) индукционной химиотерапии [23, 24].

Существенно важное значение для прогнозирования у людей риска развития рака имеют биомаркеры, которые идентифицируют герминальные мутации, и которые могут иметь неблагоприятные реакции на некоторые виды терапии рака. Полиморфизмы гена p53/p73, CCND1, MDM2, и Harvey Ras (H‑Ras) связаны с клеточным циклом, апоптозом и риск развития рака [25]. Tandle и соавторы в отчете 2001 года указали, что связь между генотипами p53 и раком ротовой полости не наблюдалась у индийских пациентов [26]. Мисра и соавторы в 2009 году изучали полиморфизмы в p53, p73 и MDM2 и проанализированы риск развития рака полости рта с учетом комбинированных трех локусов. Результаты их исследования показали, что наличие по крайней мере одного рискового аллеля во всех трех локусах увеличивает риск табакоассоциированной лейкоплакии и развития рака полости рта [27].

Биомаркеры полезны в выявлении повторных случаев озлокачествления у пациентов, получавших адъювантную терапию. Sulzyc‑Bielicka и соавторы в 2013 исследовали полиморфизм в гене тимидилат синтазы (ТС/TS) гена у больных колоректальным раком, получающих адъювантную терапию 5‑ флуорацилом. Их результаты исследования показали, что пациенты с высокой экспрессией TS, имеют достоверно высокий риск ранних рецидивов рака полости рта в рентгенологический период [28]. Эффективность EGFR для плоскоклеточного рака головы и шеи в настоящее время проходит фазу III клинического исследования. Эти исследования показывают, что идентификация биомаркеров для определения эффективности и токсичности адъювантной терапии является важной областью исследования в лечении рака ротовой полости [29].

Биомаркеры также являются полезными инструментами для выявления инвазии, метастазов и мониторинга терапевтических реакций у больных, получающих лечение для метастазов рака. Huang и соавторы в 2014 исследовали miRNA‑459‑5p и GIT1 в тканях рака ротовой полости как потенциальные биомаркеры для инвазии и метастатических фенотипов. Их результаты показали, что уровни экспрессии miRNA‑491‑51‑5p и GIT1 обратно коррелируют в тканях рака ротовой полости. Их результаты также поддерживают мнение, что miRNA ‑ 491 ‑ 5p и GIT1 могут служить метастатическими прогностическими биомаркерами, и как цели для вмешательства в случаях метастазирования рака ротовой полости [30].

МикроРНК анализ с помощью биочипов был впервые описан Yang с соавторами, изучавших преобразование дисплазий ранней стадии, т.е. ротовые предраковые поражения при раке ротовой полости [31]. Их доклад показал, что 13 микроРНК имели сниженную экспрессию и 12 были с повышенной экспрессией в тканях с дисплазией склонной к озлокачествлению. Salazar и соавторы показали, что miR‑9, miR‑191 и miR‑134 можно использовать в качестве новых неинвазивных биомаркеров при плоскоклеточном раке головы и шеи [32].

Chai и соавторы в 2014 году обнаружили потенциальные сывороточные биомаркеры для метастазов в лимфатические узлы при раке полости рта. Количественное исследование белков сыворотки с помощью протеомного анализа выявило 4 кандидата в биомаркеры: гельсолин, фибронектин, ангиотензиноген и гаптоглобин. Лучшим биомаркером из кандидатов был определен гельсолин с характерным значением 89% для положительности лимфатических узлов в образцах рака ротовой полости. Однако из-за ограниченной выборки в вышеупомянутом исследовании необходимо проверить результаты в нерегулярном лонгитюдном исследовании для оценки клинической полезности [33].

Существующее в настоящее время достаточное понимание причин для предотвращения почти трети всех раковых заболеваний в мире и наличие достаточной информации, позволяющей рано выявить ии назначить своевременное лечение еще трети случаев [34], при которых рак ротовой полости дает эту возможность. Для рака полости рта есть доказательства, что визуальный осмотр как часть программы скрининга населения снижает смертность у больных с высоким риском [35], также возможно изменить образ жизни и создать барьеры для запуска факторов риска. Образование для населения в целом и для тех, кто с повышенным риском, хорошая теоретическая основа для удовлетворения ключевых аспектов рака полости рта и постоянное обновление информации о патологии рта у практикующих медиков с коррекцией стратегии снижения рисков позволит уменьшить рост заболеваемости и смертности, которые сопровождают эту болезнь в последние десятилетия.

Таким образом онкологическая настороженность, знания возможностей диагностики новообразований головы и шеи и потенциалы современной медицины необходимы в деятельности врача-стоматолога, что реально может способствовать ранней диагностики и профилактики рака полости рта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арутюнов А.С. Клинико-организационные основы повышения эффективности ортопедической стоматологической реабилитации онкологических больных с приобретенными дефектами верхней челюсти: Дис. … д-р. мед. наук – М., 2012. – 337 с.
2. Арутюнов С.Д., Пивоваров А.А., Орджоникидзе Р.З. Современная технология ортопедического стоматологического лечения онкологических больных с дефектами верхней челюсти в ранний послеоперационный период // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 5. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25320.
3. Yoon A.J., Shen J., Santella R.M., et al. Activated checkpoint kinase 2 expression and risk for oral squamous cell carcinoma // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. – 2007. - №16. – Р. 2768-2772.
4. Kreimer A.R., Johansson M., Waterboer T., et al. Evaluation of human papillomavirus antibodies and risk of subsequent head and neck cancer // J Clin Oncol. – 2013. - №31. – Р. 2708-2715.
5. Patil S., Rao R.S., Amrutha N., et al. Analysis of human papillomavirus in 400 oral squamous cell carcinoma using p16: An immunohistochemical study // J Int Soc Prev Community Dent. - 2014. - №4. – Р. 61-66.
6. Zia A., Khan S., Bey A., et al. Oral biomarkers in the diagnosis and progression of periodontal diseases // Biol Med. – 2011. - №3. – Р. 4552.
7. Brinkmann O., Kastratovic D.A., Dimitrijevic M.V., et al. Oral squamous cell carcinoma detection by salivary biomarkers in a Serbian population // Oral Oncol. – 2011. - №47. – Р. 51-55.
8. Wang Q., Gao P., Wang X., et al. The early diagnosis and monitoring of squamous cell carcinoma via saliva metabolomics // Sci Rep. -
9. - №4. – Р. 6802-6809.
10. Shinmura K., Igarashi H., Kato H., et al. CLCA2 as a novel immunohistochemical marker for differential diagnosis of squamous cell carcinoma from adenocarcinoma of the lung // Dis Markers. - 2014. - №4. – Р. 109-118.
11. Kademani D., Lewis J.T., Lamb D.H., et al. Angiogenesis and CD34 expression as a predictor of recurrence in oral squamous cell carcinoma // J Oral Maxillofac Surg. – 2009. - №67. – Р. 1800‑1805.
12. Nagata M., Noman A.A., Suzuki K., et al. al. ITGA3 and ITGB4 expression biomarkers estimate the risks of locoregional and hematogenous dissemination of oral squamous cell carcinoma // BMC Cancer. – 2013. - №13. – Р. 410-419.
13. Akervall J., Nandalur S., Zhang J., et al. al. A novel panel of biomarkers predicts radioresistance in patients with squamous cell carcinoma of the head and neck // Eur J Cancer. – 2014. - №50. – Р. 570-581.
14. Hu S., Arellano M., Boontheung P., et al. Salivary proteomics for oral cancer biomarker discovery // Clin Cancer Res. – 2008. - №14. – Р. 6246-6252.
15. Majem B., Rigau M., Reventós J., Wong D.T. Non‑coding RNAs in saliva: Emerging biomarkers for molecular diagnostics // Int J Mol Sci. -
16. - №16. – Р. 8676-8698.
17. Huang T.T., Chen J.Y., Tseng C.E., et al. Decreased GRP78 protein expression is a potential prognostic marker of oral squamous cell carcinoma in Taiwan // J Formos Med Assoc. – 2010. - №109. – Р. 326-337.
18. Monteiro L.S., Diniz-Freitas M., Garcia-Caballero T., et al. Combined cytoplasmic and membranous EGFR and p53 overexpression is a poor prognostic marker in early stage oral squamous cell carcinoma // J Oral Pathol Med. – 2012. - №41. – Р. 559-567.
19. Warnakulasuriya S., Jia C., Johnson N., et al. p53 and P-glycoprotein expression are significant prognostic markers in advanced head and neck cancer treated with chemo/radiotherapy // J Pathol. – 2000. - №191. – Р. 33-38.
20. Ibrahim S.O., Vasstrand E.N., Liavaag P.G., et al. Expression of c-erbB proto-oncogene family members in squamous cell carcinoma of the head and neck // Anticancer Res. – 1997. - №17. – Р. 4539-4546.
21. Namazie A., Alavi S., Olopade O.I., et al. Cyclin D1 amplification and p16(MTS1/CDK4I) deletion correlate with poor prognosis in head and neck tumors // Laryngoscope. – 2002. - №112. – Р. 472-481.
22. Jayasurya R., Francis G., Kannan S., et al. p53, p16 and cyclin D1: Molecular determinants of radiotherapy treatment response in oral carcinoma // Int J Cancer. – 2004. - №109. – Р. 710-716.
23. Ralhan R., Chakravarti N., Kaur J., et al. Clinical significance of altered expression of retinoid receptors in oral precancerous and cancerous lesions: Relationship with cell cycle regulators // Int J Cancer. – 2006. - №118. – Р. 1077-1089.
24. Monteiro L.S., Delgado M.L., Ricardo S., et al. Phosphorylated mammalian target of rapamycin is associated with an adverse outcome in oral squamous cell carcinoma // Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. – 2013. - №115. – Р. 638-645.
25. Yang C.Z., Ma J., Zhu D.W., et al. GDF15 is a potential predictive biomarker for TPF induction chemotherapy and promotes tumorigenesis and progression in oral squamous cell carcinoma // Ann Oncol. – 2014. - №25. – Р. 1215-1222
26. Haddad R., Tishler R.B., Norris C.M., et al. al. Docetaxel, cisplatin, 5-fluorouracil (TPF)-based induction chemotherapy for head and neck cancer and the case for sequential, combined‑modality treatment // Oncologist. – 2003. - №8. – Р. 35-44.
27. Bag A., Jyala N.S., Bag N. Indian studies on genetic polymorphisms and cancer risk // Indian J Cancer. – 2012. - №49. – Р. 144-162.
28. Tandle A.T., Sanghvi V., Saranath D. Determination of p53 genotypes in oral cancer patients from India // Br J Cancer. – 2001. - №84. – Р. 739-742.
29. Misra C., Majumder M., Bajaj S., et al. Polymorphisms at p53, p73, and MDM2 loci modulate the risk of tobacco associated leukoplakia and oral cancer // Mol Carcinog. – 2009. - №48. – Р. 790-800.
30. Sulzyc-Bielicka V., Bielicki D., Binczak-Kuleta A., et al. Thymidylate synthase gene polymorphism and survival of colorectal cancer patients receiving adjuvant 5-fluorouracil // Genet Test Mol Biomarkers. – 2013. - №17. – Р. 799-806.
31. Fung C., Grandis J.R. Emerging drugs to treat squamous cell carcinomas of the head and neck // Expert Opin Emerg Drugs. – 2010. - №15. – Р. 355-373.
32. Huang W.C., Chan S.H., Jang T.H., et al. miRNA-491-5p and GIT1 serve as modulators and biomarkers for oral squamous cell carcinoma invasion and metastasis // Cancer Res. – 2014. - №74. – Р. 751-764.
33. Yang Y., Li Y.X., Yang X., et al. Progress risk assessment of oral premalignant lesions with saliva miRNA analysis // BMC Cancer. – 2013. - №13. – Р. 129-137.
34. Salazar C., Nagadia R., Pandit P., et al. A novel saliva-based microRNA biomarker panel to detect head and neck cancers // Cell Oncol (Dordr). – 2014. - №37. – Р. 331-338.
35. Chai Y.D., Zhang L., Yang Y., et al. Discovery of potential serum protein biomarkers for lymph node metastasis in oral cancer // Head Neck. – 2014. - №38. – Р. 118-125.
36. Petersen P.E. Oral cancer prevention and control - the approach of the World Health Organization // Oral Oncol. – 2009. - №45. – Р. 454460.
37. Brocklehurst P., Kujan O., O'Malley L.A., et al. Screening programmes for the early detection and prevention of oral cancer // Cochrane Database Syst Rev. – 2013. - №11. – Р. 149-156.