Архив номеров
Реакции нормальных и опухолевых клеток и тканей на гипертермию в сочетании с ионизирующей радиацией. Обзор
DOI: 10.21870/0131-3878-2018-27-4-141-154
Кабаков А.Е.1, Анохин Ю.Н.2, Лебедева Т.В.1
«Радиация и риск». 2018. Том 27. № 4, с.141-154
УДК 615.832.8.015.2:612.014.482].015.44
Сведения об авторах
Кабаков А.Е.1 – зав. лаб., к.б.н.; Лебедева Т.В.1 – вед. научн. сотр., к.б.н. Анохин Ю.Н.2 – зав. кафедрой, к.м.н. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, Студгородок 1. Тел.: +7-910-542-97-30; e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .
1МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск
2ИАТЭ – филиал ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Обнинск
Аннотация
В обзоре представлен анализ литературы о модифицирующем действии гипертермии (ГТ) на радиационный ответ нормальных и опухолевых клеток и тканей, а также об использовании ГТ для повышения радиочувствительности опухолей. Проанализированные данные свидетельствуют о том, что радиосенсибилизирующие эффекты ГТ проявляются в аддитивном или синергетическом усилении цитотоксичности в облучённых биообъектах. Степень такого усиления зависит от уровня нагрева, дозы радиации, последовательности применения и интер-вала между воздействиями, типа ткани и пр. Радиосенсибилизирующие эффекты ГТ проявляются не только на опухолевых, но и на нормальных клетках и тканях. Это обстоятельство требует определения фактора терапевтического выигрыша в разных случаях применения термолучевой терапии опухолей. В клеточных реакциях на ГТ и радиационное воздействие активно участвуют белки теплового шока (БТШ), которые являются одним из факторов устойчивости опухолей к термо-, химио- и радиотерапии. Показано, что функционирование БТШ90 необходимо для пострадиационной репарации разрывов ядерной ДНК. Кроме того, БТШ90, БТШ70 и БТШ27 являются мощными супрессорами апоптоза и помогают стрессированной клетке реактивировать или деградировать денатурированные стрессом белки. В случае комбинации ГТ и облучения эти БТШ образуют комплексы с денатурированными внутриклеточными белками и уже не могут действовать как радиопротекторы и блокаторы апоптоза. Таким образом, рекрутирование БТШ для защиты от протеотоксических эффектов ГТ происходит в ущерб БТШ-опосредованной радиорезистентности раковых клеток и, следовательно, способствует их радиосенсибилизации. Однако, индукция и временное повышение уровней БТШ90, БТШ70 и БТШ27 в переживших ГТ клетках может сделать их на какой-то период термотолерантными и более радиорезистентными, что следует учитывать в случае последовательного комбинирования ГТ и лучевой терапии.
Ключевые слова
Ионизирующее излучение, белки теплового шока, радиочувствительность, гипертермия, вне- и внутриклеточный рО2 и рН, кровоток, термочувствительность, терапевтический выигрыш, терапия опухолей, термотолерантность.
Список цитируемой литературы
1. Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. М: Изд. Высшая школа, 2004. 549 с.
2. Курпешев О.К. Закономерности радиосенсибилизирующего и повреждающего эффектов гипертермии на нормальные и опухолевые ткани: Автореф. дис…. докт. мед. наук. Обнинск, 1989. 37 с.
3. Курпешев О.К., Цыб А.Ф., Мардынский Ю.С., Бердов Б.А. Механизмы развития и пути преодоления химиорезистентности опухолей. Часть 3. Возможные пути преодоления химиорезистентности опухолей //Российский онкологический журнал. 2003. № 2. С. 50-52.
4. Datta N.R., Ordonez S.G., Gaipl U.S., Paulides M.M., Crezee H., Gellermann J., Marder D., Puric E., Bodis S. Local hyperthermia combined with radiotherapy and/or chemotherapy: recent advances and promises for the future //Cancer Treat. Rev. 2015. V. 41, N 9. P. 742-753. DOI: 10.1016/J.CTRV.2015.05.009.
5. Курпешев О.К., Мардынский Ю.С., Максимов С.А. Комбинированное лечение больных раком полости рта с использованием «условно-динамического» режима фракционирования лучевой терапии и локорегионарной гипертермии //Сибирское медицинское обозрение. 2011. Т. 67, № 1. С. 80-84.
6. Бердов Б.А., Курпешев О.К., Мардынский Ю.С. Влияние гипертермии и гипергликемии на эффективность лучевой терапии онкологических больных //Российский онкологический журнал. 1996. № 1. С. 12-16.
7. Курпешев О.К., Мардынский Ю.С. Радиомодификаторы в лучевой терапии опухолей //Терапевтическая радиология /под ред. А.Ф. Цыба, Ю.С. Мардынского. М., 2010. С. 13-43.
8. Van der Zee J., Vujaskovic Z., Kondo M., Sugahara T. Clinical hyperthermia. Part I. The Kadota Fund International Forum 2004 ‒ Clinical group consensus //Int. J. Hyperthermia. 2008. V. 24. N 2. P. 111-122.
9. Панкратов В.А., Андреев В.Г., Рожнов В.А., Гулидов И.А., Барышев В.В., Буякова М.Е., Вдовина С.Н., Курпешев O.K., Подлесных Н.И. Одновременное применение химио- и лучевой терапии при самостоятельном консервативном и комбинированном лечении больных местно-распространённым раком гортани и гортаноглотки //Сибирский онкологический журнал. 2007. Т. 21, № 1. С. 18-22.
10. Курпешев О.К., Рагулин Ю.А., Мозеров С.А., Орлова А.В., Лебедева Т.В. Возможности локальной гипертермии при лечении больных отёчной формой рака молочной железы //Вопросы онкологии. 2016. Т. 62, № 5. С. 680-687.
11. Barlev N.A. Hot and toxic: hyperthermia and anti-mitotic drugs in cancer therapy //Cell Cycle. 2013. V. 12, N 16. P. 2533.
12. Mehtala J.G., Torregrosa-Allen S., Elzey B.D., Jeon M., Kim Ch.; Wei A. Synergistic effects of cisplatin chemotherapy and gold nanorod-mediated hyperthermia on ovarian cancer cells and tumors //Nanomedicine (London). 2014. V. 9, N 13. P. 1939-1955. DOI: 10.2217/nnm.13.209.
13. Oei A.L., Vriend L.E.M., Crezee J., Franken N.A.P. Effects of hyperthermia on DNA repair pathways: one treatment to inhibit them all //Radiat. Oncol. 2015. V. 10. P. 165-178. DOI: 10.1186/s13014-015-0462-0.
14. Zhu S., Wang J., Xie B., Luo Zh., Lin X., Liaoe D.J. Culture at a higher temperature mildly inhibits cancer cell growth but enhances chemotherapeutic effects by inhibiting cell-cell collaboration //PLoS ONE. 2015. V. 10, N 10. e0137042. DOI: 10.1371/journal.
15. Pandita T.K., Pandita S., Bhaumik S.R. Molecular parameters of hyperthermia for radiosensitization //Crit. Rev. Eukaryot. Gene Expr. 2009. V. 19, N 3. P. 235-251.
16. Hyperthermic oncology from bench to bedside /Eds.: S. Kokura, T. Yoshikawa, T. Ohnishi. Springer, 2016. 444 p.
17. Mladenov E., Magin S., Soni A., Iliakis G. DNA double-strand break repair as determinant of cellular radiosensitivity to killing and target in radiation therapy //Front. Oncol. 2013. N 3. P. 113. DOI: 10.3389/fonc.2013.00113.
18. Harnicek D., Kampmann E., Lauber K., Hennel R., Cardoso Martins A.S., Guo Y., Belka C., Mortl S., Gallmeier E., Kanaar R., Mansmann U., Hucl T., Lindner L.H., Hiddemann W., Issels R.D. Hyperthermia adds to trabectedin effectiveness and thermal enhancement is associated with BRCA2 degradation and impairment of DNA homologous recombination repair //Cancer. 2016. V. 139, N 2. P. 467-479.
19. Van den Tempel N., Laffeber C., Odijk H., van Cappelen W.A., van Rhoon G.C., Franckena M., Kanaar R. The effect of thermal dose on hyperthermia-mediated inhibition of DNA repair through homologous recombination //Oncotarget. 2017. V. 8, N 27. P. 44593-44604. DOI: 10.18632/oncotarget.17861.
20. Schmitt C.A. Cellular senescence and cancer treatment //Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Reviews on Cancer. 2007. V. 1775. P. 5-20.
21. Song C.W., Griffin R., Shakil A. Tumor pO2 increased by mild temperature hyperthermia //Hyperthermic Oncology (Roma). 1996. V. II. P. 783-785.
22. Herman T.S., Teicher B.A., Holden S.A., Collins L.S. Interaction of hyperthermia and radiation in murine cells: hypoxia and acidisis in vitro, tumor subpopulations in vivo //Cancer Res. 1989. V. 49. P. 3338-3343.
23. Robinson J.E., Wisenberg M.J., McCready W.A. Radiation and hyperthermal response of normal tissue in situ //Radiology. 1974. V. 113, N 1. P. 195-198.
24. Stewart F.A., Denekamp J. The therapeutic advantage of combined heat and X-rays on a mouse fibrocarcinoma //Brit. J. Radiol. 1978. V. 51, N 604. P. 307-316.
25. Dewey W.C. The search for critical targets damaged by heat //Radiat. Res. 1989. V. 20. P. 191-204.
26. Crile G.J. Heat as an adjunct to the treatment of cancer //Clevland Clin. 1961. V. 28. P. 75-89.
27. Overgaard K., Overgaard J. Radiation sensitizing effect of heat //Acta Radiol. 1974. V. 13. N 6. P. 501-511.
28. Hume S.P., Field S.B. Hyperthermic sensitization of mouse intestine to damage by X-rays: the effect of sequence and temporal separation of the two treatments //Brit. J. Radiol. 1978. V. 51, N 604. P. 302-307.
29. Myers R., Field R.B. The response of the rat tail on to combined heat and X-rays //Br. J. Radiol. 1977. V. 52. P. 581-586.
30. Hill S.A., Denekamp J. The response of six mouse tumours to combined heat and X-rays; implications for therapy //Brit. J. Radiol. 1979. V. 52. P. 209-218.
31. Overgaard J. Simultaneous and sequential hyperthermia and radiation treatment of an experimental tumor and its surrounding normal tissue in vivo //Int. J. Radiation Oncol. Biol. Phys. 1981. V. 6, N 11. P. 1507-1517.
32. Overgaard J. Fractionated radiation and hyperthermia: experimental and clinical studies //Cancer. 1981. V. 48, N. 5. P. 1116-1123.
33. Jansen W., Scuren E., Breur K. Thermal enhancement of the radiation response of the skin and mammary carcinoma in mice //Cancer Therapy by Hyperthermia and Radiation /Eds.: Streffer C. et al. Baltimore-Munich, 1978. P. 255-256.
34. Stewart F.A., Denekamp J. Loss of therapeutic advantage for combined heat and X-rays with fractionation //Nat. Cancer Inst. Monorgr. Washington, 1982. N 61. P. 291-293.
35. Kabakov A.E., Kudryavtsev V.A. Heat shock proteins as molecular targets for anticancer therapy: approaches, agents, and trends //Heat shock proteins. Classifications, functions, and applications /Ed.: S. Usmani. New York: Nova Science Publishers, 2013. P. 25-56.
36. Kudryavtsev V.A., Khokhlova A.V., Mosina V.A., Selivanova E.I., Kabakov A.E. Induction of Hsp70 in tumor cells treated with inhibitors of the Hsp90 activity: a predictive marker and promising target for radiosensitization //PLoS ONE. 2017. V. 12, N 3. e0173640. DOI: 10.1371/journal.pone.0173640.
37. Kennedy D., Jager R., Mosser D.D., Samali A. Regulation of apoptosis by heat shock proteins //IUBMB Life. 2014. V. 66, N 5. P. 327-338.
38. Vabulas R.M., Raychaudhuri S., Hayer-Hartl M., Hartl F.U. Protein folding in the cytoplasm and the heat shock response //Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. 2:a004390.
39. Kabakov A.E., Malyutina Y.V., Latchman D.S. Hsf1-mediated stress response can transiently enhance cellular radioresistance //Radiat. Res. 2006. V. 165. P. 410-423.
40. Griffin R.J., Dings P.M., Jamshidi-Parsian A., Song C.W. Mild temperature hyperthermia and radiation therapy: role of tumour vascular thermotolerance and relevant physiological factors //Int. J. Hyperthermia. 2010. V. 26, N 3. P. 256-263.
41. Liu T., Ye Y.-W., Zhu A.-L., Yang T.Zh., Fu Y., Wei Ch.-Q., Liu Q., Zhao Ch.-Lin., Wang G.-J., Zhang X.-Fu. Hyperthermia combined with 5-fluorouracil promoted apoptosis and enhanced thermotolerance in human gastric cancer cell line SGC-7901 //Onco Targets Ther. 2015. V. 8. P. 1265-1270. DOI: 10.2147/OTT.S78514.
42. Bettaieb A., Averill-Bates D.A. Thermotolerance induced at a mild temperature of 40°C alleviates heat shock-induced ER stress and apoptosis in HeLa cells //Biochim. Biophys. Acta. 2015. V. 1853, N 1. P. 52-62. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2014.09.016.
43. Колесникова А.И., Кальсина С.Ш., Лепёхина Л.А. Термочувствительность клоногенных клеток и индукция в них термотолерантности //Медицинская радиология. 1987. Т. 32, № 1. С. 67-69. 44. Бреслер С.Е., Бекетова А.Г., Носкин Л.А., Розенберг О.А., Степанова И.М., Суслов А.В. Термоиндуцированная радиорезистентность клеток //Радиобиология. 1984. № 5. С. 579-583.
45. Miyakoshi R.E.J., Heki S., Kano E. Cellular responses to hyperthermia and radiation in Chinese hamster cells //Modification of Radiosensitivity in Cancer Treatment /Ed.: T. Sugahara. Tokyo-New York-London-Monreal: Academic Press, 1984. P. 335-350.
46. Hettinga J.V.E., Lemstra W., Konings A.W.T., Kampinga H.H. Cisplatin sensitivity and thermochemosensitisation in thermotolerant cDDP-sensitive and -resistant cell lines //Br. J. Cancer. 1995. V. 71. P. 498-504.
47. Kregel K.C. Invited review. Heat shock proteins: modifying factors in physiological stress responses and acquired thermotolerance //J. Appl. Physiol. 2002. V. 92. P. 2177-2186.
48. Li G.C., Mivechi N.F., Weitzel G. Heat shock proteins, thermotolerance, and their relevance to clinical hyperthermia //Int. J. Hyperthermia. 1995. V. 11, N 4. P. 459-488.
49. Eng J. W.-L., Reed C.B., Kokolus K.M., Repasky E.A. Housing temperature influences the pattern of heat shock protein induction in mice following mild whole body hyperthermia //Int. J. Hyperthermia. 2014. V. 30, N 8. P. 540-546. DOI: 10.3109/02656736.2014.981300.
50. Кудрявцев В.А., Макарова Ю.М., Кабаков А.Е. Термосенсибилизация опухолевых клеток ингибиторами активности и экспрессии шаперонов //Биомедицинская химия. 2012. Т. 58, № 6. С. 662-672.
Полная версия статьи