Поражение костного мозга при солидных опухолях.
(обзор литературы)

Д.П. Берензон, А.В. Колосков, В.А.Тарасов
Медицинская академия последипломного образования (Санкт-Пертербург)
Городская больница № 26 (Санкт-Петербург)

(Опубликована в журнале «Гематология и трансфузиология» 2000, т. 45, № 5)

Одним из основных условий успешного лечения злокачественных новообразований является точное определение стадии заболевания, что безусловно необходимо для выбора тактики ведения больного. С позиции современных знаний о биологии опухолевого процесса для точного стадирования заболевания уже недостаточно "обычных" диагностических методов (ультразвуковое исследование, рентгенография, компьютерная и магнитно-резонансная томография).

Сегодня для точного определения стадии опухоли необходимо расширить рамки стандартно выполняемых тестов и включить в арсенал используемых методов исследование костного мозга, который представляет собой идеальную мишень для гематогенного метастазирования опухолей.

Первое сообщение об обнаружении метастазов опухоли в костный мозг относится к 1834 году. До середины XX века в печати появлялись единичные сообщения, посвященные проблеме поражения костного мозга при опухолях, основанные на небольшом клиническом материале. Так, в статье 1936 года Rohr  и Hegglin показали вовлечение в процесс костного мозга у 11 из 13 больных опухолями различных локализаций с метастазами в кости. Немногочисленность таких работ объясняется несовершенством используемых, в то время, методов получения костного мозга.

После внедрения в повседневную медицинскую практику  трепанобиопсии подвздошной кости, гистологическое исследование костного мозга стало рутинной методикой во всех крупных онкологических центрах мира. Обобщение многолетнего опыта гистологического  исследования костного мозга при различных опухолях позволило сделать следующие выводы:

1/ костный мозг редко поражается изолированно от других органов;

2/ поражение костного мозга лучше всего выявляется при его биопсии;

3/ дополнительные преимущества дает билатеральная биопсия;

4/ при некоторых заболеваниях исследование костного мозга костного мозга имеет прогностическое значение.

Метастазы в костный мозг встречаются при опухолях различных локализаций, однако наиболее характерны для рака предстательной железы , молочной железы, легкого, нейробластоме. Так, при раке молочной железы они выявляются  прктически в 50% случаев, при нейробластоме у детей в 50-67% случаев, при мелкоклеточном раке легкого в 17- 45% случаев, при раке толстой кишки в 4- 8% случаев.

Надо отметить, что при использовании рутинной гистологической техники клиническое значение исследования костного мозга невелико. Главной причиной низкой диагностической ценности метода является его низкая чувствительность: окраска гематоксилином и эозином позволяет обнаружить 1 опухолевую клетку среди 100 нормальных клеток костного мозга, вследствие чего выявление метастазов становится возможным только на поздних стадиях заболевания, когда проведение радикальной операции  крайне затруднено. Поэтому усилия биологов, иммунологов и клиницистов в течение длительного времени были направлены на разработку методик, которые позволяли бы обнаруживать опухолевые клетки в костном мозге на более ранних стадиях заболевания.

Для решения поставленной задачи могут быть использованы четыре основных метода, подходящие для исследования костного мозга:

1.иммуноцитохимия;

2.полимеразная цепная реакция;

3.проточная цитометрия;

4.метод тканевых культур;

Метод иммуноцитогистометрии основан на выявлении в мазках или срезах костного мозга с помощью моноклональных антител (МА) антигенов, не характерных для гемопоэтической ткани, но экспрессируемых клетками солидных опухолей. Первоначально использовались МА к эпителиальному мембранному антигену (анти-ЕМА), а затем широкое распространение получили МА к цитокератинам 8,18,19,20 (ЦК 8,18,19,20). Метод позволяет выявить 1 опухолевую клетку среди 100 тысяч нормальных клеток костного мозга.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) предназначена для выявления в образце ткани заданной матричной РНК (мРНК). Приложение ПЦР к исследованию костного мозга заключается в поиске мРНК опухолевых антигенов (ЦК, раковый эмбриональный антиген РЭА, простатический специфический антиген ПСА), экспрессируемых метастатическими клетками  или поиске мРНК генов, мутации которых специфичны для опухолевых клеток, например, генов ERB B2, р53  и k-ras онкогена. Чувствительность ПЦР при выявлении опухолевых клеток составляет 1 на 1 миллион нормальных клеток костного мозга, а “гнездная” ПЦР достигает чувствительности 1 на 20-50 миллионов клеток.

Для выявления опухолевых клеток в костном мозге методом проточной цитометрии взвесь клеток костного мозга обрабатывают  мечеными красителем антителами к опухолевым антигенам и пропускают через цитофлюориметр, который автоматически распознает и подсчитывает окрашенные клетки. Метод позволяет обнаружить 1 опухолевую клетку среди 10- 100 тысяч нормальных клеток костного мозга.

Исследование костного мозга методом клеточных культур заключается в помещении в питательную среду образцов,  полученных при аспирационной биопсии. Нормальные клетки костного мозга в условиях отсутствия привычного для них микроокружения не будут пролиферировать. Если же в среде сформируются вторичные колонии, то это будет свидетельствовать о наличии в костном мозге опухолевых клеток, способных к автономному росту.

Благодаря внедрению этих методов в лабораторную практику, начиная с середины 80-х  годов появилось много сообщений об обнаружении в костном мозге больных раком   “изолированных опухолевых клеток” (ИОК) (термин, предложенный Pantel и соавторы в 1995 году взамен использовавшегося  ранее термина “микрометастазы”, причем подобная замена обоснована, так как изначально “микрометастаз” обозначал кластер опухолевых клеток диаметром менее 2 мм, а новые методы позволяют обнаруживать отдельные опухолевые клетки, а не их конгломераты).

Так, Diel и соавторы использовали для обнаружения ИОК в костном мозге у 260 больных раком молочной железы моноклональные антитела к тумор-ассоциированному гликопротеину-12 (ТАГ-12), который экспрессируется на опухолевых клетках при подавляющем большенстве вариантов рака молочной железы. Им удалось показать, что обнаружение TAГ-12 - позитивных клеток в костном мозге коррелирует с более высоким риском развития отдаленных метастазов, а в совокупности с вовлечением в процесс подмышечных лимфоузлов и отсутствием на первичной опухоли прогестероновых рецепторов - с плохим прогнозом. Cote и соавторы с помощью МА к цитокератинам показали, что у 46% больных раком молочной железы, с выявленными ИОК в костном мозге, в течение 2 лет с момента операции развился рецидив заболевания, в то время как у пациентов без ИОК в костном мозге, ранние рецидивы возникли только в 3% случаев. Они же установили, что продолжительность жизни ИОК-положительных пациентов достоверно ниже по сравнению  с ИОК-отрицательными пациентами, и сделали заключение, что ИОК в костном мозге являются независимым критерием прогноза при раке молочной железы.

Для обнаружения ИОК при мелкоклеточном раке легкого используют панель МА к семи кластерам антигенов, обнаруженных на поверхности опухолеых клеток. По разным оценкам с ее помощью  удалось обнаружить ИОК у 15- 67% пациентов с гистологически интактным костным мозгом. Однако, окончательно оценить диагностическую значимость новых методов при мелкоклеточном раке можно будет оценить только после проведения крупных многоцентровых исследований, поскольку  представленные работы основывались на небольшом количестве клинического материала.

Pantel и соавторы исследовали костный мозг больных немелкоклеточным   раком  легкого   с   помощью  МА к ЦК 18  и обнаружили ИОК в костном мозге у 21,9% пациентов. Через 13 месяцев после операции частота рецидива опухоли в этой группе больных составила 66,7%, тогда как в контрольной группе- 36,6%. Основываясь на данных статистического анализа, авторы установили, что ИОК являются независимым критерием прогноза при немелкоклеточном   раке легкого.

Используя панель антител к общему эпитопу цитокератинов 8, 18 и 19, Thorban с соавторами обнаружили ИОК в костном мозге 26 из 71 пациентов, страдающих раком пищевода, причем в этой группе частота рецидивов опухоли в течение 2 лет с момента операции заметно превышала частоту рецидивов среди  пациентов без ИОК в костном мозге.

У больных раком предстательной железы клетки, способные к автономному росту и формированию вторичных колоний, обнаруживались в аспиратах костного мозга у 52% больных, что совпадает с результатами выявления ЦК 18 положительных клеток в костном мозге у 44 нелеченых больных.  Хотя обнаружение ЦК 18 положительных клеток коррелировало со степенью злокачественности опухоли и стадией заболевания, прогностическая ценность  этого показателя нуждается в уточнении.

В последние годы опубликовано несколько работ, посвященных выявлению ИОК  в костном мозге больных раком толстой кишки. При помощи МА к ЦК 18 и 20 опухолевые клетки обнаруживались в 21- 32% всех случаев, и факт их обнаружения  был признан независимым прогностическим критерием. Сходные результаты были получены при использовании метода “гнездной” ПЦР, выявляющей мРНК для ЦК 20, причем двухлетняя выживаемость в группе больных с положительным тестом на ЦК 20 составила 20%, а в ЦК 20 негативной группе, соответственно,  80%.

Исследование костного мозга больных раком желудка показало наличие ЦК 18 позитивных клеток в 33-44%, а ЦК 20 позитивных клеток -  в 22% всех случаев заболевания, причем двухлетняя выживаемость в ЦК 20 позитивных и ЦК 20 негативных группах была 24% и 60% соответственно. Кроме того, было показано, что продолжительность жизни оперированных больных, в костном мозге у которых были обнаружены ИОК, меньше, чем продолжительность жизни больных, у которых ИОК не были обнаружены.

Однако, до сих пор среди исследователей нет единого мнения о том, насколько факт обнаружения ИОК в костном мозге должен определять прогноз заболевания и влиять на тактику ведения больного. В настоящее время  больше всего сторонников находит концепция “семени и почвы”, выдвинутая Paget  еще в 1889 году, которая предполагает, что попадание в отдаленный орган одной опухолевой клетки является только  предпосылкой  развития метастаза, которая, как сейчас становится понятным, реализуется на фоне дефекта местного иммунного ответа при условии участия молекул адгезии, факторов роста и способности опухолевой клетки отвечать на получаемые из своего микроокружения сигналы. Конкретных данных о взаимовлияниях гемопоэтической ткани и опухолевых клеток не много, однако, для гематологической патологии показано, что стромальные клетки костного мозга предотвращают апоптоз опухолевых клеток, усиливают их пролиферацию, модулируют дифференцировку, выделяя  интерлейкины 3 и 6,   ростовые   факторы ( Г-КСФ, ГМ-КСФ, М-КСФ). Опухолевые клетки, в свою очередь, синтезируют интерлейкин-1-бета и фактор некроза опухоли альфа, индуцируя синтез стромальных цитокинов и, таким образом, замыкая петлю паракринной  регуляции. Кроме того известно о существовании аутокринной стимуляции роста метастазов опухолей, поскольку некоторые линии мелкоклеточного рака легкого, тестикулярных опухолей и рака молочной железы экспрессируют мРНК ростовых факторов (протоонкогенов hst-1 и c-kit).

Поэтому, принимая во внимание, насколько сложное переплетение взаимодействующих факторов определяет стимуляцию или подавление опухолевого роста, многие исследователи весьма осторожно оценивают  значимость  единичных опухолевых клеток в костном мозге как причины развития метастазов в костный мозг.

Кроме того, было показано, что найденные в костном мозге ЦК 18 позитивные клетки не пролиферируют.  Обнаружение 1 ИОК среди 1 миллиона нормальных клеток свидетельствует о том, что общее число опухолевых клеток в костном мозге составляет примерно 200 тысяч, а такое количество не может явиться причиной развития метастазов опухоли в костном мозге.

Еще один факт заставляет с осторожностью оценивать диагностическую значимость ИОК.   Little с соавторами показали, что клетки, обнаруженные в костном мозге больных раком толстой кишки с помощью МА к ЦК 20, не соответствуют по кариотипическим изменениям клеткам первичной опухоли. В то же время это может быть следствием продолжающегося злокачественного перерождения ткани, приводящего к накоплению мутаций.

Исходя из посылки, что обнаружение 1 ИОК может быть диагностически не значимым, рядом исследователей были предприняты попытки количественно определить “критическую” опухолевую нагрузку костного мозга, превышение которой достоверно было бы связано с ростом количества случаев рецидива заболевания. Так, было показано, что количество рецидивов рака молочной железы резко возрастает при обнаружении в костном мозге 10 или 15  ИОК. По данным Jauch с соавторами  у больных раком желудка обнаружение 1- 3 ИОК на 1000 нормальных клеток костного мозга соответствует среднему риску рецидива заболевания, обнаружение же 4 и более опухолевых клеток сопряжено с максимальным риском раннего рецидивирования, и плохой выживаемостью.

Исследование аутотрансплантатов костного мозга больных солидными опухолями могло бы пролить свет на значимость ИОК как причины развития рецидива заболевания. Однако, до настоящего времени известно всего 2 такие работы с небольшим количеством наблюдений. Brenner с соавторами использовали в качестве метки ИОК в костном мозге пятнадцати детей, страдающих острым лейкозом и нейробластомой, ген резистентности к неомицину. После трансплантации аутологичного костного мозга у 5 пациентов развился рецидив заболевания, а у 4 из них в метастатических клетках был обнаружен ген резистентности к неомицину. Fields с соавторами исследовали с помощью ПЦР на наличие мРНК ЦК 19  аутологичные стволовые клетки крови (СКК) 83 больных раком молочной железы II-IV стадии, после чего вне зависимости от полученных результатов проводили интенсивную химиотерапию и трансплантацию СКК. Выяснилось, что не у всех ЦК 19 позитивных пациентов  возникали рецидивы. Для больных с IV стадией заболевания эта цифра составила 94%, а для больных со II-III стадией - 32%. Таким образом, можно сделать вывод, что наличие ИОК отражает “опухолевую нагрузку” трансплантата, но отнюдь не означает неизбежность рецидива заболевания после реинфузии СКК. В то же время наличие ИОК является прогностическим фактором, определяющим риск рецидивирования заболевания.

Кроме того, каждый из методов обнаружения ИОК не свободен от технических недостатков. Чувствительность иммуноцитогистохимического исследования может ограничиваться низким уровнем экспрессии антигенов (например, ЦК 18) опухолевыми клетками. Поэтому логичным представляется использование панели антител для повышения чувствительности метода. Однако, такой подход неизбежно приводит к снижению специфичности метода, поскольку известно, что моноклональные антитела к ЕМА перекрестно реагируют с лимфоидными и ранними миелоидными клетками костного мозга, а ЦК 8 и ЦК 18 позитивные клетки встречаются в количестве 2-5 на 1 миллион в костном мозге здоровых людей, поскольку МА к ЦК 8 и 18 могут соединяться с макрофагами и плазматическими клетками. Немаловажен и тот факт, что на сегодняшний день в мире используется много коммерческих МА с разной чувствительностью и специфичностью, что не позволяет стандартизировать метод и затрудняет сравнение результатов, полученных различными группами исследователей.

Проблема, возникающая при использовании полимеразной цепной реакции для обнаружения  ИОК, многогранна.  Нуклеиновые кислоты не экстрагируются из образцов, фиксированных в формалине, что делает невозможным ретроспективный анализ. Кроме того, образцы тканей нуждаются в защите от действия  РНКаз. В процессе забора материала возможна контаминация образца фибробластами и клетками эндотелия, экспрессирующими цитокератины, и, тем самым, снижающими специфичность реакции. Обнаружение в костном мозге специфических опухолевых мутаций  затруднено тем, что не все опухоли несут в себе одинаковые мутации, а самые распространенные (например, мутации р53) обнаруживаются примерно на 50% всех опухолей, и чувствительность методов    их   обнаружения  все еще не достигла требуемых 1/ 100 000 - 1/ 1000 000  [61]. Проведение же цитогенетического исследования отдельной опухоли для выявления мутаций, специфичных только для нее, чрезвычайно трудоемко, затратно, и не всегда приносит ожидаемые результаты. Однако, самый большой недостаток  метода ПЦР заложен в самой его природе. Это полуколичественная методика, оценивающая генетическую информацию, а не наличие тех или иных живых клеток. Поэтому при обследовании трансплантата костного мозга, полученного после проведения интенсивного курса химиотерапии, трудно быть уверенными, что обнаруженная РНК получена из живой, а не из погибшей опухолевой клетки.

Большим недостатком проточной цитометрии является необходимость выделения из костного мозга большого количества живых опухолевых клеток, что не всегда представляется возможным. Кроме того, до настоящего времени специфичность метода недостаточно высока.

Немаловажным фактором, ограничивающим использование культурального метода является его техническая сложность и высокая стоимость.

Подводя итог сказанному, можно заключить, что с позиции современных представлений о биологии опухоли представляется безусловно целесообразным ввести в клиническую практику исследования костного мозга для выявления диссиминации опухолевого процесса. С другой стороны, методы исследования костного мозга нуждаются в дальнейшем развитии, а сам феномен существования изолированных опухолевых клеток в костном мозге - в тщательном изучении.