ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПОДХОДОВ К ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ С УЧЕТОМ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О КИНЕТИКЕ ИХ РОСТА
Моисеенко В.М.
ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава России, Санкт-Петербург
Ответы на эти и другие вопросы, вероятно, могут быть получены при анализе естественной истории роста опухолей, которая тесным образом связана с особенностями её кинетики.
Одним из важнейших положений современной концепции опухолевой кинетики является способность пролиферирующих клеток генерировать клеточную гетерогенность. Это означает, что большинство солидных опухолей представляют собой мозаику из морфологически идентичных, но биологически разных клеток, что является основной причиной отсутствия высокой эффективности химиотерапии, которая наблюдается при гемобластозах.
Для описания динамики опухолевого роста было предложено множество моделей. Однако только некоторые из них представляют интерес до настоящего времени. Проблема состоит в том, что естественная история роста опухоли остается малоизученной. Поэтому все существующие модели гипотетичны, вместе с тем они помогают понять происходящие события и таким образом открывают реальные возможности для повышения эффективности лекарственного лечения. Рассмотрим наиболее значимые из них. Это модели Skipper-Schabel-Wilcox, Delbruck-Luria, Goldie-Coldman, Speer-Retsky, Norton-Simon.
МОДЕЛЬ SKIPPER-SCHABEL-WILCOX. Это первая кинетическая модель, которая до сих пор серьезно рассматривается специалистами. Она была сформулирована на основе наблюдения за мышами с лейкемией L1210. Эта опухоль растет экспоненциально до того, как достигнет летального объема 109 клеток, эквивалентного 1 см3. Около 90% лейкозных клеток делятся каждые 12-13 часов. Как следствие постоянства в проценте делящихся клеток или, так называемой "фракции роста", время удвоения всегда постоянно. Это означает, что ста клеткам требуется около 12 ч для удвоения своего объема до 200 клеток. Такое же время необходимо для увеличения 107 клеток до 2х107 клеток. Иными словами, потребуется около 40 ч для того, чтобы 103 клеток увеличились до 104, то есть в 10 раз. Аналогично, увеличение в 10 раз, с 107 до 108, также потребует 40 ч.
Установлена неоднородность скорости роста как среди опухолей одного, так и разных типов. При этом:
Время удвоения может быть коротким в случае большой фракции роста с низкой частотой спонтанных клеточных потерь. При этом продолжительное время удвоения не обязательно означает низкую пролиферативную активность. Опухоли с высокой частотой клеточных потерь имеют меньшую скорость роста, чем опухоли с аналогичной пролиферативной активностью и меньшими клеточными потерями. Высокая пролиферативная активность плюс высокая частота клеточных потерь означают большое число митозов в единицу времени. Вероятность появления мутации коррелирует с пролиферативной активностью, поэтому высокая пролиферативная активность плюс высокая частота клеточных потерь (несмотря на медленный общий темп роста) будут сопровождаться большей частотой мутаций, в том числе в направлении приобретения клеткой лекарственной резистентности.
На основе эмпирических представлений авторами сформулирована модель, которая заключается в том, что, если опухоль растет экспоненциально и характеризуется однородной чувствительностью к цитостатикам, то фракция клеток убиваемых (cell-kill) определенным цитостатическим режимом всегда постоянна (независимо от первоначального объема клеточной популяции).
Если лекарственное лечение уменьшает число клеток с 106 до 105, то, согласно этой гипотезе, такое же лечение уменьшит объем с 104 до 103. Как уменьшение с 106 до 105, так и с 104 до 103означает уничтожение 90% клеток или уменьшение их числа на 1 порядок ("one-log" kill). Для многих препаратов число уничтожаемых клеток увеличивается с увеличением дозы. Согласно этой математической логике, если используется адекватная доза соответствующего препарата против опухоли небольшого размера и остается после лечения меньше, чем одна клетка, то это будет означать "излечение".
Эта концепция легла в основу лечения детских лейкозов, которые действительно иногда излечиваются полностью. В связи с успехами в педиатрической онкогематологии с большим оптимизмом начали предприниматься попытки использования этой модели для обоснования адъювантной терапии микрометастазов при солидных опухолях. Известно, что микрометастазы содержат значительно большее число делящихся клеток по сравнению с крупными метастазами. По этой причине, если химиотерапия уничтожает преимущественно делящиеся клетки, то фракция убитых клеток в микрометастазе должна быть больше. Однако клинические исследования, например, при раке молочной железы, не подтвердили этих оптимистических предположений. В чем причина различий теории и практики? Может быть в продолжительности лечения? Модель Skipper-Schabel-Wilcox допускает такую вероятность. Однако результаты клинических исследований убедительно показывают, что программы адъювантной терапии длительностью более 4-6 мес. не улучшают результаты лечения больных первичным раком молочной железы. Следовательно, расхождение между ожидаемой и фактической эффективностью адъювантной химиотерапии не может быть объяснено недостаточной продолжительностью лечения.
Другое объяснение заключается в том, что в основе гипотезы Skipper-Schabel-Wilcox лежат два важным допущения: экспоненциальный рост и гомогенная чувствительность к химиотерапии. Модель не будет эффективно "работать", если некоторые клетки в опухоли биохимически рефрактерны к применяемым дозам цитостатиков. Если подобные клетки существуют, то даже в случае элиминации всех чувствительных клеток определенной продолжительностью лечения, дальнейшая терапия той же схемой не поможет.
Авторы модели рассматривали возможность приобретения подобной резистентности путем случайных мутаций в процессе естественной истории роста. В этом случае единственным путем, который может гарантировать отсутствие появление резистентных клеток, является начало терапии тогда, когда опухоль так мала, что ещё не имела времени для появлений подобных мутаций.
КОНЦЕПЦИЯ DELBRUCK-LURIA. Первая концепция развития лекарственной резистентности базируется на выдающихся бактериологических исследованиях Delbruck и Luria. Они обнаружили, что разные культуры одной бактериальной линии обладают различной частотой появления резистентности к бактериофагам, при этом резистентность развивается на случайной основе в различные сроки после экспозиции вируса.
Law спустя десять лет после оригинального наблюдения Delbruck и Luria обнаружил, что подобные математические выкладки могут быть применены к проявлению резистентности к цитостатикам.
МОДЕЛЬ GOLDIE-COLDMAN. В практической деятельности приходится наблюдать опухоли, которые приобрели резистентность к цитостатикам ещё до первой экспозиции препаратов. Очевидно, что в этом случае можно добиться элиминации опухолевых клеток только путем применения комбинации цитостатиков (полихимиотерапия), так как вероятность приобретения резистентности одновременно к нескольким цитостатикам не высока. В 1979 г. Goldie-Сoldman удалось количественно обосновать гипотезу Delbruck-Luria. Их фундаментальное заключение иллюстрируется уравнением exp[-x(N-1)]: если при установленной частоте мутаций, равной х=10-6, вероятность их отсутствия при числе клеток N=105 равно 0,905, то вероятность отсутствия мутаций при числе клеток 107 составляет 0,000045. По этой причине увеличение клеточной массы на два порядка (с 105 до 107) может превратить опухоль из излечимой в неизлечимую.
Модель Goldie-Coldman позволила предположить, что опухоль, растущая из одной злокачественной клетки, имеет, по крайней мере, 90% шанс быть излеченной при числе клеток 105, но не имеет такового при числе клеток 107. В таком случае, даже при условии благоприятного соотношения клеток и стромы опухоль больше 1 см3 будет всегда неизлечимой при проведении терапии одним цитостатиком. Логическим продолжением этой идеи является то, что наилучшей стратегией в лечении рака является лечение его при минимально возможном размере, то есть до того как клетки приобретают резистентность и способность к метастазированию. Поэтому, если лечение начато, то максимальное количество эффективных препаратов должно быть применено так скоро, как это возможно. При этом основной задачей является предупреждение развития резистентности клеток ко многим цитостатикам в случае приобретения уже этого качества к одному.
Эта рекомендация соответствует принципам, лежащим в основе комбинированной химиотерапии. Однако, Goldie и Coldman пошли дальше, предложив новый план лечения. Так как из-за перекрестной токсичности и конкурентных взаимоотношений много цитостатиков не может использоваться одновременно, то, согласно этому плану, схемы следует использовать строго в альтернативном варианте (А-Б-А-Б…).
Как уже указывалось, одним из допущений данной гипотезы является гомогенная чувствительность и абсолютная лекарственная резистентность. Клинический же опыт свидетельствует о противоположном. Злокачественные опухоли, которые начинают расти после экспозиции той или иной схемы химиотерапии, обычно не бывают полностью резистентными к этой схеме в случае повторного её применения. По этой причине нельзя считать, что все случаи неэффективности химиотерапии обусловлены абсолютной лекарственной резистентностью. Этому феномену может быть два объяснения:
Всегда ли справедлива гипотеза Goldie-Coldman
Являются ли опухоли размером более 1 см3 всегда инкурабельными в случае лечения одним препаратом? Ответ - нет! Хорионкарциномы и лимфомы Беркитта - две быстро растущие опухоли, излечиваются с помощью одного цитостатика даже в том случае, когда лечение начинается при размере, значительно превышающем 1 см3. Другими примерами могут быть острый лимфобластный лейкоз у детей, лимфомы у взрослых, герминогенные опухоли. Поэтому наличие опухолей размером 107 клеток не всегда означает инкурабельность.
Каковы доказательства того, что химиотерапию для большей эффективности следует начинать так скоро, как это возможно после диагноза?
В рандомизированном исследовании (Ludwig Breast Cancer Study Group) показано, что у больных с регионарными метастазами срок назначения химиотерапии после операции (через 36 ч или через 4 недели) не оказал влияния на эффективность лечения. Подтверждения этого имеются и в исследованиях на больных лейкозами и несеминомными герминогенными опухолями яичка. Во всех этих случаях клетки, оставшиеся после операции, росли беспрепятственно, без быстрого развития приобретенной лекарственной резистентности.
Действительно ли более эффективен альтернативный вариант применения цитостатиков, не обладающих перекрестной резистентностью
В клинике этот вариант химиотерапии не показал своих преимуществ. Прямое сравнение альтернирующей и последовательной химиотерапии при адъювантном применении проводилось при раке молочной железы. Для тестирования концепции G. Bonadonna et al. рандомизировали женщин, страдающих раком молочной железы с метастазами в 1-4 подмышечных лимфоузла, на две группы. Группа 1 получала 4 трехнедельных цикла доксорубицина с последующим применением 8 трехнедельных циклов CMF (DDDDCCCCCCCC). Во 2 группе больные получали 2 цикла CMF, затем альтернативно 1 цикл доксорубицина, и это повторялось 4 раза. Таким образом, больные получали 12 циклов (CCDCCDCCDCCD). Общее количество доксорубицина и CMF в обеих группах было одинаковым, так же как и продолжительность терапии, и периодичность циклов. Однако больные из первой группы имели более высокую безрецидивную и общую выживаемость, чем больные из группы 2. Таким образом, с учетом эквивалентности применяемых доз, был сделан вывод о том, что альтернативное применение цитостатиков хуже, чем последовательное. Подобные же результаты были получены и при других опухолях.
Эти клинические исследования показали, что, хотя модели Skipper-Schabel-Wilcox, Goldie-Coldman и являются чрезвычайно важными для понимания основных аспектов биологии рака, включая концепцию лекарственной резистентности, тем не менее, они не позволяют оптимизировать лечение солидных опухолей.
В чем дело? Считается, что наиболее уязвимыми местами этих гипотез являются признание абсолютной лекарственной резистентности и допущение экспоненциального характера роста.
В многочисленных экспериментальных исследованиях показано, что лекарственная резистентность является скорее относительной, чем абсолютной. При относительной лекарственной резистентности вероятность гибели клетки зависит от уровня дозы препарата. Согласно этой гипотезе, опухоль может рецидивировать, потому что некоторые её клетки (относительно нечувствительные к применяемому агенту) не подверглись достаточной экспозиции препаратом в течение необходимого времени. Это также существенно зависит от формы кривой роста, которая, как предполагали, имеет экспоненциальную форму. Однако, как показывает анализ, кривые роста солидных опухолей, которые имеют экспоненциальную форму, является скорее исключением, чем правилом. Одним из вариантов не экспоненциального роста является рост в соответствии с кинетикой Гомпертца. При этом время удвоения растет постоянно с ростом опухоли, а это означает, что опухоль по мере прогрессии растет медленнее. Замедление может быть в большей степени следствием увеличения числа клеточных потерь.
Важным отличием кинетики Гомпертца от экспоненциального роста является то, что фракция роста в первом случае непостоянна, а уменьшается со временем экспоненциально. Согласно расчетам, она будет наибольшей в опухоли размером 37% от максимального. В модели Гомпертца при наличии у больного большой опухолевой массы фракция роста будет небольшой, и поэтому количество уничтожаемых клеток также будет ограниченным. Кроме того, эффективность химиотерапии будет зависеть от того, на какой части кривой Гомпертца "находится" опухоль у данного больного.
МОДЕЛЬ SPEER-RETSKY. В основе этой модели лежат результаты компьютерного моделирования роста рака молочной железы с учетом ряда клинических данных. В результате расчетов была получена "стохастическая числовая" модель. Согласно этой модели опухоль растет не экспоненциально (по законам кинетики Гомпертца), но не постоянно, а лишь время от времени на случайной основе. По мнению авторов, в опухоли периоды полного отсутствия роста сменяются значительным его ускорением ("спурт"), за которым следует замедление. Эта модель также вызывает много вопросов. Прежде всего, она в значительной степени искусственна. Кроме того, остается под большим вопросом, действительно ли когда-либо наблюдаются временные плато, которые предполагаются этой моделью. Более того, модель Speer-Retsky предлагает такой план лечения, который, как показали клинические исследования, в действительности также является недостаточно эффективным. Их предложение заключалось в том, что адъювантная химиотерапия после операции должна применяться с перерывами в течение продолжительного периода времени, таким образом, чтобы совпадать с периодами возможного спурта роста.
Тем не менее, представление о том, что химиотерапия, которая совпадает со временем возобновления роста опухоли, более эффективна, чем химиотерапия во время прекращения роста заслуживает дальнейшего изучения.
МОДЕЛЬ NORTON-SIMON. Опухоли, растущие согласно кинетике Гомпертца, при наличии чувствительности к цитостатику должны отвечать на проводимое лечение особым способом. Причина в особом "поведении" микрометастазов, оставшихся после хирургического удаления первичной опухоли. В них фракция роста будет выше и поэтому, несмотря на небольшое число уничтожаемых клеток, их пропорция будет большей, чем при клинически определяемых размерах. Модель Гомпертца чрезвычайно важна с точки зрения представления механизма возобновления роста оставшихся опухолевых клеток. L. Norton провел анализ клинических данных из разных исследований адъювантной терапии. В каждом из этих исследования модель Гомпертца точно укладывалась в гипотетические кривые роста этих опухолей. При этом модель показала, что кривые безрецидивной и общей выживаемости не различались в случае, если резидуальная опухолевая популяция составляла одну или 1 млн. клеток, так как чем меньшим был объем оставшихся клеток, тем быстрее они росли, и кривые 5-летней выживаемости после завершения лечения не различались.
Это должно предполагать большую чувствительность микрометастазов к химиотерапии и соответственно большую эффективность последней при использовании в адъювантном режиме. Признание этого феномена первоначально вызвало много надежд на ожидаемый лечебный эффект химиотерапии на микрометастазы. Однако полностью они не оправдались.
Кинетика Гомпертца - действительно эффективная гомеостатическая система: при размере, близком к плато, рост замедляется, и опухоль становится резистентной к цитостатикам, но в случае уменьшения размера рост возобновляется, и она быстро достигает прежнего размера. Как следствие, опухоли, растущие согласно кинетике Гомпертца, очень трудно полностью элиминировать из организма.
Несмотря на то, что время от операции до рецидива дольше в случае проведения адъювантной терапии, время от операции до смерти одинаково в обоих случаях. Большая фракция убитых адъювантной терапией клеток уравновешивается ускоренным ростом рецидивных клеток после адъювантной терапии.
Другим подходом является "правило" использования комбинации препаратов, не обладающих перекрестной резистентностью, сформулированное R.S. Day (1986). В соответствии с его "правилом самого плохого препарата" терапия менее эффективным препаратом должна использоваться либо первой или, если используется второй, то более продолжительное время. Если два вида лечения, А и В, которые не обладают перекрестной резистентностью, могут использоваться при данном заболевании, причем А хуже В, то большинство врачей лечение начинают с В. Вместе с тем, очевидно, что клетки резистентные к высокоэффективному лечению В, должны быть элиминированы как можно раньше менее эффективной схемой А, до того как их численность достигнет определенного числа или они начнут преобладать в опухоли, что сделает лечебную ситуацию крайне сложной. Имеющиеся клинические данные свидетельствуют в пользу возможной правильности этого предположения.
С другой стороны, согласно модели Norton-Simon, эффективность лечения солидных опухолей может быть повышена путем уничтожения сначала быстро растущих клонов, и затем максимального воздействия на численно меньшие медленно растущие клоны.
Модель Norton-Simon показала, что индуктивная терапия должна быть достаточно циторедуктивной для резидуальной опухолевой массы. Эффективная индукция, за которой следует один или более режимов, не обладающих перекрестной резистентностью, представляются, с этой точки зрения, идеальной схемой лечения.Этому есть клинические подтверждения при лечении лейкозов.
В настоящее время проводится большое количество исследований, оценивающих правильность этого предположения для солидных опухолей.
Быстро развивающаяся современная противоопухолевая терапия предполагает, что фармакологические манипуляции могут повлиять на биологический предетерминизм рака и, в конце концов, существенно улучшить результаты лечения, которые означают, что опухоли (в том числе микрометастазы) после лекарственной циторедукции никогда вновь не достигнут клинически значимых размеров.Одним из реальных путей улучшения результатов лечения является использование препаратов, которые предупреждают возобновление роста микроочагов опухоли (антитела и ингибиторы сигнальной трансдукции). Таким образом, мы возможно уже имеем в нашем арсенале методы, которые способны улучшить безрецидивную и общую выживаемость. Задача состоит в разработке программы их оптимального применения, что может позволить вылечить хотя бы часть больных.
