CC BY
153
CV
es
и
Сигнальный путь Wnt: перспективы фармакологического регулирования
В. В. Татарский
НИИ канцерогенеза ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478, Москва, Каширское шоссе, 24, стр. 15
Контакты: Виктор Вячеславович Татарский [email protected]
Wnt — один из важнейших сигнальных путей в клетке, необходимый для нормального эмбрионального развития, дифференцировки, поддержания фенотипа стволовых клеток, определения полярности клетки и миграции. Мутации в этом каскаде ассоциированы с опухолевым ростом (особенно с раком толстой кишки, лейкемиями и гепатокарциномами), участвуют в поддержании опухоле-инициирующих клеток и метастазировании. В последнее время проводят исследования ингибиторов сигнального пути Wnt в ка-ьэ честве противоопухолевых препаратов. Однако эти ингибиторы находятся только в ранних фазах клинических испытаний.
4 В обзоре рассматриваются основные мишени таких противоопухолевых ингибиторов и их текущий статус в предклинических еэ и клинических исследованиях.
Ключевые слова: Wnt, в-катенин, опухолеинициирующие клетки, метастазирование
DOI: 10.17650/2313-805X-2016-3-1-28-31
® The Wnt signaling pathway: prospects for pharmacological regulation
s V.V. Tatarskiy
5 Research Institute of Carcinogenesis, N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, Ministry of Health of Russia; S" Build. 15, 24 Kashirskoe Shosse, Moscow, 115478, Russia
ш
^ Wnt cascade is one of the most important signal pathways in the cell, which is required for normal embryonic development, differentiate tion, maintenance of stem cellphenotype and migration. Mutations in this pathway are associated with tumor growth (especially with colon cancers, hepatocarcinomas and leukemias), where they participate in maintenance of tumor-initiating cells and metastasing. Because of that there is a considerable interest to develop inhibitors of Wnt pathway as anti-tumor agent. But this inhibitors are still only in early stages of clinical investigations. In this article we review the main targets for this anti-cancer agents and their preclinical and clinical status.
Key words: Wnt, в-catenin, tumor-initiating cells, metastasis
x ш
и
Введение
Wnt является одним из важнейших сигнальных путей в клетке, необходимым для нормального эмбрионального развития, дифференцировки, поддержания фенотипа стволовых клеток, определения полярности клетки и миграции. Мутации в этом каскаде связаны с опухолями (особенно c раком толстой кишки, гепатокарциномами и лейкемией), диабетом 2-го типа и нейро-дегенеративными заболеваниями. Особый интерес представляет роль Wnt в поддержании опухолеиници-ирующих клеток и метастазировании. В связи с этим в последнее время ведется обширный поиск ингибиторов сигнального пути Wnt в качестве противоопухолевых препаратов, однако до сих пор эти ингибиторы находятся только в ранних фазах клинических испытаний. В настоящем обзоре рассматриваются основные мишени таких противоопухолевых ингибиторов и их текущий статус в предклинических и клинических исследованиях.
Сигнальный путь Wnt
В литературе выделяют 3 сигнальных пути в составе Wnt: канонический Wnt-каскад, контролирующий связывание р-катенина с транскрипционными факторами TCF/LEF, неканонический кальциевый каскад, в котором не участвует р-катенин, и каскад, контролирующий полярность клетки. Из 3 каскадов канонический наиболее хорошо изучен, особенно в контексте канцерогенеза.
У человека семейство Wnt-белков состоит из 19 белков, которые связываются с 15 рецепторами Фриз-злед (Frizzled, Fzd) или корецепторами LRP [1]. Wnt-лиганды являются гликопротеинами, для секреции которых необходимо добавление пальмитата к цисте-иновым [2] и сериновым остаткам в эндоплазматиче-ском ретикулуме (последняя реакция осуществляется белком поркупин (porcupine) [3]. Связывание Wnt-ли-ганда с Fzd приводит к рекрутированию белка дише-велед (disheveled, Dvl), который ингибирует фосфо-
рилирование р-катенина деградирующим комплексом (GSK3P, аксин-1 и APC). Фосфорилирование р-ка-тенина деградирующим комплексом по серинам 33, 37 и треонину 41 вызывает его протеосомную деградацию; после ингибирования деградирующего комплекса Dvl количество р-катенина быстро увеличивается, после чего он транслоцируется в ядро. В ядре Р-катенин связывается с транскрипционными факторами семейств TCF и LEF, вызывая транскрипцию своих зависимых генов, важнейшими из которых являются c-Myc, циклин Д, сурвивин, MMP7, MDR1 и CD44 [4—6]. Наиболее важной для терапии является роль сигнального пути Wnt в поддержании фенотипа опу-холеинициирующих клеток и эпителиально-мезенхи-мального перехода, необходимых для метастазирова-ния опухоли. Подавление экспрессии или делеции Р-катенина ингибирует образование опухолеиници-ирующих клеток в модели хронического миелолейко-за с экспрессией Bcr-Abl, острой миелоцитарной лейкемии [7] и опухолях молочной железы [8].
Активирующие мутации сигнального пути Wnt широко распространены в ряде опухолей. Это мутации компонентов деградирующего комплекса (APC, аксин), самого р-катенина, белков TCF (например, TCF7L2) и Wtx. Помимо мутаций нарушения передачи сигнала в каскаде происходят через изменения экспрессии ряда белков из-за эпигенетичесих траснформаций. По данным базы данных COSMIC, мутации APC наиболее характерны для опухолей толстой кишки, желудка, поджелудочной железы; р-катенина — для опухолей печени, мягких тканей, эндометрия, поджелудочной железы; аксина-1 — для опухолей печени и желчных протоков, Wtx — для опухолей почек и толстой кишки и TCF7L2 — для опухолей толстой кишки [9].
Ингибиторы Wnt
Предклинические исследования показали, что ин-гибирование сигнального пути Wnt приводит к терапевтическому эффекту в ряде Wnt-зависимых опухолей. Разработка противоопухолевых соединений сосредоточена на ингибировании 4 частей каскада: пальмити-ровании Wnt-лигандов белком поркупин (ингибировании секреции), связывании Wnt-лигандов со своими рецепторами и корецепторами, предотвращении деактивации деградирующего комплекса и/или транслокации р-катенина в ядро и связывании р-катенина с другими компонентами транскрипционного комплекса. В настоящее время в базе данных QinicalTrials.gov имеются ссылки на 42 клинических испытания, связанные с ингибированием сигнального пути Wnt.
Ингибирование синтеза Wnt — наиболее распространенная стратегия снижения активности Wnt-каска-да. Главным достоинством ингибирования активности Wnt на этом уровне является низкая токсичность. В то время как остальные мишени в сигнальном пути Wnt зачастую связаны с другими сигнальными путями, поркупин специфично ингибирует секрецию Wnt с не-
большими побочными эффектами [10]. В настоящее время проводятся или планируются клинические испытания ингибитора поркупин Wnt974 у пациентов с аденокарциномой поджелудочной железы и раком толстой кишки с BRAF-мутациями и активирующими мутациями, приводящими к повышенному синтезу Wnt-лиганда (мутации RNF43 или RSPO) (NCT01351103), с раком толстой кишки с BRAF-мутациями в комбинации с BRAF-ингибитором LGX818 и EGFR-инги-битором цетуксимабом (NCT02278133), с плоскоклеточной карциномой головы и шеи (NCT02649530). Другой ингибитор поркупин — ETC-159 — находится в I фазе клинических испытаний против солидных опухолей (NCT02521844) [11]. Недостатками такого подхода являются невозможность терапии опухолей с мутациями, которые происходят ниже по каскаду, и неизбирательность ингибирования Wnt-лигандов (поркупин ингибируют секрецию всех Wnt-лигандов, однако не все из них имеют проонкогенные свойства).
Более специфичной стратегией считается ингибирование рецепторов и корецепторов Wnt. Такой подход позволяет подавить активность только тех Wnt-лиган-дов, которые способствуют росту опухоли, не затрагивая другие. Применяются как ингибиторы рецепторов и корецепторов, так и рецепторы-ловушки, связывающие Wnt-лиганды. Антитело OMP-18R5 связывается с 5 из 10 Fzd-рецепторов (Fzd1, Fzd2, Fzd5, Fzd7 и Fzd8), каждый из которых регулирует канонический Wnt-сигналинг. В предклинических испытаниях OMP-18R5 ингибировал рост ксенографтов, полученных из опухолей толстой кишки (без мутаций APC или р-катенина), поджелудочной железы, рака легкого и рака молочной железы, как при отдельном введении, так и в комбинации со стандартными химиотерапевтическими препаратами, такими как таксол, иринотекан, гемцитабин. Также OMP-18R5 значительно снижает тумороген-ность и частоту ремиссии опухолей на моделях животных, что позволяет рассчитывать на его эффективность против опухолеинициирующих клеток [12]. В настоящее время проводятся или планируются 4 клинических исследования с OMP-18R5: I фазы против солидных опухолей (NCT01345201), I фазы в комбинации с пак-литакселом против метастатического рака молочной железы (NCT01973309), в комбинации с паклитаксе-лом и гемцитабином против рака поджелудочной железы (NCT02005315) и в комбинации с доцетакселом против немелкоклеточного рака легкого (NCT01957007).
Также в стадии клинических испытаний находится рецептор-ловушка OMP-54F28 — участок Fzd8, конъюгированного с Fc-фрагментом иммуноглобулина G 1-го класса (IgG1). OMP-54F28 значительно снижает рост ксенографтов как при монотерапии, так и в комбинации с гемцитабином, а также уменьшает способность опухоли к метастазировнию, туморо-генность опухолей у мышей линий NOD и SCID и количество клеток, экспрессирующих CD44 [13]. По предварительным результатам I фазы клиниче-
CV
ев
и ш u
ж ш
и
CV
es
и ш U
ж ш
и
ских испытании препарат хорошо переносится в терапевтических концентрациях (NCT01608867) основные побочные эффекты связаны с ремоделированием костной ткани [14]. В настоящее время проводятся 3 других клинических испытания этого препарата в фазе Ib: в комбинации с сорафенибом против метастатической гепатокарциномы (NCT02069145), с гем-цитабином и паклитакселом против рака поджелудочной железы (NCT02050178) и с паклитакселом и карбоплатином против рака яичника (NCT02092363).
Альтернативным подходом является использование нетоксичного антитела к Fzd10 — 0TSA101. Само антитело слаботоксично, однако его конъюгат, меченный иттрием (90Y), обладает выраженным противоопухолевым эффектом в ксенографтной модели. В настоящее время проводится I фаза клинических испытаний на синовиальной саркоме (NCT01469975).
Ряд ингибиторов предотвращает взаимодействие Dvl с рецепторами Fzd: ингибиторы взаимодействия Pzd домена Dvl с Fzd - NSC668036 [15], 3289-8625 [16] -ингибируют этот сигнальный путь и замедляют рост опухолевых клеток в культуре. Однако их селективная активность против специфичных Wnt-зависимых опухолей не показана, также как активность на моделях животных. Ни одно из таких соединений клинически не испытывают.
Ряд малых молекул направлен против деградирующего комплекса. Большой класс потенциальных противоопухолевых агентов стабилизирует аксин-1 через ингибирование ферментов танкиразы, которые стимулируют его протеосомную деградацию. Ингибиро-вание танкиразы приводит к стабилизации деградирующего комплекса и деградации р-катенина даже при мутациях APC. Ряд этих молекул, такие как XAV-939, JW-55 и IWR, хорошо изучены в опухолевых и пред-клинических моделях, они вызывают остановку пролиферации р-катенинзависимых опухолей [17, 18]. Несмотря на это, ни один ингибитор танкиразы не находится в клинических испытаниях. Причинами этого, скорее всего, являются низкий терапевтический индекс и высокая токсичность для желудочно-кишечного тракта, приводящие к нарушению пролиферации столовых клеток кишечника, воспалению и даже некрозу [19]. Одобренный антигельминтный препарат пирвиний памоат подавляет активность Wnt через активацию CK1, который, в свою очередь, активирует деградирующий комплекс и обладает противоопухолевой активностью против р-катенинзависимых клеточных линий [20], однако в клинических испытаниях у пациентов с опухолевыми новообразованиями он не проверялся. Противомалярийный препарат артесу-нат также предотвращает транслокацию р-катенина в ядро, замедляет рост р-катенинзависимых ксенограф-тов и метастазирование [21]. В настоящее время проводится II фаза его клинических испытаний в рамках неоадъювантной терапии опухолей толстой кишки (NCT02633098).
Инактивация экспрессии генов белков-ингибиторов сигнального пути Wnt распространена в различных опухолях и приводит к активации каскада. Использование демитилирующих агентов позволяет реактивировать промоторы таких генов и подавить активность сигнального пути Wnt в клетках [22]. В настоящее время проводится клиническое испытание демитилиро-вания промоторов ряда таких генов (ЛРСВВ1, ЛХШ2, БКК1,1£К5 и ЛБСЬ2) при действии демитилирующе-го агента децитабина (КСТ01882660).
Взаимодействие р-катенина с партнерами в транскрипционном комплексе также считается мишенью для противоопухолевой терапии. Известно несколько классов молекул, которые предотвращают связывание Р-катенина с ТСБ7Ь2 и одновременно подавляют рост Р-катенинзависимых линий и ксенографтов, однако многие из этих молекул не обладают достаточной селективностью, и ни одну из них не испытывали клинически. Наиболее хорошо изученным является инги-бирование взаимодействия кофактора транскрипции СЯЕВ-связывающего белка с р-катенином с помощью малой молекулы РЫ-724 (и ее предшественника 1СО-001) [23]. Этот белок — один из кофакторов транскрипции, и его взаимодействие с р-катенином необходимо для поддержания фенотипа опухолеинициирующих клеток [24], в то время как ингибирование этого взаимодействия приводит к дифференцировке таких клеток. Это соединение исследовали в 3 клинических испытаниях I фазы: против рака поджелудочной железы в комбинации с гемцитабином (КСТ01764477) и против острой и хронической миелоидной лейкемии (КСТ01606579). В исследовании I фазы на 18 пациентах была показана безопасность высоких доз препарата; зафиксировано прекращение роста опухоли у 3 пациентов и снижение экспрессии Wnt-зависимо-го гена сурвивина (КСТ01302405) [25]. Планируют исследование РЫ-724 во II фазе клинических испытаний против рака толстой кишки в комбинациях с беваци-зумабом, 5-фторурацилом, оксалиплатином и лейко-ворином кальция (КСТ02413853).
Отдельным подходом является модулирование неканонической части каскада Wnt или сигнальных путей, пересекающихся с каноническим каскадом. Так, анализ опухолевых линий с высокой активностью Wnt-каска-да показал, что они зависят от комплекса р-катенина с транскрипционным фактором ТВХ5 и транскрипционным регулятором УАР1 и что дазатиниб, ингибитор киназы УЕБ1, необходимой для функционирования этого комплекса, предотвращает пролиферацию р-ка-тенинзависимых линий [26]. Неканонические части сигнального пути Wnt зачастую связаны с противоопухолевыми эффектами, например, активатор неканонического каскада Боху5 — пептидный аналог Wnt5a — предотвращает метастазирование [27]; в настоящее время его исследуют в I фазе клинических испытаний против метастатических карцином молочной железы, толстой кишки и простаты (КСТ02020291).
Заключение
В последние 5 лет значительно ускорилось изучение роли сигнального пути в канцерогенезе, проводятся клинические испытания первых терапевтических соединений — ингибиторов ^Ш. Однако внедрение этих агентов в клиническую практику зачастую ограничено высокой токсичностью препаратов для нормальных тканей и недостаточностью собственно ингибиро-
вания для торможения роста опухолей. Очевидно, что требуются как исследования новых мишеней в этом сигнальном пути, так и подбор оптимальных комбинаций с имеющимися противоопухолевыми агентами. Результаты проводящихся в настоящее время клинических испытаний позволят определить перспективность фармакологической регуляции ^Ш-каскада для противоопухолевой терапии.
CV
CS
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. MacDonald B.T., He X. Frizzled and LRP5/6 receptors for Wnt/-сatenin signaling. Cold Spring Harb Perspect Biol 2012;4(12):a007880.
2. Willert K., Brown J.D., Danenberg E. et al. Wnt proteins are lipid-modified and can act as stem cell growth factors. Nature 2003;423(6938):448-52.
3. Takada R., Satomi Y., Kurata T. et al. Monounsaturated fatty acid modification of Wnt protein: its role in Wnt secretion. Dev Cell 2006;11(6):791-801.
4. He T.C., Sparks A.B., Rago C. et al. Identification of c-MYC as a target
of the APC pathway. Science 1998;281(5382):1509-12.
5. Tetsu O., McCormick F. Beta-catenin regulates expression of cyclin D1 in colon carcinoma cells. Nature 1999;398(6726):422-6.
6. Ashida K., Terada T., Kitamura Y. et al. Expression of E-cadherin, alpha-catenin, beta-catenin, and CD44 (standard and variant isoforms) in human cholangiocarci-noma: an immunohistochemical study. Hepatology 1998;27(4):974-82.
7. Hu Y., Li S. Survival regulation
of leukemia stem cells. Cell Mol Life Sci 2016;73(5):1039-50.
8. Moumen M., Chiche A., Decraene C.
et al. Myc is required for p-catenin-mediated mammary stem cell amplification and tumorigenesis. Mol Cancer 2013;12(1):132.
9. Anastas J.N., Moon R.T. WNT signalling pathways as therapeutic targets in cancer. Nat Rev Cancer 2013;13(1):11-26.
10. Liu J., Pan S., Hsieh M.H. et al. Targeting Wnt-driven cancer through the inhibition
of Porcupine by LGK974. Proc Natl Acad Sci USA 2013;110(50):20224-9.
11. Madan B., Ke Z., Harmston N. et al. Wnt addiction of genetically defined cancers reversed by PORCN inhibition. Oncogene 2015.
12. Gurney A., Axelrod F., Bond C.J. et al. Wnt pathway inhibition via the targeting of Frizzled receptors results in decreased growth and tumorigenicity of human tumors. Proc Natl Acad Sci USA 2012;109(29):11717-22.
13. Le P.N., McDermott J. D., Jimeno A. Targeting the Wnt pathway in human cancers: Therapeutic targeting with a focus on OMP-54F28. Pharmacol Ther 2015;146:1-11.
14. Smith D.C., Gordon M., Messersmith W. et al. A first-in-human Phase 1 study of anticancer stem cel l (CSC) agent OMP-54F28 (FZD8-Fc) targeting the WNT pathway
in patients with advanced solid tumors. Mol Cancer Ther 2013;12(11 Suppl):B79.
15. Shan J., Shi D.-L., Wang J. et al. Identification of a specific inhibitor
of the dishevelled PDZ domain. Biochemistry 2005;44(47):15495-503.
16. Grandy D., Shan J., Zhang X. et al. Discovery and сharacterization of a small molecule inhibitor of the PDZ domain of dishevelled. J Biol Chem 2009;284(24):16256-63.
17. Huang S.M., Mishina Y.M., Liu S., et al. Tankyrase inhibition stabilizes axin
and antagonizes Wnt signalling. Nature 2009;461(7264):614-20.
18. Waaler J., Machon O., Tumova L. et al. A novel tankyrase inhibitor decreases canonical Wnt signaling in colon carcinoma cells and reduces tumor growth in conditional APC mutant mice. Cancer Res 2012;72(11):2822-32.
19. Zhong Y., Katavolos P., Nguyen T. et al. Tankyrase inhibition causes reversible
intestinal toxicity in mice with a therapeutic index < 1. Toxicol Pathol 2015;44(2):267-78.
20. Thorne C.A., Hanson A.J., Schneider J. et al. Small-molecule inhibition of Wnt signaling through activation of casein kinase 1a. Nat Chem Biol 2010;6(11):829-36.
21. Li L.N., Zhang H.D., Yuan S.J. et al. Artesunate attenuates the growth of human colorectal carcinoma and inhibits hyperactive Wnt/beta-catenin pathway. Int J Cancer 2007;121(6):1360-5.
22. Li K., Hu C., Mei C. et al. Sequential combination of decitabine and idarubicin synergistically enhances anti-leukemia effect followed by demethylating Wnt pathway inhibitor promoters and downregulating Wnt pathway nuclear target. J Transl Med 2014;12:167.
23. Emami K.H., Nguyen C., Ma H. et al. A small molecule inhibitor of beta-catenin/ CREB-binding protein transcription [corrected]. Proc Natl Acad Sci USA 2004;101(34):12682-7.
24. Lenz H.J., Kahn M. Safely targeting cancer stem cells via selective catenin coactivator antagonism. Cancer Sci 2014;105(9):1087—92.
25. El-Khoueiry A.B. A phase I first-inhuman study of PRI-724 in patients(pts) with advanced solid tumors. In J Clin Oncol 2013.
26. Rosenbluh J., Nijhawan D., Cox A.G. et al. p-Catenin-driven cancers require
a YAP1 transcriptional complex for survival and tumorigenesis. Cell 2012;151(7): 1457-73.
27. Safholm A., Tuomela J., Rosenkvist J. et al. The Wnt-5a-derived hexapeptide Foxy-5 inhibits breast cancer metastasis
in vivo by targeting cell motility. Clin Cancer Res 2008;14(20):6556-63.
и
Ш
u
X ш
и
