Гепараназа расщепляет гепарансульфатный компонент внеклеточного матрикса. В результате этого в нем освобождается ряд факторов роста, находившихся до этого в связанном состоянии, и фрагменты гепарансульфата, активирующие клеточную пролиферацию. Повышенная выработка гепараназы, обнаруженная в раковых опухолях, соответствует усилению метастазирования. Поэтому разработка ингибиторов гепараназы представляется многообещающей перспективой в лечении рака.

Внеклеточный матрикс играет ключевую роль в обеспечении клеточных функций в норме – в частности, в процессах ангиогенеза, воспаления и заживления ран, и в таких патологических процессах как метастазирование опухолей.

Основу внеклеточного матрикса составляют организованные в сложную трехмерную сеть волокна белков коллагена и эластина, заполненные желеобразным аморфным веществом, в состав которого входят гиалуроновая кислота (несульфатированные и сульфатированные гликозаминогликаны), гликопротеиды (фибронектин, ламилин и др.), и протеогликаны. В отличие от гликопротеинов, углеводные цепи в молекулах протеогликанов всегда представлены мукополисахаридами (хондроитинсульфатами, дерматансульфатом, кератансульфатом, гепарансульфатом и гепарином).

Взаимодействие гепарансульфатных протеогликанов с фибронектином, ламинином, коллагеном и с факторами роста – необходимое условие поддержания клеточной архитектуры. Гепарансульфатные протеогликаны используются как депо для хранения ряда цитокинов и факторов роста, специфически связанных с гепарансульфатами.

В результате расщепления гепарансульфата ферментом гепараназой происходит перестройка внеклеточного матрикса, что приводит к высвобождению биоактивных молекул, которые были связаны гликозаминогликанами, и небольших (5-7 кДа) фрагментов гепарансульфата, которые модулируют связывание ростовых факторов с их рецепторами.

Активная гепараназа в больших количествах присутствует в плацентарной ткани, где она участвует в имплантации трофобластов, и в активированных имунных клетках – T– и B– лимфоцитах, макрофагах, нейтрофилах. Много гепараназы и в тромбоцитах; считается, что их агрегация с опухолевыми клетками усиливает изменения внеклеточного матрикса, облегчающие процессы метастазирования.

Ключевую роль гепараназы в злокачественных процессах подтверждает то, что инвазивные и метастатические свойства опухолевых клеток заметно уменьшаются в результате введения в них антисмысловой кДНК, которая избирательно связывается с кодирующим гепараназу геном и блокирует его экспрессию. На культуре клеток рака груди человека показано, что экспрессия антигепараназного рибозима значительно уменьшает активность гепараназы.

Экспрессия гепараназы связана с процессами опухолеобразования при раке крови, толстого кишечника, желудка, груди и многих других органов и систем организма. Кроме облегчения процессов метастазирования, гепараназа принимает участие и в других процессах роста опухолей, таких как клеточная адгезия. Показано, что избыточная экспрессия гепараназы в T-клеточных лимфомах усиливала клеточную адгезию.

Очевидно, что гепараназа играет фундаментальную роль в развитии злокачественных заболеваний и, следовательно, представляет собой потенциальную мишень для противораковой терапии.

На рисунке показаны стратегии ингибирования гепараназы. В неактивной форме про-гепараназы большая и малая субъединицы (8 и 50 кДа) соединены инвертируемым линкером. Такая конформация способствует клеточной адгезии. После протеолитического расщепления линкера фермент приобретает активную конформацию и становится способным расщеплять гепарансульфат (показан его минимальный необходимый эпитоп). Самый прямой способ инактивации гепараназы (отмечен звездочкой) – ингибирование ферментативной активности. Другими способами могут быть действие протеаз на линкерный пептид или на про-адгезивные домены гепараназы.

Известны следующие ингибиторы гепараназы: малые молекулы, сахара, нейтрализующие антитела и ингибиторы на основе натуральных продуктов.

Низкомолекулярные ингибиторы обнаружили путем скрининга среди известных лекарств. Эффективность ингибиторов этого класса пока оценивают в экспериментах на культурах клеток и на мышах. В настоящее время ингибиторы данного типа не подходят по ряду критериев, предъявляемых лекарствам, таким как растворимость и малая токсичность. К ингибиторам этого типа принадлежит фуранилтиазоловая кислота.

Другой тип ингибиторов – ингибиторы на основе сахаров, среди которых дошел до клинических испытаний и дал хорошие результаты препарат PI-88 – смесь олигосахаридов, изолированных из дрожжей Pichia pastoris. Он ингибирует активность гепараназы и препятствует действию ростовых факторов, связанных с гепарансульфатами. Эффективность этого ингибитора уже оценивается в клинических исследованиях в качестве монотерапии и в комбинации со стандартной химиотерапией.

Гепарины так же являются ингибиторами гепараназы. В частности, LMWH (low-molecular-weight heparins) повышает выживаемость раковых пациентов. Гепарины снижают коагуляцию крови и ингибируют взаимодействие раковых тромбоцитов и эндотелия. Поэтому они больше воздействуют на формирование метастазов, чем на рост первичных опухолей.

Другой ингибитор – сурамин, препарат, первично использовавшийся для лечения сонной болезни и впоследствии показавший противоопухолевую активность. Из-за серьезных побочных эффектов его запретили к использованию, но сейчас разрабатываются менее токсичные его аналоги.

Некоторые натуральные вещества, полученные из дрожжевых и микробных культур, также проявляют способность ингибировать гепараназу. Для этого используют также специфичные к гепараназе антитела и ингибиторные белки: эозинофильные MBP белки и белки, взаимодействующие с гепарансульфатами. Среди последних – гликопротеины, богатые гистидином, которые связываются с гепарансульфатами и закрывают сайт расщепления гепараназы.

Для оценки эффективности ингибиторов гепараназы разрабатываются селективные биомаркеры. Одним из них является сывороточный фактор роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor, VEGF), т.к. расщепление гепараназой цепей гепарансульфата во внеклеточном матриксе приводит к высвобождению ряда ростовых факторов. У пациентов с меланомами сывороточные уровни VEGF были значительно повышены и коррелировали со стадиями заболевания. Кроме этого, оценивают содержание гепарансульфатов в клетках посредством моноклональных антител и анализы мочи на содержание гепараназы высокочувствительным методом ELISA.

Источник: E A McKenzie, Heparanase: a target for drug discovery in cancer and inflammation. British Journal of Pharmacology (2007) 151, 1–14.

Дарья Червякова,
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/