اشاره
آنچه می‌خوانید نگاهی به‌نسبت دقیق و تحلیلی به‌ویژگی‌های سلول‌هایِ توموریِ درگردش۱ و رویارویی دستگاه ایمنی با آن‌ها و دریچه‌ای به فصل‌های ۵ و ۶ کتاب درسی زیستشناسی۲ است.
مقدمه
سلول‌هایِ توموریِ درگردش(CTC)، توده‌هایی از تومورها هستند که در خون درگردش‌اند. این سلول‌ها که برای اولین بار حدود ۱۵۰ سال پیش از سوی توماس اشورت۲ شناسایی شدند، از تومورها نشأت می‌گیرند و با عبور از ساختارهای گوناگون بینابینی، به‌صورت فعال یا غیرفعال، خود را به نزدیک‌ترین لومن‌های عروقی می‌رسانند. بر مبنای یافته‌ها، حدود ۰/۰۰۰۰۰۰۱ درصد از سلول‌های توموری به جریان خون می‌رسند. CTCها، همراه با سلول‌های عادی خونی در عروق گردش می‌کنند. این سلول‌های هسته‌دار با درصد بسیار اندک در اسمیر‌های معمولی خون محیطی غیرقابل تشخیص‌اند و با وجود به کارگیری تجهیزات پیشرفته، ردیابی آن‌ها هنوز چالش بزرگی محسوب می‌شود. چنانچه CTCها در خون محیطی حضور داشته باشند، تنها شامل حدود ۰/۰۰۰۱ درصد از کل سلول‌های هسته‌دار می‌شوند ( ۱۰-۱ سلول در هر میلی‌لیتر پلاسما).
حساسیت ردیابی CTCها در خون بیماران، تا حد زیادی به روشهای ردیابی مورد استفاده بستگی دارد؛ به گونه‌ای که روشهای مختلف، زیرجمعیت‌های متفاوتی از این سلول‌ها را ردیابی می‌کنند. در باره سیستم جست‌جوی سلول وریدکس وارن۳ که تنها سیستم تأیید شده از سوی سازمان غذا و داروی امریکا۴ برای CTCهاست، حساسیت بیش از ۸۵ درصد گزارش شده است.
با به کارگیری سایر روش‌ها از قبیل پلات‌فرم HD- SCA۵ ، حساسیت به مقادیر بالایی تا ۹۹/۹ درصد می‌رسد. افراد سالم و گروه محدودی از افرادی که دچار تومورهای خوش‌خیم هستند، به ندرت دارای CTC هستند.
شیوع CTC در بیمارانی که دچار تومورهای بدخیم هستند، بر مبنای نوع کارسینوما و مرحله آن متفاوت است (جدول ۱). در یک پژوهش، در مراحل اولیه سرطان پستان، CTCها در ۳۰-۸۰ درصد بیماران ردیابی شدند؛ اما این رقم در نوع متاستازی، به حدود ۷۰ درصد می‌رسد.
بافت‌برداری۶ مایع فقط برای بررسی سلول‌های توموری در گردش کاربرد ندارد، بلکه سایر اجزا، از جمله ترکیبات تولیدی تومورها، یا ترکیبات پیوسته با تومورها نیز معمولاً در روش بافت‌برداری مایع بررسی می‌شوند. به‌عنوان مثال، در حال حاضر، با استفاده از روشهای بافت‌برداری مایع، تحقیقات و کارهای هیجان‌انگیزی برای ارزیابی۷ ctDNA ، اگزوزوم‌ها و پلاکت‌ها در جریان است. پلاکت‌ها در جریان خون با CTCها میان‌کنش دارند. اگزوزوم‌ها که وزیکول‌های خارج سلولی متصل به غشا و بخشی از روندهای سیگنالینگ به منظور برقراری ارتباطات درون سلولی مولکولی محسوب می‌شوند و از تومورها نشأت می‌گیرند، حامل DNA هستند که بازتابی است از حالت ژنی و موتاسیونی تومورها. از این رو، قابلیت دارند تا به‌عنوان نشانگرهای زیستی برای ردیابی و نشان‌دادن سرطان و متاستاز به‌کار گرفته شوند. در ضمن، ممکن است قطعاتی از ctDNA توسط CTCهای آپوپتوزی یا نکروزی سلول‌های توموری اولیه یا متاستازی آزاد شوند و در جریان خون آزادانه گردش کنند. با وجود این، گلبول‌های سفید خون نیز DNA آزاد می‌کنند و از این رو با درصد کلی DNA ردیابی‌شده در جریان خون مرتبط هستند. این امر، ردیابی اختصاصی ctDNA را با چالش روبه‌رو کرده است.
ویژگی‌های فیزیکی CTCها
• قطر CTCها: اندازه CTCها بسته به بافت منشأ، یا احتمالاً سایر عوامل از قبیل تغییرات در بیان پروتئین‌ها، متفاوت است ( جدول ۲).
• قابلیت تغییر شکل CTCها: دگرریختی یا قابلیت تغییر شکل، به توانایی تغییر شکل، تحت شرایط استرس اطلاق می‌شود. تفاوت در قابلیت تغییر شکل، از عوامل گوناگونی، از جمله سیگنالینگ مایع خارج سلولی (ECM)، شیمی‌درمانی، یا بازآرایی‌های DNA ناشی می‌شود که ممکن است به تغییر در بیان پروتئین منجر شود. این تغییر بیان، ساختار اسکلت سلولیِ سلول‌های سرطانی را تغییر می‌دهد که نتیجه آن، تغییر شکل، حرکت و در نهایت دگرریختی است. در سلول‌های سرطانی، قابلیت تغییر شکل بالاتر با پتانسیل متاستازی بالاترِ تومور، پیوستگی مستقیم دارد. CTCها نسبت به گلبول‌های سفید، قابلیت تغییر شکل کمتری نشان می‌دهند؛ اما به همان نسبت که پتانسیل متاستازی بیشتری کسب می‌کنند، درجه بالاتری از قابلیت تغییر شکل را بروز می‌دهند.
• قطبیت و بار الکتریکی CTCها: به علت تغییرات در شکل، اندازه هسته و سیتوپلاسم و نیز تغییرات بیان پروتئین‌ها طی تحرک و/یا فعال‌سازی مکانیسم‌های بقای در گردش خون، نسبت اجزای قطبی‌شده سوسپانسیون (از جمله: پروتئین‌ها، نوکلئیک‌اسیدها و پپتیدها) به حلال آن‌ها، در CTCها نسبت به گلبول‌های سفید و سلول‌های اپی‌تلیال خوش خیم متفاوت است.
• وزن CTCها در واحد حجم: نوع سلولی غالب در کل خون، گلبول‌های قرمز هستند. سیتوپلاسم این سلول‌ها، شامل هموگلوبین است که خود عامل وزن بالاتر آن‌ها در واحد حجم در مقایسه با گلبول‌های سفید و CTCهاست. فیلیپس و همکاران در ۲۰۱۲، وزن CTCها، گلبول‌های قرمز و گلبول‌های سفید در واحد حجم (تراکم وزن خشک سلولی) را در بیماران مبتلا به سرطان تخمدان مقایسه کردند. آن‌ها گزارش کردند که وزن در واحد حجم گلبول‌های سفید و CTCها در مقایسه با گلبول‌های قرمز ۴/۵ - ۳/۵ بار پایین‌تر است. همچنین، وزن در واحد حجم گلبول‌های سفید و CTCها هم‌پوشانی دارد.
برخی ویژگی‌های زیستی CTCها
• زنده ماندن CTCها در دستگاه عروقی: CTCها، پس از ورود به درون عروق، با چندین عامل تنش مواجه می‌شوند: فشار قوی جریان خون، با فشارهای وارد بر سلول‌ها در بافت مبدأ کاملا متفاوت است. ضمناً، سلول‌های اپی تلیالی که میان‌کنش‌های سلول- سلول و نیز سلول- ماتریکس را از دست داده‌اند، به طور معمول متحمل آنوایکیس می‌شوند. CTCها نیز ممکن است دچار همین سرنوشت شوند و cfDNA آزاد کنند. مطالعات کینتیک، زمان کوتاه بقا را برای CTCها در جریان خون پیش‌بینی می‌کنند. در یک آزمایش، موش مدل با لاین‌های سلولی کارسینومای کلیوی، ریزش سلولی بالغ بر ۶ میلیون را نشان داد که نزدیک به ۸۹ درصد این سلول‌ها پس از ریزش بلافاصله دچار مرگ می‌شوند و گروه بزرگی از این سلول‌ها، آپوپتوز را تجربه می‌کنند. سلول‌های زنده ماندنی به طور معمول، دوره زندگی کوتاه دارند. منگ و همکاران در بیماران مبتلا به سرطان پستان، نیمه عمر CTCها را ۴/۲ ساعت، با حداکثر بقای ۲۴ساعت پس از جدا شدن از تومور اولیه، اندازه گیری کرده‌اند.
• تجمع CTCها و ارتباط احتمالی آن‌ها با ترومبولیسم سیاهرگی: CTCها، بسیاری اوقات، به‌صورت توده‌هایی تحت عنوان CTM در دستگاه عروقی یافت می‌شوند. CTMها محتوی دو یا چند سلول سرطانی هستند. مطالعات روی مدل موش پیشنهاد می‌کند که این فرایند همراه است با بیش- بیان VEGF-A از سوی سلول‌های توموری. تئوری این است که CTM در متاستاز تومور و نیز ترومبوامبولیسم سیاهرگی یا VTE ( دو علت اصلی مرگ و میر در بیماران سرطانی) نقش ایفا می‌کند. CTM و نیز CTCها، هر دو به طور فیزیکی با سایر انواع سلول‌ها از جمله فیبروبلاست‌ها، لکوسیت‌ها، سلول‌های اندوتلیال و پلاکت‌ها، ارتباط دارند. طی گردش درون عروقی، CTCها و به طور قابل ملاحظه‌ای CTMها، ممکن است با VTE مرتبط باشند؛ اما مکانیسم‌ها چندان مشخص نشده‌اند. بیان عامل بافتی عضو آبشار تشکیل لخته یا TF توسط CTCها، ممکن است در این زمینه ایفای نقش کند. TF، برانگیزاننده ایجاد لخته است و می‌تواند توسط انکوژن‌ها، بازدارنده‌های تومور یا عامل‌های رشد، تنظیم شود. فیلیپس و همکاران در سال۲۰۱۴تصریح کردند که CTM ممکن است عامل افزایش ناحیه‌ای سطح ترومبین باشد. از این رو، CTCها و CTM به عنوان منابع متحرک ترومبین پیشنهاد شده‌اند؛ اما جزئیات نقش آن‌ها در VTE، تعریف نشده باقی مانده است.
• پایه‌گذاری متاستاز: مرحله نهایی متاستاز، تعریف حقیقی نواحی دور از بافت نرمال موجود است و این گسترش، نیازمند خروج از جریان خون و ایجاد یک موقعیت تکثیری پایدار در یک مکان جدید است. در مدل‌های حیوانی تنها ۰.۰۱% از کل سلول‌های توموری وارد شده به جریان خون، قادر به خروج عروقی به سمت بافت و ایجاد متاستاز هستند. خروجی‌های بالقوه دیگر عبارت‌اند از: آنوایکیس، تخریب از سوی سلول‌های ایمنی، یا انتقال به یک موقعیت غیر تکثیری راکد. اینکه خروج عروقی قابلیت جایگزینی داشته باشد، به ریزمحیط خاصی که CTCها طی سفر خود کسب می‌کنند و نیز به پتانسیل متاستازی ذاتی آن‌ها بستگی دارد. چنانچه یک CTC با قابلیت متاستازی، پس از عبور از مراحل اولیه و در نهایت، طی خروج عروقی وارد بافت شود، ممکن است با یک ریزمحیط مطلوب تحت عنوان «نیچ متاستازی» مواجه شود. دودا و همکاران در مدل‌های موشی تصریح کرده‌اند که CTCها ممکن است در اصطلاح، رویشگاه خود را نیز از جایگاه اولیه به همراه بیاورند. آن‌ها CTCهای جاسازی شده‌ای در روند گردش خون و در اجزای استرومایی (مانند ماکروفاژها، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های اندوتلیال) کشف کردند که برای CTCها مزیت‌های زیستی و رشدی ایجاد می‌کنند.
• انتشاریابنده‌ها و اسفنجها: چنانچه یک سایت متاستازی، توانایی بیشتری در جذب پتانسیل‌های متاستازی نسبت به انتشار آن‌ها داشته باشد، در گروه اسفنجها جای می‌گیرد؛ اما اگر نسبت به سایرین پتانسیل انتشار بیشتری داشته باشد، در گروه گسترش‌گرها قرار می‌گیرد. مهم‌ترین اسفنجها گره‌های لنفاوی منطقه‌ای هستند.
• کمون ( نهفتگی ): موقعیتی از CTCها وجود دارد که طی آن، خروج عروقی و یا رشد سلول‌های توموری خارج شده از عروق به سمت متاستاز متوقف می‌شود. این موقعیت که تحت عنوان نهفتگی یا خواب شناخته می‌شود، مکانیسم پیشنهادی تطبیق با ریزمحیط‌های جدید است.
(چپ) تومورهای اپیتلیالی هتروژن در جریان خون جاری می‌شوند. چنین جریان سلولی ممکن است غیرفعال باشد (پایین) که در نتیجه آن، CTCهای اپیتلیالی (در مواردی حتی به عنوان میکروامبولی‌های توموری در گردش یا CTM) به خون جریان می‌یابند. جریان سلولی نیز ممکن است فعال باشد (بالا) که طی آن سلول ها متحمل فرایند EMT می شوند (سلول‌های سبز رنگ: EMT-CTCها). با توجه به اینکه این EMT -CTCها به‌صورت فعال به رگ خونی نفوذ می‌کنند، ممکن است برخی سلول های اپیتلیالی نیز به‌صورت غیرفعال و با تبعیت از آن‌ها، راهی جریان خون شوند. هر CTC به دنبال ورود به شبکه عروقی، سرنوشت خاصی دارد: معکوس شدن فرایند EMT به‌عنوان بخشی از روند متاستاز، چسبیدنCTCها و EMTها که نتیجه آن ترومبوامبولیسم سیاهرگی است، CTCهای اپیتلیالی یا مزانشیمی ممکن است متحمل آپوپتوز شوند که نتیجه آن، آزاد شدن DNA توموری به جریان خون است و در صورت زنده‌ماندن در جریان خون، CTCها هسته‌های سلولی تشکیل می‌دهند. (شکل ۱)
شکل ۱. انتشار CTCها به شبکه عروقی و دورنمای بعدی آن‌ها
مکانیسم‌های زیست و فرار ایمنی
• مکانیسم‌های پایش ایمنی و فرار: انتشار سلول‌های توموری منفرد به جریان خون، در بیماران سرطانی مراحل اولیه، به طور معمول قابل ردیابی نیست. سلول‌های توموری انتشار یافته (DTCs )، سلول‌هایی هستند که از شبکه عروقی و دستگاه لنفاتیک عبور و به اندام‌‌های دوردست مهاجرت کرده‌اند. از این رو، آن‌ها را می‌توان در مغز استخوان و گره‌های لنفاوی و نیز سایر اندام‌هایی که امکان متاستاز در آن‌ها وجود دارد، از جمله: کبد، شش‌ها و مغز یافت. DTCها قادرند از مغز استخوان خارج شوند و ضمن گردش در خون، به جایگاه تومور اوليه بازگردند. TILها، لنفوسیت‌های التهابی توموری هستند که در بسیاری از تومورهای بدخیم حضور و تمایل ذاتی به ارائه پاسخ تطبیقی ضدتوموری دارند. در کنار TILها، ریزمحیط توموری سرکوب کننده دستگاه ایمنی ، جایگاهی با مزیت ایمونولوژیک است که از فعالیت منطقه‌ای و یا اعمال نقش TILها جلوگیری می‌کند. CTCها و نیز DTCهایی که این منطقه بی‌خطر را ترک می‌کنند، مستعد مورد حمله قرار گرفتن از سوی سلول‌های دستگاه ایمنی هستند.
• اصول فرار یا سرکوب دستگاه ایمنی۲۲: فرار یا سرکوب دستگاه ایمنی سه مرحله دارد:
ریشه‌کنی۲۳: محدود کردن و ریشه‌کنی میکروکلنی‌های سلول‌های نئوپلاستیک توسط سلول‌های ایمنی ذاتی و تطبیقی،
تعادل۲۴: سلول‌های نئوپلاستیک پس از آنکه از نخستین رویارویی با دستگاه ایمنی جان به در بردند، با سلول‌های دستگاه ایمنی به یک تعادل پایدار می‌رسند که نتیجه آن اعمال فشار انتخابی پایا بر سلول‌های توموری است.
فرار۲۵: سلول‌های توموری که مکانیسم‌های اجتناب و یا سرکوب دستگاه ایمنی را کسب کرده‌اند، در یک ریزمحیط ایمن۲۶ ، توانایی رشد و تکثیر کسب می‌کنند.
سلول‌های توموری توان پوست‌اندازی دارند۲۷ که نتایج آن عبارت‌اند از: محدود شدن ارائه لیگاندهای درگیر در شناسایی آن‌ها از سوی سلول‌های کشنده طبیعی۲۸ و یا لنفوسیت‌های T کشنده و تنظیم کاهشی عامل‌های راه‌انداز پاسخ ایمنی ویژه تومور از جمله سیتوکاین‌های پیش‌التهابی و کموکاین‌ها. پاسخ‌های ایمنی ضد توموری به دو طریق کلی سرکوب می‌شوند:
• مستقیم؛ شامل تنظیم افزایشی عامل‌های آنتاگونیست از سوی سلول‌های توموری،
• غیرمستقیم؛ از طریق سلول‌های ایمنی ضدالتهابی (شکل ۲).
شکل ۲. فرار سلول‌های توموری با ریشه‌کنی آن‌ها از سوی سلول‌های ایمنی
نقش سلول‌های کشنده طبیعی و ماکروفاژها
میان‌کنش سلول‌های کشنده طبیعی با سلول‌های توموری، از طریق شبکه پیچیده‌ای از رسپتورها و لیگاندها، از جمله مولکول‌های بازدارنده مرتبط با۲۹ MHCI کنترل می‌شود. ظرفیت کشندگی و تخریب سلول‌های کشنده طبیعی در بیماران +CTC مبتلا به سرطان‌های پستان، کلورکتال و پروستات، در مقایسه با بیماران – -CTC مبتلا به همین سرطان‌ها، کاهش نشان می‌دهد. به‌عکس، تعداد سلول‌های کشنده طبیعی در بسیاری از بیماران مبتلا به سرطان افزایش می‌یابد. مکانیسم‌های پیشنهادی سرکوب فعالیت ضدتوموری با واسطه سلول‌های کشنده طبیعی عبارت‌اند از:
• ممانعت مستقیم سلول‌های کشنده طبیعی از طریق برخورد سلول- سلول که از سوی رسپتورهای شبه‌ایمونوگلوبولینی سلول کشنده۳۰ یا توسط مسیری که ubiquitin protein ligase -۳CBL - E در آن درگیر است، میانجی‌گری می‌شود.
• بازدارندگی غیرمستقیم از طریق تولید سیتوکاین‌های بازدارنده مانند ۱۰+PGE , IL - (IB , IL , ۸IL-)
سلول‌های کشنده طبیعی ممکن است بتوانند CTCها را حائل و متاستاز را بلوکه کنند. سلول‌های کشنده طبیعی همچنین، به واسطه ترشح TRAIL ، عامل تجزیه سلول‌های توموری هستند.
ماکروفاژها (به‌ویژه ماکروفاژهای مقیم کبد) هم در کنار سلول‌های کشنده طبیعی، در کنترل پیشرفت متاستاز، نقش اساسی دارند.
پی‌نوشت‌ها
1. CIRCULATING TUMOR CELLS
2. Thomas Ashworth
3. CELLSEARCHR System (Veridex, Warren, NJ)
4. FDA
5. High highdefinition single-cell analysis
6. fluid biopsy
7. Circulating tumor DNA (ctDNA)
8. Deformability
9. Phillips
۱۰. Anoikis نوعی مرگ سلولی برنامه‌ریزی‌شده است که سلول‌های لنگردار زمانی که از ماتریس خارج سلولی جدا می‌شوند، رخ می‌دهد - م
11. Meng
12. circulating tumor microemboli
13. vascular epidermal growth factor A
14. Venous thromboembolism (VTE)
15. Duda
16. sponge
17. spreader
18. dormancy
19. disseminated tumour cells
20. Tumor-Infiltring Lymphocyte
21. immunosuppressive tumour microenvironment
22. cancer immuno-editing
23. Elimination
24. Equilibrium
25. Scape
26. immunocompetent
۲۷. امکان تغییر ماهیت پروتئین‌ها و آنتی‌ژن‌های غشایی-م
28. NK cells
29. MHCI -related inhibitory molecules
30. Killer-cell immunoglobulin-like receptor
31. prostaglandin E2
32. TNF-related apoptosis inducing ligand
منابع
1. Peinado H, Zhango H ,Matei I.H,et al(2017). Pre-metastatic niches: organ-specifichomes for metastases.Nature. doi:10.1038/nrc.2017.6
2. Thiele J.A, Bethel K,. Kr´al´ıˇckov´a M, and Kuhn P(2017). Circulating Tumor Cells: FluidSurrogates of Solid Tumors. Annual Review of Pathology.doi: 10.1146/annurev-pathol-052016-100256.
3. Mohme M, Riethdorf S and Pantel K(2016). Circulating and disseminated tumour cells — mechanisms of immune surveillance and escape.Nature. doi:10.1038/nrclinonc.2016.144