: 28.02.2025
Ионный баланс и рак – новая потенциальная мишень противоопухолевой терапии
Раковые клетки отличаются от нормальных по многим параметрам, включая соотношение ионов во внутриклеточном и внеклеточном пространстве, и такие «поломки» множатся с прогрессией опухолевых клонов. О связи нарушения баланса основных клеточных ионов с развитием рака и перспективном способе лечения онкологических заболеваний – в обзоре ученых из Красноярского научного центра СО РАН и Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Нормальная клетка организма – сложная саморегулирующаяся система. Соответственно, и клеточное деление (клеточный цикл) строго регулируется по принципу отрицательной обратной связи под влиянием множества внутренних, в первую очередь генетических, и внешних факторов. Но при злокачественном перерождении клетки начинают делиться неконтролируемо.
Один из механизмов регуляции клеточного цикла связан с балансом неорганических ионов – атомов или молекул с электрическим зарядом, таких как K+, Na+, Ca2+, Cl−, H+, HCO3− и др., которые участвуют во множестве биохимических процессов.
Ионный баланс в организме поддерживается с помощью многоуровневой системы регуляции, высшим центром которой служит небольшой, но очень важный отдел головного мозга – гипоталамус. К патологическому делению клеток могут привести нарушения как центральных механизмов, регулирующих ионный гомеостаз, так и локальных, в том числе клеточных. Существует даже гипотеза, что именно неорганические ионы являются теми элементами, которые объединяют геномный, клеточный и организменный уровни регуляции клеточного деления.
Ионный баланс в клетке поддерживается за счет тонкой координации процессов активного и пассивного транспорта ионов. В опухолевых клетках баланс ионов нарушается, в том числе из-за изменений синтеза их белков-переносчиков под влиянием различных биологически активных молекул (стероидных гормонов, катехоламинов, инсулина, факторов роста и др.). С другой стороны, если считать рак системным заболеванием, то именно нарушение центральной регуляции ионного баланса может быть первичным по отношению к возникновению и прогрессированию злокачественной опухоли.
Как это может происходить? Соотношение K+, Na+ и Ca2+ определяет осмотическое давление и объем клетки, от которого зависит ее функциональное состояние, включая все тот же клеточный цикл. В нормальных клетках уровень Na+ должен быть ниже, чем вне ее, а K+, напротив, должен присутствовать в высоких концентрациях. Однако в раковых клетках это соотношение часто нарушается. В опухолевых клетках содержание Na+ выше, чем в нормальных делящихся и, тем более, покоящихся клетках. Увеличение содержания Na+ и H+ в клетках ведет к уменьшению плотности хроматина – основы хромосом, состоящего из ДНК и белков. В результате гены, в том числе онкогены, становятся более «доступными», что приводит к их избыточной экспрессии (активности). В итоге это приводит к усилению клеточного деления.
В развитии рака важную роль играют изменения мембранного потенциала – разности электрических потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны клеток в состоянии покоя.
Уменьшение разности потенциалов между цитоплазмой и внеклеточной жидкостью (деполяризация мембран) может активировать механизмы, способствующие бесконтрольному делению клетки. В результате клетки становятся как бы менее зрелыми, похожими на недифференцированные стволовые клетки. Обратный процесс – гиперполяризация – напротив, способствует специализации клеток, возвращая их в нормальное состояние.
Понимание роли ионов в развитии рака открывает новые перспективы для онкотерапии. Традиционная химиотерапия отличается низкой избирательностью по отношению к раковым клеткам, к тому же приводит к развитию их устойчивости к лекарствам. Новый разрабатываемый подход – терапия ионной интерференцией – заключается в «перегрузке» клеток опухоли ионами Na+, Ca2+ и Cl−. Такое искусственное нарушение ионного гомеостаза должно приводить к метаболическим сбоям, нарушать нормальное функционирование раковых клеток и запускать механизм их гибели.
Возможен и другой, альтернативный подход, который заключается в восстановлении нормального ионного баланса раковых клеток. В этом смысле новыми терапевтическими мишенями могут стать белки-переносчики ионов. В настоящее время такие препараты уже проходят доклинические и клинические испытания.
Фото: https://commons.wikimedia.org
По материалам Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»
: 28.02.2025 
