Лапатиниб и нератиниб, оба низкомолекулярных ингибитора тирозинкиназы (ИТК), получили одобрение FDA в 2007 и 2017 годах для лечения метастатического рака молочной железы1. Известно, что эти препараты ингибируют рецептор эпидермального фактора роста человека 2, HER22, рецептор тирозинкиназы, который сверхэкспрессируется при некоторых видах рака молочной железы3. Несмотря на клинический успех, лапатиниб и нератиниб также связаны с побочными эффектами, в частности с гепатотоксичностью. Острое повреждение печени, проявляющееся повышенным уровнем аминотрансферазы, встречается примерно у 14% пациентов, проходящих лечение лапатинибом или нератинибом6. Гепатотоксичность в значительной степени объясняется печеночным метаболизмом этих препаратов, в котором участвуют ферменты цитохрома Р450 (CYP), преимущественно CYP3A4/5 7,8. Эти ферменты катализируют образование хинон-иминовых промежуточных соединений, которые являются электрофильными и высокореакционноспособными 9,10. Эти реактивные метаболиты, включая O-деалкилированный лапатиниб, N-деалкилированный лапатиниб и N-гидроксилапатиниб, O-деалкилированный нератиниб и N-деметилированный нератиниб, могут образовывать ковалентные аддукты с клеточными макромолекулами, тем самым нарушая нормальные клеточные функции и в конечном итоге приводя к повреждениюпечени.
Реактивные метаболиты лапатиниба и нератиниба также могут вызывать окислительный стресс, ключевой триггер клеточного старения12. Клеточное старение — это состояние с задержкой роста, но метаболически активное состояние, характеризующееся секрецией различных провоспалительных цитокинов, факторов роста и протеаз. Этот секреторный фенотип известен как секреторный фенотип, ассоциированный со старением (SASP)13,14,15. SASP может оказывать глубокое воздействие на окружающее микроокружение, часто способствуя воспалению и ремоделированию тканей. В контексте терапии рака SASP может обогащать популяцию раковых стволовых клеток и модифицировать иммунный ответ, способствуя выживаемости опухоли16. Кроме того, воспалительные цитокины могут усугубить повреждение тканей. Мы предположили, что у пациентов, получавших лапатиниб и нератиниб, повреждение печени частично обусловлено старением, вызванным ИТК, и провоспалительной продукцией SASP.
Наши эксперименты показали, что лапатиниб и нератиниб индуцируют выработку активных форм кислорода (АФК) в клетках печени, что приводит к повреждению ДНК и митохондриальной дисфункции, что, в свою очередь, запускает клеточное старение. Это старение может способствовать гепатотоксичности, вызванной лапатинибом/нератинибом, путем высвобождения факторов SASP, которые могут влиять на поляризацию макрофагов.
Макрофаги играют решающую роль в иммунном ответе, и их функциональный фенотип может меняться в ответ на различные стимулы17,18. Классический фенотип макрофагов М1 обычно связан с провоспалительными реакциями, включая продукцию цитокинов, таких как TNF-α и IL-1β, и обычно считается маркером острого воспаления19,20. Напротив, фенотип макрофагов M2 связан с фиброзом, восстановлением тканей21, иммуносупрессией и ответом на хроническое воспаление22,23. Воспалительные цитокины в SASP могут влиять на поляризацию макрофагов, способствуя превращению макрофагов M1 в M2-подобный фенотип23. Этот сдвиг в поляризации может иметь значительные последствия для иммунного микроокружения, потенциально приводя к иммуносупрессии, прогрессированию опухоли и ремоделированию архитектуры тканей.
Для исследования поляризации макрофагов, индуцированной лапатинибом и нератинибом, мы использовали клеточную линию RAW264.7, мышиную макрофагоподобную клеточную линию, обычно используемую в иммунологических исследованиях24,25. Клетки RAW264.7 получены от мышей BALB/c и широко используются для изучения воспаления, фагоцитоза и иммунных реакций25. Они реагируют на различные стимулы, включая липополисахариды (ЛПС), и особенно ценны для изучения функции макрофагов, продукции цитокинов и биологиирака. В этом исследовании HepG2, клеточную линию гепатомы человека, обрабатывали лапатинибом и нератинибом, чтобы имитировать гепатотоксические эффекты, наблюдаемые у пациентов. Клеточная линия HepG2 часто используется в качестве модели исследования метаболизма лекарств и гепатотоксичности из-за ее человеческого происхождения и линии гепатоцеллюлярной карциномы27. После обработки клеток HepG2 с помощью ИТК кондиционированные среды собирали и добавляли к клеткам RAW264.7. Последующие фенотипические изменения макрофагов контролировались, уделяя особое внимание тому, вызывает ли лечение сдвиг от провоспалительного фенотипа М1 к иммуносупрессивному фенотипу М2.
Лекарственно-индуцированная гепатотоксичность обычно изучается с помощью анализов цитотоксичности, оценки маркеров воспаления и использования животных моделей. По сравнению с этим, наш метод изучения гепатотоксичности ИТК, лапатиниба и нератиниба через факторы секреторного фенотипа, связанные со старением (SASP), и их влияние на поляризацию макрофагов имеет ряд преимуществ. Во-первых, наш метод устанавливает связь между факторами SASP, продуцируемыми лекарственными старением клеток печени, и врожденным иммунитетом, который может быть в дальнейшем связан с ремоделированием тканей, хроническим воспалением и канцерогенезом 28,29,30,31. Обычные скрининги токсичности не могут помочь нам зафиксировать краткосрочные взаимодействия между печенью и иммунными клетками, а также не могут выявить долгосрочное влияние ИТК на воспаление и фиброз печени, особенно в контексте хронического воздействия лекарств. В сочетании с подходящим протеомным подходом к идентификации составляющих SASP, этот метод может помочь идентифицировать прогностические биомаркеры гепатотоксичности, вызванной ИТК, и информировать о разработке терапевтических вмешательств для ее смягчения 29,30,31.
Для реализации исследователи должны использовать системы совместного культивирования или кондиционированных сред с печеночными и иммунными клеточными линиями, как описано, и оценить биомаркеры старения, а также макрофаги M1 и M2. Этот метод наиболее эффективен для оценки лекарственно-индуцированного острого или хронического повреждения печени или для изучения стратегий минимизации побочных эффектов терапии рака 29,30,31.