Мелатонин, старение и опухоли предстательной железы

УСПЕХИ ГЕРОНТОЛОГИИ • 2008 • Т. 21, № 1

________________________________________________________________________________________

© И. В. Князькин, 2008                                                                              Успехи геронтол. 2007. Т. 21.№ 1. С. 74–79

УДК 612.67:616.65-006

И. В. Князькин

МЕЛАТОНИН, СТАРЕНИЕ И ОПУХОЛИ

ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

_____________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН, 197110 Санкт-Петербург, пр. Динамо, 3;

Морфологические изменения, развивающиеся в эпифизе в процессе возрастной инволюции, неразрывно связаны с резким падением уровня синтеза мелатонина (МТ) — основного гормона   пинеальной железы, координирующего биологические ритмы организма на всех его уровнях. Пинеальная железа не является исключительным органом, способным синтезировать МТ. Многочисленными исследованиями показано, что экстрапинеальный МТ широко распространен в организме человека и животных. В настоящей статье представлены результаты собственных исследований, анализ которых позволяет предположить важную роль МТ и серотонина в механизмах старения предстательной железы (ПЖ). С одной стороны, они могут выполнять роль регуляторов нормального функционирования железы; с другой стороны, эти вещества в той или иной степени принимают участие в патогенезе таких нарушений, как рак и доброкачественная гиперплазия предстательной железы. 

Ключевые слова: мелатонин, экстрапинеальный синтез, предстательная железа, доброкачественная гиперплазия предстательной железы, рак предстательной железы.

Мелатонин является гормоном широкого спектра действия: он участвует в регуляции иммунной и эндокринной систем, обладает пролиферотропным свойством, модулируя дифференциацию и апоптоз клеток, участвует в регуляции зрительной функции, снижает уровень холестерина, повышает сопротивляемость организма стрессам и высоким физическим нагрузкам, способствует нормализации кровяного давления и подавляет действие свободных радикалов [2, 3, 6, 8, 9]. Эти свойства позволяют рассматривать МТ как перспективный для детального изучения эндогенный гормональный фактор, обладающий геропротекторными свойствами.

Многочисленными исследованиями показано, что старение сопровождается выраженной инволюцией пинеальной железы (эпифиза) [1, 5, 8, 9, 18, 20]. Это неразрывно связано с резким падением уровня синтеза МТ — гормона пинеальной железы, координирующего биологические ритмы организма на всех его уровнях [15–17, 19].

В настоящее время установлено, что пинеальная железа не является исключительным органом, способным синтезировать МТ. Экстрапинеальный МТ широко распространен в организме человека и животных: клетки, его продуцирующие, обнаружены в желудочно-кишечном тракте, дыхательных путях, поджелудочной железе, надпочечниках, щитовидной железе, тимусе, мозжечке, мочеполовой системе, плаценте и других органах. Показан активный синтез МТ в неэндокринных клетках: тучных клетках, естественных киллерах, эозинофильных лейкоцитах, тромбоцитах, эндотелиоцитах [4, 7]. Такое широкое распространение МТ в организме отражает его ключевую роль как межклеточного нейроэндокринного регулятора и координатора многих сложных и взаимосвязанных биологических процессов [2, 6, 7, 9].

Более половины всех мужчин старше 50 лет страдают опухолевыми заболеваниями ПЖ, что нарушает половую функцию и мочеиспускание. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что MT предупреждает развитие доброкачественной гиперплазии предстательной железы (ДГПЖ) и задерживает атрофию половых органов, что обычно происходит при старении мужского организма. Однако при этом сведения о возрастных структурно-функциональных изменениях ПЖ как экстрапинеального источника МТ и особенностях секреции экстрапинеального МТ в ней при старении отсутствуют, что ограничивает понимание роли и значения МТ и свидетельствует о необходимости исследований в этом направлении.

Целью работы явилось изучение значения локального синтеза мелатонина в предстательной железе и его участия в механизмах органного онкогенеза, ассоциированного с возрастом.

Для исследования ПЖ был использован биопсийный и операционный материал, полученный у 48 больных ДГПЖ и 32 больных раком предстательной железы (рак ПЖ). В контрольной группе исследовали аутопсийный материал (предстательная железа), полученный у 22 погибших мужчин от разных причин без патологии предстательной железы (табл. 1).

Средний возраст лиц, у которых были взяты биопсийный или аутопсийный материал, в контрольной группе составил 34,1 года, у больных с ДГПЖ — 66,4 года (варьировал от 50 до 74 лет) и у больных с аденокарциномой — 66,3 года (варьировал от 58 до 84 лет). Объем опухоли варьировал от 1,5 мм до 10,6 мм, в среднем составлял 6,1 мм.

В ходе исследования использовали общегистологические и гистохимические методы. Иммуногистохимическое выявление антигенов на гистологических срезах выполнено согласно основным требованиям для иммунопероксидазных методов; электронно-микроскопическое исследование проводилось с помощью электронного микроскопа JEM-100B (Jeol). Морфометрические исследования выполнены с помощью системы компьютерного анализа микроскопических изображений Nikon с применением прикладной компьютерной лицензионной программы анализа микроскопических изображений Videotest Morpho-4 согласно основным принципам стереологии и морфометрии. Результаты исследований обрабатывали с помощью компьютерных программ EXCEL и STATISTICA 5.0 (Statsoft). Для оценки межгрупповых различий (сравнения средних значений) применяли t-критерий Стьюдента. Взаимозависимость уровня экспрессии МТ и возраста устанавливали при помощи корреляционного анализа.

Таблица 1

Распределение пациентов по возрастным группам при исследовании предстательной железы

Группа	Возраст обследованных, лет
	25-29	30-39	40-49	50-59	60-69	70 лет и старше	Всего
Контрольная	3	6	8	3	2	-	22
ДГПЖ	-	-	-	9	18	21	48
Рак ПЖ	-	-	-	4	19	9	32
Всего	3	6	8	16	39	30	102

Результаты и обсуждение

МТ в предстательной железе при ДГПЖ.

При иммуногистохимическом исследовании в ткани ДГПЖ обнаруживалось достаточно большое количество нейроэндокринных клеток, экспрессирующих МТ (рис. 1). Площадь экспрессии МТ в группе с ДГПЖ ниже, чем в контрольной группе у больных того же возраста. Величина площади экспрессии МТ в группе с ДГПЖ составила 4,34±0,01 % у 50–59-летних пациентов, что в два раза больше, чем в группе 60–69-летних, а для серотонина она была равна 4,36 в группе 50–59-летних (p<0,05). С увеличением возраста площадь экспрессии серотонина увеличивается, особенно у пациентов с ДГПЖ в возрасте 70 лет и старше (5,33±0,02), рис. 2. Оптическая плотность экспрессии МТ достигает максимального значения в группе 50–59 лет (0,35±0,02 усл. ед.), а серотонина — 0,38±0,01 усл. ед. У пациентов с увеличением возраста наблюдается достоверное снижение оптической плотности МТ, а у серотонина она увеличивается (p<0,05)

МТ в предстательной железе при раке ПЖ.

Все исследованные случаи рака ПЖ были гистологически представлены аденокарциномой, характеризующейся клеточным полиморфизмом и различной степенью дифференциации опухолевых клеток. Площадь экспрессии МТ в раковых опухолях достоверно снижалась с увеличением возраста (p<0,05). Для серотонина отмечается тенденция к значительному увеличению показателей (2,33±0,02). У пациентов величина площади экспрессии МТ составила 3,34±0,01%, в группе 60–69 лет она была равна 3,28±0,02, а для серотонина — 2,02±0,01 (рис. 4). Оптическая плотность МТ достигает максимального значения в группе 50–59 лет (0,35±0,01 усл. ед.), у серотонина наблюдается обратная тенденция (0,43±0,02), рис. 5.

Во всех аденокарциномах были обнаружены серотонин/МТ-продуцирующие нейроэндокринные клетки. При окраске гематоксилином и эозином они были крупнее обычных клеток, располагались в базальной части атипичных желез. Цитоплазма их была эозинофильна, ядро смещено в апикальный полюс. Обширные и множественные скопления нейроэндокринных клеток обнаруживались, в основном, в высокодифференцированных опухолях. При этом опухолевые нейроэндокринные клетки не демонстрировали признаков пролиферативной активности. При иммуногистохимическом исследовании раковых опухолей ПЖ с использованием специфических антисывороток к МТ было обнаружено, что в 20 из 32 случаев аденокарциномы часть клеток, в которых была зарегистрирована положительная реакция с антисывороткой к серотонину, вступала в положительную реакцию с антисыворотками против МТ.

Таким образом, проведенные иммуногистохимические исследования показали, что в раковых опухолях ПЖ содержатся опухолевые нейроэндокринные клетки, ответственные за синтез серотонина и МТ. Сравнение экспрессии МТ и серотонина в аденокарциноме и в интактной железе выявили различия, представленные в табл. 2, 3. Из данных, представленных в табл. 2, следует, что в исследуемых образцах ПЖ экспрессия МТ в интактной железе была в пределах нормы чаще, чем в аденокарциноме. При этом не наблюдались различия в экспрессии МТ в аденокарциноме и в интактной железе в 33 % образцов, а в 59 % образцах экспрессия МТ в аденокарциноме была выше, чем в интактной железе. Разница в продукции МТ в аденокарциноме по сравнению с интактной железой была статистически достоверна (p<0,05). Подобная динамика экспрессии была зарегистрирована и для серотонина (p<0,05), что отражено в табл. 3. Так, в 65,7 % образцов серотонин активнее экспрессировался в аденокарциноме, чем в интактной железе, и обратная картина наблюдалась в 4,5 % образцах интактной железы. Также приблизительно в 1/3 образцов серотонин экспрессировался в одинаковой степени — как в аденокарциноме, так и в интактной железе.

Нами также проведено сравнение экспрессии каждого вышеперечисленного маркера в образцах, полученных от пациентов с аденокарциномой, с образцами, полученными от пациентов с ДГПЖ (см. табл. 2, 3). Установлено, что как МТ, так и серотонин больше экспрессировались в аденокарциноме, чем в ДГПЖ (p<0,05 и p<0,02, соответственно).

Таблица 2

Экспрессия мелатонина в предстательной железе при ее доброкачественной гиперплазии и аденокарциноме 

Группа мужчин	Всего	Экспрессия мелатонина
		в пределах нормы		повышена
		абс. знач.	%	абс. знач.	%
с интактной ПЖ	22	20	90,9	2	9,1
с ДГПЖ	48	42	87,5	6	12,5
с аденокарциномой	32	13	40,6	19	59,4

Таблица 3

Экспрессия серотонина в предстательной железе при ее доброкачественной гиперплазии и аденокарциноме

Группа мужчин	Всего	Экспрессия мелатонина
		в пределах нормы		повышена
		абс. знач.	%	абс. знач.	%
с интактной ПЖ	22	21	95,5	1	4,5
с ДГПЖ	48	45	93,7	3	6,3
с аденокарциномой	32	11	34,3	21	65,7

 

Проведенные исследования позволили нам получить сведения о возможной роли МТ в нейроэндокринных механизмах старения ПЖ. Нами установлено, что основной предшественник МТ — серотонин, вырабатываемый нейроэндокринными клетками ПЖ, является неблагоприятным фактором в отношении прогноза опухолевого процесса ПЖ, частота которого увеличивается с возрастом человека. Повышение экспрессии серотонина при аденокарциноме и ДГПЖ является фактором, стимулирующим их прогрессию, что позволяет считать данный феномен признаком неблагоприятного прогноза развития опухолей.

С другой стороны, экспрессия МТ в ПЖ также увеличивается при вышеуказанных обстоятельствах. При этом увеличение продукции этого гормона может, на наш взгляд, играть положительную роль. Возможно, если под влиянием каких-то механизмов нарушается синтез МТ из серотонина, то это может провоцировать дальнейшее развитие патологических процессов. Таким образом, МТ выступает как фактор стабилизирующий, регулирующий развитие патологических процессов в ПЖ (при аденокарциноме и ДГПЖ).

Следует учитывать, что механизм действия МТ более сложен, чем простое ≪запрещение≫ им транскрипционной функции эстроген-рецепторов. Показано, что действие МТ складывается из комбинации последовательно развивающихся ≪ранних и поздних событий≫ [11]. Ранние события включают трансдукцию регуляторного сигнала и реализуются через усиление экспрессии TGF-α, TGF-β, белков pS2, c-myc и с-fos. К поздним событиям относится включение регуляции эстроген-рецепторов с последующей модуляцией действия эстрогена, связанного с факторами роста. МТ стимулирует экспрессию рост-запрещающего фактора TGF-β, который обычно регулируется эстрогенами и снижается при действии c-fos и других протоонкогенов, связанных с клеточной пролиферацией, которая, в свою очередь, находится под регулятивным влиянием стероидов.

Эти данные поддерживают гипотезу о том, что МТ препятствует росту MCF-7 клеток, взаимодействуя с эстрогензависимыми сигналами. Однако при этом следует учитывать, способность МТ также усиливать экспрессию таких факторов роста, как TGF-α, c-myc и pS2, которые обычно регулируются эстрадиолом и имеют прямое митогенное действие на MCF-7 клетки.

Одним из наиболее интересных проявлений антиопухолевой активности МТ является его способность препятствовать росту опухолей, блокируя стимулирующие эффекты других гормонов и факторов роста [14]. Следует подчеркнуть, что в цепь событий, вовлеченных в ингибирующее действие МТ на пролиферацию клеток, может быть включен и прямой эффект действия МТ на опухолевые клетки [10, 12, 13].

Показано, что МТ, с одной стороны, увеличивает продолжительность клеточного цикла клетки, удлиняя стадии G1 и G2, и увеличивая, таким образом, долю клеток на этой стадии, задерживая начало S стадии, что позволяет опухолевым клеткам достигнуть большей степени дифференциации; с другой стороны, МТ может ослаблять синтез ДНК в клетках, находящихся на S стадии клеточного цикла [4].

Косвенно онкостатические эффекты МТ могут быть обусловлены его антиоксидантными свойствами, поскольку показано, что ингибирующий эффект физиологических концентраций МТ на пролиферацию MCF-7 клеток реализуется в присутствии низких концентраций глутатиона [17–19]. Вполне вероятны и другие возможные механизмы, которые могут быть вовлечены в онкостатическое действие МТ на опухолевые клетки. Один из них может быть связан с эффектами МТ на организацию цитоскелета в качестве Са1+ — кальмомодулинового антагониста.

Другой интересный механизм, который предстоит детально изучить, — это возможное влияние МТ на формирование адгезионных межклеточных связей. Большинство злокачественных опухолей имеет нарушения в адгезии клеток, связанные с дефектами в объединении клеток или с отсутствием функциональных межклеточных связей. Имеются предположения о том, что МТ может усиливать экспрессию молекул адгезии и тем самым подавлять рост опухоли; по крайней мере, такая способность МТ зарегистрирована в отношении нормальных клеток — показано, что физиологические концентрации МТ усиливают адгезионные межклеточные связи в клеточной линии фибробластов эмбриона мышей [14].

В последние годы, изучив роль серотонина и МТ в онкогеронтологии ПЖ, ряд авторов получили положительные результаты при применении селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (антагонистов серотонина) с целью улучшения прогноза таких заболеваний, как рак ПЖ и ДГПЖ. Дальнейшее изучение механизмов, из-за которых нарушается синтез МТ из серотонина, возможно, откроет пути к разработке новых методов в терапии этих патологических состояний.

Как показали результаты наших исследований, в норме имеется определенный уровень экспрессии гормонов (серотонина, МТ и др.), необходимый для нормальной функции ПЖ у человека. Под действием определенных неблагоприятных факторов (экспериментальная модель преждевременного старения, возраст) происходит нарушение регуляторных механизмов, что приводит к увеличению количества нейроэндокринных (НЭ) клеток, увеличению продукции серотонина, что может провоцировать развитие ДГПЖ и аденокарциномы.

Результаты проведенных нами иммуногистохимических исследований показывают, что в ряде случаев происходит формирование патологически замкнутого процесса, что проявляется онкозависимой стимуляцией активности серотонин/МТ продуцирующих НЭ клеток, когда сама опухоль стимулирует образование новых НЭ клеток.

Представленные выше результаты показывают, что предстательная железа содержит НЭ клетки, продуцирующие МТ, серотонин и пептидные гормоны, которые играют важную роль в эндогенных механизмах старения и развития таких патологических состояний, как рак ПЖ и ДГПЖ.

Таким образом, МТ — один из гормонов APUD-системы — в течение многих лет рассматривался только как гормон пинеальной железы (эпифиза). Как только стало доступным использование высокочувствительных антител к индолилалкиламинам, оказалось возможным идентифицировать МТ не только в пинеальной железе, но также и в экстрапинеальных тканях. Функционально МТ-продуцирующие клетки являются неотъемлемой частью APUD-серии и звеном диффузной нейроиммуноэндокринной системы как универсальной системы адаптации, контроля и защиты организма. Принимая во внимание большое количество МТ-продуцирующих апудоцитов во многих органах, широкий спектр биологической активности МТ и особенно его геропротекторные свойства, представляется возможным рассматривать МТ в качестве ключевой сигнальной молекулы для локальной координации клеточных функций в норме, при различной патологии и старении организма.

Выводы

Таким образом, результаты наших исследований показали, что серотонин/МТ-продуцирующие НЭ клетки предстательной железы изменяются по мере старения и при развитии патологических процессов. Поскольку функции ПЖ изменяются с возрастом, отмеченные изменения биологических параметров могут указывать на ключевые механизмы компенсаторных регуляторных процессов, возможно происходящих на фоне старения. В аденокарциномах ПЖ обширные и множественные скопления МТ-продуцирующих клеток обнаруживались, в основном, в высокодифференцированных опухолях. При ДГПЖ эти клетки локализованы в виде небольших незрелых гиперпластических узелков. Проведенные исследования позволяют считать, что нарушение синтеза серотонина и МТ НЭ клетками может провоцировать дальнейшее развитие патологических процессов в ПЖ. Анализ биологических свойств МТ и серотонина позволяет предположить их важную роль в механизмах старения ПЖ. С одной стороны, они могут выполнять роль регуляторов нормального функционирования железы, с другой стороны, эти вещества в той или иной степени принимают участие в патогенезе таких нарушений, как рак ПЖ и ДГПЖ.

Литература

1. Анисимов В. Н., Рейтер Р. Функция эпифиза при раке и старении // Вопр. онкол. 1990. Т. 36, №. 3. С. 259–268.

2. Анисимов В. Н., Арутюнян А. В., Хавинсон В. Х. Мелатонин и эпиталамин угнетают процесс окисления липидов у крыс // Докл. АН. 1996. Т. 348, № 2. С. 265–267.

3. Анисимов В. Н., Арутюнян А. В., Хавинсон В. Х. Влияние мелатонина и эпиталамина на активность антиокислительной системы у крыс // Докл. АН. 1997. Т. 352, № 6. С. 831–833.

4. Анисимов В. Н., Кветной И. М., Комаров Ф. И. и др. Мелатонин в физиологии и патологии желудочно-кишечного

тракта. М.: Сов. спорт, 2000.

5. Бондаренко Л. А. Современные представления о физиологии эпифиза // Нейрофизиология. 1997. Т. 29, № 3.

С. 212–237.

6. Кветная Т. В., Князькин И. В., Кветной И. М. Мелатонин — нейроиммуноэндокринный маркер возрастной патологии. СПб.: Деан, 2005.

7. Кветной И. М., Ингель И. Э. Гормональная функция неэндокринных клеток: роль нового биологического феномена в регуляции гомеостаза // Бюл. экспер. биол. 2000. Т. 130, № 11. С. 483–487.

8. Конопля Е. Ф., Гацко Г. Г., Милютин А. А. Гормоны и старение. Мембранные механизмы гормональной регуляции. Минск: Наука и техника, 1991.

9. Корнева Е. А., Шхинек Э. К. Гормоны и иммунная система. Л.: Наука, 1988.

10. Bartsch C., Bartsch H. Melatonin secretion in oncological patients: current results and methodological considerations

// Adv. Pineal Res. Vol. 7. Maestroni G.J.M., Conti A., Reiter R.J., eds. London: John Libbey and Comp., 1994. P. 283–301.

11. Bartsch C., Bartsch H., Karasek M. Melatonin in clinical oncology // Neuroendocrinology. Lett. 2002. Vol. 23b, Suppl. 1. P. 30–38.

12. Bartsch C., Bartsch H., Lippert T. H. The pineal gland and cancer: facts, hypotheses and perspectives // The Cancer J. 1992. Vol. 5, № 4. P. 194–199.

13. Baskett J. J., Cockrem J. F., Todd M. A. Melatonin levels in hospitalized elderly patients: a comparison with community based volunteers // Age Ageing. 1991. Vol. 20. P. 430–434.

14. Blask D. E., Wilson S. T., Lemus-Wilson A. M. The oncostatic and oncomodulatory role of the pineal gland and melatonin // Adv. Pineal Res. Vol. 7. Maestroni G.J.M., Conti A., Reiter R.J., eds. London: John Libbey and Comp., 1994. P. 235–241.

15. Brzezinski A. Melatonin in humans // New Engl. J. Med. 1997. Vol. 16. P. 95–186.

16. Charman W. N. Age, lens transmittance, and the possible effects of light on melatonin suppression // Ophthal. Physiol. Opt. 2003. Vol. 23, № 2. P. 181–187.

17. Reiter R. J. Melatonin: that ubiquitously acting pineal hormone // News Physiol Sci. 1991. Vol 6. P. 223–227.

18. Reiter R. J. Pineal function during aging: Attenuation of the melatonin rhythm and its neurobiological consequences //

Acta neurobiol. 1994. Vol. 54. P. 31–39.

19. Reiter R. J. Melatonin: clinical relevance // Best Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metab. 2003. Vol. 17, № 2. P. 273–285.

20. Youngstedt S. D., Kripke D. F., Elliot J. A. Distribution of melatonin circadian phase among the elderly // Sleep Res. 1997. Vol. 26. P. 761.

Adv. gerontol. 2008. Vol. 21, № 1. P. 74–79