Заболеваемость раком и смертность от него быстро увеличивается во всем мире. По оценкам Всемирной организации здравоохранения в 2015 г. рак выступал ведущей (1-е и 2-е места) причиной смертности у лиц в возрасте до 70 лет в 91 из 172 стран мира. Во всем мире в 2018 г. было выявлено около 18,1 млн новых случаев рака и 9,6 млн летальных случаев. Из них опухоли головного мозга и нервной системы составили 296 851 случай (1,6%), а умерли от них 241 037 человек (2,5%) [1].

Среди опухолей головного мозга и других новообразований центральной нервной системы нейроэпителиальные опухоли составляют 27,7%. Астроцитарные опухоли (пилоцитарная астроцитома, анапластическая астроцитома, диффузная астроцитома, глиобластома, другие глиомы) составляют 76,4% всех глиом. Среди злокачественных опухолей глиобластомы являются наиболее распространенными (48,3% случаев), среди глиом головного мозга они составляют 57,3% [2].

Эпилептические приступы являются одним из ведущих клинических проявлений глиальных опухолей головного мозга и возникают в среднем в 51% случаев. К факторам, которые оказывают влияние на их развитие, относятся возраст пациента, гистологическая характеристика опухоли, степень злокачественности, локализация и распространенность онкологического процесса, вовлечение коры головного мозга [3].

В литературе используется термин «опухоль-ассоциированная эпилепсия», которая определяется как эпилептические приступы, напрямую вызванные наличием глиомы головного мозга супратенториальной локализации [4]. Выделение термина «опухоль-ассоциированная эпилепсия» связано, в частности, и со специфическими патогенетическими механизмами развития эпилептических приступов, характерных для глиом головного мозга.

Патогенез развития эпилепсии при глиомах головного мозга достаточно сложен, включает отек и ишемические изменения вокруг опухоли, изменение pH, перестройку в нейрональных и глиальных ионных каналах, изменение экспрессии транспортных белков, нейродегенерацию и дисбаланс между возбуждающими и ингибиторными медиаторными системами, осуществляемый посредством изменения концентрации глутамата и гамма-аминомасляной кислоты [4]. Важную роль в развитии эпилептогенеза при глиомах головного мозга отводят именно нарушению гомеостаза глутамата [5]. В этой связи актуальна оценка в ткани опухоли экспрессии глутамин-синтетазы (внутриклеточного астроцитарного фермента, осуществляющего метаболизм глутамата в глютамин), а также экспрессии цистин-глутаматного переносчика (система xCT, SLC7A11), который осуществляет выведение глутамата из глиальной клетки.

Цель – изучить роль экспрессии фермента глутаминсинтетазы, а также экспрессии цистин-глутаматного переносчика (системы xCT, SLC7A11) в патогенезе развития эпилепсии у пациентов с глиомами головного мозга.

В проспективное наблюдательное сравнительное исследование включены 32 пациента с глиомами головного мозга супратенториальной локализации. Возраст начала заболевания составлял от 18 до 81 года (медиана 53,5 года). Все пациенты проходили стационарное обследование и лечение в клиниках нейрохирургии и нервных болезней ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны России в период с 2018 по 2020 гг.

Критериями включения являлись:

Критерии исключения:

Исследование проведено в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики и принципами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (2013 г., Форталеза, Бразилия) и одобрено этическим комитетом (протокол от 21 февраля 2017 г. № 186). Все пациенты подписали информированное согласие на лечение и использование данных в научной работе.

Всем пациентам выполнена магнитно-резонансная томография головного мозга на аппарате Magnetom Symphony с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл (Siemens, Германия). Локализация новообразования соответствовала лобной доле головного мозга у 18 (56,25%) больных, височной доле – у 14 (43,75%), затылочной – у 2 (6,25%), островковой – у 8 (25%), теменной – у 8 (25%), проводящим путям – у 3 (9,38%). Изолированное поражение одной доли головного мозга наблюдалось в 17 случаях (53,13%), поражение двух и более долей – в 15 (46,88%). По латерализации: правое полушарие было вовлечено у 10 (31,25%) пациентов, левое – у 20 (62,50%), двустороннее поражение отмечено у 2 (6,25%) больных.

Всем пациентам проведено хирургическое лечение: костно-пластическая трепанация черепа, микрохирургическое удаление опухоли – в 30 случаях (93,75%), костно-пластическая трепанация черепа, парциальное удаление опухоли с последующей стереотаксической криодеструкцией – в 1 (3,13%), стереотаксическая биопсия и криодеструкция опухоли – в 1 (3,13%). Во всех случаях выполнено взятие биопсийного материала ткани опухоли для гистологического и иммуногистохимического исследования.

Материал при получении в лаборатории описывали и измеряли, затем предварительно фиксировали в течение 16–24 ч в 10% забуференном нейтральном формалине. Далее проводили вырезку: для исследования забирали фрагменты ткани размерами 1,5×1,5×0,3 см, укладывали в гистологические кассеты стандартного размера, в которых фиксировали в течение 24 ч. Затем материал проводили в гистологическом процессоре вакуумного типа Tissue-Tek VIP6 AI (Sakura, Япония) по программе из 9 циклов с абсолютизированным изопропиловым спиртом, 10% забуференным нейтральным формалином и парафином. Для формирования гистологического блока материал заливали в парафин с использованием заливочной станции. Далее с готовых парафиновых блоков изготавливали срезы толщиной 4–5 мкм на полуавтоматическом роторном микротоме RM2255 (Leica, Германия), которые окрашивали гематоксилином и эозином.

Изготовленные срезы изучали в светлом поле с использованием микроскопа Eclipse Ni (Nikon, Япония).

На микротоме изготавливали срезы толщиной 4–5 мкм и высушивали их в термостате при 37 °С. Высушенные срезы прогревали в термостате при температуре 60 °С в течение 30 мин, затем подвергали депарафинизации и дегидратации в абсолютизированном этиловом спирте. Ингибирование активности эндогенной пероксидазы осуществляли в растворе 3% перекиси водорода в течение 6 мин. Термическую демаскировку антигенов выполняли в модуле предподготовки PTLink (Dako, Дания) в цитратном буфере с рН 6 при температуре 95– 99 °С в течение 20 мин. Срезы остужали при комнатной температуре и помещали в дистиллированную воду, затем в промывочный буфер, далее инкубировали с первичными антителами в течение 1 ч при 20 °С. После этого срезы промывали в промывочном буфере трижды и инкубировали с вторичными антителами и стрептавидин-пероксидазным комплексом в составе соответствующей системы детекции согласно инструкции. Далее срезы промывали в буфере и проявляли при помощи раствора диаминобензидина в субстратном буфере, проводили по батарее из 4 спиртов и 2 ксилолов и заключали под покровное стекло (табл. 1).

Результаты иммуногистохимического исследования (окрашивания) оценивали в светлом поле с использованием микроскопа Eclipse Ni (Nikon, Япония).

Статистический анализ полученных клинических данных выполняли средствами системы Statistica (версия 10) (StatSoft Inc., США). Сравнение количественных параметров (экспрессия цистин-глутаматного переносчика и глутамин синтетазы) в группах пациентов осуществляли с использованием критериев Манна–Уитни, Колмогорова–Смирнова, медианного χ2 по критерию Манна–Уитни, т.к. распределение всех показателей (за исключением возраста) не соответствовало нормальному.

Клинический симптомокомплекс у пациентов с глиомами головного мозга был представлен следующими синдромами и симптомами: эпилептические приступы у 16 (50%) больных, головная боль – у 11 (34,38%), пирамидный синдром – у 9 (28,13%), нарушение речи – у 9 (28,13%), астенические проявления – у 9 (28,13%), гемианопсия – у 5 (15,63%), мозжечковый синдром – у 4 (12,5%), рассеянная неврологическая симптоматика – у 4 (12,5%), тошнота и рвота – у 3 (9,38%), поражение черепных нервов – у 3 (9,38%), нарушения чувствительности – у 1 (3,13%).

В зависимости от факта наличия эпилепсии и эпилептических приступов пациенты были распределены на две группы по 16 человек (50%) – с наличием и отсутствием эпилептических приступов. При этом эпилептические приступы являлись единственным клиническим проявлением заболевания в 8 случаях (25%). По клинической семиологии в группе больных эпилепсией приступы были представлены: фокальными с сохранной осознанностью (моторные, сенсорные, вкусовые, обонятельные, слуховые галлюцинации, афатические, головокружение, вегетативно-висцеральные) у 11 (84,62%) пациентов, фокальными с нарушением осознанности (когнитивными) – у 1 (7,69%), билатеральными тоникоклоническими с фокальным началом – у 9 (69,23%). По частоте приступов больные были распределены следующим образом: однократный приступ – 3 (18,75%), редкие (менее 1 раза в месяц) – 6 (37,5%), частые (1 раз в месяц и более) – 3 (18,75%), очень частые (более 1 раза в неделю) – 4 (25%). Диагноз эпилепсии подтвержден по результатам электроэнцефалографии.

Гистологическая характеристика была представлена следующими типами глиальных опухолей головного мозга: диффузная астроцитома – 5 (15,63%) пациентов (IDH1/2 положительная мутация – 1, IDH1/2 отрицательная мутация – 1, без дополнительного уточнения (БДУ) – 3), анапластическая астроцитома – 7 (21,86%) (IDH1/2 положительная мутация – 2, IDH1/2 отрицательная мутация – 1, БДУ – 4), глиобластома – 16 (50%) (IDH1/2 положительная мутация – 1, IDH1/2 отрицательная мутация – 2, БДУ – 13), олигодендроглиома – 4 (12,5%) (IDH1/2 положительная мутация, 1p/19q положительная – 3, БДУ – 1). По степени злокачественности: grade II – 9 (28,13%) больных, grade III – 7 (21,89%), grade IV – 16 (50%).

Результаты оценки экспрессии цистин-глутаматного переносчика (системы xCT, SLC7A11) в группах с наличием эпилептических приступов (эпилепсией, однократным приступом) и отсутствием приступов у пациентов с глиомами головного мозга супратенториальной локализации представлены в таблице 2.

Результаты оценки экспрессии глутамин-синтетазы у пациентов с глиомами головного мозга с наличием и отсутствием эпилептических приступов отражены в таблице 3.

Наиболее показательные изменения экспрессии глутамин-синтетазы и цистин-глутаматного переносчика (системы xCT, SLC7A11) показаны на примере больного с глиобластомой правой затылочной доли с отсутствием эпилептических приступов (рис. 1–3), а также больной с анапластической астроцитомой левой теменной доли со структурной теменной эпилепсией (рис. 4–6).

Эпилепсия и эпилептические приступы являются одним из ведущих клинических проявлений глиом головного мозга, а у 27–50% пациентов c глиобластомами могут выступать первым (и у ряда из них единственным) клиническим проявлением заболевания [3][6]. Развитие приступов приводит к снижению качества жизни, высокому риску травматизации, социальной дезадаптации больных. Понимание патогенеза развития эпилепсии позволит разработать новые подходы к медикаментозному лечению, обосновать необходимость радикального удаления опухоли.

Важную роль в развитии эпилептогенеза при глиомах головного мозга отводят нарушению гомеостаза глутамата [5]. Как известно, глутамат относится к возбуждающему нейротрансмиттеру центральной нервной системы у млекопитающих, он играет решающую роль в синаптической пластичности и памяти. Однако при избыточном его накоплении помимо механизмов эпилептогенеза проявляется эффект эксайтотоксичности. Механизмы эксайтотоксичности характеризуются длительной активацией NMDA-рецепторов, длительным током кальция в клетку, Са-нейрональной гибелью и являются общими для многих заболеваний центральной нервной системы [7][8]. Таким образом, эксайтотоксичность можно отнести к типовому патологическому процессу, одна из характеристик которого – универсальность (протекание как интегральной части патогенеза разных нозологических форм на разных уровнях организации биологической системы) [7]. Представляется, что гибель нейронов приводит к «освобождению свободного пространства» и дальнейшему росту и экспансии опухоли.

В норме после окончания взаимодействия с рецепторами глутамат удаляется из синаптической щели с помощью специального натрий-зависимого транспортера. При этом бóльшая часть медиатора захватывается глиальными клетками, а часть возвращается в пресинаптическую терминаль. В последующем глутамат, находящийся в глиальных клетках, превращается в глутамин, который перемещается также в пресинаптическое окончание. Последний при участии переносчика, используя энергию аденозинтрифосфата, переходит в везикулы для последующего повторного использования [7][8].

Глутамин-синтетаза является ферментом, который содержится в астроцитах и превращает глутамат в глутамин и аммоний. По литературным данным, низкая экспрессия этого фермента у больных с глиобластомами приводит к накоплению глутамата и развитию эпилепсии. Также низкая экспрессия глутамин-синтетазы ассоциируется с более высокой продолжительностью жизни у больных с глиобластомами [9]. Предполагается, что возрастание уровня глутамата и, как следствие, дефицита глутамин-синтетазы в опухолевых клетках играет ключевую роль в патогенезе приступов [10]. Однако по результатам нашего исследования уровень экспрессии глутамин-синтетазы статистически значимо не отличался в группах больных с наличием и отсутствием приступов. Это может быть связано с тем, что в группе помимо глиобластом были и другие гистологические типы глиальных опухолей головного мозга.

Существенную роль в развитии эпилептогенеза отводят Na+-зависимым цистин-глутаматным антипортерам (системе xCT), которые ответственны за выведение глутамата из глиальной клетки. Высокая экспрессия цистин-глутаматного антипортера xCT (SLC7A11) является независимым биологическим маркером развития опухоль-ассоциированной эпилепсии [11]. В отдельных работах помимо участия в механизмах эпилептогенеза показано и прогностическое неблагоприятное значение высокой экспрессии SLC7A11 в отношении продолжительности жизни [12]. По результатам нашего исследования, в группе пациентов с эпилепсией наблюдалось статистически значимое повышение уровня экспрессии переносчика цистин/глутамата (системы xCT, SLC7A11), что хорошо согласуется с указанными литературными данными.

В экспериментальных исследованиях на крысах было показано, что содержание глутамата в 3,9 раза выше в ткани опухоли и в 2 раза выше в перитуморозной области в сравнении с неизмененной корой головного мозга (p<0,01) [13]. Повышение уровня глутамата подтверждается и в работах in vivo, в частности по результатам магнитно-резонансной спектроскопии. Повышение уровня глутамата вокруг опухоли (перитуморозной области) ассоциировалось с недавно перенесенным эпилептическим приступом (p=0,038) и фармакорезистентной эпилепсией (p=0,003) [14].

Необходимо отметить, что патогенез развития эпилепсии при глиомах головного мозга сложный и многофакторный. Помимо глутаматергических механизмов он включает отек вокруг опухоли, изменение pH, изменение в работе ионных каналов и т.д. Особую роль в развитии эпилептогенеза принадлежит перитуморозной области. Гипоксия и ацидоз приводят к дальнейшему повреждению клеток глии и росту опухоли [15]. По результатам позитронной эмиссионной томографии были выявлены гетерогенные изменения в перитуморозной области, включая повышение pH и лактата, снижение кровотока и метаболизма глюкозы [16]. Проведение магнитоэнцефалографии и электроэцефалографии у пациентов с глиобластомами позволило выявить межприступную эпилептиформную активность на расстоянии до 20 мм от границы опухоли [17].

Понимание патогенетических механизмов развития эпилепсии при глиомах головного мозга является обоснованием необходимости радикального удаления опухоли не только для увеличения продолжительности жизни, но и с целью достижения контроля над эпилептическими приступами после оперативного лечения и улучшения качества жизни пациентов.

Мы установили, что одним из патогенетических механизмов развития эпилепсии у пациентов с глиомами головного мозга является высокая экспрессия цистинглутаматного переносчика (система xCT, SLC7A11) и, как следствие, повышение внеклеточного уровня глутамата. Фармакологические воздействия на этот механизм являются многообещающим направлением в борьбе как с эпилепсией, так и с прогрессированием опухоли.