АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Механизмы канцерогенеза

Механизмы опухолевой трансформации клетки. Разнообразие канцерогенных факторов и вытекающее из этого факта признание несомненной полиэтиологичности опухолей наводят на мысль о множественности путей возникновения этих заболеваний. Однако, переходя к рассмотрению механизмов опухолевой трансформации клетки, необходимо отметить одно важное обстоятельство: морфологические, биохимические и функциональные особенности опухолевых клеток передаются в ряду клеточных поколений, то есть раковый фенотип наследуется, и неоплазия на уровне клетки — явление наследственное, связанное с изменениями в генетическом материале. Причин рака, действительно, много, но все канцерогены должны иметь общий конечный путь реализации своего эффекта — они должны каким-то образом затрагивать молекулу клеточной ДНК.

Изучение механизмов опухолевой трансформации клетки имеет давнюю историю. До настоящего времени было предложено множество концепций, пытающихся объяснить механизмы превращения нормальной клетки в раковую. Большинство из этих теорий имеют лишь исторический интерес или входят как составная часть в принятую в настоящее время большинством патологов универсальную теорию онкогенеза — теорию онкогенов.

Основные положения теории онкогенов были сформулированы в начале 70‑х годов ХХ века R. Huebner и G. Todaro, которые высказали предположение, что в генетическом аппарате каждой нормальной клетки содержатся гены, при несвоевременной активации или нарушении функции которых нормальная клетка может превратиться в раковую. Эти гены получили название «протоонкогены» (proto‑onc). Протоонкогены — это обычные (нормальные) клеточные гены, контролирующие рост, размножение и дифференцировку клеток. Некоторые протоонкогены работают лишь на ранних этапах онтогенеза, другие функционируют и в дифференцированных клетках, однако работа этих генов находится под жестким контролем. В результате мутации самих протоонкогенов или стойкого изменения их активности после мутации регуляторных генов происходит превращение протоонкогена в клеточный онкоген (c‑onc).

Следовательно, появление онкогена связано с неадекватной (количественной, качественной или временной) экспрессией (или активацией) протоонкогена.

Как известно, общее число генов в геноме человека — около 100 тысяч. Среди них имеется около 100 истинных протоонкогенов, т.е. клеточных генов, нарушение нормальной функции которых может привести к их превращению в онкогены и к опухолевой трансформации клетки. Протоонкогены тканеспецифичны. На сегодняшний день уже выявлено более 50 протоонкогенов, объединенных в 7 основных типов.

Любой протоонкоген в результате мутации или эпигеномной модификации может трансформироваться в онкоген. Возможны следующие причины трансформации протоонкогена в онкоген: точечная мутация, транслокация или внутрихромосомная перестройка, амплификация, активация генов-энхансеров и/или угнетение сайленсеров, трансдукция протоонкогенов вирусами, активация промотора клеточного онкогена встроившимся геномом вируса.

Для фенотипического проявления дефекта протоонкогена достаточна мутация только одного его аллеля, т.е. мутации, превращающие протоонкоген в онкоген, доминантны.

Превращение протоонкогена в онкоген приводит к синтезу онкобелка — в количественном или качественном отношении измененного продукта протоонкогена. Онкобелок появляется в клетке либо в увеличенном количестве, либо приобретает измененную структуру и свойства, что обеспечивает данному белку повышенную активность и нарушает его реакцию на регуляторные воздействия. По локализации в клетке различают ядерные, цитоплазматические и мембранные онкобелки. Ядерные онкобелки (например, myc, fos, myb), работая в ядре, выполняют роль индукторов и репрессоров генома. С их влиянием связан синтез раковой клеткой необычных для данной стадии онтогенеза или для данной ткани белков (эмбриональные и гетероорганные антигены, эктопические гормоны и т.п.). Цитоплазматические онкобелки (fps, mos, fms) являются протеинкиназами, осуществляющими модификацию различных клеточных белков путем фосфорилирования остатков тирозина, серина или треонина. Эти онкобелки ответственны за изменения клеточного метаболизма и приобретение фенотипа типичного для опухолевой клетки. Онкобелки, локализованные на наружной клеточной мембране (src, abl, ras), могут выступать в качестве рецепторов для естественных ростовых факторов или сами выполнять роль ростовых факторов, побуждающих клетку к делению даже в отсутствие внешнего стимула. Назначение некоторых клеточных протоонкогенов в нормальных клетках пока недостаточно ясно, хотя несомненно то, что все они выполняют важнейшие биологические функции.

Движение клеток млекопитающих в клеточном цикле регулируется сложной системой специфических белков: циклинов (10 типов), циклинзависимых киназ (7 типов) и ингибиторов циклинзависимых киназ (7 типов). Увеличение экспрессии циклинов усиливает клеточный рост и способствует опухолевой трансформации, т.е. гены циклинов являются потенциальными онкогенами, а сами циклины и циклинзависимые киназы — онкобелками.

Таким образом, именно онкобелки участвуют в формировании опухолевого фенотипа клетки. Под влиянием онкобелков нарушается регуляция клеточного роста, пролиферации и дифференцировки, создаются условия для ускоренной репликации ДНК и непрерывного деления клетки.

В геноме клеток млекопитающих и птиц в настоящее время выявлена еще одна группа генов, мутация или выключение функции которых может привести к опухолевому перерождению клетки. Это гены-супрессоры опухолей или антионкогены, являющиеся функциональными антагонистами онкогенов. В настоящее время выявлено более 10 антионкогенов, функция которых состоит в предупреждении трансформации протоонкогенов в активные онкогены, сохранении постоянства генома, торможении пролиферации клеток, индукции апоптоза в случае нерепарируемых повреждений ДНК. В отличие от мутаций протоонкогенов, мутации антионкогенов рецессивны, т.е. для инактивации антионкогена необходима мутация обоих аллелей.

Различают несколько групп антионкогенов, которые взаимодействуют и функционально взаимодополняют друг друга. Первая группа антионкогенов включает гены, кодирующие ДНК-репарирующие ферменты, т.е. ферменты, исправляющие ошибки в молекуле ДНК. Мутация генов, кодирующих репаразы, приводит к нестабильности генома и увеличению вероятности мутаций всех генов, включая протоонкогены и другие антионкогены. Дефекты механизмов, обеспечивающих репарацию ДНК, способствуют сохранению структурных повреждений в молекуле ДНК и, в конечном итоге, могут привести к злокачественной трансформации клетки. У людей с наследственной неполноценностью механизмов репарации ДНК (пигментная ксеродерма, синдром Линча и др.) обычно развиваются множественные опухоли.

Для включения механизмов репарации ДНК репарирующие системы должны получать информацию о состоянии генома. Для этого в жизненном цикле клетки существуют «контрольно-пропускные пункты» (cheсkpoints), в которых проверяется целостность молекулы ДНК. Контроль осуществляется на этапе готовности клетки к репликации на границе периодов G₁/S (перед началом синтеза ДНК) и на этапе завершившейся репликации — на границе G₂/M (перед вхождением клетки в митоз). В случае обнаружения каких-ли­бо отклонений в структуре ДНК клетки могут блокироваться на этих этапах. Клетки с поврежденной ДНК благодаря функции механизмов контроля подвергаются либо исправлению, либо уничтожению посредством апоптоза при наличии поврежденной и неподлежащей репарации ДНК. Функцию контроля целостности ДНК и выбор «жизненного пути» клетки осуществляют антионкогены второй группы.

Наиболее изученным из антионкогенов второй группы в настоящее время является ген, кодирующий белок р53 (p — protein, 53 — молекулярная масса 53 кДа). Установлено, что р53 — это ядерный фосфопротеин, присутствующий в небольших количествах во всех клетках. Уровень р53 в нормальных клетках резко возрастает после воздействия агентов, повреждающих ДНК, например после действия ионизирующей радиации, УФ-лучей, различных химических мутагенов, гипоксии. При обнаружении дефекта в молекуле ДНК под влиянием р53 происходит блок митотического цикла в G₁-фазе (период, предшествующий синтезу ДНК) и клетки не переходят в S-фазу (период синтеза, репликации ДНК). Поврежденная клетка не может удвоить измененную ДНК и передать дефектный ген своим клеткам-потомкам при делении. При этом активируются ДНК-репарирующие ферменты (продукты антионкогенов первой группы), восстанавливающие дефектную ДНК. Если через определенное время повреждение будет исправлено, то вызванный р53 блок деления снимается и клетка может вновь вступить в митоз. Однако если повреждение ДНК долго не исправляется, то р53 дает сигнал для запуска апоптоза, т.е. вызывает гибель клетки с пов­режденным генетическим аппаратом. Таким образом, белок р53 осуществляет контроль за клеточным делением, препятствуя появлению и накоплению мутантных клеток.

Примером антионкогена третьей группы является ген-супрессор АРС (Adenomatous Polyposis Coli). Этот ген часто дефектен при синдромах семейного аденоматозного полипоза и наследственного рака толстой и прямой кишки. АРС — белок-супрессор, который выполняет роль «сторожа», обеспечивающего постоянство числа клеток в обновляемой ткани, например при ее росте или репарации. Повреждение «сторожа» приводит к нарушению тканевого гомеостаза из-за дисбаланса между клеточной гибелью и пролиферацией. Повреждение «сторожа» инициирует пролиферацию клеток и, если последуют мутации других генов, — возникновение и рост опухоли. Напротив, повреждения других генов при нормальном «стороже» могут не иметь никаких последствий.

Безусловно, к антионкогенным системам клетки могут быть отнесены и клеточные гены, организующие цепь внутриклеточных событий, приводящих к апоптозу — уничтожению генетически дефектной клетки. Можно полагать, что опухолевый рост возможен лишь постольку, поскольку дефектные клетки способны «проскальзывать» через защитный барьер апоптоза. В последние годы появились свидетельства взаимосвязанности процессов ингибирования апоптоза и активации теломеразы в раковых клетках.

Антионкогенную функцию выполняют и синтезируемые клетками разных тканей полиамины — спермин и спермидин. Эти вещества участвуют в регуляции клеточной пролиферации и дифференцировки, их уровень увеличивается при росте и регенерации тканей. В то же время полиамины стабилизируют хроматин и ядерные белки за счет образования комплексов с отрицательно заряженными группами белков и ДНК. Снижение уровня полиаминов приводит к индукции апоптоза.

Из вышеизложенного следует, что в основе современных представлений о механизмах канцерогенеза лежит предпосылка, что злокачественная трансформация клетки возникает в результате различных генетических событий, превращающих протоонкогены в онкогены, и/или инактивирующих гены, осуществляющие отбор, уничтожение и ограничение пролиферации мутантных клеток. Для полной трансформации клетки в подавляющем большинстве случаев необходимы активация минимум двух онкогенов и инактивация одного или нескольких генов-супрессоров.

Механизмы активации (промоции). Сущность стадии активации, или промоции, заключается в том, что трансформированная клетка начинает размножаться, образуя пул себе подобных клеток. Для формирования опухоли необходимы дополнительные факторы, определяющие преимущественный рост трансформированных клеток. Эти дополнительные факторы получили название промоторов (от англ. promotion — содействие). Наиболее изученными опухолевыми промоторами являются эфиры форбола, в частности форбол-12,13-дибутират. В развитии ряда опухолей функцию промоторов могут выполнять гормоны (гормонозависимые опухоли). Наконец, в некоторых случаях роль промоторов могут играть антитела и биологически активные вещества, вырабатываемые иммунокомпетентными клетками.

Для того чтобы разви­лась опухолевая болезнь, количество опухолевых клеток должно достигнуть критической величины, когда они уже не могут быть ликвидированы обычным клеточным окружением. Считается, что при достижении опухолью 1 см в диаметре и массы в 10⁹ клеток создаются предпосылки для того, чтобы процесс стал необратимым. Для большинства опухолей средней злокачественности продолжительность доклинического периода роста составляет 3–8 лет.

Опухолевая прогрессия. Под опухолевой прогрессией понимают приобретение опухолью в процессе роста новых качеств и свойств и потерю старых. Клиническим эквивалентом прогресcии является изменение чувствительности опухолевых клеток в процессе роста к действию лекарственных препаратов, развитие резистентности к гормонам, к ранее эффективным лечебным воздействиям и прогрессирование метастатического процесса.

Концепцию прогрессии опухолей сформулировал в 1969 г. L.Foulds. Он же постулировал принцип независимой прогрессии отдельных свойств злокачественной опухоли, согласно которому разные признаки опухоли могут комбинироваться в различных сочетаниях. Например, нет связи между размером опухоли и скоростью ее роста, между характером роста опухоли и ее чувствительностью к гормонам и т.п.

Повышенная изменчивость опухолевых клеток в силу их генетической нестабильности делает клеточную популяцию неоднородной. Периодически отдельные клетки мутантного клона подвергаются дополнительной мутации, повышающей их выживаемость и способность к росту. Число мутаций и количество генетических повреждений в малигнизированных клетках возрастают по мере роста опухоли. Таким образом, в процессе развития опухоли образуются клоны с различными свойствами, что создает условия для естественного отбора клеток. В прогрессии опухоли можно выделить три генеральных направления: в сторону большей злокачественности, большей автономности и метастазирования.

Одной из характерных особенностей опухолевой ткани является ее автономность, т.е. относительная независимость от регуляторных влияний организма. На начальных этапах роста автономность опухолевых клеток еще выражена незначительно. Но по мере роста и прогрессии наиболее зависимые, наименее жизнеспособные клетки уничтожаются и остаются наименее зависимые, наиболее злокачественные клетки, склонные к метастазированию.

Под метастазированием понимают образование вторичного отдаленного очага опухолевого роста, вследствие отрыва от опухолевой ткани отдельных клеток и переноса их в другие органы с последующим развитием на новом месте аналогичной опухоли.

В развитии метастазов различают следующие этапы:

- инвазия — проникновение раковых клеток в сосуд или смежную ткань;

- транспорт — перенос раковых клеток кровью или лимфой;

- имплантация — выход раковой клетки из сосуда и фиксация на «чужом поле» (при отсутствии следующей фазы образуются «дремлющие метастазы»);

- активация — размножение опухолевых клеток с формированием вторичного очага опухолевого роста (метастаза).

Существуют три пути метастазирования: лимфогенный — по лимфатическим сосудам; гематогенный — по кровеносным сосудам; тканевый — по межтканевым пространствам или непосредственно от одной из соприкасающихся тканей к другой. Наиболее часто метастазирование происходит по лимфатическим путям в регионарные лимфатические узлы. Место метастазирования может зависеть от особенностей кровоснабжения и архитектоники сосудистого русла органа. Однако зачастую имеет место органная избирательность метастазов, которая определяется набором молекул адгезии, располагающихся на поверхности как опухолевых, так и нормальных клеток, с которыми они взаимодействуют, в частности эндотелиальных клеток сосудов микроциркуляторного русла.

Продвижению опухолевых клеток вглубь субэндотелия и пенетрации сосудистой стенки способствует их протеолитическая активность. Протеазы, разрушая структуры внеклеточного матрикса — базальные мембраны и интерстициальную строму, — прокладывают дорогу мигрирующим опухолевым клеткам. В последние годы данные о роли протеаз в опухолевой инвазии используют в онкологической практике: у больных в прогностических целях определяют активность металлопротеаз, и для торможения метастазирования применяют их ингибиторы.

Важным фактором, определяющим возможность роста опухоли на «чужом поле», является ее неоваскуляризация. Опухоль, диаметр которой превышает 2–4 мм, нуждается в формировании новых капиллярных сосудов, так как ее питание уже не может обеспечиваться только за счет диффузии. Опухолевые клетки способны продуцировать факторы, стимулирующие ангиогенез. Эти вещества обеспечивают врастание сосудов в опухолевой очаг путем миграции в него эндотелиальных клеток, выстилающих предсуществующие мелкие венулы из прилегающей соединительной ткани, и их размножение. Среди ангиогенных факторов, продуцируемых опухолевыми клетками, особое место занимает фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF) — гликопротеин, связывающийся с эндотелиальными клетками и стимулирующий их пролиферацию. Мощным ангиогенным действием обладает интерлейкин-6 (ИЛ‑6), продуцируемый опухолевыми клетками, эндотелием, а также стромальными клетками. Этот цитокин стимулирует продукцию VEGF опухолевыми клетками. Повышенный уровень ИЛ‑6 обнаруживается в сыворотке больных с некоторыми типами новообразований. Прекращение по тем или иным причинам прорастания сосудов в опухоль может на время остановить ее рост и перевести в «дремлющее» состояние.

Наряду со стимуляторами ангиогенеза опухоль может продуцировать факторы, блокирующие новообразование сосудов. Это позволяет объяснить те случаи, когда после хирургического удаления основного очага начинается бурный рост «дремавших» до этого метастазов. При этом в организме сдвигается баланс про- и антиангиогенных факторов в пользу первых.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 846 | Нарушение авторских прав