Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
Cancer - рак, (здесь - раковая опухоль), genesis - происхождение, возникновение. Канцерогенез - наука, представляющая современные воззрения на происхождение опухолей, не только раковых. Более широкое и этимологически правильное для отечественной онкологии название процесса - бластогенез. В иностранной литературе часто оба понятия считаются идентичными.
В любом многоклеточном организме на протяжении всего процесса жизнедеятельности происходит обновление клеточного состава тканей, при этом объем определенной ткани или органа является относительно постоянным. Естественная гибель клеток, происходящая за счет апоптоза, контролируется организмом. Восполнение утраченных клеток происходит за счет размножения и дифференцировки стволовых клеток, которые находятся под строгим контролем. Этот процесс контролируется факторами роста. Контроль осуществляется путем нескольких механизмов, часть которых расшифрована, но многие процессы остаются еще не ясными. Стволовые клетки могут до определенного момента находиться в недифференцированном состоянии или имеют исходно минимальные признаки дифференцировки, а при получении определенного сигнала подвергаются превращению в клетку соответствующей ткани. В процессе размно- жения они могут накапливать генетические изменения, которые постепенно увеличивают опасность перерождения клетки и превращения ее в опухолевую. Нарастает функциональный дисбаланс между генами, контролирующими апоптоз клеток.
Этиология и патогенез опухолей изучаются в разделе экспериментальной онкологии. Для этого используются различные модели опухолевой патологии у животных: спонтанные и индуцируемые воздействием канцерогенов, а также перевиваемые опухоли и культуры опухолевых тканей. Экспериментальные данные показывают, что любая опухоль, в том числе дисэмбриогенетическая, может быть воспроизведена у животного при применении канцерогенных воз- действий. Современные методы биохимии и иммунологии, цитологии, электронной микроскопии позволяют на молекулярном уровне
изучать изменения генетического аппарата клетки в процессе малигнизации.
Несмотря на активное изучение этиологии и патогенеза опухолей, в современных представлениях об этих проблемах остается много нерешенных вопросов. Так, признаки клеточной атипии сопровождают размножение клеток и при физиологических процессах, но до определенного момента клетки не являются опухолевыми. Таким образом, отправной точкой следует считать мутагенное воздействие некоего фактора на хромосомный аппарат клетки.
Опухоли - особый вид патологии, который довольно широко распространен в живой природе. Опухоли известны и у растений, и у всех классов животных. Они характеризуются автономным ростом и размножением клеток в очаге заболевания, при этом вначале рост опухоли происходит из первоначального зачатка, без вовлечения в этот процесс окружающих неизмененных клеток.
По современным представлениям, опухоли появляются в результате нарушения в каком-либо месте регуляции процессов размножения. При нарушении этого контроля может возникнуть избыток ткани соответствующей дифференцировки (гиперплазия). По клиническим наблюдениям, чаще всего это случается в среднем и пожилом возрасте, в связи с этим рак обычно проявляет себя как болезнь пожилых. Со временем в клетках этой зоны накапливаются мутации, появляются признаки доброкачественной, а затем злокачественной опухоли.
Злокачественная опухоль, новообразование - особая форма роста тканей, обладающая определенными специфическими свойствами. Признаками злокачественности в настоящее время признаются следующие.
1. Безудержный, не поддающийся контролю со стороны организма-носителя процесс размножения клеток. Каждая клетка нормальной ткани обладает свойством апоптоза. Апоптоз - генетически запрограммированная гибель клетки через определенный промежуток времени. Без воздействия извне опухолевая клетка не погибает, или гибнет только вместе с ее носителем.
2. Способность к метастазированию. Метастазирование - явление, при котором опухолевые клетки отрываются от основного очага, разносятся по организму лимфой или кровью. Некоторые клетки, отделившиеся от первичной опухолевой массы, переместившиеся с током лимфы или крови в другие регионы тела, дают начало росту
вторичных опухолей - метастазов. Клетки опухоли слабо сцеплены между собой, легко отделяются от возникшего конгломерата и попадают в сосудистое русло, однако факт попадания клетки в сосудистое русло еще не означает, что разовьется метастаз. Известно, что, несмотря на наличие опухолевых эмболий, метастазы в некоторых органах (селезенка, миокард, скелетные мышцы) развиваются редко. Таким образом, появление метастаза нельзя свести только к механической закупорке капилляров опухолевыми эмболами. Клетка должна попасть во внеклеточное пространство, что случается благодаря свойствам опухолевой клетки разрушать эндотелий сосудов. Метастазы рака в своем развитии проходят также фазу промоции. Происходит распространение опухолевого процесса по организму.
3. Инвазивный, инфильтративный, местнодеструирующий рост. Инфильтративный рост опухоли - проникновение опухолевых клеток в окружающие неизмененные ткани. Главным признаком злокачественной опухоли является ее выход за пределы территории, предназначенной для данной ткани. Если опухоль врастает в подле- жащую ткань, происходит инвазия внедрение опухолевых клеток - первый признак злокачественной опухоли.
Все последующие поколения клеток злокачественной опухоли, так же как исходные, имеют все перечисленные свойства: способность к безостановочному процессу размножения, инфильтративному росту и метастазированию.
Два последних признака не являются абсолютно специфичными. Например, своего рода отсевы (метастазы) может давать гнойный очаг (септикопиемия), эндометриоз (разрастания эндометрия в разных органах). Инвазивный рост характерен для нервных элементов и меланобластов в эмбриональном периоде развития, трофобластов во время беременности. Механизм этих процессов различен, но важен факт, что такие свойства не являются характерными только для опухолей.
Опухоль, бластома (от греч. blastos - росток, зародыш), новооб- разование - патологический процесс, сопровождающийся избыточным, нерегулируемым разрастанием тканей, которые состоят из качественно изменившихся, утративших дифференцировку клеток организма. Канцерогенез, бластогенез, неогенез, онкогенез - (neos - новый, onkos - опухоль, genesis - происхождение, возникновение) - термины, обозначающие процесс превращения нормальной клетки в опухолевую. Опухолевая трансформация, (бластрансформация) -
критический этап онкогенеза, т.е. момент окончательного превращения нормальной клетки в опухолевую. Он с трудом поддается фиксации в эксперименте, а в клинических условиях практически неуловим. Другим признаком злокачественности является распространение опухолевых клеток в окружающие ткани, туда, где быть клеток данной ткани не должно. Этот второй признак опухоли, инвазивный рост, характерен только для злокачественных опухолей.
Одна из важнейших характеристик опухолей - морфологическая. Она сообщает, из какой ткани развилась опухоль. Число известных сегодня видов опухолей составляет около двухсот. Рак - одна из разновидностей злокачественных опухолей, а именно злокачественная опухоль, исходящая из клеток эпителиальной ткани (слизистые оболочки, кожа, эпителий желез). Различают несколько вариантов строения рака: плоскоклеточный, базальноклеточный, аденокарцинома и др., развивающиеся из различных слоев и видов эпителия. Наиболее частым является железистый рак - аденокарцинома. Слизистые оболочки имеются в большинстве внутренних органов, соответственно рак может потенциально возникнуть в любом из них.
Злокачественные опухоли, исходящие из клеток тканей, имеющих мезенхимальное происхождение (мышцы, хрящи, кости, жировая клетчатка и т.д.), называют саркомами. Саркомы более часто развиваются у молодых людей. Рак встречается в 10-15 раз чаще, чем саркома, чаще заболевают лица пожилого возраста. Кроме рака и саркомы, существует множество других злокачественных опухолей: меланомы, разнообразные опухоли кроветворной ткани.
3.1. ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ
Увеличение объема тканей в области патологического очага (припухлость) сопровождает некоторые другие неопухолевые патологические процессы - травмы, воспаление и т.п. Это связано с отеком и лимфоцитарной инфильтрацией поврежденного участка. Интенсивное размножение клеток также встречается при различных физиологических и патологических процессах: при заживлении ран, продуктивном воспалении, регенерации, организации гематом и инкапсуляции инородных тел, гиперплазии и т.д. Во всех этих случаях оно имеет приспособительный и защитный характер. Истинные опухоли растут за счет количественного увеличения трансформированных клеток.
Теоретические предположения о природе опухолей высказывались давно, но гипотезы, на основании которых могли выполняться научные исследования, появились только в XVIII-XIX вв. с возник- новением микроскопии и появлением гистологии. Представления о структуре тканей и возможность изучения их глубоких слоев с помощью лучей Рентгена были также серьезным стимулом для развития онкологии.
Ранний этап представлений о природе онкологических заболеваний связан с именами Вирхова, Конгейма, Фишера-Вазельса и др. На основе большого клинического материала Р. Вирхов (1867) высказал предположение об этиологическом значении повторных механических и химических повреждений для возникновения раковых опухолей. Конгейм (1877) высказал предположение о дистопии зародышевых зачатков как причине развития опухолей. По теории Фишера-Вазельса (1929) особое значение в процессе онкогенеза придавалось регенерации, которая может спровоцировать транс- формацию клеток в опухолевые. Теория химического канцерогенеза подтверждалась клиническими наблюдениями. Еще в конце XVIII века П. Потт описал рак мошонки у трубочистов. В 1916 г. опубликованы классические исследования Ямагивы и Ичикавы, показавших возможность получения индуцированных каменноугольным дегтем опухолей животных.
В настоящее время существуют различные теории и гипотезы онкогенеза - наследственная, химическая, вирусная, хромосомная и т.д., из которых ни одна пока не может считаться единой, общепринятой. Все теории отражают лишь различные стороны одного процесса - повреждения генома клетки.
К настоящему времени доказано, что любая живая клетка содержит в структуре ДНК протоонкогены. Это участки генома клетки, некие полипептидные соединения, которые при тех или иных условиях переходят в активную форму - онкогены. Последние, в свою очередь, обусловливают бласттрансформацию клетки (злокачественное перерождение, канцерогенез), которая дает начало росту опухоли. Факторов, способствующих переходу протоонкогена в активную форму, великое множество - химикаты, радиация, инсоляция, вирусы и т.п.
При опухолевой трансформации наблюдаются процессы, для обозначения которых пользуются нижеследующими специальными терминами. Для понимания процессов, происходящих в опухолевой ткани, требуется различать их содержание.
Гиперплазия - увеличение количества клеток без их качественных изменений. Пролиферация - размножение. Дисплазия - процесс, при котором обнаруживается атипическая пролиферация, нарушение формы структурирования и организации клеточных пластов, это явление упоминается наиболее часто для оценки степени опухолевой трансформации ткани в целом. В зависимости от выраженности ядерной и клеточной атипии различают дисплазию низкой, умеренной и высокой степени, при этом изменяются структура и форма клеток, они имеют разную величину и форму. Дисплазия обычно сопровождается явлениями дистопии (наслоение, погружение) клеточных слоев. Тогда как для каждой отдельной клетки отмечают степень атипии на пути ее превращения в опухолевую.
В опухолевой клетке, как правило, резко изменяются ее ультраструктурные свойства. Изучение клеток опухоли при электронной микроскопии позволяет проследить наличие значительно большего количества митохондрий, обеспечивающих клетку энергией и увеличивающих интенсивность процессов обмена. Появляются аномальные митохондрии, изменяются их форма, величина и расположение. Появляются дополнительные ядра в клетке. Часто опухолевые клетки являются многоядерными, а соотношение цитоплазмы и ядра обычно меняется в сторону увеличения ядра. Прослеживается резкий атипизм ультраструктуры всех органелл клетки, он выражается и в увеличении их количества и формы. В опухолевой клетке появляется значительное количество лизосом и повышение их функциональной активности, направленной на обеспечение жизнедеятельности опухолевой клетки за счет гидролиза белков, жиров, углеводов и образования исходных продуктов, которые клетка не может синтезировать.
Значительно выраженная степень атипии, определяемая при световой и ультраструктурной микроскопии, обозначается термином «анаплазия». Анаплазия ткани - отсутствие дифференцировки клетки, утрата клетками способности формировать нормальные тканевые структуры и потеря ими специализированной функции, возвращение ее к более примитивному типу.
Эти морфологические детали в известной мере сближают опухолевые анаплазированные и эмбриональные клетки и указывают на их большую метаболическую активность. В применении к опухолям этот термин не точен, так как клетки не возвращаются к ранее пройденным этапам эволюции. В ходе онкогенеза клетки приобретают
иную чем в норме при регенерации или эмбриогенезе дифференцировку, поэтому более правильно употреблять термин «катаплазия». Катаплазия клеток (каtа - приставка, обозначающая движение сверху вниз) - приближение к более примитивному строению, незрелой ткани. Кроме того, в опухолях можно наблюдать явления метаплазии, которая представляет собой замещение одного вида зрелой ткани другим, развивающимся из того же зародышевого листка, - это патология клеточной дифференцировки. Апоптоз - процесс запрограммированной гибели клетки, является основным естественным средством защиты от избыточной пролиферации и прогрессирования опухоли. Автономность - бесконтрольность роста.
Процесс онкогенеза имеет свои закономерности и стадии. Основные стадии таковы: инициация, промоция, деление измененной клетки и, наконец, собственно рост опухоли. В фазу инициации происходят необратимые нарушения генотипа клетки: мутации, хромосомные перестройки, клетка становится предрасположенной к трансформации. Этот скрытый период имеет разную длительность и различный исход. Такая клетка может остаться и какое-то время существовать среди неизмененных клеток, может погибнуть, не превратившись в опухолевую.
Далее на этой же доклинической стадии по завершении фазы инициации наступает фаза промоции. Происходит усиленная трансформация протоонкогенов в онкогены. Вторая фаза характерна тем, что клетка приобретает фенотип, соответствующий измененному генотипу. Фенотип трансформированной клетки реализуется в процессе ее жизнедеятельности в виде атипии, той или иной степени внешних изменений. Этот этап также обратим, клетка может вернуться к нормальному фенотипу. Чтобы трансформированный фенотип стал устойчивым, необходимо длительное воздействие канцерогенов.
Инициация и промоция обусловлены действием канцерогенов внешней или внутренней среды. Вторая фаза доклинического рака завершается делением такой трансформированной клетки. Это и есть начало роста собственно опухоли, который почти сразу приобретает автономный характер. Следующий этап - закрепление нарушенного генотипа в дочерних клетках - клонирование. Затем начинает формироваться колония трансформированных клеток. Появившаяся колония опухолевых клеток своими размерами еще не превышает образования диаметром 1- 2 мм. В таком виде эта колония может существовать неопределенное время. Его продолжительность
напрямую зависит от степени утраты механизмов апоптоза и степени иммунного ответа. Значительная роль на этом этапе принадлежит ангиогенезу, что обеспечивает поступление питательных веществ к месту развития опухоли. Этот процесс зависит от выработки соответствующего фактора роста эндотелия сосудов. Выработка ферментов, называемых металлопротеиназами, разрушает межклеточное вещество. На этом месте происходят рост сосудов и усиленное размножение измененных клеток, наступает собственно фаза опухолевого роста. Колония опухолевых клеток получает условия для дальнейшего роста и распространения и выхода из первичного очага. Накопление массы опухоли происходит не только за счет интенсивного размножения клеток, но и за счет более длительного срока жизни, а также за счет усиленного обеспечения опухоли пластическими средствами, что происходит за счет процессов неоангиогенеза.
На этой стадии онкогенеза характер деления клеток отличается от всех физиологически обусловленных видов размножения. Онкоген кодирует матричную РНК, и начинается синтез какого-либо гормона, специфического белка, например эпидермального фактора роста. Одновременно на поверхности клетки появляется избыточное количество рецепторов к этому белку. Таким образом, происходит стимуляция клеткой собственного деления, однако до конца механизмы переключения с программы апоптоза на другую программу остаются не ясными.
Рецепторы принимают сигнал синтезированного белка, далее этот сигнал передается в ядро клетки и достигает того же онкогена. Последний нарушает процессы естественной регуляции количества вырабатываемого белка и вместо ограничения его синтезирования возникает замкнутый круг избыточной продукции, который принято называть апокринной стимуляцией клетки. На определенном этапе эффект апокринной стимуляции одной клетки из-за постоян- ной выработки стимулирующих ростовых факторов преобразуется в паракринную стимуляцию соседних клеток. Вначале увеличивается количество рецепторов на их поверхности, затем сигнал передается в ядро клетки, стимулируя там гены, ответственные за выработку тех же факторов. Происходит нарушение репарации ДНК, дифференцировки и апоптоза клеток, что и приводит на поздних стадиях канце- рогенеза к развитию предрака и рака.
Меняются биохимические свойства клеток, утративших нормальную дифференцировку. Биохимическая анаплазия опухолей выра-
жается рядом особенностей обмена, отличающих их от нормальных тканей. Ткань опухоли богата холестерином, гликогеном и нуклеиновыми кислотами. В опухолевой ткани гликолитические процессы преобладают над окислительными, содержится мало аэробных каталитических систем, т.е. цитохромоксидазы и каталазы. Выраженные гликолитические процессы сопровождаются накоплением в ткани молочной кислоты. Это своеобразие обмена опухоли также усиливает ее сходство с эмбриональной тканью, в которой преобладают явления анаэробного гликолиза. На поверхности опухолевых клеток может меняться набор гормональных и других специфических рецепторов.
Опухолевая прогрессия - изменение свойств опухоли по мере ее роста. Обычно она связана с нарастанием одного или нескольких из перечисленных свойств в сторону большей агрессивности, например происходит утрата чувствительности опухоли к лечению гормонами и др. лекарственными препаратами. Эти явления связаны с накоплением и углублением генетических нарушений, происходящих в опухолевых клетках. Опухолевая прогрессия идет в направлении усиления признаков малигнизации.
3.2. ЭТАПЫ КАНЦЕРОГЕНЕЗА. ЭКЗОГЕННЫЕ И ЭНДОГЕННЫЕ КАНЦЕРОГЕНЫ
Современной наукой однозначно доказано, что любая живая клетка на Земле содержит в себе протоонкогены (особые полипеп- тидные субстанции), которые при тех или иных условиях переходят в активную форму - онкогены. А вот онкогены уже и выстраивают бластный, злокачественный вариант клетки, который дает начало росту опухоли. Факторов, способствующих переходу протоонкогена в активную форму, великое множество - химикаты, радиация, инсоляция, вирусы и т.п. Все эти факторы и являются по своей сути канцерогенами.
В соответствии с современными представлениями канцерогенез - многоступенчатый процесс накопления генетических мутаций и др. нарушений ДНК, приводящих к нарушению клеточного цикла, дифференцировки, апоптоза, а также к неэффективному функционированию клеточного иммунитета. Канцерогенез претерпевает несколько этапов накопления генетических изменений различной длительности, причем время, необходимое для окончательной транс-
формации клетки в опухолевую, различается не только при разных опухолях, но и у отдельных индивидуумов. В значительной мере это связано с длительностью экспозиции канцерогена, его дозой, а также сопротивляемостью организма.
Воздействие канцерогена может быть длительным в малых дозах или однократным, но большой интенсивности (солнечное излучение, радиация). Факторы, способствующие переходу протоонкогена в активную форму, называют канцерогенными.
По определению экспертов ВОЗ (1979), «канцероген - это агент, который в силу своих физических или химических свойств может вызвать необратимые изменения и повреждения в тех частях генетического аппарата, которые осуществляют контроль над соматическими клетками». Среди них различают эндогенные и экзогенные канцерогены. Экзогенные канцерогенные факторы принято делить на механические, физические, химические, радиационные, вирусные. Из множества причин, повышающих риск развития злокачественной опухоли в организме, значимость их как возможного ведущего фактора неравнозначна. Подсчитано, что особенности питания в развитии рака являются ведущими и составляют от 30-35%. Курение определяет развитие рака в 30%, вирусные агенты - в 17%, алкоголь - в 4%, загрязнения окружающей среды - в 2%, отягощенная наследственность - в 1-2%.
Наиболее значимыми в развитии предопухолевой, следовательно, и опухолевой патологии являются воздействия механических факто- ров (хроническая травма) и различных химических веществ, поступающих в организм с пищей, а также курение. Итак, 80-90% всех форм рака у человека - результат действия факторов окружающей среды: химических веществ, вирусов, физических агентов (рентгеновских, радиевых и ультрафиолетовых лучей). Для радиационного воздействия принята безпороговая концепция канцерогенеза. Даже минимальные дозы облучения могут спровоцировать бласттрансформацию. Под влиянием облучения могут развиться опухоли в разных органах. Наибольшим считается риск возникновения гемобластозов на коже, в костях, в легких, молочной и щитовидной железах и др.
К канцерогенным веществам относятся представители различных классов химических соединений: полициклические углеводороды, азокрасители, ароматические амины, нитрозамины и др. Известно большое число канцерогенных агентов, относящихся к полициклическим углеводородам (3,4-бензпирен, 20-метилхолан-
трен, 9,10-диметил-1,2-бензантрацен и др.), обладающих местным опухолеродным действием, к аминоазотсоединениям (ортоамино- азотолуол и др.), имеющим избирательное органотропное действие и к некоторым другим классам соединений. В основном это полициклические ароматические углеводороды, которые образуются при горении угля, нефти, бензина, табака. Канцерогены поступают в организм человека ингаляционным путем, а также с пищей и водой. Наиболее распространенный канцероген - 3,4-бензпирен, появившийся как следствие урбанизации и промышленной деятельности человека, используется как индикатор загрязнения воздуха.
Мутация в генах и изменение их функции может происходить под влиянием различных причин, в бытовых условиях ведущими фак- торами риска для развития рака являются неправильное питание и курение. Наиболее значимым, широко распространенным и потенциально устранимым канцерогенным фактором считают курение. По оценкам ВОЗ, с курением табака ассоциируются приблизительно 80-85% случаев рака легкого, 80% рака губы, 75% рака пищевода, 40% мочевого пузыря, 85% рака гортани. Яркий показатель значимости курения в развитии разных опухолей имеет борьба с табакокурением в США, в результате которой число онкологических заболеваний снижается примерно на 0,5% в год. По распространенности курения Россия занимает одно из первых мест в мире. Примерно 50-60% мужчин являются активными курильщиками, очень велико количество курящих женщин.
Еще более мощный канцероген, потребляемый человеком, - этиловый спирт. Каждый отдельный фактор может вызвать 2-3-крат- ное повышение риска, а при сочетании их они повышают риск более чем в 15 раз. Выявлено, что употребление более 100 мл чистого алкоголя в день способствует развитию опухолей органов пищеварения, молочной железы и ряда других заболеваний. Связь употребления алкоголя с повышенным риском развития опухолей полости рта, глотки, пищевода, гортани, печени, молочной железы, легкого, толстой кишки доказана материалами многочисленных эпидемиологических исследований. Довольно длительное время утверждение о вреде курения даже среди онкологов не встречало понимания. Простейшее по методологии исследование (интервьюирование пациентов, проходящих обследование в связи с предполагаемыми опухолями, с последующим сопоставлением с окончательными диагнозами) выявило сильную связь с курением рака легких, а в
последующем и органов полости рта, глотки и гортани, предстательной железы, почки и т.д.
К экзогенным факторам относятся различные вещества, попадающие в организм с продуктами питания, в ряде случаев и с питьевой водой. С ними в организм человека поступают как вещества, способствующие канцерогенезу, так и тормозящие его. Увеличение потребления клетчатки, пектинов и фетатов, содержащихся в овощах и фруктах, способствует связыванию канцерогенов.
Нормальное поступление в организм витаминов и микроэлементов необходимо для стабильной работы системы обезвреживания канцерогенов и репарации ДНК. Эпидемиологические исследования показали, что витамин А и каротин играют значительную профилактическую роль в развитии эпителиальных новообразований. В профилактических мероприятиях восполнение дефицита каротина обеспечивают за счет соответствующих пищевых добавок. Ослабляет устойчивость организма к канцерогенным воздействиям также и недостаточное употребление и усвоение других витаминов особенно С, Е, В 2 и РР, регулирующих процессы ороговения и обусловливающих состоятельность общего иммунитета. Дефицит этих веществ является серьезным фактором риска для развития плоскоклеточного рака верхних дыхательных путей, пищеварительного тракта и легких.
К экзогенным следует отнести и различные неблагоприятные экологические ситуации, индивидуальные и бытовые условия, при- вычки, особенности питания. 30-70% случаев рака толстой кишки связаны с избыточным потреблением жиров, соли, нитритов и нитратов, копченостей и консервантов, дефицитом клетчатки и витаминов, избыточной энергетической ценностью пищи. Доказана роль жиров, особенно насыщенных, в этиологии и патогенезе рака молочной железы, предстательной железы, толстой и прямой кишки, легкого.
К генотоксическим канцерогенам, активаторам и коканцерогенам относятся продукты, загрязненные нитритами, нитратами, солями тяжелых металлов, мышьяком, бериллием, кадмием, свинцом, никелем и др. Изучение таких веществ имеет значение не только с позиций выяснения этиологии опухолей, но имеет и другие задачи - устранение их из окружающей среды человека с целью предупреждения образования опухолей.
Исследования в области вирусологии привели к открытию ряда вирусов, вызывающих опухоли у животных. В настоящее время
доказано, что некоторые опухоли человека имеют вирусную природу. Это вирус Эпштейн-Барр, вызывающий рак носоглотки и лимфому Беркита. Вирус гепатита В и С ассоциирован в настоящее время с гепатоцеллюлярным раком. Эти вирусы являются вторым по значимости после курения канцерогенным фактором в мире. До 80% всех первичных злокачественных опухолей печени связывают с этими агентами. На практике была показана значимость профилактики гепатоцеллюлярного рака. Широкое проведение специфической вакцинации существенно снижает риск развития гепатоцеллюлярного рака среди населения с высоким уровнем инфицирования.
Четыре семейства вирусов определены как этиологические агенты злокачественных опухолей человека. Рак шейки матки, гортани, полового члена, вульвы, заднего прохода, кожи ассоциируют с папилломавирусом человека (НРV-16, НРV-18, НРV-33). Более того, известно, что онкогенные вирусы не имеют видовой специфичности (Зильбер Л.А., 1967, Свет-Молдавский Г.Я., 1967). Установлено, что вирусы группы герпеса являются синергистами с вирусами папилломы человека в этиологии новообразований гениталий. Этот факт позволяет объяснить механизм реализации многих факторов риска. Замечена значимость в развитии опухолей гениталий таких факторов, как социально-экономический статус и половая распущенность. Явно прослеживается зависимость относительного риска от числа сексуальных партнеров и насыщенности сексуального анамнеза. Это определяет и позволяет разрабатывать меры профилактики и ранней диагностики таких заболеваний. Например, инфицирование вирусом папилломы человека и связанные с этим изменения в эпителии шейки матки являются основанием для формирования групп риска.
С вирусами, содержащими ДНК, ассоциированы некоторые виды лимфом, с ретровирусами, содержащими РНК, связывают развитие Т-клеточного лейкоза. К настоящему времени накоплены достаточно веские доказательства вирусного происхождения некоторых других опухолей: менингиомы, глиобластомы, меланомы, ЛГМ, саркомы Капоши. Считается, что факта заражения вирусом папилломы человека недостаточно для развития опухоли. Необходимо воздействие некоторых кофакторов экзоили эндогенного характера для акти- вации вирусного канцерогенеза. Доказано, что такими экзогенными кофакторами могут быть курение, а также дополнительные вирусные инфекции, например простого герпеса (herpes symplex).
В некоторых случаях контакт с определенным веществом провоцирует развитие определенного вида рака. Так, наиболее частым фактором, провоцирующим развитие мезотелиомы плевры - редкая опухоль, развивающаяся в полости плевры, перикарда или брюшины, - является контакт с асбестом. Время, прошедшее между таким контактом и развитием опухоли, может составлять 20 лет и более. Четкой связи между интенсивностью и длительностью контакта с асбестом и локализацией развития опухоли не отмечено. Большинство авторов склонны считать, что опухоли брюшины развиваются после более длительного контакта. Часто эти опухоли поздно диагностируются, хотя отличаются относительно медленным развитием.
Контакт с бериллием (производство мельхиора) провоцирует развитие хронических воспалительных изменений в легких, на фоне которых развивается профессиональный рак легкого, реже рак других органов. Бериллиоз характеризуется образованием гранулем в дистальных отделах легких с преимущественной локализацией в нижних и средних отделах. Фактически это системное заболевание, так как вовлечены лимфатические узлы, печень, селезенка, почки, кожа, миокард и др.
Онкогенное действие рентгеновских лучей и различных радиоактивных источников замечено и активно изучается с самого начала их применения в медицине. Радиоактивный йод вызывает развитие рака щитовидной железы и т.д. Процесс прогрессирования от низкой степени атипии к высокой степени может занимать от нескольких месяцев до нескольких лет. Развитие рака представляет собой многоступенчатый и нередко довольно длительный процесс. Чаще возникновению опухоли предшествует появление предопухолевых образований. Прогрессирование предопухолевой патологии обусловлено продолжающимся действием канцерогенных факторов. Прекращение этого действия может предотвратить озлокачествление, даже когда предопухолевому заболеванию по пути к раковому пере-
рождению осталось претерпеть незначительную трансформацию. Различие здоровой и атипичной опухолевой клетки прослеживается и на субклеточном уровне. Стандартный набор 46 хромосом может быть больше или меньше. Меняются расположение и длина локусов в хромосомах, протоонкогены переходят в онкогены, что приводит к развитию опухоли. Достаточно надежным объективным критерием оценки степени дисплазии в настоящее время признано содержание ДНК в клеточном ядре (плоидность клетки). Диплоидный набор хро- мосом свидетельствует о более высокой степени дифференцировки клетки. По мере «естественного» развития опухолей, как первичных, так и метастатических, проявляется тенденция к накоплению и усугублению признаков злокачественности.
В первичной опухоли и метастазах уровень степени злокачественности бывает различным. Обычно в метастатических опухолях степень нарушения дифференцировки клеток более значительная, чем в первичной опухоли, т.е. клетки в метастазах менее зрелые, чем в первичной опухоли и это проявляется более стремительным ростом метастаза, чем первичной опухоли. Время появления метастазов после распознавания первичной опухоли может быть различным. Иногда метастазы развиваются очень быстро и диагностируются до выявления первичной опухоли, хотя чаще они развиваются через 1-2 года. В ряде случаев через 7-10 лет после удаление первичной опухоли развиваются так называемые поздние, латентные, дремлющие метастазы.
Таким образом, опухоль - патология, обусловленная повреждением генетического аппарата клетки, что вызывает нарушения процессов деления, дифференцировки, возобновления клеточного состава. В настоящее время выделяют следующие ступени канцерогенеза. На ранних этапах это изменения на уровне клетки-предшественницы, или стволовой клетки данной ткани, за которыми следуют повреждения ДНК, мутация в геноме соматической клетки, приводящая к активации протоонкогенов, и инактивации генов апоптоза и геновсупрессоров. Особенно важное значение в этом процессе придается мутации генов, кодирующих синтез белков факторов роста и белков, блокирующих эти факторы, а также белков, регулирующих процесс апоптоза, ответственных за подавление и уничтожение дефектных клеток. Происходит нарушение репарации ДНК, пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток, что и приводит на поздних стадиях канцерогенеза к развитию предрака и рака.
В клетках большинства опухолей генетические дефекты носят множественный характер. В большей степени канцерогенным действием обладают мутации на ранних этапах клеточной дифференцировки. Процесс озлокачествления является многоэтапным, сопровождается комплексным повреждением генов. Интересна двухэтапная теория канцерогенеза, разработанная A.G. Knudson (1971). Согласно этой теории первая мутация в генетическом аппарате может происходить на этапе половой клетки. Поскольку возникшая мутация наследуется, это приводит к формированию клона клеток с высоким риском опухолевой трансформации. Последующие генетические повреждения происходят намного позже в соответствующей ткани-мишени. Этим обусловлены семейные, наследственные формы рака. В связи с этим различают спорадические формы рака, когда оба этапа повреждения произошли в течение жизни, и наследственно обусловленные формы, когда второй «удар» пришелся на уже подготовленный от рождения генетический клеточный аппарат.
Процесс бласттрансформации постоянно происходит в организме. За сутки в организме может образовываться около миллиона мутировавших клеток, что составляет объем около 0,1 см. При адекватном подъеме иммунного напряжения опасные для организма клетки погибают, и опухоль не возникает. Часть из них трансформируется в нормальные, а большинство уничтожается организмом, так как они распознаются как чужеродные. Почему возникает сбой в системе иммунитета и очередная потенциально опухолевая клетка не уничтожается, остается пока не ясным. Чем старше организм, тем больше оснований ожидать возникновения нарушений процессов иммунитета в разных органах. Потому опухоли все-таки остаются болезнью пожилых людей.
Развитие злокачественной опухоли может продолжаться в течение нескольких лет. Известны средние темпы роста опухолей. От образования первой раковой клетки до опухоли диаметром 2 см при раке молочной железы проходит около 3 лет (Denox, 1970). По другим данным, для рака молочной железы среднее время удвоения клетки - 272 дня. Это означает, что для того, чтобы развилась опухоль размером в один кубический сантиметр, необходимо около 10 лет. Рак желудка в среднем растет несколько быстрее. Считается, что от начала заболевания раком желудка до клинического его проявления проходит приблизительно 2-3 года. Рак легкого до размеров 1,0- 1,5 см в диаметре развивается в течение 6-8 лет, а рак желудка -
в течение 5-7 лет. Начальная и доклиническая стадии рака шейки матки, по данным В.К. Винницкой (1979), продолжаются 12-15 лет. Иногда встречаются молниеносные формы роста - в пределах нескольких месяцев.
Эндогенные факторы. Возникновение опухолей возможно и на фоне изменений внутренней среды организма, в частности из-за нарушения гормонального баланса. Наиболее важное значение имеют именно гормональные факторы. Общепризнанной является роль эстрогенов в развитии рака молочной железы. Заместительная терапия эстрогенами, проводимая при ряде патологических состояний, ведет к повышению риска развития рака эндометрия. Длительные хронические заболевания, снижающие иммунитет, пороки эмбриогенеза т.д. относятся к эндогенным факторам риска развития онкологических заболеваний. Свойствами канцерогенов обладают также некоторые эндогенные продукты обмена: стероидные гормоны, метаболиты триптофана и др. при их избыточном накоплении или качественном изменении. Известен факт стимуляции онкогенеза при ожирении, что всегда сопровождается избытком эстрогенов.
Появлению злокачественной опухоли могут способствовать такие эндогенные факторы, как наследственная предрасположенность к онкологическим заболеваниям, перенесенные заболевания и снижение иммунологического статуса. Установлено, что опухолевый рост сопровождается поражением Т- и В-лимфоцитов и снижением показателей общей иммунологической реактивности организма. Достаточно часто в клинической практике наблюдаются длительные воспалительные процессы, которые сопровождаются выраженными процессами пролиферации. Нередко опухоль развивается на фоне доброкачественного новообразования.
3.3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ КАНЦЕРОГЕНЕЗА
Наиболее распространенными представлениями о причинах опухолевых заболеваний является так называемая полиэтиологическая теория, предполагающая возможность развития опухоли под влиянием различных перечисленных выше опухолеродных факторов.
Кроме полиэтиологической, самостоятельное значение имеет вирусная теория, так как есть представление, что вирусы играют роль в возникновении всех опухолей, а различные канцерогенные агенты имеют лишь содействующее значение. По мнению некоторых
вирусологов (Жданов В.М.), онкогенное действие могут оказывать вирусы-сапрофиты или вирусы, вызывающие инфекционные заболевания (вирусы герпеса, аденовирусы и пр.).
Согласно этой теории, в клетке имеются различные вирусы, которые находятся в состоянии биологического равновесия с клеткой и целым организмом. Патологические процессы не возникают до тех пор, пока это равновесие не нарушается. Клетка и вирус постоянно испытывают воздействие различных факторов внешней и внутренней среды (физические и химические), и при определенных условиях вирус приобретает способность проникать в геном клетки. Это приводит к целому ряду патологических изменений в клетке, чаще к ее гибели, но возможен и онкогенный эффект. Нарушается механизм апоптоза, жизненный цикл клетки не завершается в срок. Все это говорит о больших трудностях при поисках противовирусной профилактики опухолей.
Единственным конкретным направлением профилактики рака остается предупреждение воздействия на организм тех многочис- ленных физических и химических факторов внешней и внутренней среды, которые провоцируют онкогенное действие вирусов на клетку. На этом основаны главные направления современной профилактики злокачественных опухолей.
Относительно новой является теория тканевого механизма канцерогенеза. Она основана на нарушении тканевого гомеостаза в результате длительной хронической пролиферации, вызывающей нарушение дифференцировки клеток. Тканевая теория канцерогенеза является альтернативной к господствующей в настоящее время мутационной (клонально-селекционной) концепции рака, согласно которой опухолевые клетки - результат мутаций и последующей селекции и клонирования клеток, имеющих кардинальные отличия не только от клетки-предшественника, но и от стволовой клетки, входящей в состав данной ткани. Есть достаточно данных о том, что стволовые клетки и клетки-предшественники («коммитированные» клетки) обладают определенной «злокачественностью» даже в отсутствие канцерогенного воздействия на ткань.
Суммарно основные положения тканевой теории канцерогенеза выглядят следующим образом. Канцерогенное (повреждающее) воздействие на ткань вызывает, с одной стороны, гибель определенного количества клеток, а с другой - стимулирует компенсаторную хроническую пролиферацию. В ткани резко увеличивается кон-
центрация факторов роста и снижается концентрация кейлонов, контролирующих деление стволовых клеток. Количество стволовых и коммитированных клеток в ткани возрастает. Возникает так назы- ваемая «эмбрионализация» ткани, клетки теряют трансмембранные рецепторы и молекулы адгезии, а «злокачественность» стволовых и коммитированных клеток проявляется в полной мере в отсутствие тканевого контроля над митотическим циклом. Возникает злокачественная опухоль, развивается процесс метастазирования.
Тканевая теория канцерогенеза логично обосновывает происхождение опухолей на фоне некоторых предраковых состояний, но вряд ли она может быть в полной мере привлечена для объяснения вирусного канцерогенеза и опухолевых трансформаций клеток в результате достоверных мутаций ДНК под влиянием, например, радиационных факторов. В тканевой теории рака решающее значение придается изменению межклеточных и межтканевых соотношений, что не отрицается и в полиэтиологической теории, но в последней этим факторам не придается столь решающего значения. Как это чаще всего бывает, истина, очевидно, лежит посередине: мутационная и тканевая теории канцерогенеза дополняют одна другую и могут быть использованы для создания единой теории происхождения злокачественных опухолей.
Рост и развитие опухоли находятся в несомненной зависимости от состояния реактивности организма. Устойчивость к воздействию канцерогенов индивидуальна, в целом зависит от иммунитета и кор- релирует с общей сопротивляемостью организма. Доказана способность организма обезвреживать канцерогены до определенных пределов, чем и определяется различие в дозе и сроках их воздействия, вызывающих в итоге развитие опухоли. Это стало совершенно очевидным, когда в опухолевых клетках были открыты специфические опухолевые антигены, причем разные в различных опухолях. Клетки опухоли, содержащие чужеродные организму антигены, вызывают в нем образование гуморальных противоопухолевых антител, однако их роль в развитии защитного противоопухолевого иммунитета незначительна.
Гораздо большее значение имеет клеточный иммунитет, развивающийся по типу трансплантационного иммунитета. Морфологически этот процесс проявляется накоплением в строме опухоли и особенно в пограничной с опухолью ткани иммунокомпетентных клеток: Т- и В-лимфоцитов, плазматических клеток, макрофагов. Клинико-мор-
фологические наблюдения показывают, что в тех случаях, когда строма опухоли богата иммунокомпетентными клетками, опухоль развивается медленно. При отсутствии такой инфильтрации опухоли растут быстро, и рано наблюдается метастазирование. Кроме того, замечено, что на ранних стадиях развития опухоли, еще до появления метастазов, отмечаются признаки антигенной стимуляции в регионарных лимфатических узлах в виде гиперплазии лимфатических фолликулов с увеличением размеров их центров размножения. Установлено также, что лимфоциты крови больных с опухолевым процессом обладают непосредственным цитотоксическим действием по отношению к клеткам опухоли, разрушая их в культуре ткани.
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ РАКА (А.Е.Черезов) - 1997 год
П Р Е Д И С Л О В И Е
Борьба со злокачественными новообразованиями является не только одной из наиболее актуальных проблем в медицине и био-логии, но и затрагивает многие аспекты социальной жизни обще-ства. Среди причин смерти людей в большинстве промышленно развитых стран злокачественные новообразования занимают 2 - 3-е место. В мире ежегодно заболевает злокачественными новооб- разованиями 6 млн. человек, а в 2000 г. лечения потребуют
10 млн. страдающих этими заболеваниями (Parkin et al., 1984; Muir, 1986). Динамика смертности от злокачественных опухолей за два десятилетия также неутешительна: результаты анализа по-казали, что число мужчин, погибших от рака в промышленно развитых странах, реально возросло на 40% (WHO. Cancer incidences..., 1985).
Отвечая на вопрос критиков: стоит ли бороться за жизнь, ко-торую ценой больших усилий может даровать врач больному, ес- ли жизнь бывает так мрачна, - известный французский онколог Ж.Матэ (Mathe, 1977) ответил, что больные раком спрашивают себя не как они будут жить, а может ли врач дать им надежду на жизнь.
Людям нужна информация, которая была бы в состоянии удовлетворить их потребности, на основе которой можно найти более эффективный способ лечения рака. Новый подход к опухо-леобразованию - это реальная возможность сделать шаг вперед в лечении рака, достичь заветной цели, тем более что речь идет о новой теории рака, изменяющей традиционные взгляды.
Каково современное понимание природы и механизма рака в теории онкогена? Согласно авторам монографии по молекуляр-ным основам канцерогенеза (Киселев и др., 1990, с.268), «пол-ная и последовательная картина генетических процессов, приво-дящих клетку к опухолевой трансформации, пока отсутствует...
Природа этих изменений, факторы, стимулирующие эти измене-ния... пока еще остаются (в большинстве случаев) загадкой... ка-ковы же конкретные молекулярные механизмы превращения нормальной клетки в опухолевую? Авторы вынуждены констати-ровать, что прямого ответа, естественно, они дать не могут». Как видим, картина не столь оптимистична. Но, несмотря на неяс-ность по ряду вопросов, большинство ученых считают, что в ос-нове образования любой опухоли лежат необратимые изменения онкогенов ДНК в определенной популяции клеток.
Суть концепции онкогенов (Сейц, 1990) сводится к утвержде-нию, что источник злокачественного роста заключен в нормальной клетке, в ее геноме, однако инициирующий импульс приходит из-вне. В качестве причины трансформации рассматривается актива-ция под влиянием химических, физических, биологических факто-ров собственных генов (протоонкогенов), которые в норме контро-лируют пролиферацию, дифференцировку, созревание.
Активация протоонкогенов состоит в количественном или каче-ственном изменении их и кодируемых ими белков. С этим связаны молекулярно-генетические события: генная амплификация (умно-жение количества копий гена), транслокация (подставка под мощ-ный промотор) протоонкогенов, точковые мутации, реаранжиров-ка, инсерции в нуклеотидных последовательностях этих генов.
Однако порой экспериментаторы и теоретики занимаются сво-им делом, а клиницисты своим, отсутствует состыковка между теорией и экспериментальными данными. По признанию ряда ав-торов, в клиническом плане теория онкогена слабо работает либо недостаточна для осмысления всего накопленного материала.
Эта противоречивая ситуация, когда, с одной стороны, про-возглашается почти полная победа молекулярно-генетической те-ории, а с другой стороны, признается ее слабость в практическом плане, неспособность объяснить клиническую картину опухолеоб-разования, заставила автора данной монографии искать тайну механизма трансформации в совершенно другом направлении, что привело в результате к построению тканевой теории рака (Черезов, 1987, 1990, 1993).
Для построения общей теории канцерогенеза необходимо было выявить механизм «общего знаменателя», который унифицирует действие различных канцерогенов, нивелирует разнообразие фак-торов и приводит к единому конечному результату. Как оказалось, этот механизм общего знаменателя находится не в клетке, как пред-полагалось ранее, а связан с тканевым гомеостазом, его неспецифи-ческой реакцией в виде компенсаторной пролиферации.
Сложившееся воззрение, что механизм рака обусловлен необ-ратимой патологией генома клетки, мутацией онкогенов, - раз-рушено, а вместе с ним разрушен и теоретический фундамент ба-
зовых представлений онкологии, ее основного доминирующего направления.
Как можно обосновать идею нового подхода, тканевой тео-рии? Краеугольный камень тканевой теории состоит в решении вопроса о механизме контроля, пролиферации и уровне, на кото-ром она контролируется. Общепризнано, что причиной опухоле-образования является нарушение контроля пролиферации. В тра-диционном молекулярно-генетическом подходе предполагается, что нарушение контроля пролиферации обусловлено повреждени-ем генома клетки, например мутациями в 3 - 4 онкогенах или иными необратимыми изменениями генома. Однако из факта на-рушения контроля пролиферации не следует с необходимостью и однозначно, что оно обусловлено нарушением генетического кон-троля. Дело в том, что контроль пролиферации в ткани осущест-вляется двумя различными механизмами: на генетическом уровне и на уровне тканевого гомеостаза. Однако синхронизировать и коррелировать митотическую активность разных групп клеток от-носительно друг друга на уровне генетического контроля отдель-ной клетки невозможно, поскольку необходима регуляция над-клеточной тканевой системы; данную регуляцию осуществляет тканевый гомеостаз.
Возникает альтернатива в подходах: либо механизм рака свя-зан с нарушением генетического контроля, либо он обусловлен нарушением тканевой регуляции. Как доказать, какой из двух принципов нарушения лежит в основе опухолевой трансформа-ции? Очевидно, теория, построенная на основе разных принци-пов, будет давать различные следствия, которые будут подтверж-даться экспериментальными данными либо опровергаться ими.
Нетрудно заметить, что из теории, основанной на нарушении тканевой регуляции, следует, что трансформация клетки должна носить обратимый характер, т.е. опухолевые клетки при индук-ции дифференцировки должны нормализоваться, теряя злокаче-ственные признаки. Из теории, основанной на нарушении генети-ческого контроля в результате необратимых изменений онкоге-нов, следует, что нормализация опухолевых клеток - это нон-сенс, парадокс, который противоречит теории и не должен иметь места. С этой точки зрения теория онкогена противоречит дан-ным по нормализации раковых клеток при дифференцировке. Симптоматично, что даже очевидные факты по нормализации опухолевых клеток в рамках теории онкогена интерпретируют как фенотипическую нормализацию, не допуская возможности полной (генетической) нормализации, поскольку в этом случае теория онкогена опровергается.
Однако тканевая теория не отбрасывает теорию онкогена, а включает в себя ее основную идею о патологической активизации
онкогенов как причине злокачественности раковой клетки. В то же время эта идея видоизменяется, препарируется в тканевой мо-дели, получает иную интерпретацию на другой основе. В ходе анализа выявилось, что свойства опухолевых клеток, которые идентифицировали как злокачественные, обнаруживаются в нор-мальных клоногенных стволовых клетках, поэтому при наруше-нии тканевого контроля они определяют опухолевый рост. Отсю-да следует, что эти свойства стволовых клеток необходимы, но не достаточны для развития опухоли, вторым условием транс-формации является нарушение механизма тканевого контроля. Становится ясно, что стволовые клетки являются потенциально злокачественными, при нарушении тканевого контроля они пере-ходят к злокачественному росту. Чтобы обосновать идею нового механизма трансформации, были проанализированы этапы исто-рии развития концепций, гипотез рака, основные клинические и экспериментальные данные и выявлена корреляция между ними и основными закономерностями опухолеобразования.
В ходе исследования проблемы стало ясно, что требованиям, которым должна удовлетворять общая теория канцерогенеза, от-вечает тканевая теория.
Анализ показал, что в теоретической онкологии неявно имеются два направления. Одно из них - традиционное, связывающее при-чину рака с генетическими повреждениями, другое - нетрадицион-ное, остающееся в тени доминирующих концепций, опирающееся на факты, которые не укладываются в основное направление. Это касается фактов, связанных с тканевыми изменениями в предраке, повышенной пролиферацией, нарушением дифференцировки, эмб-рионализацией и др. Тканевая теория опухолеобразования взяла на вооружение все рациональное, что создано в каждом из этих двух направлений. Новая модель канцерогенеза объединила на новой ос-нове современные концепции канцерогенеза и концепции, ставшие классическими в истории онкологии.
Проверка основных положений тканевой модели на большом клиническом и экспериментальном материале показала, что но-вая теория хорошо объясняет исходя из одного принципа основ-ные закономерности опухолеобразования, часть из которых не имела до сих пор рациональной интерпретации. Новый подход к раку позволил выяснить тайну природы и механизма гормональ-ного рака, который не имел объяснения в молекулярно-генетиче-ской теории.
Из тканевой теории логически вытекают связанные с ней и являющиеся ее составными частями концепция «канцерогенного профиля» и концепция «механизма общего знаменателя», кото-рые непосредственно ориентированы на клинические проблемы опухолеобразования. В рамках этих концепций удалось конкре-
тизировать понятие канцерогенного фактора, канцерогенности, т.е. выявить общий признак, общее трансформирующее свойство в различных канцерогенах.
Содержание понятия канцерогенности оказалось совершенно иным, чем его ранее представляли, включающим не только фак-тор - носитель канцерогенности, но и его «неосязаемую» временную структуру (интенсивность, режим воздействия), которая изменяет начальные свойства, часто не являющиеся сами по себе канцерогенными. Как оказалось, канцерогенность связана не с генотоксичностью, а с промоторным эффектом канцерогенов. Иначе говоря, потенциальный канцерогенный фактор становится таковым лишь в результате определенной структуры воздейст-вия, соответствующей канцерогенному профилю, что связано с восстановительными свойствами тканевого гомеостаза. Это и мно-гое другое читатель впервые откроет для себя.
На базе тканевой теории предложена новая концепция меха-низма СПИДа, которая решает основные проблемы множествен-ного поражения (иммунодефицита) клеток иммунной системы, не имевшие ранее объяснения. Новая концепция СПИДа позволяет выявить новые направления лечения этого заболевания.
Всем читателям этой книги будет интересно следить за по-строениями общей теории канцерогенеза, основанной на новом принципе трансформации.
Новая теория - это и другие методы борьбы с опухолями, это приближение к идеальному средству, названному принципом
«золотой пули», но на иной теоретической основе, поэтому прин-цип «золотой пули» видоизменяется.
Что касается формы изложения материала, то монография не является обзорной, приводимые факты носят больше иллюстра-тивный, схематичный характер, не претендующий на полноту ос-вещения вопросов. Акцент делается на логике взаимосвязи дан-ных, на системном, более углубленном анализе фактов, концеп-ций и строгости выводов, которые из них следуют. Именно эти вопросы теории оказались слабым местом, можно сказать - ахиллесовой пятой, на пути дальнейшего продвижения онколо-гии и методов лечения рака.
Целостность, полнота теоретической конструкции позволяют выявить системную детерминацию, вобрать в себя все рациональ-ное, установить корреляцию между основными группами данных. Логическая взаимосвязь между фактами создает необходимый кар-кас, где значение (семантика) отдельного факта (группы фактов) определяется в контексте взаимообусловленных данных. Доказа-тельство тех или иных положении, основанное на системной детер-минации, обладает рядом преимуществ, поскольку позволяет оце-нить, какие результаты истинны, а какие ложны, так как семантика
конкретного факта может войти в смысловое поле теории лишь оп-ределенным образом, исходя из детерминации целого.
В рамках тканевой теории удалось выяснить природу и меха-низм развития доброкачественных опухолей и их отличие от злока-чественных, по-новому осмыслить проблему предрака, выявить ме-ханизм гормонального рака, механизм вирусного канцерогенеза, лейкозов, по-новому подойти к проблеме опухолевого поля, поли-клональности. Рациональное объяснение основных проблем, а так-же проблем, ранее не имевших интерпретации, говорит о том, что новая теория хорошо работает, объясняя клинические и экспери-ментальные факты, чем выгодно отличается от теории онкогена.
В заключение хочу выразить благодарность тем людям, кото-рые определили возможность моей научной деятельности в веду-щих научных учреждениях страны: в МГУ, во Всесоюзном био-логическом центре РАН в Пущино-на-Оке, в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, в Институте фи-лософии РАН и ряде других учреждений.
Моя первая научная работа была посвящена изучению измене-ния ядерных белков печени крыс под воздействием ß-нафтола и за-щитной функции витамина А. Работа велась под руководством крупного специалиста в области витаминологии проф. К.М.Леут-ского. Часть этой работы была проделана на базе Межфакультет-ской лаборатории биоорганической химии им. А.И.Белозерского (корпуса «А») МГУ под руководством канд. хим. наук, зав, отде-лом изотопов Е.П. Сенченкова. Я признателен всем, кто помогал мне в этой работе и моем дальнейшем научном росте. Большая по-мощь при подготовке рукописи мне была оказана доцентом, канд. биол. наук биофака МГУ К.Л.Тарасовым. Были учтены также цен-ные советы и замечания профессора Г.Х. Шингарова и старшего на-учного сотрудника лаборатории биохимии опухолей ВОНЦ АМН РАН докт. мед.наук М.А.Шлянкевича, а также докт. мед.наук, профессора, лауреата Государственной премии СССР A.B. Чакли-на. Выражаю им огромную благодарность и признательность за оказанную помощь, рекомендации и рецензии.
Москва, 1997 г.
А.Е. Ч срезов
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ КАНЦЕРОГЕНЕЗА
Ранний этап онкологических воззрений: теория Вирхова, Конгейма, Фишер-Вазельса
В 1773 г. Лионская академия во Франции объявила конкурс на наиболее точное определение рака как болезни. Первое место было присуждено автору формулировки: «Эту болезнь так же трудно определить, как и лечить». Одно из первых упоминаний о раке мы находим в знаменитом «Папирусе Эдвина Смита», от-носящемся к 2500 г. до н.э. и названном по имени ученого, рас-шифровавшего его. Обожествленный еще при жизни египетский жрец-врач Имготеп дает такое описание и наставление: «Если ты осматриваешь женщину и находишь у нее в груди плотную вздувшуюся опухоль, а грудь прохладная и нет лихорадки, если в груди нет зернистости и из соска не течет жидкости, а при на-давливании она не меняет своего размера и женщина не вскрики-вает от боли, то болезнь, с которой тебя зовут бороться, лечения не имеет» (см.: Чаклин, 1990).
В XII в. до н. э. в Китае во времена династии Инь уже было известно о болезни аи - этим термином и сегодня в Китае обоз-начают рак. В эпоху династии Сун (960 - 1279) появились кни-ги «Книга сокровищ Вэйцзи» и «Медицинский справочник дома Жэнь», в которых имеется следующее описание: «Аи возникает под кожным покровом и уходит в глубь тканей. При вскрытии опухоль напоминает внутреннюю часть карстовой пещеры, не-большие бугорки с заостренными кончиками, иногда голубого цвета, выступающие подобно вылезшим из орбиты глазным ябло-кам, Их ядовитые корни прорастают глубоко в тело». Подробно
описаны раковые опухоли в «Папирусе Эберса», относящемся к 3730-3710 гг. до н. э.
У древних индусов мы впервые встречаем разделение опухо-
лей на злокачественные и доброкачественные. В индийских свя-щенных книгах - ведах - мы находим описание опухолей, а также указание, что они подлежат иссечению. Наибольший вклад в развитие древней онкологии внесли Гиппократ и Абу Ибн Сина (Авиценна). В классическом сочинении Авиценны «Канон меди-цины» (XI в.), в течение 600 лет бывшем настольной книгой всех медиков, учитель Востока указывал, что необходимо не про-пустить начальную стадию этой болезни, а если удалять опухоль, то в пределах здоровых тканей. Авиценна в основном писал о на-ружных опухолях и, как и Гиппократ, предлагал прижигать их раскаленным железом.
Встречаем мы описание этой болезни и в древних источниках на территории Руси. Так, среди уникальных рукописей Ипатьев-ского монастыря под Костромой была найдена летопись 1287 г, в которой рассказывается о болезни князя Галицкого. Летописец подробно дает описание рака нижней губы.
Мы еще будем возвращаться к вопросам истории развития пред-ставлений о природе рака в доэкспериментальный период. Перей-дем теперь к современному состоянию проблемы и очертим пробле-матику. Несмотря на значительный прогресс, связанный с развити-ем молекулярной онкологии, полная и последовательная картина генетических процессов при раке пока отсутствует. Общим являет-ся представление, согласно которому в основе образования любой опухоли лежат необратимые изменения некоторых генов ДНК в оп-ределенной популяции клеток. При этом природа этих изменений, факторы, стимулирующие изменения, специфичность их действия пока остаются загадкой (Киселев и др., 1990).
Однако имеются альтернативные подходы - не все концеп-ции канцерогенеза связывают причину трансформации с генети-ческими нарушениями. Следует учесть, что в молекулярно-гене-тической теории онкогенеза пока не выявлен механизм общего знаменателя, который должен объяснить, как различные канце-рогенные факторы унифицируются и в конечном итоге приводят к общему результату. Существующие концепции онкогенеза не охватывают всех известных фактов, что необходимо для построе-ния общей теории. Построение общей теории рака возможно на пути интеграции, на новой теоретической основе всех ведущих концепций, в которых имеется рациональный момент. Задача со-стоит в отборе концепций рака и выделении зерен истины в каж-дой из них, что предполагает выявление логически связанных,
«стыкующихся» положений, которые можно объединить в цело-стную непротиворечивую теорию.
В результате интеграции на новой основе можно будет устано-вить взаимосвязь между уровнем тканевых изменений в предраке и активизацией онкогенов в клетке как конечным результатом трансформации. Для решения ряда вопросов необходимо выйти на другой уровень организации, поскольку молекулярно-генети-ческая теория не учитывает тканевые изменения, в частности роль тканевого контроля пролиферации. Она исходит из пред-ставления, что механизм трансформации полностью познаваем на уровне генома клетки. По всей видимости, назрела необходи-мость подвергнуть критике этот постулат и отойти от традицион-ных представлений, которые сковывают дальнейшее продвиже-ние в исследованиях механизма опухолеобразования.
Необходимость перехода на тканевый уровень с целью выяв-ления механизма канцерогенеза можно обосновать следующим образом. В настоящее время роль пролиферации при канцероген-ном воздействии сводят к увеличению пула молодых клеток, в результате чего повышается вероятность нужных мутаций, опре-деляющих трансформацию. При этом не учитывается роль омо-ложения клеток с точки зрения разрушения структуры и функ-ции тканевого гомеостаза, который контролирует пролиферацию и дифференцировку клеток. Однако длительное омоложение тка-ни в результате канцерогенного воздействия приводит к искаже-нию тканевой системы регуляции пролиферации, в этом состоит альтернативный механизм трансформации. Воспроизводство, ре-генерация тканей осуществляется за счет деления стволовых кле-ток, которые обладают полным набором потенциально «злокаче-ственных» свойств, они минимально дифференцированы, клоно-генны, иммортализованы, обладают автономным делением (аутокринная стимуляция митоза), и у них имеются активизиро-ванные онкогены. Митотическая активность стволовых клеток и пролиферации в целом контролируется тканевым гомеостазом, поэтому при его нарушении эти клоногенные клетки переходят к неконтролируемому опухолевому росту. Такой механизм рака, основанный на повреждении тканевой системы контроля, хорошо объясняет способность опухолевых клеток нормализоваться при дифференцировке, т. е. явление обратимости трансформации.
Возможны два подхода к построению общей теории рака. Ли-бо на основе анализа фактов строить теорию заново, как бы на-чиная с нуля, либо, анализируя историю становления, развития концепций канцерогенеза, попытаться путем их интеграции выя-вить целостную структуру. Очевидно, что существующие концеп-ции не следует рассматривать как взаимоисключающие, они мо-гут находиться в отношении взаимодополняющих. И первый, и второй вариант должен привести к одному и тому же результату.
Совпадение результатов явится доказательством, подтверждаю-щим правильность новой концепции.
Обратимся к начальным этапам становления теоретической онкологии. У истоков современных концепций онкогенеза стояли две теории. Это теория раздражения Р.Вирхова (1867) и теория зародышевых зачатков Конгейма (Cohnheim, 1877). На основе большого клинического материала Вирхов высказал предположе-ние об этиологическом значении повторных механических и хи-мических повреждений для возникновения раковых опухолей. Вирхов допускал возможность прямого раздражения в качестве причины опухолевого роста, ускоряющего процессы деления кле-ток в этих участках. Это положение учения Вирхова подверга-лось возражениям, отрицалась возможность формативного роста, ускоряющего влияния каких-либо раздражителей. Однако при изучении действия половых гормонов стало ясно, что их влияние приводит к гиперпластическим изменениям в некоторых нор-мальных органах, например в молочных железах, в матке, в ва-гине и в гипофизе при беременности. Синтетические химические андрогены вызывают пролиферативные изменения в предстатель-ной железе, а эксперименты Лакассаня (Lacassagne, 1947) пока-зали развитие бурной гиперплазии эпителия молочных желез да-же у самцов после повторных впрыскиваний эстрогенных гормо-нов, а затем возникновение раковых опухолей молочных желез. В настоящее время хорошо известно, что применение химических раздражителей, например полициклических углеводородов, вы-зывает диффузную пролиферацию клеток.
Ростоускоряющее действие различных раздражителей - как экзогенных, так и эндогенных - является достоверным, и оче-видна его связь с опухолевым ростом. Оценивая теорию Вирхо-ва, многие онкологи считают, что слабой стороной представления о раздражении как этиологическом факторе в возникновении ис-тинных опухолей является недостаточная определенность поня-тия раздражения, оно мало помогает пониманию приписываемого ему опухолеродного действия, так как не всякие виды раздраже-ния приводят к возникновению опухолей. Почему так происхо-дит, т.е. какова причина неоднозначности, объясняется в концеп-ции канцерогенного профиля, которая будет рассмотрена далее.
Акцентируя внимание на факторе раздражения, в результате которого усиливается пролиферация, концепция Вирхова высту-пает в качестве модели, описывающей начало механизма транс-формации, поэтому она дополняет теорию зародышевых зачатков Конгейма. Последний предполагал, что все истинные опухоли об-разуются из зародышевых зачатков, оставшихся без употребле-ния в период возникновения и роста зародыша. Концепция Кон-гейма в определенном смысле близка современной концепции
стволовых клеток. Развитию опухоли, как известно, предшеству-ет длительный период омоложения, эмбрионализации тканей за счет нарушения дифференцировки стволовых клеток, которые, подобно зародышевым клеткам, обладают огромной пролифера-тивной способностью.
С этой позиции теория Вирхова описывает условия, при кото-рых эмбрионализированные клетки в результате омоложения разрушают тканевую структуру и функцию гомеостаза, выходят из-под контроля. Таким образом, эти теории породили две идеи, входящие в арсенал современных концепций. Это идея о том, что хроническая пролиферация имеет прямое отношение к раку, и идея о роли стволовых клеток в опухолеобразовании.
Остается неясным, почему ускоренная пролиферация способ-ствует опухолеобразованию, являясь причиной, согласно новой теории рака, выхода из-под контроля стволовых клеток. Этот вопрос будет постепенно раскрываться с разных сторон в ходе изложения материала.
Следующий аспект опухолеобразовании связан с ролью разви-вающейся анаплазии ткани (снижением дифференцировки кле-ток), что приводит к относительной самостоятельности опухоле-вого очага. Многие авторы на основе экспериментального матери-ала показывают, что возможность обратного развития дифферен-цированных клеток сомнительна, гораздо рациональней это явле-ние объясняется недоразвитием, нарушением дифференцировки молодых клеток, появившихся в результате деления стволовых клеток. Об этом свидетельствуют данные о способности раковых клеток проходить дифференцировку, теряя злокачественные свойства, а также данные о потере дифференцированными клет-ками способности к делению.
Чтобы оценить онкологический смысл, значение омоложения тканей, необходимо учесть те изменения, которые происходят в системе тканевого гомеостаза в результате нарушения дифферен-цировки. 4Социальность» клетки, способность контролироваться со стороны ткани является, как показывают данные, результатом созревания. На клеточной поверхности появляются различные рецепторы, улавливающие регулирующие сигналы, клетка теряет способность делиться и переходит к производству тканеспецифи-ческих белков и выполнению тканевых функций. Обратный про-цесс омоложения клеточного состава приводит к автономности клеток и неконтролируемому росту. Идея роли омоложения (эм-брионализации клеток) как причины канцерогенеза родилась давно, однако она не была обоснована, не получила завершенной формы, поэтому и не стала конкурирующей моделью. Она высту-пает с позиции современного взгляда не как самостоятельный фактор, а как дополнительное условие усиления мутационного
процесса. Наметившаяся альтернатива, связанная с этим факто-ром, должна быть еще развита и обоснована. Итак, уточним эти идеи. Согласно первой идее, злокачественные свойства раковой клетки есть результат мутаций онкогенов, согласно второй - трансформация обусловлена эмбрионализацией клеток, которые разрушают тканевый гомеостаз, что приводит к неконтролируе-мому росту стволовых клеток. Результат в виде неконтролируе-мого опухолевого роста при нарушении тканевого контроля отли-чается от результатов нарушения генетического контроля, что по-зволяет проверить, какой механизм верен. Обратимость транс-формации клетки в результате индуцирования дифференцировки опровергает представление о необратимых повреждениях генома в качестве механизма трансформации.
Продолжим рассмотрение концепций рака, ставших этапами в истории онкологии. Регенерационно-мутационная теория Б.Фи-шера-Вазельса (1929) делает акцент на особом значении регене-рации клеток для онкогенеза. В результате регенерации появля-ются молодые размножающиеся клетки в местах воздействия канцерогена. Как считал Фишер-Вазельс, регенерация - это
«чувствительный период»· в жизни клеток, когда может произой-ти трансформация. Однако регенерация возникает лишь в виде реакций на происходящую дегенерацию под влиянием поврежда-ющих воздействий. Это обстоятельство заставляет учитывать са-мые различные факторы, вызывающие повреждения в клетках и тканях. Само превращение нормальных клеток в опухолевые со-вершается, по Фишер-Вазельсу, за счет изменений в метаструк-турах, т.е. в мельчайших частицах клеточного и межклеточного живого вещества. Позднее Фишер-Вазельс (1936) выдвинул ряд
«законов», определяющих патогенез злокачественных опухолей: закон латентного периода - начало действия какого-либо канце-рогенного фактора до появления признаков опухоли; закон пер-вичности тканевого повреждения с последующей длительной ре-генерацией; закон образования опухолевого зачатка с последую-щей малигнизацией. Оценивая теорию Фишера-Вазельса, можно сказать, что она верно акцентировала внимание на регенерации как результате повреждения клеток канцерогенами, но роли про-лиферативной реакции вскрыть не смогла, сам механизм рака ос-тавался неизвестен.
Идеи Конгейма получили дальнейшее развитие в учении Риб-берта (Ribbert, 1914) о возникновении опухолевых зачатков не только в эмбриональном, но и в самостоятельном периоде жизни людей и животных. Рибберт заимствовал из теории Конгейма его основную мысль о возникновении опухоли из предварительно об-разующихся опухолевых зачатков, но отказался от положения об обязательном возникновении зачатков в эмбриональном периоде
жизни. Зачатки могут возникать, по предположению Рибберта, на почве травм и воспалительных процессов. Под влиянием вы-ключения клеточных групп из их анатомо-физиологических свя-зей и возникает та «автономность» зачатков, которая обеспечива-ет неконтролируемый рост. Он подчеркивал, что истинные опу-холи в отличие от инфекционно-воспалительных пролифератов растут «из самих себя». Другое важное положение состоит в том, что группа клеток должна оказаться в некоторой изоляции, ина-че говоря, должна уйти из-под влияния тканевого контроля.
В 60-х годах наиболее распространенной и согласованной счи-талась полиэтиологическая теория. Она связывала появление опухолей с самыми разнообразными вредными влияниями на ор-ганизм - как местными, так и общими. Патогенез опухолеродно-го превращения рассматривается как результат регенераций, сле-дующих за повторными повреждениями. Эта теория основыва-лась на том, что различные вредные воздействия могут порож-дать в тканях мельчайшие несмертельные повреждения, что вы-зывает компенсаторные повторные регенерации. Однако они при-водят к опухолеобразованию только в тех случая, когда повреж-даются одновременно нервная или гормональная системы, кото-рые поддерживают нормальные взаимоотношения между всеми компонентами тканей в организме, обеспечивая нормальный рост и размножение клеток. Многие онкологи предполагали, что в ос-нове опухолеродного клеточного размножения лежат изменения обмена веществ, белкового и углеводного. Уже хорошо было из-вестно, что при индукции опухолей различными факторами воз-никают дистрофические пролифераты, способные к неорганиче-скому разрастанию. Следующий существенный момент состоит в том, что имеется определенное соответствие между дозой канце-рогенного воздействия и силой опухолеродного эффекта. По мне-нию ряда авторов, это опровергает положение вирусогенетиче-ской теории о том, что канцерогенное действие осуществляется одними опухолеродными вирусами, поскольку в этом случае не было бы корреляции с дозой канцерогена. С нашей точки зре-ния, наличие зависимости канцерогенного эффекта от дозы и промежутков нанесения канцерогена ставит проблему структуры или режима канцерогенного воздействия как необходимого усло-вия трансформации. Факт наличия такой структуры, параметры которой можно в каждом конкретном случае установить эмпири-чески (для разных тканей и канцерогенов она различна), говорит о наличии некоторого механизма в ткани, т.е. необходимая структура воздействия является отражением структуры гомеоста-за ткани. Иначе говоря, структура канцерогенного воздействия, необходимого для индуцирования опухоли, будет отражать пара-
метры тканевого гомеостаза, его свойства восстанавливаться по-сле повреждения.
Отметим, что постановка вопроса о наличии на тканевом уровне структуры, которая определяет режим канцерогенного воздействия, необходимого для развития опухолеобразования, является новым подходом к механизму опухолеобразования. Это означает, что механизм трансформации определяется не мутация-ми в клетке, а тканевой системой контроля пролиферации. Воз-никает определенная симметричность между необходимым канце-рогенным профилем и свойствами тканевого гомеостаза.
В 1923 г. О. Варбург (Warburg, 1926) обнаружил высокую скорость образования молочной кислоты раковыми клетками и пришел к заключению, что способность получать энергию за счет
«молочнокислой ферментации» глюкозы и расти за счет энергии этого процесса является главной биохимической характеристикой раковых клеток. Первичной причиной рака, по его мнению, яв-ляется замещение дыхания кислородом в нормальных клетках те-ла ферментацией сахара. Варбург, к сожалению, не вышел на центральную проблему - механизм, контролирующий деление нормальных клеток и утрачивающийся при раке. Приведем точку зрения И.Ф.Сейца и П.Г.Князева (1986, с.15), они пишут: «Не-сомненно, различия в энергетическом обмене, открытые Варбур-гом, важны, однако, будучи таковыми, они находятся на уровне биохимической организации клетки и недостаточно глубоки, что-бы касаться сердцевины проблемы рака, неконтролируемого рос-та... Первичную причину следует искать на уровне контроля ген-ной экспрессии, детали которой пока неизвестны». Это замеча-ние авторов имеет принципиальное значение, однако, с нашей точки зрения, исходя из положения о нарушении контроля про-лиферации.нельзя сделать однозначный вывод, что оно обуслов-лено нарушением генетического контроля.
Чтобы разобраться в этом вопросе и смысловой неоднозначно-сти, рассмотрим следующий пример. Представим в качестве схе-мы систему, состоящую из относительно автономных подсистем, где каждая подсистема обладает собственной системой регуля-ции. Регуляцию на уровне подсистемы обозначим первым уров-нем регуляции, а на уровне целостной системы - вторым уров-нем контроля. Синхронизировать функционирование системы как единого целого можно с помощью механизма контроля второ-го уровня, поскольку регуляция на уровне подсистемы не рас-пространяется на всю систему. Если бы это было не так, то под-системы вступили бы в конкурентные взаимоотношения друг с другом за контроль над системой. Если вместо абстрактных сис-тем рассмотреть тканевый гомеостаз, осуществляющий контроль пролиферации, а вместо подсистемы - регуляцию клетки на
уровне генома, то становится понятным, почему нарушение конт-роля пролиферации при опухолеобразовании связывается в но-вой теории с тканевым контролем, а не с генетическим.
Можно привести в качестве примера соображение эволюционно-го характера. В том, что трансформация зависит от стабильности тканевого гомеостаза, есть своя логика. Если бы генетические мута-ции определяли трансформацию, то организмы постоянно бы боле-ли раком. Система тканевого гомеостаза более надежна, так как не зависит от единичного события в клетке, а основывается на динами-ке воспроизводства клеточных популяций, т.е. интегративного ре-зультата функционирования большой совокупности клеток.
С другой стороны, если бы генетические мутации ускоряли деление одноклеточных организмов, то генетически аномальные организмы получали бы эволюционное преимущество. Это ставит вопрос о неоднозначности представления о развитии рака за счет мутации в отдельной клетке.
Хотя эти аргументы носят характер общего соображения, они подчеркивают неочевидность, проблематичность традиционного подхода к трансформации в результате генетических нарушений за счет неспецифического воздействия различных канцерогенных факторов, что не укладывается в представление о специфичности молекулярно-генетических взаимоотношений. Может возникнуть вопрос: почему речь идет о неспецифическом воздействии, отку-да это следует? Очевидно, что такое большое количество канце-рогенов, различных по природе, не имеет общего специфического свойства.
Из работ Варбурга известно, что гликолиз клеток тела макси-мален на наиболее ранних стадиях эмбрионального развития, но постепенно падает по мере дифференциации эмбриона. Целый ряд характеристик дифференцированной клетки исчезает вовсе в процессе дедифференцировки. Поэтому изменение дыхания, с нашей точки зрения, - это не причина рака, а следствие омоло-жения клеток, а именно результат изменения состава ферментов; это можно обосновать тем, что аналогичные изменения наблюда-ются при регенераторных процессах.
Мы коснулись некоторых аспектов основ теории канцерогене-за, и именно в этом вопросе необходимо сделать принципиальные изменения. Выражая общую позицию по этому вопросу, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев (1986, с.35) пишут: «Поскольку основ-ной функцией неопластических клеток является их воспроизведе-ние, а материальным субстратом этого процесса служат нуклеи-новые кислоты, именно в этой категории веществ клетки можно было бы в первую очередь ожидать изменений при раковом и лейкозном перерождении в отношении как химизма, так и обмен-ных превращений... Можно поэтому ожидать, что решающие от-
крытия в области выяснения природы неоплазм придут именно из сферы изучения состава, структуры и превращения нуклеино-вых кислот. Это явилось бы логическим завершением длительно-го пути и торжеством того направления мысли, которое признает изменение в генетическом материале в качестве первичного им-пульса ракового или лейкозного перерождения».
В чем ошибка в этих кажущихся безупречными выводах? Не-смотря на то что материальным субстратом воспроизведения клетки являются нуклеиновые кислоты, это не означает, что ме-ханизм контроля пролиферации в ткани осуществляется на уров-не генома клетки. За скобки выносится механизм тканевого конт-роля. Этот вопрос и представляет ту альтернативу подхода, кото-рая была не видна ввиду кажущейся однозначности, очевидности традиционного подхода. Какие факты могут подтвердить или оп-ровергнуть концепцию нарушения контроля пролиферации? Очевидно, если нарушение контроля обусловлено выходом из строя тканевого гомеостаза, то раковые клетки должны обладать способностью нормализоваться в результате стимуляции диффе-ренцировки. Если нарушение происходит на уровне генома в ви-де мутаций или иных необратимых изменений генома, то транс-формация должна быть необратимой. Данные по нормализации опухолевых клеток при дифференцировке (Швембергер, 1987) подтверждают первую концепцию, т.е. при дифференцировке ра-ковые клетки теряют злокачественность и нормализуются, что было бы невозможным, если бы трансформация была обусловле-на необратимыми изменениями генома. Второй аргумент состоит в том, что необратимые изменения генома привели бы к необра-тимому блокированию (нарушению) дифференцировки, посколь-ку данные не подтверждают этого, то опровергается механизм трансформации за счет мутаций.
Концепция «конвергенции» и «дивергенции» опухолевой прогрессии
Важное значение в понимании механизма канцерогенеза занима-ет концепция «конвергенции» J.Greenstein (1951) (см: Сейц, Кня-зев, 1986). Этот крупный ученый развил представление о приобре-тении опухолями некоторых общих биохимических свойств. Это от-носится к энзимам и другим качествам опухолевых клеток. Данное направление основывается на том факте, что в процессе опухолеоб-разования имеет место прогрессирующая дедифференцировка
Каждой нормальной клетке присущ ряд морфологических и биохи-мических особенностей, позволяющих выполнять в ткани физиоло-гические функции. Наряду с фундаментальными процессами энер-гетики, роста ей присущи специфические процессы, характерные для данной ткани. Прогрессирующая дедифференцировка приво-дит к утрате специфических ферментов, в неоплазмах сохраняются лишь энзиматические системы, обеспечивающие необходимые для выживания функции поставки энергии и размножения. В результа-те прогрессии опухоли уподобляются друг другу. Автор пришел к заключению, что неоплазмы различного происхождения более сходны морфологически и биохимически, чем каждая из них со своей нормальной тканью. Данные показывают, что существует корреляция между снижением активности специфических фермен-тов и скоростью роста опухоли.
Оценивая гипотезу «конвергенции», В.С.Шапот (1975) отме-тил, что гипотеза об унификации обмена веществ опухолей раз-личного гистогенеза верна, но не полностью. Огромный экспери-ментальный материал свидетельствует о существовании и обрат-ной тенденции - фенотип отдельно взятой клетки злокачествен-ной опухоли оказывается уникальным, а спектр биохимических характеристик - неповторимым, включающим в себя каждый раз иные комбинации отклонения от нормы. Возникает противо-речие между тенденциями развития, уподобления и увеличения разнообразия свойств. Как примирить эти несогласующиеся тен-денции? С нашей точки зрения, эти противоречивые направления изменений можно примирить путем соотнесения той или иной тенденции со степенью прогрессии, т.е. фазой опухолеобразова-ния. Очевидно, что гипотеза «конвергенции» верна не только для всего переходного состояния опухолеобразования, а для опу-холей, далеко продвинутых в направлении дедифференцировки. Эта же гипотеза неверна для начальных и промежуточных фаз развития, поскольку в этих состояниях спектр разнообразия свойств увеличивается за счет появления клеток, находящихся в разной фазе дифференцировки. Разброс свойств будет минималь-ным, когда все клетки будут дифференцированы либо недиффе-ренцированы. Другой аспект увеличения разнообразия в опухо-левой прогрессии связан с тем, что промежуточные состояния дифференцировки клетки с точки зрения реализации генетиче-ской программы могут соответствовать другим тканям, как это происходит в процессе эмбриогенеза, когда организм «проходит» программы других видов. Эта аналогия объясняет, почему в опу-холи могут обнаруживаться клетки, характерные для других тка-ней. Таким образом, аргумент В.С.Шапота справедлив, но отно-сится к другой стадии опухолеобразования, поэтому он не проти-воречит концепции «конвергенции».
Делеционная гипотеза
При анализе канцерогенеза, вызванного азокрасителями, было обнаружено, что происходит связывание диметиламиноазобензола с цитоплазматическими белками печени. В ходе канцерогенеза со-держание клеточного белка, реагирующего с красителем, постоян-но убывает до полного исчезновения его в сформировавшейся гепа-томе. Было высказано предположение, что с канцерогеном связы-ваются белки, контролирующие рост. -«Выпадение» этих регуля-торных белков приводит к неограниченному росту. Дальнейшие ис-следования не внесли ясности в понимание значения этой группы белков в химическом канцерогенезе. Так, было показано, что в ходе канцерогенеза кожи мышей полициклическими углеводородами происходит аналогичный процесс связывания и исчезновения бел-ков. Из этих фактов был сделан вывод: соединение канцерогена с определенным цитоплазматическим белком вызывает необратимое изменение или потерю этого белка, что играет решающую роль в канцерогенезе. Предполагали, что утрата белка снимала торможе-ние деления ядра и способствовала опухолеобразованию.
Оценивая эту модель канцерогенеза, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев (1986) отметили, что до сих пор не удалось привести достаточно убедительных доказательств гипотезы «выпадения», они пишут:
«Канцерогены связываются не только с белками, но и с другими компонентами клетки, и прежде всего с нуклеиновыми кислота-ми, именно на это следует обратить внимание» (с.39).
К сожалению, теория онкогена не внесла ясность относитель-но этой гипотезы, и имеются основания не согласиться с интерп-ретацией и оценкой, которую дают И.Ф.Сейц и П.Г.Князев.
В чем суть проблемы выпадения белка, каков механизм этого яв-ления? Очевидно, можно иначе объяснить феномен «выпадения»? Решение этой проблемы содержится в вышеприведенной концеп-ции «конвергенции», точнее, в одном из ее аспектов. Суть состоит в том, что прогрессирующее омоложение, которое наблюдается при канцерогенезе, и соответственно дедифференцировка клеток связа-ны с постепенным снижением количества синтезируемых тканеспе-цифических белков. В результате дедифференцировки меняется ферментативный спектр в сторону уменьшения количества синтези-руемых белков, до полного исчезновения некоторых из них. Это оз-начает, что снижение количества белка происходит не за счет свя-зывания с экзогенным фактором, а за счет эмбрионализации ткани. Канцерогены вызывают повышенную пролиферацию, а она опреде-ляет прогрессирующую эмбрионализацию ткани, в результате иска-жается спектр синтезируемых белков. Далее мы рассмотрим, как это влияет на механизм контроля пролиферации, а именно на структуру тканевого гомеостаза.
Эпигенетические концепции
Гипотезы, обосновывающие ведущую роль в неоплазии эпиге-нетических факторов, исходят из того, что наследуемые квазине-обратимые изменения могут происходить в ходе дифференциа-ции без изменения генетической информации. Например, эпиге-нетические последствия реакций п-гидрокси-эфиров аминов и амидов с аминокислотами (метионином, цистеином, тирозином, триптофаном) в белках и с гуанином и другими основаниями в различных РНК рассматриваются в качестве механизмов канце-рогенеза. Мысль, что такие реакции лежат в основе обратимости трансформации, была высказана лауреатами Нобелевской пре-мии Ф.Жакобом и Ж.Моно (Jacob, Monod, 1961). Вскоре она получила подтверждение в виде демонстрации быстрого эпигене-тического действия метилхолантрена в печени крыс. На основе этих реакций было сделано предположение, что опухоли могут возникать в результате действия потенциально обратимых абер-раций при дифференциации, которые являются результатом мо-дификации транспортных РНК, индуцированных канцерогенами. Чем же вызвано появление эпигенетических концепций, какие факты они объясняют? Появление концепций, не связывающих ме-ханизм трансформации с мутациями, основывается на данных по нормализации опухолевых клеток при стимуляции дифференци-ровки. С этой точки зрения эпигенетические концепции историче-
ски предшествуют тканевой теории и являются родственными.
В связи с явлением нормализации раковых клеток возникает проблема изменения оснований, принципа теории онкогена. С од-ной стороны, надо сохранить рациональное зерно теории онкоге-на, с другой - необходимо изменить принцип механизма транс-формации. Тканевая модель канцерогенеза сохраняет идею акти-визации онкогенов, но в другой форме, не за счет повреждений генома или белков, а в результате нарушения тканевого гомеоста-за и выхода из-под контроля клоногенных клеток, обладающих активизированными онкогенами. Тем самым можно отделить идею активизации онкогенов в стволовых клетках и выход их из-под контроля тканевой системы от идеи нарушения генома в ка-честве предполагаемой причины трансформации.
Существует ряд гипотез, выделяющих такой аспект, как ано-мальная экспрессия генов, сдвиг изозимного спектра в опухолях. S.Weinhouse (1972) (см: Сейц, Князев,1986) на эксперименталь-ных гепатомах изучал отклонение в генетической экспрессии, про-являющейся в изоэнзимных изменениях. Он пришел к выводу, что ошибочное программирование генетической информации является общей фенотипической чертой рака. Сюда же следует отнести появ-ление фетальных белков. Он считал, что гены, бывшие активными
в эмбриональном состоянии и репрессированные в ходе дифферен-цировки, реактивируются при раке. S. Wemhouse отмечают сущест-венные изменения в экспериментальных гепатомах различной сте-пени дифференцировки. С уменьшением степени дифференциров-ки гепатом активность глюкокиназы практически исчезает. В этой группе опухолей имеют место почти полное исчезновение высокоак-тивного и играющего ключевую физиологическую функцию в нор-мальной печени изозима и значительная дерепрессия изозимов, слабоактивных в зрелой печени. Эти данные соответствуют тако-вым эмбриональной печени (Ходосова, 1988).
Характерны изменения в экспериментальных гепатомах изо-ферментов альдолазы. Альдолаза А - доминирующая форма фермента в эмбриональной печени. Альдолаза В представляет единственную форму этого фермента в зрелой печени. С падени-ем степени дифференциации альдолаза А начинает появляться, и, подобно гексокиназным изоэнзимам, низкодифференцирован-ные гепатомы полностью теряют альдолазу В, которая замещает-ся высокоактивным изозимом альдолазы А.
Сходные трансформации происходят в гепатомах с ферментом пируваткиназой. В медленно растущих высокодифференцирован-ных гепатомах (9618 А) активность пируваткиназы высока, но низка в опухолях средней степени дифференцированное™ и практически отсутствует в быстрорастущих, низкодифференциро-ванных.
Как интерпретировать приведенные данные? Анализируя про-блему изменения ферментативного, белкового спектра опухолей в процессе прогрессии, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев пишут: «Рак ха-рактеризуется потерей контроля хозяина над клеточной пролифе-рацией. 4Обратной стороной медали» являются нарушение диф-ференциации и сопутствующие этому изменения в экспрессии от-дельных важных в функциональном отношении генов... Делалось много попыток найти связь между пролиферативными процесса-ми опухолей и их энзиматическими активностями, однако безус-пешно. Это и понятно, так как простое определение валовых эн-зиматических активностей часто не выявляет тонких и глубоких сдвигов, определяемых измененной молекулярной структурой от-дельных изоэнзимных компонентов» (с.43). Мы привели данную точку зрения, чтобы сопоставить ее с интерпретацией этих про-цессов с позиции тканевой модели. Можно не согласиться с тем, что нарушение дифференцировки является «обратной стороной медали» нарушения контроля пролиферации. С нашей точки зре-ния, здесь перепутаны причина со следствием в последовательно-сти событий. Предшествует ли дедифференцировка трансформа-ции или наоборот? С нашей точки зрения, нарушение дифферен-цировки предшествует трансформации, поскольку омоложение
ткани - характерный признак также регенераторных процессов, которые не обязательно переходят в опухолеобразование. При канцерогенном воздействии омоложение клеточного состава на начальных этапах является обратимым - при прекращении кан-церогенного воздействия ткань нормализуется. Это доказывает неспецифичность канцерогенного воздействия и неспецифичность начальной фазы опухолеобразования. Относительно связи проли-ферации при канцерогенном воздействии и энзиматических ак-тивностей можно предложить следующую модель. Известно, что ускоренная длительная пролиферация с необходимостью вызыва-ет омоложение клеточного состава за счет конкуренции между пролиферацией и дифференцировкой - клетки не успевают пройти дифференцировку. Поскольку состав ферментов, синтези-руемых стволовыми и дифференцированными клетками, разли-чен, то увеличение в ткани доли низкодифференцированных стволовых и коммитированных клеток изменит ферментативный спектр, о чем свидетельствуют рассмотренные выше данные. На-пример, эмбриональные антигены а-фетоглобулина определяются в нормальных тканях и могут количественно нарастать не только при раке, но и в регенерирующей печени, при гепатите и цирро-зе, а также в «пренеопластической» печени вскоре после начала скармливания канцерогенов (Абелев, 1971).
Что же является общим в различных канцерогенных факторах? Специалисты по химическому канцерогенезу считают, что спе-
цифические канцерогенные компоненты различных смол, сажи, масел, сигаретного дыма и бетельных орехов пока не раскрыты. С позиции молекулярно-генетической теории канцерогенность отождествляется с генотоксичностью. В настоящее время этот вопрос окончательно не решен.
Трудность в определении канцерогенных компонентов в пе-речисленных канцерогенах связана с тем, что канцерогенными могут быть механические повреждения или такой фактор, как имплантация сплошной пластинки в ткань. Механизм гормо-нального рака также не имеет объяснения в теории онкогена, поскольку гормоны, согласно общепринятой точке зрения, не относят к канцерогенам, так как они не являются генотоксиче-скими факторами (Дильман и др., 1989). Отметим, что гормо-ны вызывают рак лишь в том случае, когда они в избытке и действие их продолжительно. Очевидно, дело не в отдельном компоненте, обладающем канцерогенностью, а в самом характе-ре напряженного, длительного функционирования ткани, по-скольку повышенная функциональная нагрузка на ткань иници-ирует ускоренную пролиферацию, которая вызывает омоложе-ние клеток. Накопление таких клеток разрушает отлаженную воспроизводимую систему тканевого гомеостаза. Таким образом,
можно заключить, что общим канцерогенным фактором являет-ся длительный режим повышенной пролиферации, который раз-рушает систему тканевого контроля.
5. Проблема хронической пролиферации как фактора канцерогенеза в истории онкологии
В методологическом плане идея ускоренной пролиферации как фактора канцерогенеза обладает рядом преимуществ, по-скольку позволяет объяснить, как различные по природе канце-рогенные факторы приводят к единому результату.
Компенсаторная пролиферация неспецифична и выступает как защитная реакция от различных повреждающих факторов, эта функция хорошо укладывается в представление о механизме
«общего знаменателя». Общая точка зрения состояла в том, что механизм общего знаменателя, осуществляющий нивелировку, унификацию канцерогенов, находится в клетке и связан с по-вреждением онкогенов, т.е. что активизация онкогенов выступает в качестве такого механизма. Однако патологическая активиза-ция онкогенов является конечным результатом трансформации (неизвестным остается сам механизм трансформации), и она не раскрывает механизма действия и унификации канцерогенов. Этот аргумент усиливается, если учесть специфичность молеку-лярно-генетических процессов, что не соответствует большому разнообразию канцерогенных факторов. Таким образом, общий знаменатель на уровне отдельной клетки обнаружить не удается, что опровергает теорию онкогена. Это дает основание для поиска механизма общего знаменателя на уровне тканевого гомеостаза, контролирующего пролиферацию клеток. Но это означает, что механизм рака нельзя понять на уровне отдельной клетки. По-скольку ускоренную пролиферацию может вызвать избыток гор-монов при гормональном дисбалансе (митогенное воздействие) либо она инициируется повреждением, гибелью клеток, то из этого вытекает, что хроническая пролиферация является «узким местом» канцерогенеза, т.е. различные канцерогены оказывают онкологическое, трансформирующее действие путем инициации компенсаторной пролиферации. Вирхов систематически развил идею ускоренной пролиферации в канцерогенезе, но он не пер-вый, кто обратил внимание на ускоренную пролиферацию как на причинный фактор в механизме рака. Подобные утверждения господствуют в доэкспериментальной онкологической литературе. Об этом говорится и в монографии Венцеля (Wenzel, 1815), и во многих медицинских руководствах, изданных как в начале XIX в., так и в XVIII в. (см.: Салямон, 1974).
Причину рака желудка Ван-Свитен (1700-1772) связывал с хроническим воспалением. Таково же было мнение его учителя Бургава (1668-1738) (Bamberger, 1855) (см.: Wolff, 1907). По-зже врачи утверждали, что неспецифические повреждения ткани могут привести к возникновению опухоли. Анализируя этот воп-рос, Л.С.Салямон (1974, с.10) пишет: «Положение о связи меж-ду воспалением и раком возникло не как теоретическая догадка, а как эмпирическое обобщение. Десятки поколений врачей собст-венными глазами наблюдали и своими руками ощупывали опухо-ли, локализованные в прежде воспаленной ткани». Но каков ме-ханизм связи между хронической пролиферацией и трансформа-цией, ни тогда, ни в настоящее время открыть не удалось: про-блема предрака и роль хронической пролиферации остались не-раскрытыми в молекулярно-генетической теории.
Что же помешало развить идею неспецифического раздраже-ния? Вопреки выводам опухоли у животных, подвергнутых дей-ствию «раздражителей», порой не возникало. Опухоли не возни-кали ни в опытах Ганау (1889), наносившего каменноугольную смолу на мошонку крыс, ни в последующих опытах Казена (1894) (см.: Шабад, 1947).
В чем же причина ряда неудач при индукции эксперименталь-ного рака?
С позиции тканевой модели принципиальное значение имеет структура, или профиль, канцерогенного воздействия на ткань: си-ла, длительность воздействия, промежутки между воздействиями. Именно в этом кроется причина первых неудач при индуцировании опухолей. Один и тот же канцероген при разных режимах воздейст-вия оказывает разное, в том числе не опухолевое, действие. Кажу-щаяся тривиальность неспецифического раздражения скрывает тайну истинного механизма рака. Многие ученые, однако, основы-ваясь на неудачных экспериментах, на долгие годы отказались от этой идеи, которая, по существу, разрушает мутационную и моле-кулярно-генетическую теорию. С другой стороны, на основе клини-ческих данных к идее неспецифического раздражения пришли крупнейшиемедики в истории медицины.
Опровергая теорию Вирхова, Л.С.Салямон (1974, с.15) пи-шет: «В 40-е годы экспериментальная онкология уже располагала фактами, которые противоречили этой теории. Если бы концеп-ция Вирхова была справедлива, то любое хроническое поврежде-ние ткани должно было бы вызывать опухоли. Однако этого не происходит... не удалось получить опухоли путем смазывания кожи мышей ацетоном, бензолом, ксилолом, толуолом, скипида-ром, горчичным маслом и т.д. или путем введения животным под кожу шелковой нити, инфузорной земли, толченого стекла, шар-лахрота и десятков других раздражителей... Возникла необходи-
мость найти специфический механизм действия канцерогенов, от-личающийся от неспецифического действия банальных раздражи-телей».
При таком подходе возникает противоречие с другого рода фактами, свидетельствующими о неспецифическом характере многих канцерогенных факторов. Например, с помощью хрони-ческого травмирования кожного покрова можно вызвать опухоле-образование: трение упряжи у вьючных и тягловых домашних животных вызывает рак в местах трения. У магометан, бреющих голову плохо наточенными бритвами и от этого постоянно раня-щих кожу головы, в этих местах возникает рак (Лабард, 1979). В Индии, в штате Кашмир, местные жители в период зимних хо-лодов для обогревания привязывают к животу плетенку, которая называется кангри, в нее ставят горшки с горячими углями. Та-кое воздействие вызывает рак «кангри». Такой же рак известен у японцев, носивших печки капро, наполненные горячими углями. Хронические ожоги живота приводили к развитию рака кожи. Рак «сари» (Индия) возникает от ношения грубоворсистой шер-стяной ткани, в результате длительного раздражения кожи. Важ-но выделить общую черту канцерогенеза - природа раздражаю-щего фактора не имеет значения, определяющими качествами канцерогенов являются уровень травмирования ткани и длитель-ность действия, что коррелирует с характером пролиферации. Тот факт, что рак можно вызвать различными по природе канце-рогенными факторами, доказывает его неспецифпческнй харак-тер. С этой точки зрения разгадка тайны рака кроется в механиз-ме общего знаменателя. Что же такое канцерогенность как свой-ство в различных факторах канцерогенеза? В теории онкогена понятие канцерогенности осталось нераскрытым, поскольку не все канцерогенные факторы генотоксичны. Если это химическое вещество, то не понятна роль механического трения, травмы или, например, имплантации сплошной пластинки в ткань и т.д. Эти канцерогенные факторы невозможно объединить на основании какого-либо общего признака. Неспецифичность механизма рака следует из того факта, что огромное число различных по природе канцерогенов способны вызывать рак.
В теоретическом плане, если обратиться к началу эксперимен-тальной онкологии, противоречие возникло между выводом, сде-ланным классиками медицины, исходя из клинического опыта, и выводом, сделанным представителями молодой развивающейся экспериментальной онкологии, на основе отрицательных результа-тов по индукции опухолей различными канцерогенными фактора-ми. К сожалению, вывод экспериментаторов, полученный на основе отрицательных результатов, оказался более убедительным.
Обратимся к истокам современных концепций рака.
С появлением генетики поиск разгадки механизма рака уст-ремляется в новом направлении. Не является ли опухолевая трансформация следствием мутаций? Действие ионизирующих лучей начали связывать не с «раздражающим» эффектом, а с му-тагенной активностью. С этого периода история онкологии делит-ся на два этапа - догенетический период и генетический. Вер-шиной генетического направления стала молекулярно-генетиче-ская теория онкогена.
Однако не все онкологи следовали этому ведущему направле-нию, связывающему рак с мутациями. Так, биолог Л.Гейльбрун (1957, с.212) замечает, что «...в современных книгах, посвящен-ных раку, вопрос о связи рака с повреждением и раздражением оттеснен на задний план множеством новых фактов, возможно более второстепенных». А онколог И.Беренблюм (1961, с.79) во-склицает: «Меня всегда удивляло, что идея о канцерогенном дей-ствии простого «раздражения» считается давно уже отвергну-той». Даже факты, полученные опытнейшими учеными, прини-мались с большим недоверием. Однако многолетние опыты H.H. Петрова и H.A. Кроткиной (1928, 1944) показали, что у морских свинок можно вызвать злокачественные опухоли желчного пузы-ря путем его длительного раздражения инородным телом.
Стереотипы восприятия, связанные с отказом рассматривать неспецифические раздражения в качестве канцерогенных факто-ров, мешали выявлению истинного механизма рака.
Как же от «тривиального» раздражения перейти к опухолево-му воздействию? Обратим внимание, что в приведенном примере опытов с морскими свинками авторами указывается на необходи-мость длительного воздействия. Мы подошли к новой, неисследо-ванной проблеме - «структуры» канцерогенного воздействия, от которого зависит режим пролиферации. Речь идет о структуре воздействия, т.е. канцерогенном профиле. Очевидно, что понятие канцерогенного фактора включает, кроме физического воплоще-ния, например в виде вещества, излучения, механического воз-действия, вируса и т.д., еще один компонент, который вроде бы неосязаем, однако экспериментально его легко обнаружить: это время, частота и сила воздействия. Этот компонент характери-стики канцерогенного воздействия определяет динамику воздей-ствия и соответственно режим пролиферации, поэтому от него за-висит степень эмбрионализации ткани.
В парадоксальной форме реальность феномена канцерогенно-го профиля можно выразить в утверждении, что канцероген без канцерогенного профиля (или с недостаточно высоким профи-лем) не является канцерогеном. И наоборот, неканцерогенный гормон превращается в истинный канцероген, если он создает, индуцирует канцерогенный профиль. Таким образом, мы выдви-
гаем концепцию канцерогенного профиля, которая учитывает ди-намику воздействия и способность к восстановлению тканевого гомеостаза, т.е. учитывает соотношение между свойствами ткане-вого гомеостаза, его способностью себя восстанавливать и дина-мическими параметрами канцерогенного воздействия. Отказав-шись от неспецифических факторов, поиск причин рака попадает в логическую ловушку - возникает проблема, как такое большое число различных по природе факторов вызывает один и тот же эффект. Разрешить это противоречие можно при одном условии, если допустить, что существует механизм общего знаменателя, который на входе нивелирует разнообразие канцерогенов. Выяв-ление такого механизма и будет означать раскрытие тайны рака.
Активизация онкогенов как результат трансформации не под-ходит на эту роль, поскольку механизм общего знаменателя сто-ит на входе процесса опухолеобразования, а активизация онкоге-нов, как предполагает теория онкогена, является конечным ре-зультатом. Оценивая теорию онкогена, Ф.Л. Киселев и др. (1990, с.315) пишут: «Каковы же конкретные молекулярные ме-ханизмы превращения нормальной клетки в опухолевую? Авто-ры вынуждены констатировать, что прямого ответа, естественно, они дать не могут... молекулярная онкология возникла как наука уже после 1980 г. Отсюда следует, что за столь короткое время своего существования она не могла разрешить главного вопроса... каков механизм контроля регуляции деления клеток... Однако можно, вероятно, утверждать, что рак - это заболевание генети-ческого аппарата клетки, т.е. закрепление изменения генов в оп-ределенной популяции клеток».
Уже с первых шагов в развитии представлений о природе опухо-леобразования стало ясно, что эта проблема затрагивает фундамен-тальные основы живых систем и поэтому надеяться получить быст-рый ответ чисто эмпирически, не анализируя сущность трансфор-мации, невозможно. По мнению Н.Н.Петрова (1959), истинные опухоли тесно связаны с самой сущностью жизни многоклеточных организмов. Другой крупный советский ученый, И.В.Давыдовский (1959, 1961), высказал такое соображение, что «преимущественно практическое направление медицинской науки способствовало вы-явлению множества этиологических факторов, вызывающих злока-чественный рост, но сильно затормозило познание биологической сущности последнего». Биологическая же сущность, как указывал И.В.Давыдовский, при чрезвычайном разнообразии причинных факторов должна быть единой, из чего вытекает необходимость об-щебиологического подхода к изучению проблем рака.
Казалось, можно было бы идти в теоретических построениях непосредственно от фактического материала, который предостав-ляет клинический опыт. В этом случае тканевые изменения бы-
ли бы в центре внимания. Но, к сожалению, этого не произош-ло, и богатый клинический материал, касающийся предраковых состояний, остался в стороне от генетического подхода. В опре-деленной мере это связано с этапами развития теоретической онкологии. Поиск механизма рака на клеточном, затем на мо-лекулярно-генетическом уровне обусловлен этапами развития са-мой биологии. Теоретическая онкология как бы повторяла эти этапы, преломляя их через призму своей проблематики. Рожде-ние молекулярной биологии закономерно породило молекуляр-ную онкологию. Основной постулат о том, что механизм рака реализуется на уровне клетки, получил дополнительное под-крепление, когда были открыты онкогены. Однако, несмотря на широкое признание молекулярно-генетической теории, сам меха-низм трансформации взят ею от предшествующей мутационной концепции, с этой точки зрения она не является принципиально новой теорией. Старая, критикуемая мутационная концепция ра-ка в лице теории онкогена получила современную молекулярно-генетическую форму. Очевидно, необходима дифференцирован-ная оценка теории онкогена: разрушая представление о меха-низме трансформации, основанном на генетических необратимых изменениях, необходимо сохранить идею активизации онкогенов в ее альтернативном варианте, связанном с нарушением ткане-вого гомеостаза, который контролирует деление стволовых кле-ток, обладающих активизированными онкогенами и раковым фенотипом. Иначе говоря, из-под контроля выходят клетки, об-ладающие активизированными онкогенами, которые не репрес-сируются ввиду блокировки днфференцировки. Чтобы репресси-ровать активизацию онкогенов, необходимо индуцировать диф-ференцировку. Следовательно, активизация онкогенов непосред-ственно зависит от степени дифференцировки и нарушения тка-невого контроля.
6. Взгляды Н.Н.Петрова на природу и механизм опухолеобразования
Обращаясь к работам крупнейшего онколога Николая Нико-лаевича Петрова (1876 - 1964), необходимо отметить, что они являются этапом в развитии онкологической мысли, поэтому не-обходимо осмыслить их с позиции сегодняшнего дня. Проанали-зируем основные положения этого учения. Касаясь определения понятия опухоли, Н.Н.Петров (1947, с.2) писал: «В настоящее время мы твердо стоим на позиции признания за истинные опу-холи только тех процессов, которые основываются на размноже-нии клеток... опухоль - это местное увеличение объема, проис-
шедшее вследствие размножения клеток... в это понятие включа-ются только такие случаи увеличения объема в зависимости от размножения клеток, когда размножающиеся клетки оказывают-ся атипичными, т.е. отличаются от соответствующих нормальных своей неполной дифференцировкой и полиморфизмом».
Вопрос о механизме эмбрионализации клеток при опухоле-вых и регенерационных процессах имеет принципиальное значе-ние. Согласно Н.Н.Петрову, нарушение дифференцировки объ-ясняется не тем, что зрелая клетка начинает развиваться в об-ратную сторону, а тем, что молодые клетки не проходят стадии дифференцировки. Такую же точку зрения отстаивает Д.С.Сар-кисов (1977).
Однако Н.Н.Петров был сторонником мутационной теории, поясняя свою позицию, он писал: «Мы не находим оснований от-
казаться от мутационной теории злокачественного роста, так как она нагляднее других теорий объясняет нам появление в организ-ме новых клеточных пород с особыми свойствами, морфологией и функцией, передающимися затем прямым потомкам этих кле-ток в неограниченном ряде поколений» (с.425).
Однако возникает главный вопрос: наталкивался ли Н.Н.Пет-ров в своих исследованиях на факты, не укладывающиеся в му-тационную гипотезу? Этот вопрос имеет принципиальное значе-ние. Анализируя природу опухолеобразования, он писал: «Но ведь истинные мутации возникают всегда внезапно, а злокачест-венный рост возникает нередко постепенно, проходя через ста-дию переходных «предраковых изменений»; можно ли при таких условиях говорить о малигнизирующих мутациях? Не значит ли это допустить возможность целого ряда последовательных мута-ций, направленных в определенную сторону, что противоречило бы самой сущности учения о мутациях? Нет, не значит. Мута-ции - это необратимые изменения, передаваемые по наследству, а «предраковые изменения» - не мутации, а обратимые измене-ния, полностью укладывающиеся в рамки приспособительных процессов, которые еще могут исчезнуть или замениться другими при перемене условий среды. Предраковые изменения - не фор-мы последовательного перехода нормальных клеток в раковые, но только необходимая подготовка для возникновения единой ма-лигнизирующей мутации» (1959, с.425).
Примечательно, что Н.Н.Петров обнаруживает реально суще-ствующее противоречие в первой части своих рассуждений, кото-рое затем старается раскритиковать и отбросить. Приведенные автором факты противоречат мутационной концепции, но, по-скольку иного объяснения в то время не существовало, они от-брасываются. С нашей точки зрения, можно иначе интерпретиро-вать замеченное противоречие. Приведем несколько аргументов Установленный факт нормализации трансформированных клеток разрушает представление о необратимых изменениях генома за счет мутаций как причине рака. Передача злокачественных свойств при делении раковых клеток также наследственно не за-креплена, поскольку дочерние клетки способны нормализоваться. Это доказывается тем, что раковые клетки в опухоли способны дифференцироваться. Ниже эта закономерность будет проанали-зирована более подробно. Что касается противоречия, которое обнаружено автором, то оно объективно существует и подтверж-дает приведенные возражения. Постепенность развития опухоле-образования через предраковое состояние противоречит характе-ру мутационного изменения, что говорит об ином механизме раз-вития событий при раке. Однако такое развитие процесса, как отмечает Н.Н.Петров, не укладывается в представление о мута-
циях. Ясно, что обнаруженные противоречия объективны, но это лишь часть тех проблем, которые необъяснимы в теории онкоге-на и мутационной концепции.
Концепции химического канцерогенеза
В ходе развития онкологии на место старых концепций при-шли теории химического канцерогенеза. Сформировалось пред-ставление, что малигнизация представляет собой ступенчатый процесс, состоящий по крайней мере из двух стадий - стадии индукции и стадии активации (Беренблюм, 1956, 1961, 1950; Boyland, 1969). То обстоятельство, что при увеличении дозы кан-церогена латентный период малигнизации сокращается до опре-деленной величины, а после него увеличение дозы не оказывает влияния, привело к выводу, что возникновение злокачественной опухоли происходит вследствие нарушения какой-то системы, об-щей для всех соматических клеток (Даннинг, 1961).
Тем не менее работы по химическому канцерогенезу не дали ожидаемых результатов для понимания механизма трансформа-ции.
В качестве примера приведем гипотезу Дж. Миллер и Э. Миллера (1955). Авторы выдвинули идею, согласно которой вве-денный краситель превращается в организме в производное, спо-собное соединяться с определенными белками печени, играющи-ми важную роль в реакциях клетки на действие внутриклеточ-ных и внешних факторов, регулирующих рост. Связывание этих белков с красителем может затормозить или приостановить даль-нейший синтез этих белков. В результате следующая генерация клеток будет содержать меньшее количество белков, на которые действовал краситель. В конце концов могут образоваться клет-ки, совсем не содержащие этих белков. Таким образом, авторы объяснили постепенное снижение количества белка в процессе канцерогенеза за счет связывания его внешним красителем.
С позиции тканевой теории снижение количества белков мож-но объяснить прогрессирующим омоложением клеток, поскольку малодифференцированные клетки синтезируют иной состав бел-ков, более обедненный.
Одно из видных мест среди химических теорий канцерогенеза занимает концепция Варбурга (Warburg, 1926). В 1923 г. Вар-бург обнаружил высокую скорость образования молочной кисло-ты раковыми клетками и пришел к заключению, что способность получать энергию за счет «молочнокислой ферментации» глюко-зы и расти за счет энергии этого процесса является главной био-химической характеристикой раковых клеток.
Первичной причиной рака является, согласно Варбургу, заме-щение дыхания кислородом в нормальных клетках ферментацией сахара в раковых клетках (Warburg, 1926).
Варбург показал, что способность раковых клеток перевивать-ся тесно связана с их способностью к гликолизу. Утрата ими гли-колитической активности приводит к потере способности переви-ваться. Обмен раковых клеток представляет собой сочетание окислительных и гликолитического метаболизма (дыхание/ аэробный гликолиз).
Доброкачественные опухоли согласно такому соотношению за-нимают промежуточное положение. Далее было показано, что об-мен эмбриона является практически гликолитическим, что хоро-шо укладывается в эту закономерность. Становление раковых клеток из нормальных, по Варбургу, проходит в два этапа. В первой фазе вследствие различных причин происходит необрати-мое повреждение дыхания, после чего наступает длительный пе-риод борьбы за существование. Выживают те клетки, которые оказались способны восполнить возникший дефицит энергии за счет механизма гликолиза.
Из работ Варбурга известно, что гликолиз тела максимален в наиболее ранних стадиях эмбрионального развития, но постепен-но, по мере дифференциации эмбриона, он падает. Гликолитиче-скую активность эмбриональных тканей Варбург рассматривал как наследие недифференцированных предков, в свете законо-мерности, согласно которой онтогенез повторяет филогенез.
Попытаемся объяснить обнаруженные закономерности с пози-ции тканевой модели. Переход одного типа энергетического обме-на (дыхания) на другой - гликолиз, который более примити-вен, - можно объяснить на основе данных, которые получил сам Варбург. Дело в том, что ферменты, обеспечивающие дыха-ние в дифференцированной клетке, синтезируются по мере диф-ференцировки клетки. Стволовые же и коммитированные клетки, т.е. низкодифференцированные клетки, на ранних стадиях име-ют другой состав ферментов и соответственно иной тип энергети-ки - гликолиз. Поэтому в процессе дифференцировки клеток эмбриона гликолиз постепенно снижается. Процесс канцерогене-за, как известно, связан с прогрессирующим омоложением кле-ток - это приводит к появлению клеток с иным ферментным со-ставом, что меняет тип дыхания. Более детально и последова-тельно этот вопрос рассматривается в VII главе, где анализиру-ются современные концепции, объясняющие изменение энергети-ки в раковых клетках.
В настоящее время установлено, что рак, или злокачественное новообразование - это болезнь генетического аппарата клетки, которая характеризуется длительными хроническими патологическими процессами, или, проще говоря, канцерогенез, которые развиваются в организме десятки лет. Устаревшие представления о скоротечности опухолевого процесса уступили место более современным теориям.
Процесс превращения нормальной клетки в опухолевую обусловлен накоплением мутаций, вызванных повреждениями в геноме. Возникновение этих повреждений происходит как в результате эндогенных причин, таких как ошибки репликации, химическая нестабильность оснований ДНК и их модификация под действием свободных радикалов, так и под влиянием внешних причинных факторов химической и физической природы.
Теории канцерогенеза
Изучение механизмов опухолевой трансформации клетки имеет давнюю историю. До настоящего времени было предложено множество концепций, пытающихся объяснить канцерогенез и механизмы превращения нормальной клетки в раковую. Большая часть этих теорий имеют лишь исторический интерес или входят как составная часть в принятую в настоящее время большинством патологов универсальную теорию канцерогенеза - теорию онкогенов. Онкогенная теория канцерогенеза позволила приблизиться к пониманию того, почему различные этиологические факторы вызывают одно по своей сути заболевание. Она явилась первой единой теорией возникновения опухолей, включившей в себя достижения в области химического, радиационного и вирусного канцерогенеза.
Основные положения теории онкогенов были сформулированы в начале 1970-х гг. Р. Хюбнером и Г. Тодаро (R. Huebner и G.Todaro), которые высказали предположение, что в генетическом аппарате каждой нормальной клетки присутствуют гены, при несвоевременной активации или нарушении функции которых нормальная клетка может превратиться в раковую.
В течение десяти последних лет онкогенная теория канцерогенеза и рака обрела современный вид и может быть сведена к нескольким принципиальным постулатам:
- онкогены - гены, которые активируются в опухолях, вызывая усиление пролиферации и размножения и подавление гибели клеток; онкогены проявляют трансформирующие свойства в экспериментах по трансфекции;
- немутированные онкогены действуют на ключевых этапах реализации процессов пролиферации, дифференцировки и программированной гибели клеток, находясь под контролем сигнальных систем организма;
- генетические повреждения (мутации) в онкогенах приводят к высвобождению клетки от внешних регулирующих влияний, что лежит в основе ее неконтролируемого деления;
- мутация в одном онкогене практически всегда компенсируется, поэтому процесс злокачественной трансформации требует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах.
Канцерогенез имеет и другую сторону проблемы, которая касается механизмов сдерживания злокачественной трансформации и связана с функцией так называемых антионкогенов (супрессорных генов), оказывающих в норме инактивирующее действие на пролиферацию и благоприятствующих индукции апоптоза. Антионкогены способны вызывать реверсию злокачественного фенотипа в опытах по трансфекции. Практически каждая опухоль содержит мутации в антионкогенах как в форме делеций, так и микромутаций, причем инактивирующие повреждения супрессорных генов встречаются гораздо чаще, чем активирующие мутации в онкогенах.
Канцерогенез имеет молекулярно-генетических изменения, которые составляют следующие три основных компонента: активирующие мутации в онкогенах, инактивирующие мутации в антионкогенах, а также генетическая нестабильность.
В общем плане канцерогенез рассматривают на современном уровне как следствие нарушения нормального клеточного гомеостаза, выражающегося в потере контроля над размножением и в усилении механизмов защиты клеток от действия сигналов апоптоза, то есть запрограммированной смерти клетки. В результате активации онкогенов и выключения функции генов-супрессоров раковая клетка приобретает необычные свойства, проявляющиеся в иммортализации (бессмертности) и способности преодолевать так называемое репликативное старение. Мутационные нарушения в раковой клетке касаются групп генов, ответственных за контроль над пролиферацией, апоптозом, ангиогенезом, адгезией, трансмембранными сигналами, репарацией ДНК и стабильностью генома.
Какие стадии имеет канцерогенез?
Канцерогенез, то есть развитие рака проходит в несколько стадий.
Канцерогенез первой стадии - стадия трансформации (инициации) - процесс превращения нормальной клетки в опухолевую (раковую). Трансформация является результатом взаимодействия нормальной клетки с трансформирующим агентом (канцерогеном). В течение I стадии канцерогенеза происходят необратимые нарушения генотипа нормальной клетки, вследствие чего она переходит в предрасположенное к трансформации состояние (латентная клетка). В течение стадии инициации канцероген или его активный метаболит взаимодействует с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК) и белками. Повреждения в клетке могут иметь генетический или эпигенетический характер. Под генетическими изменениями понимают любые модификации в последовательностях ДНК или числе хромосом. К ним относят повреждения или перестройку первичной структуры ДНК (например, генные мутации или хромосомные аберрации), или изменения в количестве копий генов либо целостности хромосом.
Канцерогенез второй стадии - стадия активации, или промоции, суть которой заключается в размножении трансформированной клетки, образовании клона раковых клеток и опухоли. Эта фаза канцерогенеза в отличие от стадии инициации обратима, по крайней мере, на раннем этапе неопластического процесса. В течение промоции инициированная клетка приобретает фенотипические свойства трансформированной клетки в результате измененной генной экспрессии (эпигенетический механизм). Появление в организме раковой клетки не приводит с неизбежностью к развитию опухолевой болезни и гибели организма. Для индукции опухоли необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промотора.
Промоторы оказывают многообразное влияние на клетки. Они влияют на состояние клеточных мембран, имеющих специфические рецепторы к промоторам, в частности активируют мембранную протеинкиназу, влияют на клеточную дифференцировку и блокируют межклеточные связи.
Растущая опухоль не является застывшим, стационарным образованием с неизменными свойствами. В процессе роста ее свойства постоянно изменяются: какие-то признаки теряются, какие-то возникают. Эта эволюция свойств опухоли получила название «опухолевая прогрессия». Прогрессия - это третья стадия опухолевого роста. Наконец, четвертая стадия - исход опухолевого процесса.
Канцерогенез не только вызывает стойкие изменения генотипа клетки, но и оказывает многообразное влияние на тканевом, органном и организменном уровнях, создавая в ряде случаев условия, способствующие выживанию трансформированной клетки, а также последующему росту и прогрессии новообразований. По мнению некоторых ученых, эти условия возникают в результате глубоких нарушений функций нейроэндокринной и иммунной систем. Некоторые из таких сдвигов могут варьировать в зависимости от особенностей канцерогенных агентов, что может быть обусловлено, в частности, различиями в их фармакологических свойствах. Наиболее общими реакциями на канцерогенез, существенными для возникновения и развития опухоли, являются изменения в уровне и соотношении биогенных аминов в центральной нервной системе, в частности в гипоталамусе, сказывающиеся, среди прочего, на гормонально-опосредованном усилении клеточной пролиферации, а также нарушения углеводного и жирового обмена, изменения функции различных звеньев иммунной системы.
Знать причину заболевания - иметь ключ к его излечению. Но не со всеми патологиями все так просто. Природа новообразований, злокачественных и доброкачественных, до сих пор не известна ученым досконально. Ее изучением непосредственно занимается онкология - наука, спецификой которой являются раковые заболевания: изучение, диагностика, лечение и профилактика. На сегодня в распоряжении ученых несколько теорий канцерогенеза. Иными словами - версий по зарождению и развитию раковой опухоли в организме. Давайте познакомимся с ними.
Канцерогенез - что это
Слово произошло от лат. cancerogenesis. Это сочетание двух понятий - "рак" + "развитие", "зарождение".
Отсюда определение - патологическое сложное явление, процесс как зарождения, так и дальнейшей прогрессии раковой опухоли. Заменяет понятие "онкогенез".
Стадии процесса
Наиболее распространенной является теория многоступенчатого канцерогенеза. Иными словами, раковая опухоль всегда развивается, проходя несколько определенных этапов, по одному и тому же алгоритму у всех организмов. Это следующие стадии:
- Инициация. Другое название - опухолевая трансформация. Первый шаг - необратимое изменение генома соматической клеточной массы (мутация). Происходит очень быстро - счет ведется на минуты, часы. Измененная клетка долго может быть неактивной. Или же процесс на этом и вовсе обрывается.
- Промоция. Взаимодействие между мутировавшей клеткой и факторами внутри организма. Остаются измененные частицы с высокой репродуктивной активностью. Это проявление основного фенотипа опухоли.
- Прогрессия. Стадия характеризуется дополнительными изменениями генома, селекцией наиболее приспособленных клеточных клонов. Стадия морфологически явной раковой опухоли, что уже способна метастазировать, отличается инвазивным ростом.
Мутационная теория
Эта теория канцерогенеза в современном мире считается общепризнанной. Рак начинает развитие в организме с одной маленькой клетки. Что же с ней не так? В специфических участках ее ДНК начинают накапливаться мутационные процессы. Они влияют на процесс синтеза новых белков. Элементарная единица организма начинает вырабатывать новое, дефектное белковое вещество. А так как большинство клеток в организме обновляются исключительно делением, то данные хромосомные нарушения дефектной клетки организма наследуются дочерними. Те, в свою очередь, передают их новым при своем размножении. В организме появляется очаг раковой опухоли.
Основоположник мутационной теории канцерогенеза - германский ученый-биолог Т. Бовери. Само предположение было им высказано еще в 1914 году. Бовери заявил, что причина рака - хромосомные изменения в клетках.
На протяжении последующих лет его позицию поддержали коллеги:
- А. Кнудсон.
- Г. Мюллер.
- Б. Фогельштейн.
- Э. Фэрон.
- Р. Уэйнберг.
Данные ученые на протяжении десятков лет находили доказательства факта, что онкологическое заболевание - это последствие клеточных генных мутаций.
Случайные мутации
Эта теория канцерогенеза по каким-то аспектам схожа с позицией Бовери и его единомышленников. Ее автор - ученый Л. Леб, сотрудник Вашингтонского университета.
Специалист утверждал, что, по средним показателям, в каждой клетке за всю ее жизнь мутация может возникнуть лишь в одном гене. Но в каких-то случаях их (мутаций) частота возрастает. Способствуют этому оксиданты, канцерогены (факторы среды, непосредственно вызывающие рак) или же нарушения процессов репарации и репликации самой ДНК.
Л. Леб доказывал, что рак - это следствие всегда огромного числа мутаций на одну клетку. Так, в среднем, их число должно достигать 10-100 тысяч! Но сам автор также признает, что как-то подтвердить или опровергнуть им заявленное очень сложно.
Таким образом, в данном случае онкогенез расценивают как следствие клеточных мутаций, обеспечивающих данной клетке преимущества при делении. Хромосомным перестройкам в рамках этой теории канцерогенеза, опухолей отводится уже побочное значение.
Ранняя хромосомная нестабильность
Ученые пришли к новой идее в результате практических исследований. Они обнаружили, что в злокачественном образовании прямой кишки заключено множество клеток именно с измененным числом хромосом. Это наблюдение позволило им утверждать, что ранняя хромосомная нестабильность приводит к в онкогенах, онкосупрессорах.
Данная теория базируется на нестабильности генома. Этот фактор вкупе со всем известным естественным отбором может привести к появлению доброкачественного новообразования. Но иногда оно трансформируется в злокачественную опухоль, разрастающуюся метастазами.
Анеуплоидия
Еще одна заслуживающая внимания теория канцерогенеза. Ее автор - ученый П. Дюсберг, трудящийся в Калифорнийском университете США. По его предположению, рак - следствие лишь анеуплоидии. Мутации же, наблюдаемые в специфических генах, не играют в процессе канцерогенеза никакой роли.
Что же такое изменения, вследствие которых клетки начинают отличаться числом хромосом, никак не кратному их основному набору. В современности сюда относят также удлинение/укорачивание хромосомных нитей, их транслокации - перемещение крупных участков.
Естественно, подавляющая часть анеуплоидных клеток погибнет. Но у части выживших количество (а оно уже измеряется в тысячах) генов будет не таким, как у нормальных клеток. Следствие - распад команды ферментов, чья слаженная работа обеспечивала синтез и целостность ДНК, появление в двойной спирали массы разрывов, что уже дополнительно дестабилизируют геном. Чем выше уровень анеуплоидии, тем нестабильнее клетка, тем больше вероятность появления "неправильной" частицы, что будет существовать и делиться в любой части организма.
Суть теории в том, что появление и развитие злокачественной опухоли в большей мере обусловлено ошибками в хромосомном распределении, нежели мутационными процессами.
Эмбриональная
Одна из широко представленных теорий канцерогенеза в онкологии - это эмбриональная. Связывающая развитие рака с зародышевыми клетками.
Свои предположения на этот счет высказало несколько ученых разных лет. Кратко познакомимся с их взглядами:
- Дж. Конгейм (1875 год). Ученый выдвинул гипотезу о том, что раковые клетки развиваются из эмбриональных. Но только из тех, что оказались ненужными в процессе развития зародыша.
- В. Рипперт (1911 год). Его предположение основано на том, что измененная окружающая среда может позволить эмбриональной клетке "спрятаться" от системы контроля организма над ее развитием и дальнейшим размножением.
- В. Роттер (1927 год). Ученый высказал такую гипотезу: примитивные эмбриональные клетки могут каким-то образом поселиться в органах, тканях организма в процессе его зародышевого развития. Эти-то частицы и станут очагом развития новообразования в дальнейшем.
Тканевая
Один из признанных авторов тканевой теории канцерогенеза - ученый Ю. М. Васильев. Согласно его взглядам, причина развития раковой опухоли - нарушение контроля тканевой системы над пролиферацией клоногенных клеток. А ведь именно эти частицы обладают активированными онкогенами.
Основной доказанный факт, подтверждающий теорию, - способность опухолевых клеток нормализироваться при их дифференцировке. Это позволили утверждать лабораторные исследования на мышах. Даже раковые клетки с измененным хромосомным набором при дифференцировке нормализируются.
В тканевой теории связывается многое - канцерогенный профиль, степени омоложения, изменение функций, структуры гомеостаза, режимы пролиферации, бесконтрольный рост клоногенных частиц организма. Вся эта совокупность в итоге приводит к образованию злокачественной опухоли.
Вирусная
Популярна в научном мире и вирусная теория канцерогенеза. Базируется она на следующем - для появления и развития раковой опухоли присутствие в организме вируса, вызывающего рак важно (в отличие от обычной инфекции) только на самой ранней стадии. Он вызывает в клетке наследственные изменения, которые уже в дальнейшем передаются дочерним самостоятельно, без его участия.
Вирусная природа некоторых раковых образований уже доказана учеными. Это вирус Рауса, обуславливающий саркому у кур, фильтрующийся агент, вызывающий у кроликов папиллому Шоупа, фактор молока - причина онкологии молочной железы у мышей. Всего таковых болезней позвоночных сегодня исследовано порядка 30. Касаемо людей - это папилломы и кондиломы, которые передаются от человека к человеку половым, бытовым путем.
Известны ученым также и вирусы, что могут вызвать лейкоз различных типов у мышей. Это вирус Френда, Гросса, Молони, Мазуренко, Графи.
В результате исследований специалисты также пришли к выводу, что злокачественное образование вирусной природы можно вызвать и искусственно. Для этого нужны нуклеиновые кислоты, что выделяют из опухолеродных вирусов. Она (кислота) вносит в клетку дополнительные генетические данные, что обуславливает малигнизацию частицы.
Факт, что причиной образования опухоли выступает химическое вещество (нуклеиновая кислота), сближает эту версию с полиэтиологической. А это уже шаг к разработке единой теории происхождения онкообразования.
Химическая теория
Согласно ей, основная причина клеточных мутаций, что ведут за собой развитие рака, - это химические среды. Ученые разделяют их на несколько групп:
- Канцерогены генотоксические. Они будут реагировать непосредственно с ДНК.
- Канцерогены эпигенетические. Они вызывают изменения хроматина, структуры ДНК, не затрагивая саму ее последовательность.
Внешние причины в рамках теории химического канцерогенеза делятся на такие группы:
- Химические. Ароматические амины и углеводороды, асбест, минеральные удобрения, инсектициды, пестициды, гербициды.
- Физические. Это различного вида излучения - ионизирующие, лучевые. Большого внимания заслуживает влияние на организмы радионуклидов.
- Биологические.
Иные теории
В современном научном мире также существуют следующие теории появления и развития раковых опухолей:
- Эпигенетическая.
- Иммунная.
- Раковых стволовых клеток.
- Эволюционная.
Читатель теперь знаком как с понятием "канцерогенез", стадиями развития раковой опухоли, так и с основными теориями онкогенеза. Признанной из них на сегодня является мутационная. Будущее научного мира - в разработке единой теории, которая поможет человечеству навсегда победить эту страшную болезнь.
Одним из основных вопросов канцерогенеза является вопрос о том, подвергаются ли онкотрансформации одиночные клетки или первоначальный канцерогенный фактор(ы) воздействует(ют) на большое количество сходных клеток?
Моноклональное происхождение новообразований из клона (потомства) одной перерожденной клетки было показано на примере опухолей, происходящих из B-лимфоцитов (B-клеточные лимфомы и плазмоклеточные миеломы), клетки которых синтезируют определенные иммуноглобулины, а также на некоторых других типах опухолей. При этом по мере прогрессирования опухоли из начального клона опухолевых клеток могут развиваться субклоны в результате дополнительных продолжающихся генетических изменений, так называемые "многократные толчки".
Согласно теории "опухолевого поля", сначала поле образуется потенциально неопластических клеток, а затем, в результате размножения одной или большего количества таких клеток может развиться опухоль. При этом от отдельных клональных предшественников может возникнуть несколько обособленных новообразований. Эта теория объясняет происхождение некоторых новообразований в коже, эпителии мочевыводящих путей, печени, молочной железе и кишечнике. Признание факта существования опухолевого поля имеет практическое значение, так как наличие одного новообразования в любом из этих органов должно насторожить клинициста в отношении возможности наличия других подобных новообразований. Например, развитие рака в одной из молочных желез повышает риск возникновения рака в другой приблизительно в 10 раз.
Для объяснения механизмов возникновения как опухолевого моноклона, так и "опухолевого поля" в настоящее время предложен ряд взаимосвязанных концепций:
Мутационная теория рака;
Эпигенетическая теория рака;
Хромосомная теория рака;
Теория раковых стволовых клеток;
Вирусная теория рака;
Иммунная теория рака;
Теория химического канцерогенеза;
Эволюционная теория рака.
Мутационная теория рака
Согласно мутационной теории, возникновение злокачественных опухолей связано с изменением (мутацией) генома клетки, и в большинстве случаев злокачественное новообразование имеет моноклональное происхождение, т.е. развивается из одной мутировавшей половой или чаще соматической клетки. Доказательством мутационной природы рака является обнаружение мутаций в протоонкогенах и генах-супрессоров опухолей, вызывающих злокачественную трансформацию клеток. Основные классы генов и их белковых продуктов, которые могут выступить в роли онкогенов или генов-супрессоров опухолей представлены в таблице 2.
Что это такое? Молекулярно-биологическими методами было установлено, что ДНК нормальных эукариотических клеток содержит последовательности, гомологичные вирусным онкогенам, которые получили название протоонкогенов. Протоонкогены являются нормальными клеточными генами. Более того, они участвуют в регуляции важнейших клеточных процессов - клеточного деления, клеточной смерти, репарации ДНК, и их повреждение в результате мутации приводит к неконтролируемому делению клеток и их повышенной устойчивости к апоптозу. Они обладают высокой эволюционной консервативностью, что также подтверждает их важную роль в жизнедеятельности клеток.
Таблица 2. Основные классы онкогенов и генов-супрессоров опухолей
|
Природа гена / белка |
Ген / белок (примеры) |
Локализация опухоли (примеры) |
|
Факторы роста |
Глиомы, саркомы |
|
|
Многие опухоли |
||
|
Рецепторы |
Глиобластомы, рак груди |
|
|
Рак груди, яичников, слюнных желез |
||
|
Передача сигнала |
Рак легких, яичников, кишечника и другие лейкемии |
|
|
Факторы активации |
Лейкемии, рак груди, желудка, легких |
|
|
Факторы транскрипции |
Нейробластомы, глиобластомы |
|
|
Факторы блока |
Рак кишечника |
|
|
Передатчики и блокаторы передачи |
Рак поджелудочной железы |
|
|
Лейкемии, рак периферической нервной системы |
||
|
Контроль клеточного цикла |
Рак груди |
|
|
Разные опухоли |
||
|
Меланома |
||
|
Ретинобластома, остеосаркома (наследств.) |
||
|
Многие опухоли (1/2 всех) (наследств.) |
||
|
Разные опухоли |
||
|
Бессмертие |
Теломераза |
Разные опухоли |
|
Другие гены-супрессоры опухолей |
Рак кишечника (наследств.) |
|
|
Рак груди (наследств.) |
||
|
Репарация ДНК |
Гены репарации |
Рак кишечника, ксеродерма (наследств.) |
|
Рак груди (наследств.) |
Можно выделить несколько основных типов мутаций, приводящих к превращению протоонкогена в онкоген.
· Мутация протоонкогена с изменением структуры специфического продукта экспрессии гена приводит к образованию изменённого белка.
Рассмотрим, например, мутации в гене-супрессоре опухолей TP53, кодирующем белок р53. Молекулы белка р53 могут находиться в различных конформационных состояниях (рис.3), выполняя разные физиологические функции.
Рисунок 3. Схематическое изображение различных конформационных состояний р53 (эпитопов), распознаваемых специфическими антителами. Онкогенные мутации вызывают необратимый переход молекулы в денатурированное состояние, при котором открывается ранее недоступный эпитоп и, наоборот, исчезают некоторые ранее доступные эпитопы (по: Б.П. Копнин Опухолевые супрессоры и мутаторные гены (avpivnik.ru/works/new/newinf05_doc).
В обычных условиях белок р53 находится в латентной форме со слабой транскрипционной активностью. При этом он связывает белки, участвующие в репарации ДНК, обладает активностью 3"-5"-экзонуклеазы и стимулирует рекомбинацию и репарацию ДНК. При различных стрессах и внутриклеточных повреждениях могут происходить пост-трансляционные модификации р53, в частности, фосфорилирование и ацетилирование определенных аминокислот, что определяет его переход в так называемую стрессовую конформацию. Такой белок значительно более стабилен, резко увеличивается его количество в клетке, и как фактор транскрипции, он эффективно активирует и/или подавляет экспрессию специфических генов-мишеней, следствием чего являются остановка клеточного цикла и апоптоз. Кроме того, активация белка р53 ведет к изменению экспрессии генов некоторых секретируемых факторов, в результате чего может изменяться размножение и миграция не только поврежденной, но и окружающих клеток. При этом, в стрессовой конформации, способность р53 стимулировать рекомбинацию и/или репарацию ДНК в значительной степени снижается. Основные функции активного белка р53 представлены на рисунке 4.
В белке р53 центральный домен (аминокислоты 120-290) непосредственно узнает и связывает специфические последовательности ДНК регулируемых генов, так называемые р53-реактивные элементы, состоящие из расположенных друг за другом последовательностей с общей структурой типа PuPuC(A/T)(A/T)GPyPyPy (Pu - пурин, Py - пиримидин). Именно в этом ДНК-связывающем домене локализуется большинство точечных мутаций, обнаруживаемых в различных опухолях человека.
Характерные для опухолевых клеток бессмысленные мутации приводят к резкому изменению конформации молекулы белка р53, в результате чего происходит потеря или ослабление способности связывать и активировать гены с р53-реактивными элементами, репрессировать другие специфические гены-мишени, ингибировать репликацию ДНК и стимулировать репарацию ДНК. Причем, так как р53 образует тетрамерные комплексы, мутации в одном аллеле гена ТР53 вызывают инактивацию и продукта второго, неповрежденного аллеля.
Мутации в гене TР53, приводящие к инактивации белка р53, являются наиболее универсальными молекулярными изменениями в различных новообразованиях человека.
Более чем в половине всех опухолей человека (50-60% новообразований более чем 50 различных типов) обнаруживаются мутации гена TР53. В отличие от других опухолевых супрессоров, для которых характерны мутации, прекращающие синтез белка (делеции, образование стоп-кодонов, сдвиг рамки считывания, нарушения сплайсинга мРНК), подавляющее большинство (более 90%) мутаций TР53 представляет собой бессмысленные мутации, ведущие к замене одной из аминокислот в белковой молекуле на другую.
Рисунок 4. Охранные функции р53. Факторы, вызывающие транскрипционную активацию р53 и биологические эффекты, вызываемые изменениями их экспрессии.
· Другим типом мутаций, приводящих к онкотрансформации клеток, являются точечные мутации регуляторной последовательности протоонкогенов, вызывающие повышение уровня их экспрессии.
Ярким примером таких мутаций является активация протоокогенов семейств ras и raf. Эти гены участвуют в управлении клеточным циклом и являются центральными регуляторами пролиферации и выживания клеток. Точечные мутации этих генов в онкотрансформированных клетках приводят к постоянной стимуляции пролиферации клеток, что способствует росту и инвазии опухоли и развитию метастазов. Мутации одного из генов семейства ras: H-ras, K-ras или N-ras обнаруживаются примерно в 15% случаев злокачественных новообразований у человека. У 30% клеток аденокарцином лёгкого и у 80% клеток опухолей поджелудочной железы обнаруживается мутация в онкогене ras, что ассоциируется с плохим прогнозом протекания заболевания. Мутации генов ras и raf , например, наблюдаются в более 90% клинических случаев меланомы человека. Существуют 3 основные формы мутаций в гене raf: A-raf, B-raf, C-raf. Формирование B-raf мутации играет ключевую роль в патогенезе меланомы. Мутантный белок BRAF постоянно активирует митоген-активируемые протеинкиназы ERK, которые регулируют клеточный цикл. Это стимулирует пролиферацию клеток. Подобные мутации наблюдаются приблизительно в 60-70% первичных меланом и в 40-70% случаев метастатических меланом. При этом B-raf мутации вовлечены в инициирование, но не в прогрессию меланом. Мутация V600E, при которой глутамат в положении 600 заменяет валин, найдена в 80-90% всех B-raf мутаций в меланоме; тогда как мутации в A-raf и C-raf при меланоме наблюдаются редко. Мутации в генах N-ras и B-raf также регулируют экспрессию субъединиц интегринов, что приводит к повышению инвазии клеток меланомы и васкуляризации опухоли, т.е. развитие в ней капиллярной сети.
· Перенос гена в активно транскрибируемую область хромосомы (хромосомные аберрации).
Потеря участка хромосомы, содержащего гены-супрессоры, ведет к развитию таких заболеваний, как ретинобластома, опухоль Вильмса и др.
Функции генов-супрессоров противоположны функциям протоонкогенов. Гены-супрессоры тормозят процессы клеточного деления и выхода из дифференцировки, а также регулируют апоптоз. В отличие от онкогенов, мутантные аллели генов-супрессоров рецессивны. Отсутствие одного из них, при условии, что второй нормален, не приводит к снятию ингибирования образования опухоли, и в ряде случаев инактивация генов-супрессоров ведет к развитию онкологических заболеваний.
Таким образом, система протоонкогенов и генов-супрессоров формирует сложный механизм контроля темпов клеточного деления, роста, дифференцировки и программируемой гибели.
В настоящее время получены многочисленные подтверждения мутационной (генетической) теории рака. Однако, известно, что частота спонтанных мутаций отдельных генов человека в расчете на один ген крайне низка и составляет около 10-5, т.е. одна мутация на 100 тысяч генов. Суммарно частота доминантных мутаций в популяциях человека равна 1%, рецессивных - 0,25% и мутаций хромосом - 0,34%. Доля людей с врожденными дефектами, которые могут проявляться в разных возрастах, составляет около 11%. При этом для возникновения и дальнейшего развития опухоли недостаточно одной мутации, необходимо несколько разных мутаций.
В большинстве случаев для полного превращения нормальной клетки в опухолевую в ней должно накопиться порядка 5-10 мутаций. Последние исследования показывают, что прогрессия опухоли определяется не только генетическими, но и эпигенетическими изменениями, которые возникают значительно чаще, чем истинные мутации.
Оказалось, что именно ряд эпигенетических изменений во многом способствует дестабилизации генома и большей вероятности возникновения мутаций в генах.
