54_ Что такое протоонкогены?

Протоонкогены — это собственные гены клеток, которые не­сут информацию о структуре белков, принимающих участие в регуля­ции клеточного деления. Протоонкогены являются клеточными анало­гами вирусных онкогенов.

Считают, что вирусные онкогены представляют собой протоонко­гены, попавшие в геном вирусов в результате длительной эволюции последних. Это объясняется тем, что вирусы, проходя через клетки, могут "воровать", т.е. прихватывать с собой клеточные гены.

Протоонкогены есть во всех клетках. Однако в одних клетках они всю жизнь репрессированы, т.е. "молчат", в других они "работают" только в период эмбриогенеза, а в остальных — функционируют в со­ответствии с поступающими регуляторными сигналами.

16.31. Как классифицируют вирусные онкогены и протоонко­гены?

В зависимости от продуктов, информацию о которых несут онко­гены вирусов и протоонкогены клеток, их делят на следующие группы.

1. Онкогены, кодирующие факторы роста или их аналоги. Например, sis-онкоген вируса саркомы обезьян и аналогичный

протоонкоген клеток кодируют структуру фактора роста тромбоцитар-ного происхождения.

2. Онкогены, кодирующие клеточные рецепторы к факторам роста.

Например, онкоген вируса лейкоза кур erb-B несет информацию о видоизмененном рецепторе к эпидермальному фактору роста.

3. Онкогены, кодирующие тщпкшнепецифические протеинкиназы. Примером может служить scr-онкоген вируса саркомы Рауса и

соответствующий протоонкоген клеток.

4. Онкогены, кодирующие структуру белков, переносящих инфор­мацию от рецепторов плазматической мембраны клетки к ядру.

Примером является ras-онкоген вируса саркомы крыс, несущий информацию о цитоплазматическом ГТФ-связывающем белке.

5. Онкогены, кодирующие структуру ядерных белков-регуляторов.

К ним, в частности, относится mic-онкоген вируса миелоцитоза кур.

Продукты вирусных онкогенов являются аналогичными продук­там протоонкогенов, т.е. собственным белкам клеток, принимающим участие в регуляции клеточного деления. Однако есть и некоторые от­личия, связанные с различиями в структуре вирусных онкогенов и протоонкогенов. Именно эти различия делают продукты вирусных он­когенов собственно онкогенными для клетки.

16.32. Что такое клеточные онкогены? Назовите основные механизмы превращения протоонкогенов в клеточные онко­гены.

Клеточные онкогены (трансформирующие гены) — это протоонкогены, которые приобрели способность трансформировать клетку, т.е. превращать ее в опухолевую. Перенос таких генов в дру­гие, здоровые клетки вызывает трансформацию последних.

В настоящее время доказано существование следующих механиз­мов превращения протоонкогенов в клеточные онкогены.

I. Дерепрессия протоонкогена. Может произойти либо в резуль­тате нарушения структуры, а следовательно, и функции соответст­вующего антионкогена, либо вследствие мутаций в генах-репрессорах, блокирующих деятельность (экспрессию) протоонкогена.

И. Повышение экспрессии протоонкогена. Наблюдается тогда, ко­гда белок — продукт протоонкогена образуется и в норме, однако его очень мало. Под влиянием определенных генетических факторов образо­вание такого продукта иногда существенно повышается. Указанное явле­ние может быть обусловлено следующими конкретными механизмами:

173а) амплификация генов (увеличение количества их копий);

б) хромосомные мутации — транслокации;

в) влияние вирусных промоторов и усилителей (так действуют ретровирусы, не имеющие в своем составе онкогена);

г) влияние мигрирующих генов самой клетки (транспозонов).

III. Качественные изменения протавнкогена, вызывающие обра­зование видоизмененного продукта. Эти изменения, как правило, обу­словлены точечными мутациями протоонкогена.

16.33. Что такое антионкогены?

Антионкогены — это клеточные гены, продукты которых вы­зывают репрессию протоонкогенов.

Потеря антионкогенов (делеция) или мутации в них, приводящие к образованию неактивных продуктов, могут иметь своим следствием дерепрессию протоонкогенов и трансформацию клетки, т.е. образова­ние злокачественной опухоли.

16.34. Какие молекулярные механизмы могут лежать в ос­нове вирусного онкогенеза?

I. Продукты вирусного онкогена нарушают регуляцию клеточного деления и таким образом вызывают трансформацию клетки. Такой ме­ханизм получил название эпигеномного. Он реализуется в случае действия вирусов, содержащих в своем геноме онкогены. С этим меха­низмом, в частности, связано влияние на клетки остротрансформи-рующих ретровирусов.

II. Под действием промоторов и усилителей вирусов, внедрившихся в геном клетки, происходит активация собственных протоонкогенов, и они превращаются в клеточные онкогены, трансформирующие клетку. Это так называемый мутационный механизм вирусного канцерогенеза. Он проявляется при действии вирусов, лишенных онкогенов, в частности медленнотрансформирующих ретровирусов.

56_ С какими молекулярными механизмами может быть связан канцерогенез, вызванный действием химических и физических факторов?

При действии химических и физических канцерогенных факторов возможны следующие молекулярные изменения, приводящие к пре­вращению клетки в опухолевую.

1. Точечные мутации протоонкогенов.

2. Мутации антионкогенов, регулирующих экспрессию протоонко­генов.

3. Хромосомные аберрации.

4. Образование дефектных вирусов, вследствие чего они получают онкогенные свойства.

5. Влияние на системы естественной и специфической противо­опухолевой резистентности, в частности, развитие состояния иммунодепрессии.

Таким образом, значение химических и физических факторов как факторов канцерогенеза может состоять в том, что они влияют: а) на клетки, вызывая образование клеточных онкогенов из протоонкогенов (мутационный механизм канцерогенеза); б) на вирусы, изменяя их структуру и свойства; в) на организм в целом, нарушая механизмы противоопухолевой защиты.

16.36. Назовите особенности роста злокачественных опу­холевых клеток в условиях in vitro.

1. Отсутствие контактного торможения.

Нормальные клетки в культуре делятся до тех пор, пока не обра­зуется монослой, покрывающий дно сосуда. При этом деление пре­кращается (контактное торможение).

Опухолевые клетки размножаются все время, образуя многослой­ную структуру (контактное торможение отсутствует).

2. Способность к делению без прикрепления к какой-либо поверхности. Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, могут делиться,

плавая в жидкости и сохраняя сферическую форму.

3. Для роста опухолевых клеток не обязательно наличие в среде сыворотки крови.

Деление нормальных клеток требует наличия в культуральном растворе не только питательных веществ и кислорода, но и сыворотки крови в концентрации от 10 до 30%. Считают, что последняя содержит белки, которые являются факторами роста для нормальных клеток.

4. Иммортилизация (бессмертие) — отсутствие предела клеточно­го деления.

Нормальные клетки в культуре после определенного числа пере­садок из сосуда в сосуд постепенно утрачивают способность к деле­нию, культура стареет и клетки в конце концов погибают. Существует так называемый лимит Хейфлика — генетически запрограммированное максимальное количество делений, которое может осуществить клетка.

В опухолевых клетках лимит Хейфлика отсутствует, их деление при создании соответствующих условий не имеет предела.

16.37. Назовите основные особенности роста злокачествен­ных опухолей in vivo.

1. Моноклональность происхождения. Опухоль растет "сама из се­бя", т.е. происходит из одной трансформированной клетки. Другие ря­дом расположенные клетки в процесс опухолевого перерождения не вовлекаются.

2. Автономность роста — независимость роста опухоли от регу-ляторных влияний организма (нервной системы, гормонов, факторов роста, ингибиторов пролиферации). Для некоторых опухолей такая ав­тономность не абсолютна, а относительна.

3. Анаплазия — приобретение опухолевыми клетками свойств, ха­рактерных для эмбрионального этапа развития организма. Другими словами, опухолевые клетки своими структурными, функциональны­ми, биохимическими, иммунологическими свойствами напоминают эмбриональные клетки.

4. Появление в опухолевых клетках большого количества хромо­сомных аберраций. В клетках злокачественной опухоли закономерно встречаются такие виды хромосомных нарушений, как транслокация, делеция, инверсия, души^кация (подробно см. разд.6).

5. Опухолевая прогреащя (см. вопр.16.19 и 16.20).

6. Инвазивность.

7. Метастазирование.

16.38. С какой скоростью растут злокачественные опухоли? Какими факторами она определяется?

Теоретические расчеты показали, что при условии, когда все опу­холевые клетки постоянно делятся, можно выделить два периода раз­вития опухоли. Первый это период от появления одной опухолевой клетки до образования опухоли, которая содержит 10° клеток. Для этого необхо-фшмо 30 удвоений, т.е. 90 сут. Масса такой опухоли составляет при-|6ли:иг1('ЛЫ!() 1 г — это минимальная по величине опухоль, которую шкшжно обнаружить в организме с помощью современных методов ис-СЛедоваиия.

Второй период — это период, во время которого количество кле-Ток II опухоли возрастает от 10° до 10¹². Для этого необходимо только удвоений, т.е. 30 сут. Масса опухоли в конце второго периода должна составлять около 1 кг — это максимально возможная по вели-иис злокачественная опухоль, еще совместимая с жизнью.

Однако в естественных условиях скорость роста опухоли значитель­но меньше, потому что не все клетки делятся, а многие погибают. На скорость роста злокачественной опухоли влияют следующие факторы.

1. Продолжительность митотического цикла опухолевых клеток. Для большинства из них она составляет от 20 до 60 ч.

2. Неличина пролиферативного пула (ростовой фракции) — пока-Э.тгсли, отражающего процент клеток опухоли, которые пребывают в Состоянии деления. В некоторых опухолях он достигает 30%.

3. Скорость гибели опухолевых клеток. Она довольно большая. Г in, опухоли, в которых на 100 вновь образованных клеток приходит-Си Ж) 1)0 погибших.

Причинами гибели клеток в опухоли являются: а) дефицит пита­тельных веществ; б) высокая чувствительность к действию повреж­дающих факторов; в) уничтожение защитными противоопухолевыми истомами организма.

16.39. Какими нарушениями обмена веществ характеризу-тся злокачественные опухоли?

I. Нарушения белкового обмена. В клетках злокачественной опу-'Mi извращается биосинтез белков: исчезают многие собственные С< 1ки, в частности, некоторые поверхностные антигены, в то же время Появляются не свойственные клеткам белки вирусного и эмбриональ-Нот происхождения, ферменты эктопического синтеза гормонов. В опухолевой ткани уменьшается интенсивность катаболизма белков, нарушается образование некоторых необходимых опухоли аминокис­лот, в частности L-аспарагина. Поскольку опухоль интенсивно погло­щает и:» крови огромное количество аминокислот, ее называют "ловуш­кой" а.юта.

II. Нарушения углеводного обмена. Для злокачественной опухо­ли характерны низкая интенсивность тканевого дыхания, высокая ак­тивность гликолиза, ослабленный эффект Пастера. В связи с этим опухоль нуждается в больших количествах глюкозы. Поглощая ее из крови, она "обкрадывает" организм, что может быть причиной разви­тия гипогликемии. В связи с этим злокачественную опухоль называют "ловушкой" глюкозы.

III. Нарушения жирового обмена. В опухолевой ткани умень­шается синтез жирных кислот из глюкозы и ацетата. Все необходи­мые липиды опухоль получает из крови, поглощая липопротеины очень низкой плотности и комплексы альбуминов с жирными ки­слотами.

16.40. Что такое инвазивность опухоли? Как злокачествен­ные клетки прорастают в окружающую ткань?

Инвазивность — это способность злокачественной опухоли прорастать в окружающие ткани.

Основу инвазии составляют три процесса.

1. Прикрепление опухолевых клеток к коллагеновым волокнам ин-терстициальной ткани. Это происходит благодаря наличию на по­верхности опухолевых клеток рецепторов к фибронектину, что способ­ствует образованию "фибронектиновых мостиков" между клетками опухоли и коллагеном I и III типов.

2. Деградация интерстициальной соединительной ткани. После прикрепления к коллагену опухолевые клетки активируются и начи­нают выделять ферменты: коллагеназы I и III типов, эластазу, катеп-сины, плазмин. Все они подвергают гидролитическому расщеплению волокнистые структуры соединительной ткани и компоненты основно­го межуточного вещества. Этим создается путь для миграции клеток, для продвижения их в здоровую ткань.

3. Собственно миграция опухолевых клеток. Давление, создаваемое в процессе деления, направляет опухолевые клетки в претерпевшую изменения интерстициальную ткань. Кроме того, часть клеток опухоли имеет собственную подвижность и обладает свойством хемотаксиса. Их хемотаксис стимулирует^ продуктами деградации соединительной ткани.

16.41. Что такое метастазирование? Как оно осуществля­ется?

Метастазирование — это способность злокачественной опу­холи давать вторичные опухолевые узлы (метастазы) в отдаленных от первичной опухоли частях организма.

Процесс метастазирования состоит из трех этапов.

I. Выход опухолевых клеток из ткани в лимфатические или кро­веносные сосуды — интравазация. Этому предшествует прикрепление опухолевых клеток к компонентам базальной мембраны сосудов. В ос­нове такого прикрепления лежит образование "ламининовых мости­ков" между поверхностью клеток опухоли и коллагеном IV типа ба­зальной мембраны. Гликопротеид ламинин является компонентом ме­жуточного вещества базальной мембраны. Некоторые наиболее злока­чественные клетки сами способны продуцировать это вещество. Лами­нин, с одной стороны, взаимодействует с так называемыми ламинино-выми рецепторами опухолевых клеток, а с другой, — с химическими группами коллагена IV типа.

II. Транспорт опухолевых клеток лимфой и кровью — диссемина-ция. Из клеток опухоли, проникших в сосуды, образуются опухолевые эмболы. Их образование связано с агрегацией опухолевых клеток. В этом процессе обязательно участвуют тромбоциты.

III. Выход опухолевых клеток из сосудов в ткани и образование вторичных очагов (метастазов) — экстравазация. Для локализации метастазов имеют значение местонахождение первичной опухоли, путь метастазирования (лимфогенный или гематогенный), рецепторное взаимодействие опухолевых клеток с эндотелием сосудов. Последним, в частности, объясняется факт специфической локализации метастазов некоторых опухолей (рака простаты в кости, бронхокарциномы в го­ловной мозг и надпочечники, нейробластомы в печень и т.д.).

16.42. Как влияет опухоль на организм в целом? Почему раз­вивается раковая кахексия?

Развитие злокачественной опухоли может проявляться тремя группами общих нарушений в организме.

I. Раковая кахексия — общее истощение. Характеризуется рез­ким уменьшением массы тела, слабостью, отсутствием аппетита, ане­мией. Возникновение раковой кахексии объясняют следующими явле­ниями:

а) опухоль захватывает из крови большие количества глюкозы ("ловушка глюкозы"), в результате чего развивается гипогликемия и происходит энергетическое "обкрадывание" организма;

б) опухоль захватывает из крови большие количества аминокислот ("ловушка азота'). Происходит пластическое "обкрадывание" организма;

в) из погибающих опухолевых клеток в кровь поступают токсиче­ские продукты — токсогормоны. Они обусловливают явления общей интоксикации;

г) из опухолевых клеток выходит много недоокисленных продук­тов — развивается негазовый ацидоз;

д) в результате выхода ферментов из погибших опухолевых кле­ток в кровь развивается ферментемия;

179е) при локализации опухоли в пищеварительном канале наруша­ются функции пищеварительной системы.

II. Общие проявления, связанные с местными изменениями тка­ней. К этой группе относятся образование язв, вторичные инфекции, кровотечения, болевой синдром.

III. Паранеопластические синдромы. Они час­то сопровождают развитие опухолей, однако их па­тогенез и связь со злокачественным опухолевым ростом остаются не выясненными.

К этой группе относятся: а) эндокринопатии; б) гиперкальциемия; в) нервно-мышечный синдром (миастения, нарушения центральной и перифериче­ской нервной системы); г) дерматологические нару­шения; д) поражения костей и суставов; е) сосудис­тые и гематологические нарушения (тромбозы, ане^МИЯ) лейкемоидная реакция).

16.43. Какие факторы организма влияют на развитие злока­чественных опухолей?

Развитие опухоли определяется не только свойствами самих опу­холевых клеток, но и влиянием организма на этот процесс. Наиболь­шее значение имеют:

а) васкуляризация опухоли. Показано, что максимальная удален­ность опухолевых клеток от просвета кровеносных сосудов не может быть больше 1-2 мм. Если расстояние превышает эту величину, клет­ки опухоли погибают.

В злокачественную опухоль, как правило, интенсивно прорастают кровеносные сосуды. Это связано с тем, что опухолевые клетки осво­бождают так называемый ангиогенетический фактор (ангиогенин}, ко­торый стимулирует рост Т^пилляров и размножение эндотелиальных клеток;

б) гормоны. Хотя опухолевый процесс является автономным, есть, однако, опухоли, которые проявляют высокую гормоночувствитель-ность. Это, в частности, рак молочной железы, матки, яичников, пред­стательной железы. Одни гормоны усиливают рост указанных опухо­лей, другие тормозят;

в) состояние механизмов противоопухолевой защиты орга­низма.

16.44. Какие механизмы противоопухолевой защиты суще­ствуют в организме?

I. Механизмы естественной неспецифической резистентности организма к опухолям. Не имеют иммунологической специфичности и не требуют предварительной иммунизации. Они осуществляются следующими клетками:

а) NK-клетками (естественными киллерами). Это большие грану­лярные лимфоциты, являющиеся разновидностью 0-лимфоцитов. Они распознают опухолевые клетки и уничтожают их;

б) LAK-клетками (лимфокин-активированными киллерами). Они, как и NK-клетки, осуществляют цитолиз опухолевых клеток;

в) макрофагами. Уничтожение клеток опухоли макрофагами осу­ществляется с помощью фагоцитоза и механизмов внеклеточной цито-токсичности.

Механизмы естественной неспецифической противоопухолевой защиты эффективны, если количество опухолевых клеток в организме не превышает 10³.

И. Реакции приобретенного (специфического) противоопухоле­вого иммунитета. Обусловлены специфическими опухолевыми анти­генами и включают в себя как клеточные, связанные с функцией Т-лимфоцитов, так и гуморальные, связанные с образованием антител, иммунные реакции.

Указанные реакции эффективны, если количество клеток в опу­холи составляет от 10³ до 10^(;. Если же их количество превышает 10⁶, то развивается состояние иммунологической депрессии и описанные выше механизмы противоопухолевой защиты подавляются.

16.45. Назовите основные патогенетические подходы к ле­чению опухолей.

1. Хирургическое удаление. 2. Лучевая терапия (использование ра­диоактивного облучения). 3. Химиотерапия. 4. Иммунотерапия. 5. По­вышение неспецифической резистентности (например, введение БЦЖ).

61_ Что такое доклеточные и внутриклеточные нарушения энергетического обмена?

Доклеточными называют расстройства энергетического обме­на, связанные с нарушениями обеспечения клеток питательными ве­ществами и кислородом. Это голодание и гипоксия.

При внутриклеточных расстройствах энергетического обме­на доставка питательных веществ и кислорода не страдает, а наруша­ется их использование клетками.

17.2. Назовите причины нарушения снабжения клеток пита­тельными веществами.

1. Полное отсутствие пищи или дефицит питательных веществ в ней.

2. Нарушение процессов пищеварения и всасывания.

3. Нарушение мобилизации питательных веществ из депо (напри­мер, поражения печени, расстройства нервно-гуморальной регуляции жирового обмена).

4. Нарушение транспорта питательных веществ кровью (общие и местные расстройства кровообращения).

5. Нарушение диффузии питательных веществ в тканях.

6. Потеря питательных веществ или их использование не по на­значению (протеинурия, глюкозурия, ожоговая болезнь, злокачествен­ные опухоли).

17.3. Какие нарушения химического состава крови свиде­тельствуют о нарушениях снабжения клеток питательны­ми веществами?

1. Гипогликемия — уменьшение концентрации глюкозы в крови.

2. Гиполипацидемия и еиполипопротеинемия — уменьшение содер­жания в крови свободных адцшых кислот и липопротеинов.

3. Гипопротеинемия и шпоаминоацидемия — уменьшение содер­жания белков и свободных аминокислот в крови.

17.4. Назовите причины внутриклеточных нарушений энер­гетического обмена.

1. Нарушение транспорта питательных веществ через клеточную мембрану (например, глюкозы при сахарном диабете).

2. Нарушения центральных внутриклеточных катаболических путей.

3. Расстройства процессов биологического окисления в митохонд­риях. "

4. Разобщение процессов окисления и фосфорилирования.

5. Нарушение транспорта АТФ из митохондрий к местам исполь­зования.

6. Нарушение использования энергии АТФ.

17.16. Приведите примеры увеличения и уменьшения основ­ного обмена в условиях патологии.

Увеличение основного обмена характерно для гиперфункции щи­товидной железы, аденогипофиза, половых желез.

Уменьшение основного обмена регистрируется при гипофункции щитовидной железы, аденогипофиза, половых желез; при хронической недостаточности коры надпочечников при голодании.

57_ Голодание — это типический патологический процесс, возни­кающий вследствие полного отсутствия пищи или недостаточного по-, ступления в организм питательных веществ, а также в условиях резко­го нарушения состава пищи и ее усвоения.

vi 18.2. Как классифицируют голодание?

По происхождению выделяют физиологическое, патологическое и лечебное голодание. Физиологическое голодание характерно для неко­торых видов животных во время зимней (сурки, суслики) или летней (пресмыкающиеся) спячки. «

В зависимости от содержания выделяют следующие виды голода­ния.

1. Полное голодание: а) с употреблением воды; б) без употребле­ния воды (абсолютное).

2. Неполное голодание (недоедание).

3. Частичное голодание (качественное).

18.3. На какие периоды делят патогенез полного голодания с употреблением воды?

I. Период неэкономной траты энергии. П. Период максимального приспособления. III. Терминальный период.

18.4. Чем характеризуется период неэкономной траты энергии!

Его продолжительность — 2-4 сут. Характерно сильное чувство голода, обусловленное возбуждением пищевого центра. При полном голодании оно продолжается до 5-ти сут, а потом исчезает. Происхо­дит быстрое падение массы тела (исхудание). Основным источником энергии в этот период являются углеводы, о чем свидетельствует вели­чина дыхательного коэффициента, равная 1,0. Возникает гипогликемия, которая усиливает выделением глюкокортикоидов корой надпочечни­ков. Следствием этого являются усиление катаболизма белков в пери­ферических тканях, в частности мышечной, и активация глюконеоге-неза в печени.

Основной обмен сначала несколько увеличивается, а затем посте­пенно уменьшается и становится на 10-20% меньше исходного. Разви­вается отрицательный азотистый баланс.