16. Патологія клітинного росту. Пухлини
16.1. Назвіть основні види змін клітинного росту.
Розрізняють два види змін клітинного росту: гіпербіотичні і гіпобіотичпі процеси. До перших відносять:
а) гіпертрофію і гіперплазію;
б) регенерацію;
в) пухлини.
До других:
а) атрофію;
б) дистрофію і дегенерацію.
16.2. Що таке пухлинний процес? Які існують види пухлин?
Пухлинним називається типовий патологічний процес, сутність якого полягає в безмежному, нерегульованому розростанні тканини, не пов'язаному із загальною структурою ураженого органа та його функціями.
Виділяють два види пухлин: доброякісні і злоякісні.
16.3. Чому пухлинний процес вважають загальнобіолопчним
явищем?
Пухлинний процес носить загальнобіологічний характер, оскільки пухлини виникають як у тварин, так і у рослин. У всіх видів багатоклітинних живих організмів виявляють пухлини (у комах, риб, амфібій, рептилій, ссавців).
16.4. Чи існують особливості в характері пухлинного процесу у людини й у різних видів тварин?
У людини 90 % усіх злоякісних пухлин мають епітеліальне походження, тобто є раком. У той же час у великої рогатої худоби, коней, свиней 80 % злоякісних пухлин походять із клітин крові, тобто є гемобластозами, а у собак 50 % злоякісних новоутворень являють собою саркоми — пухлини із клітин сполучної тканини.
16.5. У чому полягають основні відмінності доброякісних і злоякісних пухлин?
1. Доброякісні пухлини складаються з добре диференційованих клітин. Ці пухлини зберігають типову структуру тканини, з якої утворилися. У той же час злоякісні пухлини характеризуються втратою диференціювання клітин, спрощенням і ати-повістю своєї будови.
2. Доброякісні пухлини часто ростуть повільно, їх ріст може зупинитися, а іноді спостерігається й зворотний розвиток (регресія). Для злоякісних пухлин, як правило, характерний швидкий ріст, що спонтанно не зупиняється. Мимовільна регресія таких пухлин невідома.
3. Доброякісні пухлини мають капсулу й ростуть експансивно, тобто не проростають у навколишні здорові тканини, а розсовують їх. Ріст злоякісних пухлин інвазивний (інфільтративний). Вони не мають капсули і проростають у навколишні тканини.
4. Доброякісні пухлини не метастазують, у той час як злоякісні зазвичай дають метастази.
5. Доброякісні пухлини добре лікуються хірургічними методами, летальних наслідків, як правило, не буває. Злоякісні пухлини при відсутності лікування призводять до смерті.
16.6. Які існують методи експериментального вивчення пухлин?
Методами експериментального моделювання пухлин є індукція, трансплантація і експлантація.
Метод індукції передбачає відтворення злоякісних пухлин шляхом введення в організм канцерогенних факторів. Найчастіше з цією метою використовують хімічні канцерогенні сполуки й безклітинні фільтрати пухлинної тканини, що містять онкогенні віруси. Крім того, з метою індукції пухлин іноді використовують фізичні впливи (рентгенівське випромінювання, радіонукліди, ультрафіолетове опромінення).
Метод трансплантації - це пересадження пухлини від однієї тварини іншій. Уперше здійснена М. Новинським у 1876 р. Для успішної трансплантації пухлини важливими є такі умови:
а) пересадження має здійснюватися в межах одного виду тварин;
б) пересаджувати треба живі життєздатні пухлинні клітини;
в) трансплантацію слід робити в стерильних умовах, щоб уникнути запального процесу в тканині.
Метод експлантації— це вирощування пухлини в культурі тканини поза організмом. Цей метод дає можливість вивчати вплив різних факторів на пухлинний ріст, здійснювати пошук засобів терапії злоякісних пухлин.
16.7. Назвіть основні причини виникнення злоякісних пухлин.
Існує три групи етіологічних факторів: хімічні (канцерогенні речовини), фізичні (іонізуюча радіація, ультрафіолетове випромінювання, висока температура, механічний вплив), біологічні (онкогенні віруси).
16.8. Хто і як уперше довів роль хімічних факторів у виникненні злоякісних пухлин?
У 1775 р. англійський лікар П. Ttomm уперше припустив, що хімічні сполуки можуть бути причиною раку. До такого висновку він дійшов на підставі своїх спостережень численних випадків раку шкіри мошонки у молодих людей, які багато років до виникнення хвороби, будучи дітьми, працювали сажотрусами. Було вперше встановлено зв'язок між виникненням раку сажотрусів і дією на шкіру сажі та смоли.
Однак тільки в 1915 p. японські вчені Ямагіва та Ішикава підтвердили цей висновок в експерименті. Вони вперше відтворили злоякісну пухлину (рак шкіри) шляхом тривалого, протягом 6-ти місяців утирання кам'яновугільної смоли в шкіру вуха кролів.
На початку 30-х років з кам'яновугільної смоли був виділений 3,4-бензпірен — речовина, з дією якої й був пов'язаний канцерогенний ефект продуктів неповного згоряння вугілля.
16.9. Як класифікують хімічні канцерогени?
Хімічні канцерогени — це речовини, здатні викликати розвиток злоякісних пухлин. ї. За походженням розрізняють канцерогени природні і штучні. її. За хімічною будовою канцерогени можуть бути представлені:
а) поліциклічними ароматичними вуглеводнями (ПАВ);
б) ароматичними амінами;
в) нітрозосполуками;
г) мікотоксинами;
ґ) гетероциклічними вуглеводнями;
д) аміноазосполуками;
є) простими сполуками (миш'як, азбест та ін.).
III. Відносно організму хімічні канцерогени можуть бути екзогенними й ендогенними.
IV. За механізмом канцерогенного впливу розрізняють канцерогени прямої дії й канцерогени непрямої дії.
16.10. Наведіть приклади канцерогенів природного і штучного походження.
До канцерогенів природного походження відносять продукти життєдіяльності деяких грибів (мікотоксини) і продукти вулканічної діяльності.
Джерелами канцерогенів штучного походження є:
1) викиди промислових підприємств;
2) вихлопні гази автомобілів;
3) тютюновий дим;
4) продукти неправильної кулінарної обробки їжі (використання пересмажених жирів, порушення технології копчення та ін.).
16.11. Охарактеризуйте канцерогенну дію поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ).
ЛАВ - це сполуки, які мають у структурі своїх молекул кілька сполучених бензольних кілець. Найпоширенішими і найбільш вивченими є такі їхні представники, як 3,4-бензпірен, диме-
тилбензантрацен (рис. 50). їх можна виявити в продуктах вулканічної діяльності, викидах промислових підприємств, вихлопних газах автомобілів, тютюновому димі, харчових продуктах при неправильному їх копченні та ін.
Головна особливість канцерогенного впливу ПАВ полягає в їх місцевій дії. Це означає, що вони викликають розвиток пухлин у тих органах і тканинах, з якими контактують. Так, при втиранні в шкіру виникає рак шкіри, при підшкірному введенні - саркома, при вдихуванні - рак легень, при надходженні з їжею - рак стравоходу, шлунка і кишок, при виділенні з молоком - рак молочних залоз.
Рис. 50. Деякі канцерогенні ПАВ
Рис. 51. Канцерогенні ароматичні аміни
Рис. 52. Деякі канцерогенні сполуки
16.12. У чому полягає особливість канцерогенної дії ароматичних амінів?
Ароматичні аміни — це сполуки, що містять у своїй структурі бензольні кільця й аміногрупи. Канцерогенні властивості мають анілін та його похідні, зокрема, 2-на-фтиламін, диметиламіноазобензол (ДАБ) (рис. 51). Ці сполуки широко використовуються в промисловості як основа барвників, вихідні речовини для синтезу лікарських препаратів і виробництва вибухових речовин.
Характерною рисою канцерогенної дії ароматичних амінів є їх органотропність. Незалежно від шляху надходження або введення речовини пухлини виникають у певних органах. Так, при введенні 2-нафтиламіну розвивається рак сечового міхура, а при введенні ДАБ - рак печінки.
16.13. Чим характеризується канцерогенний вплив нітрозосполук?
До нітрозосполук належать нітрозаміни і нітрозаміди (рис. 52). У дослідах на тваринах показано, що 90 % всіх вивчених нітрозосполук мають канцерогенну дію. Багато речовин цього класу викликають утворення пухлин після одноразового вве-
дення в порівняно невеликих дозах. Не виявлено жодного виду тварин (вивчалося 40 видів, від риб до приматів), які були б стійкі до канцерогенної дії нітрозосполук. Дуже чутливим до їх впливу є й організм людини.
Нітрозаміни можуть утворюватися в шлунку людини з неканцерогенних попере-дників (нітритів, амінокислот, амідопірину) при наявності хлороводневої (соляної) кислоти.
Для канцерогенної дії нітрозосполук характерна органотропність. Є речовини, які вибірково викликають розвиток пухлин головного мозку, нирок, печінки, шлунка та ін.
16.14. Наведіть приклади канцерогенно)'дії продуктів життєдіяльності грибів.
Серед продуктів життєдіяльності грибів (цвілі), що мають канцерогенну дію, найбільш вивчено афлашоксин В. Цей мікотоксин є гетероциклічною сполукою і продукується грибом Aspergillus flavum (див. рис. 52). Канцерогенна дія афлатоксину виявляє себе в дуже малих дозах - 0,02 мг/кг маси. Для порівняння, ціанід калію спричиняє токсичну дію в дозах, що перевищують зазначену в кілька десятків разів.
Із впливом мікотоксинів пов'язують розвиток первинного раку печінки у представників племені Банту в Африці. Клімат території, на якій проживає це плем'я, дуже вологий, тому продукти харчування швидко покриваються цвіллю. За традицією, що існує в тих місцях, такі продукти придатні до використання. Аналізи показали, що у споживаній їжі міститься афлатоксин В.
16.15. Який зміст вкладають у поняття "ендогенні канцерогени"?
Ендогенними називають канцерогени, які утворюються в організмі з його нормальних компонентів.
Остаточно не доведено, однак є підстави думати, що в організмі при порушенні обміну речовин можуть утворюватися канцерогенні поліциклічні ароматичні вуглеводні, їхніми джерелами можуть бути холестерол, жовчні кислоти, стероїдні гормони. Зокрема, показано, що обробка in vitro жовчних кислот призводить до появи ме-тилхолантрену — представника ПАВ, що має сильну канцерогенну дію.
Крім того, ендогенні канцерогени можуть з'являтися при порушенні обміну деяких амінокислот, зокрема, триптофану.
16.16. Які досліди доводять можливу участь гормонів у виникненні злоякісного пухлинного росту?
При порушенні регуляції секреції тронних гормонів аденогіпофіза (при порушенні механізмів зворотного зв'язку) їхня кількість у крові може істотно зростати. Впливаючи на органи-мішені, вони можуть стимулювати проліферацію клітин і розвиток пухлини.
Подібну можливість демонструють у такому досліді. У тварини видаляють один яєчник, а другий пересаджують у селезінку. Кров від селезінки надходить у печінку, де естрогени, що утворилися в яєчнику, руйнуються. До гіпофіза надходить кров, у якій мало естрогенів. Це викликає стимуляцію утворення гонадотропних гормонів. Останні, діючи на яєчник, посилюють секрецію статевих гормонів, однак їх, як
і раніше, мало в крові, що надходить у гіпофіз, оскільки відбувається руйнування естрогенів у печінці. Постійна стимулятивна дія гонадотропних гормонів на яєчник викликає проліферацію його клітин і у великій кількості випадків - розвиток злоякісних пухлин.
16.17. Що таке хімічні канцерогени прямої і непрямої дії? Дайте їх порівняльну характеристику.
Канцерогени прямої дії— це високоактивні хімічні сполуки, зокрема лактони, хлоретиламіни, епоксиди. Вони здатні безпосередньо взаємодіяти зі структурами клітин і викликати розвиток пухлини. Ці сполуки не вимагають жодних перетворень в організмі для прояву своєї канцерогенної дії.
Маючи високу реакційну здатність, прямі канцерогени не можуть накопичуватися в навколишньому середовищі (при взаємодії з компонентами зовнішнього середовища вони руйнуються). Тому, з погляду гігієни, вони не являють великої небезпеки для людини як фактори канцерогенезу.
Канцерогени непрямої дії— це інертні за своїми хімічними властивостями сполуки. До них, зокрема, належать поліциклічні ароматичні вуглеводні, ароматичні аміни, нітрозосполуки, афлатоксини. Маючи низьку реакційну здатність, зазначені канцерогени можуть накопичуватися в навколишньому середовищі, а тому становлять велику небезпеку для людини.
Канцерогенними ці сполуки стають в організмі тільки після ряду хімічних ферментативних перетворень, у результаті яких утворюються їхні активні форми - власне канцерогени (рис. 53). Подібним чином з ПАВ утворюються епоксиди, з ароматичних амінів- гідроксиламіни, з нітрозамінів - алкильний радикал. Ці форми канцерогенів впливають на генетичний апарат клітини й викликають її перетворення на пухлинну.
Рис. 53. Перетворення канцерогенів непрямої дії в печінці
16.18. Які властивості хімічних речовин обумовлюють їхню канцерогенну дію ?
У 60-ті роки подружжя Міллерів показало, що канцерогенна дія хімічних сполук пов'язана з наявністю в їхній структурі позитивно зарядженої (електрофільної) групи. У молекулах канцерогенів прямої дії така група з'являється відразу ж при розчиненні речовини у воді. У випадку канцерогенів непрямої дії електрофільна група утворюється в процесі ферментативних перетворень речовини в організмі.
Так, продуктами перетворення ПАВ, що містять позитивно заряджену групу, є епоксиди. Подружжя Пульманів показало, що канцерогенні властивості мають епоксиди, у молекулі яких атом кисню приєднаний до так званої К-зони (від нім. слова
Krebs - рак). Пізніше було встановлено, що найбільш канцерогенними є епоксиди з атомом кисню в так званій бей-ділящі молекули ПАВ (від англ. bay - затока) (рис. 54).
Таким чином, знаючи хімічну будову молекули ПАВ, можна передбачити канцерогенні властивості речовини.
Рис. 54. Хімічні властивості канцерогенних ПАВ
16.19. Які стадії проходить хімічний канцерогенез? У чому їхня сутність ?
У хімічному канцерогенезі виділяють три стадії: ініціацію, промоцію і пухлинну прогресію.
Сутність ініціації полягає в тому, що під впливом хімічного канцерогену відбувається
трансформація клітини, тобто перетворення її з нормальної на пухлинну.
Під час стадії промоціїтрансформована клітина отримує стимул до розмноження, пухлина починає рости. Речовини, що стимулюють розмноження трансформованих клітин, отримали назву промоторів. Самі вони можуть бути й неканцерогенни-ми. Дуже сильними промоторами є форболові ефіри, які активують протеїнкіназу С, що бере участь у регуляції клітинного поділу.
Між ініціацією і промоцією може пройти багато часу (іноді роки). Більшість вивчених хімічних канцерогенів є повними, тобто виявляють властивості й ініціаторів, і промоторів.
Пухлинна прогресія — це якісні зміни властивостей пухлини в процесі її розвитку. Як правило, згодом пухлина набуває усе більш і більш злоякісних властивостей.
16.20. Чим пояснюється явище пухлинної прогресії?
Пухлинним клітинам притаманна висока мінливість, тому їхня популяція неоднорідна. Іде постійна боротьба клітин за виживання в несприятливих умовах існування (дефіцит субстратів, кисню і т. д.). Це є основою природного їх добору - виживають тільки ті, що найбільш пристосовані до існування в таких умовах. А найбільш пристосованими є найпростіше влаштовані пухлинні клітини, які втратили свої спеціалізовані функції й зберегли тільки властивість безмежного поділу. У такий спосіб іде подальше збільшення злоякісності пухлини (малігнізація) — головний напрям пухлинної прогресії.
16.21. Які фізичні фактори можуть мати значення у виникненні злоякісних пухлин?
Серед факторів фізичної природи до етіології пухлин можуть мати стосунок:
1) іонізуюча радіація;
2) ультрафіолетове випромінювання;
3) механічний вплив (тривалий тиск на тканини);
4) висока температура.
Роль іонізуючоїрадіації доводять в експериментах і численними клінічними спостереженнями. Радіаційний канцерогенез було виявлено вже через 7 років після відкриття рентгенівського випромінювання. Першою його жертвою став перший виробник рентгенівських трубок Фрікен, що перевіряв якість своєї продукції на власних руках. У нього виник рак шкіри.
При тривалому перебуванні білих щурів на сонці у них часто розвивається рак шкіри, що пов'язують із впливом ультрафіолетового випромінювання.
Розвиток пухлини в ділянці імплантації тваринам пластинок, виготовлених з хі-Вачно інертного матеріалу ("пластмасовий " канцерогенез), виникнення раку в місці тривалого тиску на шкіру кантрі (спеціальної сумки, у якій жителі Індії носять вугілля) - це приклади можливого значення механічних факторів у канцерогенезі.
Нарешті, часте виникнення пухлин порожнини рота у пастухів гірських районів, які п'ють дуже гарячий чай, наводить на думку про можливу роль високої температури в розвитку пухлин.
16.22. Назвіть основні закономірності канцерогенної дії іонізуючого випромінювання
Хоча для розвитку пухлин мають значення доза й вид випромінювання, немає лінійної залежності між частотою виникнення пухлинного росту і поглиненою дозою. Немає також і мінімальної порогової дози, так що будь-яке випромінювання в будь-якій дозі є потенційно небезпечним. За інших рівних умов тривалий і постійний вплив низьких доз, з погляду канцерогенезу, значно небезпечніший, ніж короткочас-ний вплив великих доз.
16.23. Що таке "пластмасовий" канцерогенез? У чому його особливості?
В експерименті було показано, що після імплантації пластмасових пластинок під шкіру в цій ділянці часто розвивається злоякісна пухлина. Таке явище отримало назву "пластмасового" канцерогенезу. Було встановлено такі його закономірності. 1. Для виникнення пухлини матеріал, з якого зроблено пластинки, не має особливого значення. Такий висновок зроблено на підставі результатів дослідження багатьох речовин, серед яких целофан, поліетилен, тефлон, скло, золото, платина та ін. | 2. Якщо з речовини зробити пластинку й імплантувати її - пухлина виникає, якщо пластинку подрібнити і ввести в тканину отриманий порошок - пухлина не розвивається.
3. Вирішальне значення має розмір пластинки. Пухлина виникає при імплантації пластинок розмірами не менше 0,5 х 0,5 см.
4. Пластинка має бути суцільною, тобто не мати отворів (перфорацій).
Відповідно до однієї з гіпотез, навколо пластинки утворюється сполучнотканинна капсула, серед колагенових волокон якої перебувають одиничні клітини. Вони є відірваними від інших клітин і сигналів, що регулюють інтенсивність проліфератив-них процесів. У зв'язку з цим створюються умови, які сприяють переродженню нормальних клітин у пухлинні.
16.24. Ким і в яких експериментах було доведено роль вірусів у виникненні пухлин?
Експериментальними доказами вірусного походження пухлин вважають їх виникнення після введення тваринам безклітинних фільтратів пухлинної тканини. Такі фільтрати готують із суспензії пухлинних клітин, пропускаючи її через порцелянові фільтри, що затримують бактерії і клітини тканини (рис. 55).
Уперше в 1908 р. В. Елерман і О. Банг у такий спосіб відтворили лейкоз у курей, уводячи безклітинні фільтрати лейкозних клітин.
У 1910 р. П. Раус викликав саркому у курей введенням безклітинного фільтрату саркоматозної тканини. За ці дослідження його в 1966 р. було удостоєно Нобелівської премії.
У 1932 p. Р. Шоуп повідомив про виділення вірусу з доброякісної пухлини кролів - фіброми, а трохи пізніше - з папіломи.
У 1934 р. Б. Люке виявив у ядрах ракових клітин нирок леопардової жаби тільця-включення, що нагадують такі при вірусних інфекціях. Потім він відтворив пухлину введенням тваринам висушеного екстракту пухлинних клітин.
У 1936 р.Дж. Біттнер відкрив "фактор молока" (фактор Біттнера), що викликав рак молочних залоз у мишей. Подальші дослідження показали, що цей фактор є ві- . русом, який передається від матері дитинчатам з молоком.
У 1951 p. JT. Гросс уперше відтворив лейкоз у мишей введенням безклітинних фільтратів пухлинних клітин новонародженим тваринам. Ці дослідження довели можливість вірусної етіології злоякісних пухлин і у представників ссавців.
Рис. 55. Перевивання пухлини клітинним і безклітинним матеріалом: а — клітинне перевивання; б - перевивання фільтратом, що не містить клітин
16.25. Які ДНК-вмісні віруси є онкогенними для тварин і людини?
До онкогенних ДНКчвмісних вірусів відносять:
а) nanoea-eipycu. Вони викликають розвиток у тварин трьох видів пухлин: папіломи, поліоми і пухлини, що виникає під дією вакуолізуючого вірусу мавп SV-40;
б) аденовіруси. Онкогенними для тварин є аденовіруси 12,18 і 31-го типів;
в) герпес-віруси, зокрема, вірус Епшгпейна — Барр.
Що стосується людини, то в одних випадках доведено, а в інших є підстави думати, що причиною деяких пухлин є:
а) вірус Епштейна - Барр (викликає лімфому Беркіта, назофарингеальний рак);
б) вірус гепатиту В (може бути причиною раку печінки);
в) вірус папіломи людини (викликає доброякісні пухлини шкіри, жіночих геніталій, гортані).
16.26. Які РНК-вмісні віруси є онкогенними для тварин і людини?
Всі онкогенні РНК-вмісні віруси належать до сімейства pempoeipycie. Загальною їхньою властивістю є наявність у вірусному геномі гена, що кодує структуру ферменту ревертази, відомого ще як зворотна транскриптаза, або РНК-залежна ДНК-полімераза. Цей фермент забезпечує синтез двоспіральної ДНК на матриці односпіральноїРНК. Унаслідок цього утворюється ДНК-копія ретровірусу, що отримала назву ДНК-провірусу.
Залежно від онкогенності ретровіруси поділяють на дві групи.
I. Гостротрансформуючі ретровіруси. Дуже онкогенні, викликають розвиток пухлин після короткого латентного періоду. Ці віруси мають у своєму геномі онкоген, тому в основі трансформації клітин у пухлинні лежить епігеномнш механізм. До зазначеної групи, зокрема, відносять віруси гострих лейкозів у птахів, мишей і саркоми Рауса у курей.
II. Повільнотрансформуючі ретровіруси. Викликають розвиток пухлин після тривалого латентного періоду. Ці віруси не мають у своєму складі онкогена, тому основний механізм їх трансформуючої дії — мутаційний. До вірусів цієї групи відносять віруси лімфолейкозів.
Онкогенним ретровірусом людини є вірус Т-клітинноїлімфоми-лейкемії. Він передається від людини до людини при тривалих інтимних контактах, переливанні крові. Слід зазначити, що цей лімфотропний вірус дуже схожий на віруси імунодефіциту людини (ВІЛ), що викликають СНІД.
16.27. Назвіть етапи вірусного онкогенезу.
I. Рецепція вірусу. Відбувається взаємодія вірусної частки з певними структурами плазматичної мембрани клітини (рецепторами). Відсутністю відповідних рецепторів пояснюється видовий імунітет до вірусної інфекції.
II. Роздягання й проникнення вірусу в клітину (інтернолізація).
III. Об'єднання (інтеграція) вірусного геному з геномом клітини. Це центральний і обов'язковий етап вірусного онкогенезу. У випадку ДНК-вмісних онковірусів відбувається вбудовування вірусної ДНК у ДНК клітини; у випадку РНК-вмісних вірусів - вбудовується ДНК-провірус, який утворюється під впливом ферменту ревертази.
IV. Постійне перебування (персистенція) вірусу в геномі клітини. При цьому вірус розмножується разом з клітиною. Такий перебіг вірусної інфекції називається абортивним. Абортивний перебіг є неодмінною умовою перетворення клітини в пухлинну під впливом вірусу.
V. Трансформація клітини.
VI. Промоція.
VII. Пухлинна прогресія (див. запит. 16.19 і 16.20).
16.28. Назвіть фактори, від яких залежить трансформуюча дія вірусів на клітину.
I. Фактори, що їх визначають властивості вірусу. До них, зокрема, відносять так звану структурну дефектність вірусу. Структурно дефектними називаються віруси, які в процесі розмноження й формування вірусних часток втратили частину свого геному. Вони здатні проникати в клітину й об'єднуватися з її геномом, однак не здатні до репродукції. У цьому випадку єдино можливим варіантом вірусної інфекції є абортивний її перебіг. Це збільшує ймовірність трансформації клітини під впливом структурно дефектних вірусів.
Крім того, для механізмів онкогенної дії вірусів має значення наявність або відсутність у їхньому геномі вірусного онкогена.
II. Фактори, що їх визначають властивості клітин. До них відносять наявність віщіовіщтх. рецепторів на поверхні клітин, період клітинного циклу, під час якого вірус потрапляє в клітину. Інтеграція геному вірусу з геномом клітини можлива тільки в синтетичну фазу (фазу S) або в період, що безпосередньо передує їй (кінець фази G,). Цим, зокрема, пояснюється та обставина, що високодиференційова-ні клітини, які втратили здатність до поділу, є стійкими до дії онкогенних вірусів. Крім того, клітина стає чутливою до онкогенних вірусів, якщо в ній нема умов для синтезу всіх білків, необхідних для формування вірусних часток. За таких умов неможлива репродукція вірусу й вірусна інфекція має абортивний перебіг, при якому збільшується ймовірність трансформації клітини. Таке явище отримало назву функціональної дефектності вірусу.
16.29. Що таке вірусні онкогєни?
Вірусні онкогєни - це гени вірусу, з функціонуванням яких пов'язане перетворення нормальних клітин у пухлинні. Білки-продукти вірусних онкогенів порушують регуляцію процесів клітинного поділу і в такий спосіб викликають трансформацію клітини (епігеномний механізм канцерогенезу).
16.30. Що таке протоонкогени?
Про то онкогєни - це власні гени клітин, які несуть інформацію про структуру білків, що беруть участь у регуляції клітинного поділу. Протоонкогени є клітинними аналогами вірусних онкогенів.
Вважають, що вірусні онкогєни являють собою протоонкогени, які потрапили в геном вірусів у результаті тривалої еволюції останніх. Це пояснюється тим, що віруси, проходячи через клітини, можуть "красти", тобто прихоплювати із собою клітинні гени.
Протоонкогени є у всіх клітинах. Однак в одних клітинах вони все життя репресовані, тобто "мовчать", в інших вони "працюють" тільки в період ембріогенезу, а в інших - функціонують відповідно до регуляторних сигналів, що надходять.
16.31. Як класифікують вірусні онкогени і протоонкогени?
Залежно від продуктів, інформацію про які несуть онкогени вірусів і протоонкогени клітин, їх поділяють на такі групи (рис. 56):
Рис. 56. Продукти протоонкогенів і вірусних онкогенів
1. Онкогени, що кодують фактори росту або їхні аналоги. Наприклад, sis-онкоген вірусу саркоми мавп і аналогічний протоонкоген клітин кодують структуру фактора росту тромбоцитар-ного походження.
2. Онкогени, що кодують клітинні рецептори до факторіє росту.
Наприклад, онкоген вірусу лейкозу курей erb-B несе інформацію про видозмінений рецептор до епідермального фактору росту.
3. Онкогени, що кодують тирозинспецифічні про-теїнкінази. Прикладом може бути scr-онкоген вірусу саркоми Рауса та відповідний протоонкоген клітин.
4. Онкогени, що кодують структуру білків, які переносять інформацію від рецепторів плазматичної мембрани клітини до ядра. Прикладом є ras-онкоген вірусу саркоми щурів, який несе інформацію про цитоплазматичний білок, що зв'язує ГТФ.
5. Онкогени, що кодують структуру ядерних білків-регуляторів.
До них, зокрема, належить mic-онкоген вірусу мієлоцитозу курей. Продукти вірусних онкогенів є аналогами продуктів протоонкогенів, тобто власних білків клітин, що беруть участь у регуляції клітинного поділу. Однак є деякі, хоча й невеликі, відмінності, Вони стосуються певних структурних характеристик вірусних онкогенів і протоонкогенів. Саме ці відмінності і роблять продукти вірусних онкогенів власне онкогенними для клітини.
16.32. Що таке клітинні онкогени? Назвіть основні механізми перетворення протоонкогенів у клітинні онкогени.
Клітинні онкогени (трансформуючі гени) - це протоонкогени, які набули здатності трансформувати клітину, тобто перетворювати її в пухлинну. Перенесення таких генів в інші, здорові клітини викликає трансформацію останніх.
Нині доведено існування таких механізмів перетворення протоонкогенів у клітинні онкогени.
І. Дерепресія протоонкогена. Може відбуватися або в результаті порушення структури, а отже, і функції відповідного антионкогена, або внаслідок мутацій у генах-репресорах, що блокують діяльність (експресію) протоонкогена.
її. Підвищення експресії протоонкогена. Спостерігається тоді, коли білок-про-дукт протоонкогена утворюється і в нормі, однак його дуже мало. Під впливом певних генетичних факторів утворення такого продукту іноді істотно зростає. Зазначене явище може бути обумовлене такими конкретними механізмами:
а) ампліфікація генів (збільшення кількості їхніх копій);
б) хромосомні мутації — транслокація;
в) вплив вірусних промоторів і підсилювачів (так діють ретровіруси, що не мають у своєму складі онкогена);
г) вплив мігруючих генів самої клітини (транспозонів).
Ш. Якісні зміни протоонкогена, що викликають утворення видозміненого продукту. Ці зміни, як правило, обумовлені точковими мутаціями протоонкогена.
16.33. Що таке антионкогени?
AnmuoHKOzenu — це клітинні гени, продукти яких викликають репресію прото-онкогенів.
Втрата антионкогенів (делеція) або мутації в них, що призводять до утворення неактивних продуктів, можуть мати своїм наслідком дерепресію протоонкогенів і трансформацію клітини, тобто утворення злоякісної пухлини.
16.34. Які молекулярні механізми можуть лежати в основі вірусного онкогенезу?
I. Продукти вірусного онкогена порушують регуляцію клітинного поділу й у такий спосіб викликають трансформацію клітини. Цей механізм отримав назву епігеном-ного. Він реалізує себе у випадку дії вірусів, що містять у своєму геномі онкогени. Із цим механізмом, зокрема, пов'язаний вплив на клітини гостротрансформуючих ретровірусів.
II. Під дією промоторів і підсилювачів вірусів, що потрапили в геном клітини, відбувається активація власних протоонкогенів, і вони перетворюються на клітинні онкогени, що трансформують клітину. Це так звання мутаційний механізм вірусного канцерогенезу. Він виявляє себе при дії вірусів, позбавлених онкогенів, зокрема, повільнотрансформуючих ретровірусів (рис. 57).
16.35. З якими молекулярними механізмами може бути пов'язаний канцерогенез, що його викликають хімічні і фізичні фактори?
При дії хімічних і фізичних канцерогенних факторів можливими є такі молекулярні зміни, що призводять до перетворення клітини в пухлинну.
1. Точкові мутації протоонкогенів.
2. Мутації антионкогенів, що регулюють експресію протоонкогенів.
3. Хромосомні аберації.
4. Утворення дефектних вірусів, унаслідок чого вони отримують онкогенні властивості.
5. Вплив на системи природної і специфічної протипухлинної резистентності, зокрема, розвиток стану імунодепресії.
Рис. 57. Механізми канцерогенезу
Таким чином, значення хімічних і фізичних факторів як чинників канцерогенезу може полягати в тому, що вони впливають:
а) на клітини, викликаючи утворення клітинних онкогенів із протоонкогенів (мутаційний механізм канцерогенезу);
б) на віруси, змінюючи їхню структуру і властивості;
в) на організм у цілому, порушуючи механізми протипухлинного захисту.
16.36. Назвіть особливості росту злоякісних пухлинних клітин в умовах in vitro.
1. Відсутність контактного гальмування.
Нормальні клітини в культурі діляться доти, доки не утвориться моношар, що покриває дно судини. При цьому поділ припиняється (контактне гальмування). Пухлинні клітини розмножуються увесь час, утворюючи багатошарову структуру (контактного гальмування нема).
2. Здатність до поділу без прикріплення до якої-небудь поверхні. Пухлинні клітини, на відміну від нормальних, можуть ділитися, плаваючи в рідині і зберігаючи сферичну форму.
3. Для росту пухлинних клітин не обов'язкова наявність у середовищі сироватки крові.
Поділ нормальних клітин вимагає наявності в культуральному розчині не тільки поживних речовин і кисню, але й сироватки крові в концентрації від 10 до 30 %. Вважають, що сироватка містить білки, які є факторами росту для нормальних клітин.
4. Імортилізація (безсмертя) — безмежність у часі клітинного поділу. Нормальні клітини в культурі після певного числа пересаджень із судини в судину поступово втрачають здатність до поділу, культура старіє і клітини зрештою гинуть. Існує так званий ліміт Хейфліка — генетично запрограмована максимальна кількість поділів, яку може здійснити клітина.
У пухлинних клітинах ліміту Хейфліка нема, їхній поділ при створенні відповідних умов не має межі.
16.37. Назвіть основні особливості росту злоякісних пухлин in vivo.
1. Моноклональнісшь походження. Пухлина росте "сама із себе", тобто походить із однієї первинно трансформованої клітини. Інші, розташовані поруч, клітини в процес пухлинного переродження не втягуються:.
2. Автономність, росту — незалежність росту пухлини від регуляторних впливів організму (нервової системи, гормонів, факторів росту, інгібіторів проліферації). Для деяких пухлин така автономність ле абсолютна, а відносна.
3. Анаплазія- набуття пухлинними клітинами властивостей, характерних для ембріонального етапу розвитку організму. Інакше кажучи, пухлинні клітини своїми структурними, функціональними, біохімічними, імунологічними властивостями нагадують ембріональні клітини.
4. Поява в пухлинних клітинах великої кількості хромосомних аберацій. У клітинах злоякісної пухлини закономірно виявляють такі види хромосомних порушень, як транслокація, делеція, інверсія, дуплікація (докладно див. розд. 6).
5. Пухлинна прогресія (див. запит. 16.19 і 16.20).
6. Інвазивність.
7. Метастазування.
16.38. З якою швидкістю ростуть злоякісні пухлини? Якими чинниками вона визначається?
Теоретичні розрахунки показали, що за умови, коли всі пухлинні клітини постійно діляться, можна виділити два періоди розвитку пухлини.
Перший — це період від появи однієї пухлинної клітини до утворення пухлини, що містить 109 клітин. Для цього необхідно ЗО подвоєнь, тобто 90 діб. Маса такої пухлини становить приблизно 1 г - це мінімальна за величиною пухлина, яку можна виявити в організмі за допомогою сучасних методів дослідження.
Другий період — це період, під час якого кількість клітин у пухлині зростає від 109 до 1012. Для цього необхідно тільки 10 подвоєнь, тобто 30 діб. Маса пухлини наприкінці другого періоду має становити близько 1 кг — це максимально можлива за величиною злоякісна пухлина, ще сумісна з життям.
Однак у природних умовах швидкість росту пухлини значно менша, тому що не всі клітини діляться, а багато з них гине. На швидкість росту злоякісної пухлини впливають такі чинники.
1. Тривалість мітотичного циклу пухлинних клітин. Для більшості з них вона становить від 20 до 60 год.
2. Величина проліферативного пулу (ростової фракції) - показника, що відображає відсоток клітин пухлини, які перебувають у стані поділу. У деяких пухлинах він досягає 30 %.
3. Швидкість загибелі пухлинних клітин. Вона досить велика. Є пухлини, у яких на 100 щойно утворених клітин припадає 80-90 таких, що гинуть.
Причинами загибелі клітин у пухлині є:
а) дефіцит поживних речовин;
б) висока чутливість до дії ушкоджувальних факторів;
в) знищення захисними протипухлинними системами організму.
16.39. Якими порушеннями обміну речовин характеризуються злоякісні пухлини?
I. Порушення білкового обміну. У клітинах злоякісної пухлини спотворюється біосинтез білків: зникає багато власних білків, зокрема, деякі поверхневі антигени, у той же час з'являються невластиві клітинам білки вірусного і ембріонального походження, ферменти ектопічного синтезу гормонів. У пухлинній тканині зменшується інтенсивність катаболізму білків, порушується утворення деяких необхідних пухлині амінокислот, зокрема L-аспарагіну. Оскільки пухлина інтенсивно поглинає з крові величезну кількість амінокислот, її називають "пасткою " азоту.
II. Порушення вуглеводного обміну. Для злоякісної пухлини характерна низька інтенсивність клітинного дихання, висока активність гліколізу, ослаблений ефект Пастера. У зв'язку з цим пухлина має потребу в дуже великих кількостях глюкози. Поглинаючи її з крові, вона "обкрадає" організм, що може бути причиною розвитку гіпоглікемії. У зв'язку з цим злоякісну пухлину називають "пасткою " глюкози.
III. Порушення жирового обміну. У пухлинній тканині зменшується синтез жирових кислот із глюкози й ацетату. Всі необхідні ліпіди пухлина отримує з крові, поглинаючи ліпопротсїни дуже низької густини і комплекси альбумінів з жировими кислотами.
16.40. Що таке інвазивність пухлини? Як злоякісні клітини проростають у навколишню тканину?
Інвазивність - це здатність злоякісної пухлини проростати у навколишні тканини. Основу інвазії становлять три процеси.
1. Прикріплення пухлинних клітин до колагенових волокон інтерстиціальної тканини. Це відбувається завдяки наявності на поверхні пухлинних клітин рецепторів до фібронектину, що сприяє утворенню "фібронектинових містків" між клітинами пухлини і колагеном І і III типів.
2. Деградація інтерстиціальної сполучної тканини. Після прикріплення до колагену пухлинні клітини активуються й починають виділяти ферменти: колагенази І і III типів, еластазу, катепсини, плазмін. Усі вони спричиняються до гідролітичного розщеплення волокнистих структур сполучної тканини і компонентів основної інтерстиціальної речовини. Цим створюється шлях для міграції клітин, для просування їх у здорову тканину.
3. Власне міграція пухлинних клітин. Тиск, що створюється в процесі поділу, направляє пухлинні клітини в інтерстиціальну тканину, що зазнала змін. Крім того, частина клітин пухлини має власну рухливість і має властивість хемотаксису. їхній хемотаксис стимулюється продуктами деградації сполучної тканини.
16.41. Що таке метастазування? Як воно здійснюється?
Метастазування — це здатність злоякісної пухлини давати вторинні пухлинні вузли (метастази) у віддалених від первинної пухлини частинах організму.
Процес метастазування складається з трьох етапів. І. Вихід пухлинних клітин із тканини в лімфатичні або кровоносні судини - інтра-
вазація. Цьому передує прикріплення пухлинних клітин до компонентів базаль-
ної мембрани судин. В основі такого прикріплення лежить утворення "ламініно-вих містків" між поверхнею клітин пухлини і колагеном IV типу базальної мембрани. Глікопротеїд ламінін є компонентом інтерстиціальної речовини базальної мембрани. Деякі найбільш злоякісні клітини самі здатні продукувати цю речовину. Ламінін, з одного боку, взаємодіє з так званими ламініновими рецепторами пухлинних клітин, а з другого - з хімічними групами колагену IV типу.
II. Транспорт пухлинних клітин лімфою й кров'ю - дисемінація. Із клітин пухлини, що проникли в судини, утворюються пухлинні емболи. їх утворення пов'язане з агрегацією пухлинних клітин. У цьому процесі обов'язково беруть участь тромбоцити.
III. Вихід пухлинних клітин з судин у тканини й утворення вторинних вогнищ (метастазів)— екстравазація. Для локалізації метастазів мають значення місцезнаходження первинної пухлини, шлях метастазування (лімфогенний чи гематогенний), рецепторна взаємодія пухлинних клітин з ендотелієм судин. Останнім, зокрема, пояснюється факт специфічної локалізації метастазів деяких пухлин (раку простати в кістки, бронхокарциноми в головний мозок і надниркові залози, не-йробластоми в печінку і т. д.).
16.42. Як впливає пухлина на організм у цілому? Чому розвивається ракова кахексія?
Розвиток злоякісної пухлини може виявляти себе трьома групами загальних порушень в організмі.
ї. Ракова кахексія - загальне виснаження. Характеризується різким зменшенням маси тіла, слабкістю, втратою апетиту, анемією. Виникнення ракової кахексії пояснюють такими явищами:
а) пухлина захоплює із крові великі кількості глюкози ( "пастка глюкози"), у результаті чого розвивається гіпоглікемія і відбувається "енергетичне обкрадання" організму;
б) пухлина захоплює із крові великі кількості амінокислот ("пастка азоту"). Відбувається "пластичне обкрадання" організму;
в) з пухлинних клітин, що гинуть, у кров надходять токсичні продукти — ток-согормони. Вони обумовлюють явища загальної інтоксикації;
г) з пухлинних клітин виходить багато недоокиснених продуктів - розвивається негазовий ацидоз;
ґ) у результаті виходу ферментів із загиблих пухлинних клітин у кров розвивається ферментемія;
д) при локалізації пухлини у травному каналі порушуються функції травної системи.
II. Загальні прояви, пов'язані з місцевими змінами тканин. До цієї групи відносять утворення виразок, вторинні інфекції, кровотечі, больовий синдром.
III. Паранеонластичні синдроми. Вони часто супроводжують розвиток пухлин, однак їх патогенез і зв'язок зі злоякісним пухлинним ростом залишаються нез'ясованими.
До цієї групи відносять:
а) ендокринопатії;
б) гіперкальціємію;
в) нервово-м'язовий синдром (міастенію, порушення центральної й периферичної нервової системи);
г) дерматологічні порушення; ґ) ураження кісток і суглобів;
д) судинні й гематологічні порушення (тромбози, анемію, лейкемоїдну реакцію).
Великий внесок у вивчення складних механізмів впливу пухлини на організм зробив Р. Є. Кавецький- учень
0. О. Богомольця.
16.43. Які фактори організму впливають на розвиток злоякісних пухлин?
Розвиток пухлини визначається не тільки властивостями самих пухлинних клітин, але й впливом організму на цей процес. Найбільше значення мають:
а) васкулярілзація пухлини. Показано, що максимальна віддаленість пухлинних клітин від просвіту кровоносних судин не може бути більше 1—2 мм. Якщо відстань перевищує цю величину, клітини пухлини гинуть.
У злоякісну пухлину, як правило, інтенсивно проростають кровоносні судини. Це пов'язане з тим, що пухлинні клітини вивільнюють так званий ангіогенетичний фактор (ангіогенін), що стимулює ріст капілярів і розмноження ендотеліальних клітин;
б) гормони. Хоча пухлинний процес є автономним, існують, однак, пухлини, які виявляють високу чутливість до гормонів. Це, зокрема, рак молочної залози, матки, яєчників, передміхурової залози. Одні гормони посилюють ріст зазначених пухлин, інші, навпаки, гальмують;
в) стан механізмів протипухлинного захисту організму.
16.44. Які механізми протипухлинного захисту існують в організмі?
1. Механізми природної неспецифічної резистентності організму до пухлин. Не мають імунологічної специфічності і не вимагають попередньої імунізації. Вони здійснюються такими клітинами:
а) NK-wiimuHOMU (природними кілерами). Це великі гранулярні лімфоцити, що є різновидом О-лімфоцитів. Вони розпізнають пухлинні клітини і знищують їх;
б) LAK-wiimuHaMU (лімфокін-активованими кілерами). Вони, як і NK-клітини, здійснюють цитоліз пухлинних клітин;
в) макрофагами. Знищення клітин пухлини макрофагами здійснюється за допомогою фагоцитозу й механізмів позаклітинної цитотоксичності. Механізми природного неспецифічного протипухлинного захисту ефективні, якщо кількість пухлинних клітин в організмі не перевищує 103.
II. Реакції набутого (специфічного) протипухлинного імунітету. Обумовлені специфічними пухлинними антигенами і складаються як з клітинних, пов'язаних з функцією Т-лімфоцитів, так і гуморальних, пов'язаних з утворенням антитіл, імунних реакцій.
Зазначені реакції ефективні, якщо кількість клітин у пухлині становить від 103 до 10б. Якщо ж їхня кількість перевищує 106, то розвивається стан імунологічної депресії й описані вище механізми протипухлинного захисту пригнічуються.
16.45. Назвіть основні патогенетичні підходи до лікування пухлин.
1. Хірургічне видалення.
2. Променева терапія (використання радіоактивного опромінення).
3. Хіміотерапія.
4. Імунотерапія.
5. Підвищення неспецифічної резистентності (наприклад, введення БЦЖ).