Полезные материалы за все 6 курсов / Учебники, методички, pdf / Патофизиология Висмонт 2015

на организм химических, физических и биологических канцерогенов; такие опухоли называются индуцированными. Основоположники метода были японские исследователи Ямагива и Ичикава (1914-1916) апплицируя каменноугольную смолу на кожу уха кролика в течение длительного времени, вызывали формирование плоскоклеточной карциномы. Метод эксплантации (от лат. ех – из, вне и planto – сажаю) – выращивание,

культивирование клеток опухоли вне организма в специальных флаконах с питательной средой, содержащихся при определенной температуре. Первую культуру рака шейки матки человека – Hela – по инициалам женщины – донора опухолевых клеток (Helen Lane) получил в 1950г. Дж. Гейем. Позже был получен целый ряд культур опухолей человека: рака желудка (Cave),

поджелудочной железы (Capa) и многие другие. Велика роль метода эксплантации в изучении этиологии и патогенеза опухолей, оценки действия противоопухолевых биологически активных веществ, в том числе предлагаемых для лечения больных.

20.2. Этиология опухолей

Опухоли полиэтиологичны. Причиной их развития могут быть различные факторы – канцерогены химической, физической, биологической природы, в основе действия которых лежит повреждение ДНК клетки, а

именно, мишенью канцерогенного действия являются гены, регулирующие клеточное деление. Эффект «мишени» указывает на то, что безопасных доз канцерогенов не существует.

Химические канцерогены принято делить на экзогенные и эндогенные.

К экзогенным химичким канцерогенам относятся вещества различных классов химических соединений: полициклические ароматические углеводороды (бензантрацен, фенантрен, 3,4-бензпирен и др.), циклические амины, аминоазосоединения, анилин и анилиновые красители,

нитрозосоединения и др. Первые сведения о роли экзогенных химических соединений в развитии опухоли появились в XVIII в., когда в Англии был

521

описан "рак трубочистов" – рак кожи мошонки, внутренней поверхности бедер, живота у людей, на протяжении многих лет занимающихся чисткой дымовых труб. Канцерогенный эффект химических соединений определяется химической структурой вещества, особенностями его метаболизма в организме. Так, бетанафтиламин у собак и обезьян вызывает развитие опухоли мочевого пузыря, у мышей и крыс опухоли не возникают. Это связано с тем, что бетанафтиламин является лишь проканцерогеном, и

канцерогенное действие оказывает его метаболит – 2-амино-1-нафтол,

который образуется в организме собаки, а у мышей и крыс обмен идет по другому пути. В этом плане все канцерогенные вещества подразделяются на

«прямые», не требующие метаболической активации, и «непрямые», или проканцерогены. После воздействия канцерогенов опухоль возникает спустя длительный латентный период – период канцерогенеза, составляющий 1/3-

1/7 продолжительности жизни организма (для человека около 12-18 лет).

Усиление, потенцирование действия канцерогенов под влиянием веществ, не обладающих онкогенными свойствами называют коканцерогенезом, а сами вещества – коканцерогенами (например, кротоновое масло).

Синканцерогенезом называют совместное комбинированное действие различных канцерогенов.

К эндогенным канцерогенам относятся вещества, образующиеся в организме человека и животных: стерины, в частности, стероидные гормоны

(эстрон, эстрадиол); производные ХС (холестадиены, карцинолипины);

продукты распада аминокислот триптофана, тирозина и др.

Кфизическим канцерогенам относятся все виды излучения:

рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи, ультрафиолетовые и другие.

Роль биологических канцерогенов отводится, главным образом,

онкогенным РНК- и ДНК-содержащим вирусам. Многолетними исследованиями к началу XXI века доказана роль вирусов в происхождении

10% всех злокачественных новообразований в мире (рис. 21, инфекционные агенты). Установлено вирусное происхождение ряда опухолей человека: рака

522

шейки матки, печени, Т-клеточного хронического лимфолейкоза взрослых,

лимфомы Беркитта и др. Более многочислен отряд онкогенных РНК-вирусов

(ретровирусов). Различают РНК-вирусы – возбудителей лейкозов, лимфом и сарком у птиц и млекопитающих; человеческие Т-клеточные лимфотропные вирусы (HLTV); вирусы рака молочной железы мышей, приматов и др.

Из ДНК-вирусов выделяют вирусы папилломы 16,18,33 типов группы Рapova – возбудителей карциномы шейки матки человека, группы герпеса:

тип 4 Эпштейна-Барр – возбудитель лимфомы Беркитта, тип 2 – участвует в развитии карциномы шейки матки человека, тип 8 – возбудитель саркомы Капоши; гепаднавирусы (вирус гепатита В – возбудитель рака печени человека) и др. ДНК-вирусы групп оспы, герпеса, аденовирусов,

гепаднавирусов как правило, вызывают инфекционные заболевания, но в определенных условиях могут быть причиной малигнизации клеток. Поэтому вакцинация против вирусных заболеваний человека может служить профилактикой злокачественных опухолей.

В этиологии злокачественных новообразований важную роль играют пол, особенности питания, вредные привычки, гипокинезия, воздействие профессиональных канцерогенов, наследственность и др. (рис.21).

Рисунок 21. Данные эпидемиологических исследований канцерогенных факторов окружающей среды и образа жизни человека, являющихся причинами развития злокачественных опухолей (в % от числа всех злокачественныхъ опухолей)

523

Наиболее частые злокачественные заболевания у мужчин* – рак легких,

желудка, предстательной железы, колоректальный рак, рак печени, рак пищевода; у женщин* – рак молочной железы, шейки матки, колоректальный рак, рак легкого, рак желудка, рак яичников. Таким образом на первом месте у мужчин – заболеваемость раком легких, у женщин – раком молочной железы.

Несомненное значение в формировании опухолевой болезни имеет контакт с профессиональными канцерогенами (с каменноугольными смолами, бензолом, асбестом, при производстве анилиновых красителей,

резиновых изделий, асфальтировании дорог и т.п.), являющимися причиной развития 4% всех злокачественных опухолей (рис. 21).

Климатические условия, связанные главным образом с избытком солнечной радиации – ультрафиолетового излучения, могут приводить к развитию рака кожи. Особенно резко возрастает поражаемость раковым процессом кожных покровов у людей, переехавших на постоянное место жительства из северных стран в южные.

Одна треть (35%) всех злокачественных опухолей связана с питанием.

Развитию злокачественных новообразований способствуют высокая калорийность пищи, злоупотребление мясными копченостями,

консервированными и химически обработанными продуктами,

недостаточное потребление овощей, зелени фруктов. Доказано, что ожирение является доминирующим фактором риска для рака эндометрия, повышенная физическая активность снижает риск развития рака толстого кишечника.

Механизм ингибирования опухолевого роста, связанного с ограничением употребляемых калорий объясняется снижением пролиферации клеток,

стимулирование апоптоза, усилением репарации ДНК, снижением образования свободных радикалов и повреждения ими клеток.

Противоопухолевый эффект овощей и фруктов связывают с защитным

* указываются по 6 наиболее частых локализаций рака в порядке возрастания частоты заболеваемости

524

действием клетчатки, витаминов С, Е, бета-каротина, селена обладающих антиоксидантными свойствами, витамина А, фолиевой кислоты,

фитоэстрогенов (изофлавинолов), флавоноидов (квертицин, индолы).

Перечисленные БАВ в эксперименте ингибируют развитие опухолей.

Витамин С подавляет эндогенное образование в желудке нитрозаминов из поступающих с пищей аминов и нитритов. У людей, потребляющих с пищей много витамина С, снижен риск рака полости рта, гортани, легкого,

пищевода, желудка и шейки матки.

Доказана непосредственная связь одной из самых распространенных и вредных привычек – курения табака – с развитием рака легких, гортани,

пищевода, желудка, поджелудочной железы, мочевого пузыря, у

курильщиков сигар – еще и рака языка, трубок - рака губы. В твердой фазе табачного дыма содержатся десятки химических канцерогенов: бензпирены,

бензантрацены, метилхолантрен, нетрозамины и др., а также радиоактивные и токсические элементы (полоний, никель, мышьяк и др.). Сигарету называют полониевой «бомбой». Курение является причиной 30% всех зарегистрированных в мире злокачественных опухолей (рис. 21) и причиной более 90%-95% случаев рака легкого, которым ежегодно в мире заболевают до 1000000 и умирают свыше 800000 мужчин. Особенно неблагоприятна сочетанная приверженность к алкоголю и курению.

На роль наследственности в канцерогенезе указывают повреждения генетического аппарата герминальных (половых) и соматических клеток, что делает их уязвимыми к действию канцерогенных факторов внешней среды,

способных инициировать процесс малигнизации. В зависимости от того, в

какой клетке произошла мутация – в половой или соматической, рак может быть наследственным и ненаследственным. Наследственные формы злокачественных новообразований встречаются практически при всех локализациях опухолей и в среднем составляют 5-15% всех случаев рака.

При эмбриональных неоплазиях у детей (ретинобластоме, нефробластоме)

доля наследственных вариантов достигает 30-40%. Убедительно доказана

525

генетическая предрасположенность к опухолевым заболеваниям.

Современные достижения молекулярной генетики позволили обнаружить гены наследственной предрасположенности (делетированные гены – супрессоры Rb-1 – при ретинобластоме, WT-1 – при нефробластоме, p53 –

при многих формах рака) и выялять лиц с высоким риском развития рака ввиду его наследственной обусловленности (в случае мутирования двух аллелей генов-супрессоров).

20.3. Молекулярно-генетические механизмы канцерогенеза

Превращение нормальной клетки в опухолевую называется опухолевой трансформацией. Процесс, включающий механизмы опухолевой трансформации клетки, каскада явлений, инициируемых ею, и

завершающийся образованием опухоли, определяют термином «онкогенез»

(от греч. oncos – опухоль; genesis – развитие, формирование), или

«канцерогенез» (от лат. cancer – рак). Все исследователи второй половины

XX в. признавали, что процесс онкогенеза осуществляется на молекулярно-

генетическом уровне, но суть этих изменений трактовалась по-разному.

Существовали три альтернативные концепции канцерогенеза.

Мутационная концепция, согласно которой нормальная клетка превращается в опухолевую в результате структурных изменений в генетическом материале: хромосомных аберраций и геномных мутаций

(первый вариант), точечных или генных мутаций структурных генов (второй вариант), мутации регуляторных генов (третий вариант). На возможную роль мутационных механизмов в канцерогенезе указыают мутагенность 90%

известных канцерогенов и канцерогенность 85-87% мутагенов; обнаружение в клетках ряда опухолей человека и животных маркерных хромосом (22-я

хромосома с укороченным длинным плечом – филадельфийская при хроническом миелоидном лейкозе человека и др.), резкое увеличение (в 20-

50 раз) заболеваемости лейкозом и опухолевой болезнью людей с различного рода генетическими дефектами (при болезни Дауна, при синдромах

526

Клайнфельтера, Шерешевского-Тернера и др.).

Эпигеномная концепция канцерогенеза, согласно которой в основе превращения нормальной клетки в злокачественную лежат не изменения в структуре генетического материала, а стойкие нарушения регуляции генной активности. Под влиянием канцерогенных воздействий дерепрессируются те группы генов, которые в данной ткани должны быть зарепрессированы и

(или) блокируются другие гены, должные быть активными. В результате клетка становится нечувствительной или малочувствительной к регуляторным влияниям целостного организма, неуправляемой. Эпигеномная концепция канцерогенеза удачно объясняет целый ряд особенностей неоплазмы: явления изоферментного упрощения, антигенной реверсии,

эктопический синтез гормонов.

Вирусо-генетическая концепция, согласно которой опухолевая пролиферация – результат привнесения в генетический материал клетки новой генетической информации онковируса (Л.А.Зильбер, 1948). Проникнув в клетку, вирус, встраивает свою ДНК в генетический аппарат клетки,

детерминируя синтез опухолетрансформирующего белка и превращая ее в злокачественную. При делении такой клетки приобретенные ею новые свойства передаются дочерним клеткам. Открытие явления обратной транскрипции с обнаружением в ретровирусах специального фермента – ревертазы, или обратной транскриптазы (Temin H.M., 1971), позволило распространить положения вирусогенетической концепции на онковирусы.

Вначале синтезируется ДНК-копия РНК-вируса, которая и встраивается затем в геном клетки. В процессе обратной транскрипции на концах ДНК-

копии формируются одинаковые последовательности (большие терминальные повторы, LTR), играющие роль в трансформации нормальной клетки в опухолевую.

Современные представления о молекулярно-генетических механизмах неопластической трансформации. Концепция онкогена.

В 70гг. XX в. все более очевидным становилась правомерность участия

527

в канцерогенезе мутационных, эпигеномных и вирусо-генетических механизмов, включающихся в процесс опухолевой трансформации последовательно.

Возникновение опухоли – это многостадийный процесс, включающий три этапа (стадии) (рис. 22).

1-я стадия – инициация (опухолевая трансформация) – приобретение исходной нормальной клеткой способности беспредельно размножаться – фундаментального признака опухоли. Критическим событием в процессе химического канцерогенеза является ковалентное связывание метаболитов канцерогенных веществ с ДНК и белками и образование аддуктов канцероген-ДНК и канцероген-белок, которые в свою очередь приводят к возникновению в клеточных генах мутаций в результате которых происходит активация онкогенов и инактивация генов-супрессоров.

Рисунок 22. Этапы патогенеза злокачественных новообразований.

528

Установлено, что в нормальных клетках имеются участки ДНК,

гомологичные по нуклеотидному составу онкогену вирусов (v-онкогену).

Для каждого из 50 известных ретровирусных онкогенов в геноме нормальных и опухолевых клеток различных видов животных имеется свой клеточный аналог. В нормальных клетках клеточный аналог вирусного онкогена неактивен и назван клеточным протоонкогеном, обычно экспрессируемым в эмбриональном периоде онтогенеза, и лишь эпизодически в постнатальном развитии. В опухолевых клетках он активен и называется клеточным онкогеном. Клеточные протоонкогены – (прототипы v-онкогенов) – древние, необходимые клеткам консервативные гены,

играющие ключевую роль в регуляции клеточного деления, особенно в ранние периоды эмбриогенеза (детерминирующие синтез протоонкопротеинов). Клеточные онкогены – видоизмененные гомологи нормальных клеточных протоонкогенов, детерминирующие синтез белков

(онкобелков), трансформирующих клетку в опухолевую. Онкобелки

(опухолетрансформирующие белки) – видоизмененные аналоги протоонкопротеинов – регуляторов роста клеток. Активация клеточного протоонкогена в онкоген осуществляется под воздействием химических,

физических и биологических канцерогенов в случае мутации или делеции антионкогенов (генов-супрессоров). Антионкогены – доминантные гены,

кодирующие белки, ограничивающие экспрессию протоонкогенов,

активацию протоонкогенов в онкогены и ингибирующие клеточное деление,

при этом инициируя апоптоз клетки, или усиливая процессы репарации ДНК,

в целом ограничивая продолжительность жизни трансформированной клетки, что представляет антибластомную программу.

Выделяют следующие основные механизмы активации клеточных протоонкогенов: включение (вставка) промотора – участка ДНК, с которым связывается РНК-полимераза, инициируя транскрипцию онкогена.

Проявлению активирующего действия промотора способствует его расположение рядом с протоонкогеном. В роли промоторов могут выступать

529

онкогены ДНК-вирусов и ДНК-копии онковирусов, а также «прыгающие гены» (гены-транспозоны), которые представляют собой мобильные локусы ДНК, способные перемещаться и встраиваться в разные участки генома клеток; вставка в геном клетки инхансера (enchancer - усилитель) – участка ДНК, способного активизировать работу структурного гена; амплификация,

т.е. увеличение числа (копий) протоонкогенов, которые в норме обладают небольшой активностью. В итоге суммарная активность может привести к опухолевой трансформации клетки; хромосомные аберрации с транслокацией протоонкогенов в локус ДНК с функционирующим

промотором. Установлено, что такое перемещение протоонкогена

превращает его в клеточный онкоген; мутации протоонкогенов;

трансдукция неактивных клеточных генов-протоонкогенов в геном ретровируса и последующее их возвращение в клетку животных или человека при их инфицировании, что обеспечивает активацию «молчавшего» гена. За превращением протоонкогенов в активные клеточные онкогены следует их экспрессия, проявляющаяся в увеличении синтеза онкобелков или в синтезе структурно измененных онкобелков. Таким образом, в стадии инициации завершается необратимый процесс опухолевой трансформации клетки.

2-я стадия – промоция, или активация пролиферации опухолевых клеток. Трансформированные клетки длительное время могут оставаться в ткани в неактивной форме. Дополнительное воздействие факторов,

усиливающих клеточную пролиферацию (промоторные факторы), запускает амплификацию онкогенов с последующим непрерывным включением митогенных сигналов и митотического деления клеток. Наряду с этим осуществляется активация все новых протоонкогенов и реализация эффектов клеточных онкогенов, направленная на стимуляцию клеточного деления.

Факторы промоции – химические вещества (форболэстер, эстрогены и др.),

которые сами не вызывают повреждения и не являются канцерогенами, но их постоянное воздействие на инициированные клетки приводит к

530