опухолевый процесс

11

Ичикава, которые благодаря своему долготерпению впервые индуцировали продуктом перегонки каменного угля снача- ла папиллому, а затем раковую опухоль на ухе кролика. Сюда причислены огромное число простых и сложных химических соединений, канцерогенность которых доказана эксперимен- тально. Изучение продуктов перегонки каменного угля пока- зало, что они обладают химическим сходством со стериновым производным (половые гормоны, желчные кислоты: общее хи- мическое ядро фенантрена). Исходя из этого, была выдвинута концепция эндогенного химического канцерогенеза, экспери- ментально доказанная Л. М. Шабадом. Им была получена опу- холь у мышей при подкожном введении экстракта из тканей людей, умерших от рака.

Таким образом, химические канцерогены по происхождению подразделяются на экзогенные и эндогенные. Наиболее извест- ные химические соединения, способные вызвать злокачествен- ные опухоли у человека, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Некоторые химические соединения, способные вызвать злокачественную опухоль (по Р. Марри и соавт., 1993)

Предполагается, что эти соединения (по крайней мере, не- которые из них) могут оказаться канцерогеном и для человека. Контакт с канцерогеном может произойти на работе (асбест, гудрон), при употреблении недоброкачественной пищи (афла- токсин из грибков Aspergillus flavus, которые часто загрязняют арахис), вследствие неправильной технологии приготовления пищевых продуктов (папоротник орляк, который используется

12

как пищевой продукт жителями Дальнего Востока и Японии, мо- жет быть причиной развития рака пищевода при неправильном приготовлении). При многократном перетапливании жира об- разуется канцероген бензпирен. И особо следует отметить наш «канцерогенблагоприятствующий» образ жизни.

Фактически многие из нас сами себе добровольно индуцируют раковый процесс, ведя необдуманный образ жизни: из всех при- чинрака, теснокоррелирующихсчастотойракалегкихидругими формами злокачественных опухолей, курение не оставляет ника- кого сомнения (у курящих вероятность рака легких возрастает в 25 раз). Кроме того, вредные привычки (курение, алкоголь и др.) соз- дают благоприятный фон для формирования канцерогенной сре- дыудетей: удетейкурящихмамчащевозникаютнедостаточность лимфатической системы с последующей предрасположенностью к хроническим заболеваниям дыхательной системы (хронизация поврежденийклеток— этопредопухолевоесостояние); удетей, за- чатыхвалкогольнойинтоксикации, частотахроническойвоспали- тельной патологии резко увеличивается, не говоря уже о высокой вероятности рождения потенциального дебила.

Канцерогенное действие химических соединений могут реали- зоваться прямо, без предварительного изменения (это прямые кан- церогены — бета-пропиолактон, горчичный газ), но большинство из них свою канцерогенность приобретают путем превращения их монооксигеназами и трансферазами эндоплазматического рети- кулума в активные канцерогены (непрямые канцерогены — ПРО- КАНЦЕРОГЕНЫ. Так, проканцероген 2-ацетиламинофлуорен (ААФ) двустадийно превращается в высокоактивный канцероген N-гидрокси — ААФ. Канцерогенное влияние химических веществ может реализоваться образованием ковалентной связи с пиримиди- новымиипуриновымиоснованиямиилифосфодиэфирнымигруп- пами ДНК, а также с регуляторными белками клеток. В результате чего происходит либо повреждение ДНК (мутация), либо наруше- ние механизмов развертывания генетической программы (эпигене- тическое повреждение), часть которых становятся опухолевыми.

К эндогенным канцерогенам относятся продукты нарушен- ного обмена аминокислоты триптофана. В частности, это от- носится к промежуточным продуктам обмена триптофана:

13

3-оксикинуренина, 3-оксиантраниловой кислоты и 2-амино- 3-оксиацетофенона. При опухолях мочевого пузыря количе- ство 3-оксиантраниловой кислоты резко увеличивается. При нагрузке триптофаном у больных с опухолью мочевого пузы- ря происходит нарастание уровня этой кислоты. 3-оксиантра- ниловая кислота, введенная мышам, вызывала у них развитие лейкоза и опухоли других органов. Метаболиты обмена ами- нокислоты тирозина также оказались канцерогенами у экспе- риментальных животных. Пара-оксифенилмолочная кислота, метаболит тирозина, накапливается при лейкозах и ретикуло- саркоме у людей. Эндогенным канцерогеном становятся про- дукты холестеринового обмена: так, образование вторичных желчных кислот (литохолевой и дезоксихолевой) в верхних от- делах пищеварительного тракта может привести к развитию злокачественных опухолей желчного пузыря, желудка и др. Трансформации первичных во вторичные желчные кислоты способствует инфицирование гнилостной инфекцией — все виды протея, палочки сине-зеленого гноя, грамотрицательная палочка. Гормонозависимые опухоли (аденома простаты, рак молочной железы, яичников) подвержены влиянию половых гормонов, также производных холестерина. Источником эндо- генного канцерогена может стать и смегма, которая образуется в препуциальном пространстве.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ КАНЦЕРОГЕНЫ

Историю вирусного канцерогенеза начали Эллерман и Банг, когда впервые в 1908 году получили развитие лейкоза у кур с по- мощьюбесклеточногофильтраталейкозныхлейкоцитов. Ав1910 году саркому кур воспроизвел введением фильтрата саркоматоз- ной ткани Роус. К настоящему времени расшифрована структу- ра онкогена вируса саркомы Роуса и охарактеризован продукт этого онкогена. Геном вируса состоит из четырех генов: gag, pol, env, src. От гена gag зависит синтез вирусных группоспецифич- ных антигенов. Ген pol определяет синтез фермента ревертазы. Ген env обеспечивает синтез гликопротеинов оболочки вируса. Ген src участвует в синтезе фермента тирозиновой киназы, от- ветственной за опухолевую трансформацию. Ниже перечислены опухолеродные вирусы (табл. 2).

14

Таблица 2

Некоторые важные опухолеродные вирусы (по Р. Марри и соавт., 1993)

В 1945 году российский ученый Л. А. Зильбер сформули- ровал вирусо-генетическую теорию возникновения опухолей, согласно которой механизм опухолевой трансформации за- ключается в том, что геном вируса внедряется в геном клетки и встраивается. А открытие С. М. Гершензона (1960) и Темина (1964) подтвердило такую возможность независимо от принад- лежности к разным классам вируса, так как передача инфор- мации возможна не только от ДНК к РНК, но и наоборот, с участием фермента обратной транскриптазы (ревертазы).

За опухолевую трансформацию отвечает часть генома ви- руса, которая была названа Хюбнером и Тодаро онкогеном (1969). Онкогены вначале были идентифицированы в вирусах (v-onc, viral-вирусный), а затем найдены и в клетках животных (c-onc, cellular-клеточный). Ниже приводится перечень опухо- лей человека, связанные с вирусным онкогенезом (табл. 3).

Вопрос участия вирусов в развитии раковых заболеваний более сложен, так как практически в этиологии всех видов рака человека вирусы не фигурируют. Вместе с тем, к насто- ящему времени имеются множественные доказательства того, что причиной возникновения некоторых типов злокачествен- ных опухолей могли бы быть инфицированные вирусами клетки. Они могут оказывать либо непрямое промоторное влияние, либо прямую неопластическую трансформацию

15

клеток. Чтобы вирус вызвал раковый процесс, он не должен вызвать гибель клеток, сохраняя вирусные гены из поколения в поколение. Вирусный ген, внедренный в хромосому хозяи- на, может транскрибироваться, подталкивая клетку к вступле- нию в S-фазу клеточного цикла, заставляя ее снова и снова со- вершать заново цикл деления. Здесь вирусный ген проявляет свойство онкогена.

16

ОНКОГЕНЫ

Онкоген— этоучастокДНК, активациякоторогоприводиткопу- холевойтрансформацииклеток. Путикпоискуонкогеновбылираз- ные: одни шли «от ретровирусов — к онкогенам»; другие — прямо выявляя нуклеотидные последовательности онкогенов в опухолевых клетках; третьи — кариотипируя опухолевые клетки (хромосомную транслокацию в клетках опухолей). Но результат оказался один: онкогены были найдены и идентифицированы в клетках человека, которые в дифференцированных клетках пребывают в неактивном состоянии (протоонкогены). Сейчас выявлено около 60 протоонко- генов, каждыйизкоторыхможетбытьпреобразованвонкоген, играя решающую роль в возникновении опухолевой патологии. Необы- чайный интерес представляет расшифровка генома вируса саркомы Роуса. Оказалось, что он состоит из четырех генов: gag, pol, env, src. Они идентифицированы функционально: ген gag кодирует синтез вирусных группоспецифичных антигенов; ген роl обеспечивает об- разование обратной транскриптазы; ген env участвует в синтезе гли- копротеинов вирусной оболочки. Онкобелок гена src оказался от- ветственен за опухолевую трансформацию клетки. Функционально протоонкогены можно разделить таким образом (табл. 4).

17

Экспериментально на трансгенных мышах установлено, что экспрессии лишь единичного онкогена недостаточно для разви- тия опухолей. Необходимо сочетание не менее двух онкогенов, при котором возникали опухолевые трансформации. Правда, встречались и исключения, когда у некоторых трансгенных мы- шей(мышиизяйцеклетоксвведеннымонкогеном) клеткитранс- формировались в раковые, несущие лишь один онкоген.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ОПУХОЛЕВОГО ПРОЦЕССА

Современные достижения клинической онкологии во многом обязаны успехам экспериментального изучения опухолевого про- цесса.

Воспроизведение разных форм опухолей в эксперименте на различных видах животных позволяет изучить глубинные струк- турно-функциональные и молекулярные явления опухолевой трансформации в организме.

Описание профессионального рака мошонки (Персиваль Потт (Persival Pott), Англия, 1775 г.) у трубочистов подсказа- ло возможность экспериментального воспроизведения опу- холей путем хронического раздражения. Этот метод получил название метода индукции опухолевого процесса. И благо-

даря невероятному терпению двух японских ученых Ямагавы (Jamagiva) и Ишикавы (Ishikava), которые непрерывно смазы- вали ухо кролика каменноугольным дегтем в течение 6 ме- сяцев и получили папиллому, которая при дальнейшем раз- дражении еще в течение 1 месяца трансформировалась в ра- ковую опухоль, метод индуцирования опухолевого процесса и ныне широко используется в исследовательской работе. С помощью метода индукции можно выяснить канцерогенные профессиональные вредности и способы их нейтрализации. В практическом здравоохранении использование этого метода ставит преграду на пути наводнения химическими канцероге- нами в арсенале новых синтетических лекарственных средств. Кроме того, индуцирование опухолевого процесса дает возмож- ность не только раскрыть этиологические факторы, но и выяс-

18

нить механизмы канцерогенной трансформации (роль местных и общих нарушений в канцерогенезе). Фактически учение о хи- мическом канцерогенезе зародилось на основе этого метода.

Доступность раковой ткани человека заставила попытаться вос- произвести ее в эксперименте на животных. В конце XVIII века во Францииначалиперевиватьчеловеческуюзлокачественнуюопухо- левуютканьживотнымиполучилиотрицательныйрезультат.Лишь столетие спустя в Петербурге русским ученым М. А. Новинским успешно была проведена трансплантация опухолевой ткани щен- камотвзрослойсобаки. Этотметодполучилназваниеметодатранс- плантации. Следуетотметить, чтоэффективностьтрансплантаци- онного опухолевого процесса зависит как от самих опухолей, так и от реципиента. Путем селекции многочисленных злокачественных опухолейбыливыделеныопухоли, которыеобладаливысокойпри- виваемостью(карциномаЭрлихапрививаетсянавсехбелыхмышах, кроличьи опухоли Броун-Секара — на любых кроликах). Кстати, Н. Н. Петров в 1936 году из Парижа привез карциному Эрлиха, ко- торая и ныне успешно используется в учебных и научных центрах для изучения канцерогенеза.

Опыты нашего соотечественника А. Д. Тимофеевского по внеорганизменному воспроизведению опухолевой клетки из здоровой в искусственной питательной среде открыли новые возможности в изучении опухолевого процесса. Исследование опухолевых клеток in vitro можно проводить непосредственно, выращивая их в питательной среде. Данный метод называется методом эксплантации. Интересно отметить, в результате при- менения этого метода была установлена роль стромальных кле- ток в опухолевой трансформации. Эксплантация опухолевой клетки дает возможность выяснить биохимические особенно- сти опухолевой трансформации и определить возможные пути реверсии опухолевой клетки. Получение гибридом из миелом- ных клеток и лимфоцитов от больных со злокачественной опу- холью путем совместного выращивания их в питательной среде даловозможностьполучитьмоноклональныеантитела, исполь- зующиеся для точной диагностики опухолевого процесса и раз- работки методов специфической иммунопрофилактики.

Выдающиеся достижения современной молекулярной биоло- гии позволили определить новые методические подходы экспе- риментальной онкологии:

19

–метод трансфекции — внедрение в клетки неопухолевых ли- ний мышиных клеток ДНК из опухолевых клеток человека, который позволил выявить онкогены;

–метод получения трансгенных мышей путем встраивания в яйцеклетку онкогенов из опухолевой клетки. Путем скре- щивания трансгенных мышей, обладающих разными он- когенами, было установлено, что для увеличения частоты опухолевой трансформации в клетках необходима экспрес- сия нескольких онкогенов.

ПАТОГЕНЕЗ ОПУХОЛЕВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ КЛЕТОК

Преобладающая роль средовых факторов в развитии опухоле- вых заболеваний предполагает важность хронического повреж- дения клеток в органах. Из этого следует, что свойства злокаче- ственности (инфильтративный рост, метастазирование, автоном- ность роста) любой опухолевой клетки можно рассматривать как результат ее длительной борьбы за сохранение клеточного постоянства в тканях органов для обеспечения специфических функций. Об этом же свидетельствует необходимость продолжи- тельного периода времени от момента первичного контакта до формирования опухолевой болезни (1/5–1/7 продолжительно- сти жизни человека).

Так, при химическом канцерогенезе локальные изменения по- следовательности нуклеотидов могут продолжительное время, не проявляясь, пребывать в состояние «дремоты» (годы); ионизиру- ющие излучения, обладающие высоким энергетическим потен- циалом, проникая в ядерную субстанцию, разрывают хромосомы на фрагменты, и эти изменения также не обязательно сразу дадут развитие опухолевого процесса; вирусы, включившись в геном клетки, также могут оставаться непроявленными длительный про- межуток времени. Считается, что раковый процесс возникает как результат случайного совпадения в одной клетке нескольких не- зависимых событий. Правда, в этой кажущейся случайности, без- условно, естьпроявлениезакономерности, котораяостаетсяещеза пределами наших познаний. Закономерность, очевидно, связана

20

с целесообразностью сохранения структурно-морфологического постоянства тканей в условиях избыточного повреждения клеток, что необходимо для обеспечения функции того или иного органа.

Схематически весь путь онкогенеза можно представить следу- ющим образом: этиологические факторы (канцерогены) — хро- ническое повреждение клеток — экспрессия немедленных генов предранней реакции — запуск программы усиления пролифера- ции— гиперплазия— экспрессияпротоонкогенов, замедляющих процессы дифференцировки клетки — анаплазия — замедление механизмов запрограммированной гибели клеток — замедление апоптоза (клеточного суицида) — опухолевая трансформация.

«Дефектная» клетка, котораявпоследствиидаетопухоль, пере- дает свою аномальность двумя путями: генотипически, т. е. через изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, или эпиге- нетически — через изменения программы экспрессии генов. При этом в конечном итоге формирование опухолей должна сопрово- ждаться экспрессией протоонкогенов, репрессированных в про- цессе дифференцировки.

МЕХАНИЗМЫ ЭКСПРЕССИИ ПРОТООНКОГЕНОВ

1.Амплификация генов — увеличение копии генов. Ампли- фицированныеонкогенывыявляютсяввидегомогенноокрашен- ных участков в хромосомах. При этом увеличивается продукт ам- плификации, который может играть важную роль в приобрете- нии свойств злокачественности опухолевой клеткой (например, амплифицированныйонкогенс-ras обеспечиваетсинтезG-белка, обладающими аденилатциклазной активностью).

2.Точечные мутации в самом онкогене, что может привести

ксинтезу другого регуляторного онкобелка, сдвигающего ба- ланс метаболизма в направлении опухолевой трансформации (например, онкоген с-ras, выделенный из нормальной клетки, отличается от того же онкогена из клеток рака мочевого пузы- ря человека на одно основание (по одной аминокислоте в он- кобелке).

3.Хромосомные транслокации — фрагмент одной хромосомы отщепляется и присоединяется к другой. В некоторых опухоле- вых клетках найдены характерные транслокации. При хрониче- ском миелолейкозе в клетках обнаруживается филадельфийская