Попков В. М., Чеснокова Н. П., Ледванов М. Ю.,

5.1. Канцерогенез: общая характеристика стадий развития и атипизма малигнизированных клеток

Канцерогенез - это многоступенчатый процесс накопления изменений в геноме клеток, приводящий к появлению «асоциальных клеток», характеризующихся морфологическим, функциональным, биохимическим атипизмом, автономным ростом, «ускользанием» клеток от гуморальных и нервных влияний .

Касаясь стадий канцерогенеза, необходимо отметить ряд последовательных этапов развития неоплазии, в частности, стадию инициации, стадию размножения опухолевых клеток, или промоции, стадию опухолевой прогрессии .

Стадия инициации характеризуется онкогенной трансформацией клеток под влиянием экзогенных или эндогенных факторов. В то же время возможен и эпигеномный механизм воздействия канцерогенов .

Как известно, многие химические канцерогены, а также воздействие физических и биологических факторов на организм могут вызывать мутации ДНК, провоцирующие экспрессию протоонкогенов или депрессию (утрату) антионкогенов .

При эпигеномном характере действия канцерогенов экспрессия онкогенов возникает в связи с нарушением регуляции клеточного роста без повреждения самого генетического материала . При эпигенетическом коканцерогенном эффекте патогенных факторов возникает инактивация белков - продуктов антионкогенов- или активация пострецепторных ростовых факторов. Такое воздействие, как правило, не вызывает развития опухоли, но усиливает ростовые эффекты других факторов, способствуя пролиферации мутантных клеток и формированию неоплазии.

Эффект канцерогенов-мутагенов называется инициирующим, а коканцерогенов - активирующим.

Прямой генотоксический эффект канцерогенов возникает в процессе алкилирования, делеции, транслокации, амплификации генов. Если мутация затрагивает гены, регулирующие клеточное размножение, клетка становится инициированной, то есть потенциально способной к неограниченному делению, но требующей для фенотипического проявления этого свойства дополнительных воздействий.

Существует множество химических соединений, так называемых промоторов, хроническое воздействие которых на инициированные клетки приводит к развитию второй стадии канцерогенеза - промоции, то есть интенсивному размножению малигнизированных клеток и формированию опухоли.

В механизмах развития промоции важная роль отводится нарушениям взаимодействия онкогенов и антионкогенов, что приводит к синтезу онкобелков в увеличенном количестве или качественно измененном составе. Активация протоонкогенов может происходить в результате точковых мутаций в самом протоонкогене, транслокации протоонкогена или его амплификации .

В патогенезе неоплазии, в частности, стадии промоции, важная роль отводится ограничению синтеза белков-супрессоров пролиферации, в связи с подавлением активности генов р53, pRb, индукторов апоптоза, ДНК-репарирующих ферментов, а также гиперэкспрессии Myc, Ras.

Заключительной фазой канцерогенеза является стадия опухолевой прогрессии. Понятие об опухолевой прогрессии введено L.Foulds (1948). Последняя характеризуется не только количественным увеличением опухолевых клеток, но и необратимыми качественными изменениями свойств неопластических клеток.

В процессе опухолевой прогрессии происходит смена доминирующего вначале субклона онкогенно-трансформированных клеток на генетически устойчивые клоны к гуморальному, нервному влиянию, иммунным и лекарственным воздействиям.

Автономия злокачественных клеток обеспечивается за счет нескольких процессов:

1) секреции малигнизированной клеткой митогенов, вызывающих аутокринную стимуляцию пролиферации клеток, в частности, ?-фактора роста опухоли, тромбоцитарного фактора и?-фактора роста опухоли;

2) количественных и качественных изменений рецепторов к факторам роста, что приводит к снижению или повышению чувствительности опухолевых клеток к действию физиологических регуляторов роста клеток;

3) нарушения передачи сигнала к клеточному росту на пострецепторном уровне;

4) экспрессии онкогенами транскрипционных факторов.

«Ускользание» опухоли от иммунного ответа обеспечивается за счет индукции синтеза блокирующих антител, выделения иммуносупрессорных цитокинов.

Многостадийность канцерогенеза предполагает возникновение последовательных мутаций в значительном количестве доминантных или рецессивных онкогенов или развитие коканцерогенного (синканцерогенного) эффекта под влиянием различных инициирующих факторов - канцерогенов физической, химической, биологической природы.

Общая характеристика атипизма опухолевых клеток

В процессе многостадийного канцерогенеза опухолевые клетки приобретают признаки морфологического, функционального и метаболического атипизма. Последний обстоятельно описан в ряде работ .

Тканевой атипизм опухолевых клеток проявляется в снижении их адгезивных способностей вследствие необратимого фосфорилирования белков цитоскелета; при этом нарушается фиксация клеток к межклеточному веществу. Неопластические эпителиальные клетки не образуют базальных мембран и не прикрепляются к ним, утрачивая покровную функцию. Отсоединение от тканевого матрикса опухолевых клеток не вызывает их апоптоза, в отличие от нормальных клеток. Злокачественные клетки выделяют массу цитокинов, вызывающих их аномальную васкуляризацию. В то же время малигнизированные клетки лишены и адекватной иннервации .

Атипизм в культуре тканей проявляется отсутствием контактного торможения роста, ослаблением адгезивности, способностью размножаться в полужидкой среде .

К морфологическим особенностям опухолевых клеток необходимо отнести нарушение структуры и функции цитоплазматических, митохондриальных, лизосомальных мембран, формирование более высокого дзета-потенциала клеток, уменьшение количества мембранных рецепторов и изменения их структуры, появление новых рецепторов, в связи с чем возникает ослабление, усиление или извращение нервных и гуморальных влияний на трансформированные клетки .

Характерными признаками клеточного атипизма являются геномные и хромосомные мутации в виде полиплоидии, ануэплоидии, делеции, дупликации, транслокации, инверсии. Генные мутации при канцерогенезе столь же стереотипны и могут носить характер мягких и жестких мутаций.

Общеизвестными признаками клеточного атипизма являются возрастание ядерно-цитоплазматического соотношения, аномалии форм и размеров клеток в целом, увеличение количества свободных, не связанных с эндоплазматическим ретикулумом рибосом, изменение структур митохондрий и лизосом .

Биохимический атипизм раковых клеток проявляется снижением антиоксидантного потенциала, наличием в митохондриях аномальной кольцевой или одноцепочечной ДНК .

Одним из проявлений биохимического атипизма является обратный эффект Пастера, характеризующийся преобладанием анаэробного гликолиза над аэробным в условиях оптимальной доставки к малигнизированным клеткам кислорода и глюкозы. Для опухолевых клеток характерна чрезмерная активация пентозного цикла окисления глюкозы - основного поставщика рибозо-5-фосфата, необходимого для синтеза нуклеиновых кислот. Опухолевые клетки интенсивно поглощают из кровотока глюкозу, жирные кислоты, холестерин, липопротеиды, используя их в процессе внутриклеточных метаболических реакций и тем самым вызывая развитие «раковой» кахексии у ряда больных.

Опухолевые клетки потенциально бессмертны (феномен иммортализации) в связи с высокой активностью теломеразы - фермента, восстанавливающего исходную длину теломер после удвоения ДНК, а также в связи с подавлением апоптоза малигнизированных клеток.

Молекулярно-клеточные механизмы биологических особенностей опухолевых клеток и формирование их атипизма будут представлены далее.

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

(син. онкогенез).

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

Онкогенез и раковые клетки (рассказывает Евгений Шеваль)

Химический канцерогенез

Чем раковые клетки отличаются от здоровых TED Ed

"Эврика!". Причины и механизмы канцерогенеза. Людмила Гуляева

Субтитры

Общие сведения

Изучение процесса канцерогенеза является ключевым моментом как для понимания природы опухолей , так и для поиска новых и эффективных методов лечения онкологических заболеваний . Канцерогенез - сложный многоэтапный процесс, глубокая реорганизация нормальных клеток организма . Из всех предложенных к настоящему моменту теорий канцерогенеза, мутационная теория заслуживает наибольшего внимания. Согласно этой теории, опухоли являются генетическими заболеваниями, патогенетическим субстратом которых является повреждение генетического материала клетки (точечные мутации , хромосомные аберрации и т. п.). Повреждение специфических участков ДНК приводит к нарушению механизмов контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток и, в конце концов, к возникновению опухоли .

Генетические аспекты канцерогенеза

Генетический аппарат клеток обладает сложной системой контроля деления, роста и дифференцировки клеток. Изучены две регулирующие системы, оказывающие кардинальное влияние на процесс клеточной пролиферации .

Протоонкогены

Таким образом, система протоонкогенов и генов-супрессоров формирует сложный механизм контроля темпов клеточного деления, роста и дифференцировки. Нарушения этого механизма возможны как под влиянием факторов внешней среды, так и в связи с геномной нестабильностью - теория, предложенная Кристофом Лингауром и Бертом Фогельштейном . Питер Дюсберг из Калифорнийского университета в Беркли утверждает, что причиной опухолевой трансформации клетки может быть анеуплоидия (изменение числа хромосом или потеря их участков), являющаяся фактором повышенной нестабильности генома. По мнению некоторых ученых, ещё одной причиной возникновения опухолей мог бы быть врождённый или приобретённый дефект систем репарации клеточной ДНК . В здоровых клетках процесс репликации (удвоения) ДНК протекает с большой точностью благодаря функционированию специальной системы исправления пострепликационных ошибок. В геноме человека изучено, по крайней мере, 6 генов, участвующих в репарации ДНК. Повреждение этих генов влечёт за собой нарушение функции всей системы репарации, и, следовательно, значительное увеличение уровня пострепликационных ошибок, то есть мутаций (Lawrence A. Loeb ).

Канцерогенные факторы

На данный момент известно большое количество факторов, способствующих развитию канцерогенеза:

Химические факторы

Физические факторы

Солнечная радиация (в первую очередь ультрафиолетовое излучение) и ионизирующее излучение также обладает высокой мутагенной активностью. Так, после аварии Чернобыльской АЭС отмечено резкое увеличение заболеваемости раком щитовидной железы у людей, проживающих в зараженной зоне. Длительное механическое или термическое раздражение тканей также является фактором повышенного риска возникновения опухолей слизистых оболочек и кожи (рак слизистой рта, рак кожи, рак пищевода).

Биологические факторы

Доказана канцерогенная активность вируса папилломы человека в развитии рака шейки матки , вируса гепатита B в развитии рака печени, ВИЧ - в развитии саркомы Капоши . Попадая в организм человека, вирусы активно взаимодействуют с его ДНК, что в некоторых случаях вызывает трансформацию собственных протоонкогенов человека в онкогены. Геном некоторых вирусов (ретровирусы) содержит высокоактивные онкогены, активирующиеся после включения ДНК вируса в ДНК клеток человека.

Наследственная предрасположенность

Изучено более 200 наследственных заболеваний, характеризующихся повышенным риском возникновения опухолей различной локализации. Развитие некоторых типов опухолей связывают с врожденным дефектом системы репарации ДНК (пигментная ксеродерма) .

Биологические механизмы канцерогенеза

Теория четырёхстадийного канцерогенеза

Материальным субстратом опухолевой трансформации клеток являются различного типа повреждения генетического аппарата клетки (соматические мутации, хромосомные аберрации, рекомбинации), вызывающие превращение протоонкогенов в онкогены или резко повышающие уровень их экспрессии. Гиперэкспрессия клеточных онкогенов, вызывающая опухолевую трансформацию, может иметь место также и в случае стойкого деметилирования их ДНК при отсутствии каких бы то ни было повреждений самих онкогенов. Следствием данных изменений является возникновение на каком-либо уровне внутриклеточных сигнальных каскадов несанкционированного пролиферативного сигнала, вызывающего бесконтрольное деление клеток. Повреждение генетического материала клетки происходит под воздействием внешних и внутренних канцерогенных факторов, рассмотренных выше. Первичное воздействие канцерогенного фактора на клетку носит название «инициации » и заключается в возникновении потенциально трансформирующего изменения клеточных онкогенов, а также несанкционированном выключении генов-супрессоров или генов, вызывающих апоптоз и активизации генов, препятствующих апоптозу. Внутриклеточные сигнальные каскады устроены таким образом, что нарушение лишь одного из их звеньев вызовет апоптоз клетки, а не её бесконтрольное деление, поэтому для успешного канцерогенеза необходимы изменения многих звеньев, максимально имитирующие влияние цитокинов и устраняющие возможность гибели клетки. Это первая стадия канцерогенеза.

Однако для осуществления опухолевой трансформации клетки - «промоции » - необходимо повторное воздействие на клетку или канцерогенного фактора (того же, что вызвал инициацию, или другого), или фактора, не являющегося канцерогеном, но способного вызвать активизацию изменённых онкогенов - промотора. Как правило, промоторы вызывают пролиферацию клеток посредством активизации пролиферативных сигнальных каскадов, прежде всего протеинкиназы С. Промоция - вторая стадия канцерогенеза. Образование опухолей вследствие воздействия онкогенных ретровирусов , привносящих в клетку активный онкоген, эквивалентно осуществлению первых двух стадий канцерогенеза - в этом случае инициация имела место в других клетках иного организма, где изменённый онкоген был захвачен в геном ретровируса.

Появление несанкционированных сигналов является хотя и необходимым, но не достаточным условием образования опухоли. Опухолевый рост становится возможным лишь после осуществления ещё одной, третьей, стадии канцерогенеза - уклонения трансформированных клеток от дальнейшей дифференцировки, которое обычно вызывается несанкционированной активностью генов некоторых клеточных микроРНК. Последние препятствуют функционированию белков, отвечающих за протекание специализации клеток; известно, что не менее 50 % опухолей ассоциированы с теми или иными повреждениями в участках генома, которые содержат гены микроРНК. Прекращение дифференцировки возможно также из-за отсутствия цитокинов, необходимых для перехода созревающих клеток на следующий этап специализации (в этом случае присутствие цитокина может вызвать нормализацию и продолжение дифференцировки раковых клеток - процесс, обратный канцерогенезу). Созревание трансформированных клеток приостанавливается, и они - в результате непрерывной пролиферации и подавления апоптоза - накапливаются, формируя опухоль - клон клеток, обладающих рядом особенностей, не свойственных нормальным клеткам организма. Так, в частности, для опухолевых клеток характерен высокий уровень анеуплоидии и

Вопрос

Опухоль - это типовое нарушение тканевого роста, проявляющееся в бесконтрольном размножении клеток, которые характеризуются атипизмами, или анаплазией.

Под атипизмами понимают совокупность признаков, отличающих опухо­левую ткань от нормальной и составляющих биологические особенности опухолевого роста.

Анаплазия - термин, подчеркивающий сходство опухолевой клетки с эмбриональной (усиленное размножение, интенсивный процесс гликолиза и др.). Но, опухолевые клетки не тождественны эмбриональным: они растут, но не созревают (не дифференцируются), способны к инвазивному росту в окружающие ткани с разрушением последних и т.д.

Причинами развития опухолей являются различные факторы, способные вызвать превращение нормальной клетки в опухолевую. Они называются канцерогенными или бластомогеннами. Это агенты химической, физической и биологи­ческой природы, а главным условием, способствующим реализа­ции их действия (фактором риска), является снижение эффективности механизмов противоопухолевой защиты организма. В значительной мере это определяется генетической предрасположенностью. Свойствами канцерогенных факторов, обеспечивающими опухолевую трансформацию клеток, являются мутагенность (способность прямо или косвенно влиять на геном клетки, что в итоге приводит к мутациям), способность к проникновению через внешние и внутренние барьеры и дозированность действия, которая обеспечивает незначительное повреждение клетки, что позволяет ей выжить.

Наряду с канцерогенными факторами, существует целый ряд веществ, которые не вызывая сами мутаций, являются обязательными участниками канцерогенеза - коканцерогены и синканцерогены . Коканцерогены - немутагенные факторы (промоторы), усиливающие эффект канцерогенных агентов. Коканцеогенез – усиление мутагенного действия канцерогена соединениями, которые стимулируют пролиферацию клеток, инактивируя белки-продукты антионкогенов или усиливая передачу ростостимулирующих сигналов. Синканцерогены – канцерогенные факторы, вызывающие усиленное образование опухолей при комбинированном действии нескольких известных концерогенов.

ХИМИЧЕСКИЕ КАНЦЕРОГЕНЫ

По данным ВОЗ, более 75% случаев злокачественных опухолей человека вызва­но воздействием химических факторов внешней среды. Потенциально канцерогенные вещества сами по себе не вызывают опухолево­го роста. Поэтому их называют проканцерогенами, или преканцерогенами. В организме они подвергаются физико-химическим превращениям, в результате которых становятся истинными, конечными канцерогенами. Конечными канцерогенами являются алкилирующие соедине­ния, эпоксиды, диолэпоксиды, свободнорадикальные формы ряда веществ.

К возникновению опу­холей приводят преимущественно факторы сгорания табака (примерно 40%); химические агенты, входящие в состав пищи (25-30%) и соединения, использу­емые в различных сферах производства (около 10%). Известно более 1500 хими­ческих соединений, обладающих канцерогенным эффектом. Из них не менее 20 определённо являются причиной опухолей у человека. Наиболее опасные канцерогены относятся к нескольким классам химических веществ (рис. 1).

Рис. 1 Основные классы химических канцерогенов.

Органические химические канцерогены

Полициклические ароматические углеводороды.

Наибольшей канцерогенной активностью среди них обладают 3,4-бензпирен, 20-метилхолантрен, диметилбензантрацен. Ежегодно в атмосферу промыш­ленных городов выбрасываются сотни тонн этих и подобных им веществ.

Гетероциклические ароматические углеводороды.

В эту группу входят дибензакридин, дибензкарбазол и другие соединения.

Ароматические амины и амиды.

К ним относятся 2-нафтиламин, 2-аминофлюорен, бензидин и др.

Нитрозосоединения. Наиболее опасные среди них - диэтилнитрозамин, ди-метилнитрозамин, нитрозометилмочевина.

Аминоазосоединения.

Высокоэффективными канцерогенами среди них считаются 4-диметилами-ноазобензол и ортоаминоазотолуол.

Афлатоксины - продукты метаболизма (производные кумаринов) плесневых грибов, в основном аспергилл Aspergillus flavus (отсюда название производи­мых ими веществ).

Прочие органические вещества с канцерогенной активностью: эпоксиды, пластмассы, уретан, четырёххлористый углерод, хлорэтиламины и другие.

Неорганические канцерогены

Экзогенные: хроматы, мышьяк и его соединения, кобальт, окись бериллия, асбест и ряд других.

Эндогенные. Эти соединения образуются в организме в результате физико-химической модификации продуктов нормального обмена веществ. Полагают, что та­кими потенциально канцерогенными веществами являются желчные кис­лоты, эстрогены, некоторые аминокислоты (тирозин, триптофан), липопероксидные соединения.

Вопрос

ФИЗИЧЕСКИЕ КАНЦЕРОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

Основными канцерогенными агентами физической природы являются:

1. Ионизирующее излучение

а). α-, β- и γ-излучение, источником которых являются радиоактивные изотопы (Р 32 , I 131 , Sr 90 и др.),

б). рентгеновское излучение,

в). поток нейтронов,

1. ультрафиолетовое излучение.

У лиц, хронически, периодически или однократно подвергавшихся воздействию указанных агентов, часто возникают различные злокачественные новообразо­вания. У пациентов, лечившихся препаратами, содержащими радио­активные вещества, с более высокой частотой, чем в общей популяции, возни­кают новообразования (например, опухоли печени у пациентов, которым нео­днократно вводили радиоактивное рентгеноконтрастное вещество торотраст). Частота рака щитовидной железы резко повысилась у лиц, подвергшихся воздействию радиоактивного йода во время аварии на чернобыльской АЭС.

Вопрос

Виды онкогенных вирусов

По типу вирусной нуклеиновой кислоты онкогенные вирусы подразделяют на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

ДНК-вирусы

Гены ДНК-онковирусов способны непосредственно внедряться в геном клетки-мишени. Участок ДНК-онковируса (собственно онкоген), интег­рированный с клеточным геномом, может осуществить опухолевую транс­формацию клетки. Не исключают также, что один из генов онковируса может играть роль промотора клеточного протоонкогена.

Вирусные онкогены и контролирующие клеточный цикл и пролиферацию кле­точные гены имеют как сходство, так и важные отличия. В связи с этим гово­рят о протоонкогенах и онкогенах.

Протоонкоген - ген нормального генома человека; участвует в регуляции пролиферации клеток. Продукты экспрессии протоонкогенов во многих случаях важны для нормальной дифференцировки клеток и межклеточных взаимодействий. В результате соматических мутаций протоонкоген может стать онкогенным. В этом случае к имени протоонкогена может быть до­бавлена приставка с- (от cellular - клеточный), вирусные гомологи маркиру­ют приставкой v- (от viral - вирусный).

Онкоген - один из генов, в обычных условиях (т.е. в качестве прото­онкогена) кодирующий белок, обеспечивающий пролиферацию и дифференцировку клеточных популяций (протеинкиназы, ядер­ные белки, факторы роста). У опу­холевых ДНК-вирусов онкогены кодируют нормальные вирусные бел­ки; онкогены, однако, могут спровоцировать - в случае их мутаций или активации ретровирусами - злокачественный рост. Идентифици­ровано множество онкогенов (например, ras [опухоли мочевого пузы­ря]); р53, мутантный ген хромосомы 17 (нормально принимает участие в репарации вызванных ультрафиолетом генных дефектов). Мутации р53 ответственны за развитие рака молочной железы, шейки матки, яичника, лёгкого; малигнизирующие эффекты онкогенов могут быть усилены рет­ровирусами, так называемыми прыгающими генами, мутациями. Онкогены найдены в некоторых ДНКовых опухолевых вирусах. Они не­обходимы для репликации вируса (трансформирующий ген). К онкогенам относятся также гены вируса или ретровируса, вызывающие злокачественное перерождение клетки-хозяина, но необязательные для репликации вируса.

Онкосупрессоры

Трансформированные (опухолевые) клетки делятся бесконтрольно и неогра­ниченно долго. Онкосупрессоры, или антионкогены (например, р53) тормозят их пролиферацию. Кодируемый данным геном белок р53 - один из важнейших регуляторов клеточного цикла. Этот белок специфически связывается с ДНК и подавляет рост клеток в фазе G1.

Белок р53 регистрирует различные сигналы при воздействиях на клетку (вирусная инфекция, гипоксия) и состояние её генома (активация онко­генов, повреждения ДНК). При неблагоприятной информации о состоя­нии клетки р53 блокирует клеточный цикл до тех пор, пока нарушения не будут устранены. В повреждённых клетках содержание р53 возрастает. Это даёт клетке шансы восстановить ДНК путём блокирования клеточно­го цикла. При грубых повреждениях р53 инициирует самоубийство клет­ки - апоптоз. Опухоли (практически в 50%) сопровождаются мутациями гена р53. При этом, несмотря на возможные нарушения генома (включая изменения в количестве хромосом), клетки не входят в апоптоз, а вступа­ют в беспрерывный клеточный цикл. Репертуар мутаций гена р53 широк. Они приводят к бесконтрольному размножению клеток при раке толстой кишки, печени, лёгкого, пищевода, молочной железы, глиальных опухо­лях мозга, опухолях лимфоидной системы. При синдроме Ли-Фромени врождённый дефект р53 является причиной высокой частоты развития карцином.

Важную регулирующую роль играет также белок р27 связывается с циклином и белками циклин-зависимой протеинкиназы и блокирует вхождение клетки в S-фазу цикла. Снижение уровня р27 является прогностически небла­гоприятным признаком. Определение р27 используют при диагностике рака молочной железы.

Этапы химического канцерогенеза. Сами по себе потенциально канцерогенные вещества не вызывают опухолевого роста. Поэтому их называют проканцеро-генами или преканцерогенами. В организме они подвергаются физико-химическим превращениям, в результате которых становятся истинными, конечными канцерогенами.
Считают, что конечными канцерогенами являются:
♦ алкилирующие соединения;
♦ эпоксиды;
♦ диолэпоксиды;
♦ свободнорадикальные формы ряда веществ.
По-видимому, они вызывают такие изменения в геноме нормальной клетки, которые ведут к ее трансформации в опухолевую.
Выделяют 2 взаимосвязанных этапа химического канцерогенеза:
1) инициации;
2) промоции.
Этап инициации. На данном этапе происходит взаимодействие конечного канцерогена с локусами ДНК, содержащими гены, контролирующие деление и созревание клетки (такие локусы еще называют протоонкогенами).
Возможны 2 варианта взаимодействия:
1) геномный механизм заключается в точковой мутации протоонкогена;
2) эпигеномный механизм характеризуется дерепрессией неактивного протоонкогена. Под действием химических канцерогенов протоонкоген превращается в онкоген, который и обеспечивает в последующем процесс опухолевой трансформации клетки. И хотя такая клетка еще не имеет опухолевого фенотипа (ее называют латентной опухолевой клеткой), процесс инициации уже необратим.
Инициированная клетка становится иммортализованной (бессмертной, от англ. immortality - вечность, бессмертие). Она лишается так называемого лимита Хайфлика: строго ограниченного числа делений (в культуре клеток млекопитающих обычно около 50).
Этап промоции. Процесс промоции индуцируют различные канцерогенные агенты, а также клеточные факторы роста. На этапе промоции:
1) осуществляется экспрессия онкогена;
2) происходит неограниченная пролиферация клетки, ставшей генотипически и фенотипически опухолевой;
3) формируется новообразование.
Канцерогены биологической природы. К ним относят онкогенные (опухоле-родные) вирусы. Роль вирусов в канцерогенезе привлекает внимание, с одной стороны, как самостоятельная проблема, а с другой стороны тем, что большое число клеточных протоонкогенов сходны с онкогенами ретровирусов.

Этапы физического канцерогенеза

Мишенью канцерогенных агентов физической природы также является ДНК. Допускается либо их прямое действие на ДНК, либо через посредники - своеобразные медиаторы канцерогенеза. К последним относят свободные радикалы кислорода, липидов и других органических и неорганических веществ.

Первый этап физического канцерогенеза - инициация опухолевого роста. Он заключается в прямом или опосредованном воздействии агентов физической природы на ДНК. Это вызывает либо повреждение её структуры (генные мутации, хромосомные аберрации), либо эпигеномные изменения. Как первое, так и второе может привести к активации протоонкоге-нов и последующую опухолевую трансформацию клетки.

Второй этап - промоции. На этом этапе канцерогенеза осуществляется экспрессия онкогена и модификация нормальной клетки в раковую. В результате последовательных циклов пролиферации формируется опухоль.

Cancer - рак, (здесь - раковая опухоль), genesis - происхождение, возникновение. Канцерогенез - наука, представляющая современные воззрения на происхождение опухолей, не только раковых. Более широкое и этимологически правильное для отечественной онкологии название процесса - бластогенез. В иностранной литературе часто оба понятия считаются идентичными.

В любом многоклеточном организме на протяжении всего процесса жизнедеятельности происходит обновление клеточного состава тканей, при этом объем определенной ткани или органа является относительно постоянным. Естественная гибель клеток, происходящая за счет апоптоза, контролируется организмом. Восполнение утраченных клеток происходит за счет размножения и дифференцировки стволовых клеток, которые находятся под строгим контролем. Этот процесс контролируется факторами роста. Контроль осуществляется путем нескольких механизмов, часть которых расшифрована, но многие процессы остаются еще не ясными. Стволовые клетки могут до определенного момента находиться в недифференцированном состоянии или имеют исходно минимальные признаки дифференцировки, а при получении определенного сигнала подвергаются превращению в клетку соответствующей ткани. В процессе размно- жения они могут накапливать генетические изменения, которые постепенно увеличивают опасность перерождения клетки и превращения ее в опухолевую. Нарастает функциональный дисбаланс между генами, контролирующими апоптоз клеток.

Этиология и патогенез опухолей изучаются в разделе экспериментальной онкологии. Для этого используются различные модели опухолевой патологии у животных: спонтанные и индуцируемые воздействием канцерогенов, а также перевиваемые опухоли и культуры опухолевых тканей. Экспериментальные данные показывают, что любая опухоль, в том числе дисэмбриогенетическая, может быть воспроизведена у животного при применении канцерогенных воз- действий. Современные методы биохимии и иммунологии, цитологии, электронной микроскопии позволяют на молекулярном уровне

изучать изменения генетического аппарата клетки в процессе малигнизации.

Несмотря на активное изучение этиологии и патогенеза опухолей, в современных представлениях об этих проблемах остается много нерешенных вопросов. Так, признаки клеточной атипии сопровождают размножение клеток и при физиологических процессах, но до определенного момента клетки не являются опухолевыми. Таким образом, отправной точкой следует считать мутагенное воздействие некоего фактора на хромосомный аппарат клетки.

Опухоли - особый вид патологии, который довольно широко распространен в живой природе. Опухоли известны и у растений, и у всех классов животных. Они характеризуются автономным ростом и размножением клеток в очаге заболевания, при этом вначале рост опухоли происходит из первоначального зачатка, без вовлечения в этот процесс окружающих неизмененных клеток.

По современным представлениям, опухоли появляются в результате нарушения в каком-либо месте регуляции процессов размножения. При нарушении этого контроля может возникнуть избыток ткани соответствующей дифференцировки (гиперплазия). По клиническим наблюдениям, чаще всего это случается в среднем и пожилом возрасте, в связи с этим рак обычно проявляет себя как болезнь пожилых. Со временем в клетках этой зоны накапливаются мутации, появляются признаки доброкачественной, а затем злокачественной опухоли.

Злокачественная опухоль, новообразование - особая форма роста тканей, обладающая определенными специфическими свойствами. Признаками злокачественности в настоящее время признаются следующие.

1. Безудержный, не поддающийся контролю со стороны организма-носителя процесс размножения клеток. Каждая клетка нормальной ткани обладает свойством апоптоза. Апоптоз - генетически запрограммированная гибель клетки через определенный промежуток времени. Без воздействия извне опухолевая клетка не погибает, или гибнет только вместе с ее носителем.

2. Способность к метастазированию. Метастазирование - явление, при котором опухолевые клетки отрываются от основного очага, разносятся по организму лимфой или кровью. Некоторые клетки, отделившиеся от первичной опухолевой массы, переместившиеся с током лимфы или крови в другие регионы тела, дают начало росту

вторичных опухолей - метастазов. Клетки опухоли слабо сцеплены между собой, легко отделяются от возникшего конгломерата и попадают в сосудистое русло, однако факт попадания клетки в сосудистое русло еще не означает, что разовьется метастаз. Известно, что, несмотря на наличие опухолевых эмболий, метастазы в некоторых органах (селезенка, миокард, скелетные мышцы) развиваются редко. Таким образом, появление метастаза нельзя свести только к механической закупорке капилляров опухолевыми эмболами. Клетка должна попасть во внеклеточное пространство, что случается благодаря свойствам опухолевой клетки разрушать эндотелий сосудов. Метастазы рака в своем развитии проходят также фазу промоции. Происходит распространение опухолевого процесса по организму.

3. Инвазивный, инфильтративный, местнодеструирующий рост. Инфильтративный рост опухоли - проникновение опухолевых клеток в окружающие неизмененные ткани. Главным признаком злокачественной опухоли является ее выход за пределы территории, предназначенной для данной ткани. Если опухоль врастает в подле- жащую ткань, происходит инвазия внедрение опухолевых клеток - первый признак злокачественной опухоли.

Все последующие поколения клеток злокачественной опухоли, так же как исходные, имеют все перечисленные свойства: способность к безостановочному процессу размножения, инфильтративному росту и метастазированию.

Два последних признака не являются абсолютно специфичными. Например, своего рода отсевы (метастазы) может давать гнойный очаг (септикопиемия), эндометриоз (разрастания эндометрия в разных органах). Инвазивный рост характерен для нервных элементов и меланобластов в эмбриональном периоде развития, трофобластов во время беременности. Механизм этих процессов различен, но важен факт, что такие свойства не являются характерными только для опухолей.

Опухоль, бластома (от греч. blastos - росток, зародыш), новооб- разование - патологический процесс, сопровождающийся избыточным, нерегулируемым разрастанием тканей, которые состоят из качественно изменившихся, утративших дифференцировку клеток организма. Канцерогенез, бластогенез, неогенез, онкогенез - (neos - новый, onkos - опухоль, genesis - происхождение, возникновение) - термины, обозначающие процесс превращения нормальной клетки в опухолевую. Опухолевая трансформация, (бластрансформация) -

критический этап онкогенеза, т.е. момент окончательного превращения нормальной клетки в опухолевую. Он с трудом поддается фиксации в эксперименте, а в клинических условиях практически неуловим. Другим признаком злокачественности является распространение опухолевых клеток в окружающие ткани, туда, где быть клеток данной ткани не должно. Этот второй признак опухоли, инвазивный рост, характерен только для злокачественных опухолей.

Одна из важнейших характеристик опухолей - морфологическая. Она сообщает, из какой ткани развилась опухоль. Число известных сегодня видов опухолей составляет около двухсот. Рак - одна из разновидностей злокачественных опухолей, а именно злокачественная опухоль, исходящая из клеток эпителиальной ткани (слизистые оболочки, кожа, эпителий желез). Различают несколько вариантов строения рака: плоскоклеточный, базальноклеточный, аденокарцинома и др., развивающиеся из различных слоев и видов эпителия. Наиболее частым является железистый рак - аденокарцинома. Слизистые оболочки имеются в большинстве внутренних органов, соответственно рак может потенциально возникнуть в любом из них.

Злокачественные опухоли, исходящие из клеток тканей, имеющих мезенхимальное происхождение (мышцы, хрящи, кости, жировая клетчатка и т.д.), называют саркомами. Саркомы более часто развиваются у молодых людей. Рак встречается в 10-15 раз чаще, чем саркома, чаще заболевают лица пожилого возраста. Кроме рака и саркомы, существует множество других злокачественных опухолей: меланомы, разнообразные опухоли кроветворной ткани.

3.1. ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ

Увеличение объема тканей в области патологического очага (припухлость) сопровождает некоторые другие неопухолевые патологические процессы - травмы, воспаление и т.п. Это связано с отеком и лимфоцитарной инфильтрацией поврежденного участка. Интенсивное размножение клеток также встречается при различных физиологических и патологических процессах: при заживлении ран, продуктивном воспалении, регенерации, организации гематом и инкапсуляции инородных тел, гиперплазии и т.д. Во всех этих случаях оно имеет приспособительный и защитный характер. Истинные опухоли растут за счет количественного увеличения трансформированных клеток.

Теоретические предположения о природе опухолей высказывались давно, но гипотезы, на основании которых могли выполняться научные исследования, появились только в XVIII-XIX вв. с возник- новением микроскопии и появлением гистологии. Представления о структуре тканей и возможность изучения их глубоких слоев с помощью лучей Рентгена были также серьезным стимулом для развития онкологии.

Ранний этап представлений о природе онкологических заболеваний связан с именами Вирхова, Конгейма, Фишера-Вазельса и др. На основе большого клинического материала Р. Вирхов (1867) высказал предположение об этиологическом значении повторных механических и химических повреждений для возникновения раковых опухолей. Конгейм (1877) высказал предположение о дистопии зародышевых зачатков как причине развития опухолей. По теории Фишера-Вазельса (1929) особое значение в процессе онкогенеза придавалось регенерации, которая может спровоцировать транс- формацию клеток в опухолевые. Теория химического канцерогенеза подтверждалась клиническими наблюдениями. Еще в конце XVIII века П. Потт описал рак мошонки у трубочистов. В 1916 г. опубликованы классические исследования Ямагивы и Ичикавы, показавших возможность получения индуцированных каменноугольным дегтем опухолей животных.

В настоящее время существуют различные теории и гипотезы онкогенеза - наследственная, химическая, вирусная, хромосомная и т.д., из которых ни одна пока не может считаться единой, общепринятой. Все теории отражают лишь различные стороны одного процесса - повреждения генома клетки.

К настоящему времени доказано, что любая живая клетка содержит в структуре ДНК протоонкогены. Это участки генома клетки, некие полипептидные соединения, которые при тех или иных условиях переходят в активную форму - онкогены. Последние, в свою очередь, обусловливают бласттрансформацию клетки (злокачественное перерождение, канцерогенез), которая дает начало росту опухоли. Факторов, способствующих переходу протоонкогена в активную форму, великое множество - химикаты, радиация, инсоляция, вирусы и т.п.

При опухолевой трансформации наблюдаются процессы, для обозначения которых пользуются нижеследующими специальными терминами. Для понимания процессов, происходящих в опухолевой ткани, требуется различать их содержание.

Гиперплазия - увеличение количества клеток без их качественных изменений. Пролиферация - размножение. Дисплазия - процесс, при котором обнаруживается атипическая пролиферация, нарушение формы структурирования и организации клеточных пластов, это явление упоминается наиболее часто для оценки степени опухолевой трансформации ткани в целом. В зависимости от выраженности ядерной и клеточной атипии различают дисплазию низкой, умеренной и высокой степени, при этом изменяются структура и форма клеток, они имеют разную величину и форму. Дисплазия обычно сопровождается явлениями дистопии (наслоение, погружение) клеточных слоев. Тогда как для каждой отдельной клетки отмечают степень атипии на пути ее превращения в опухолевую.

В опухолевой клетке, как правило, резко изменяются ее ультраструктурные свойства. Изучение клеток опухоли при электронной микроскопии позволяет проследить наличие значительно большего количества митохондрий, обеспечивающих клетку энергией и увеличивающих интенсивность процессов обмена. Появляются аномальные митохондрии, изменяются их форма, величина и расположение. Появляются дополнительные ядра в клетке. Часто опухолевые клетки являются многоядерными, а соотношение цитоплазмы и ядра обычно меняется в сторону увеличения ядра. Прослеживается резкий атипизм ультраструктуры всех органелл клетки, он выражается и в увеличении их количества и формы. В опухолевой клетке появляется значительное количество лизосом и повышение их функциональной активности, направленной на обеспечение жизнедеятельности опухолевой клетки за счет гидролиза белков, жиров, углеводов и образования исходных продуктов, которые клетка не может синтезировать.

Значительно выраженная степень атипии, определяемая при световой и ультраструктурной микроскопии, обозначается термином «анаплазия». Анаплазия ткани - отсутствие дифференцировки клетки, утрата клетками способности формировать нормальные тканевые структуры и потеря ими специализированной функции, возвращение ее к более примитивному типу.

Эти морфологические детали в известной мере сближают опухолевые анаплазированные и эмбриональные клетки и указывают на их большую метаболическую активность. В применении к опухолям этот термин не точен, так как клетки не возвращаются к ранее пройденным этапам эволюции. В ходе онкогенеза клетки приобретают

иную чем в норме при регенерации или эмбриогенезе дифференцировку, поэтому более правильно употреблять термин «катаплазия». Катаплазия клеток (каtа - приставка, обозначающая движение сверху вниз) - приближение к более примитивному строению, незрелой ткани. Кроме того, в опухолях можно наблюдать явления метаплазии, которая представляет собой замещение одного вида зрелой ткани другим, развивающимся из того же зародышевого листка, - это патология клеточной дифференцировки. Апоптоз - процесс запрограммированной гибели клетки, является основным естественным средством защиты от избыточной пролиферации и прогрессирования опухоли. Автономность - бесконтрольность роста.

Процесс онкогенеза имеет свои закономерности и стадии. Основные стадии таковы: инициация, промоция, деление измененной клетки и, наконец, собственно рост опухоли. В фазу инициации происходят необратимые нарушения генотипа клетки: мутации, хромосомные перестройки, клетка становится предрасположенной к трансформации. Этот скрытый период имеет разную длительность и различный исход. Такая клетка может остаться и какое-то время существовать среди неизмененных клеток, может погибнуть, не превратившись в опухолевую.

Далее на этой же доклинической стадии по завершении фазы инициации наступает фаза промоции. Происходит усиленная трансформация протоонкогенов в онкогены. Вторая фаза характерна тем, что клетка приобретает фенотип, соответствующий измененному генотипу. Фенотип трансформированной клетки реализуется в процессе ее жизнедеятельности в виде атипии, той или иной степени внешних изменений. Этот этап также обратим, клетка может вернуться к нормальному фенотипу. Чтобы трансформированный фенотип стал устойчивым, необходимо длительное воздействие канцерогенов.

Инициация и промоция обусловлены действием канцерогенов внешней или внутренней среды. Вторая фаза доклинического рака завершается делением такой трансформированной клетки. Это и есть начало роста собственно опухоли, который почти сразу приобретает автономный характер. Следующий этап - закрепление нарушенного генотипа в дочерних клетках - клонирование. Затем начинает формироваться колония трансформированных клеток. Появившаяся колония опухолевых клеток своими размерами еще не превышает образования диаметром 1- 2 мм. В таком виде эта колония может существовать неопределенное время. Его продолжительность

напрямую зависит от степени утраты механизмов апоптоза и степени иммунного ответа. Значительная роль на этом этапе принадлежит ангиогенезу, что обеспечивает поступление питательных веществ к месту развития опухоли. Этот процесс зависит от выработки соответствующего фактора роста эндотелия сосудов. Выработка ферментов, называемых металлопротеиназами, разрушает межклеточное вещество. На этом месте происходят рост сосудов и усиленное размножение измененных клеток, наступает собственно фаза опухолевого роста. Колония опухолевых клеток получает условия для дальнейшего роста и распространения и выхода из первичного очага. Накопление массы опухоли происходит не только за счет интенсивного размножения клеток, но и за счет более длительного срока жизни, а также за счет усиленного обеспечения опухоли пластическими средствами, что происходит за счет процессов неоангиогенеза.

На этой стадии онкогенеза характер деления клеток отличается от всех физиологически обусловленных видов размножения. Онкоген кодирует матричную РНК, и начинается синтез какого-либо гормона, специфического белка, например эпидермального фактора роста. Одновременно на поверхности клетки появляется избыточное количество рецепторов к этому белку. Таким образом, происходит стимуляция клеткой собственного деления, однако до конца механизмы переключения с программы апоптоза на другую программу остаются не ясными.

Рецепторы принимают сигнал синтезированного белка, далее этот сигнал передается в ядро клетки и достигает того же онкогена. Последний нарушает процессы естественной регуляции количества вырабатываемого белка и вместо ограничения его синтезирования возникает замкнутый круг избыточной продукции, который принято называть апокринной стимуляцией клетки. На определенном этапе эффект апокринной стимуляции одной клетки из-за постоян- ной выработки стимулирующих ростовых факторов преобразуется в паракринную стимуляцию соседних клеток. Вначале увеличивается количество рецепторов на их поверхности, затем сигнал передается в ядро клетки, стимулируя там гены, ответственные за выработку тех же факторов. Происходит нарушение репарации ДНК, дифференцировки и апоптоза клеток, что и приводит на поздних стадиях канце- рогенеза к развитию предрака и рака.

Меняются биохимические свойства клеток, утративших нормальную дифференцировку. Биохимическая анаплазия опухолей выра-

жается рядом особенностей обмена, отличающих их от нормальных тканей. Ткань опухоли богата холестерином, гликогеном и нуклеиновыми кислотами. В опухолевой ткани гликолитические процессы преобладают над окислительными, содержится мало аэробных каталитических систем, т.е. цитохромоксидазы и каталазы. Выраженные гликолитические процессы сопровождаются накоплением в ткани молочной кислоты. Это своеобразие обмена опухоли также усиливает ее сходство с эмбриональной тканью, в которой преобладают явления анаэробного гликолиза. На поверхности опухолевых клеток может меняться набор гормональных и других специфических рецепторов.

Опухолевая прогрессия - изменение свойств опухоли по мере ее роста. Обычно она связана с нарастанием одного или нескольких из перечисленных свойств в сторону большей агрессивности, например происходит утрата чувствительности опухоли к лечению гормонами и др. лекарственными препаратами. Эти явления связаны с накоплением и углублением генетических нарушений, происходящих в опухолевых клетках. Опухолевая прогрессия идет в направлении усиления признаков малигнизации.

3.2. ЭТАПЫ КАНЦЕРОГЕНЕЗА. ЭКЗОГЕННЫЕ И ЭНДОГЕННЫЕ КАНЦЕРОГЕНЫ

Современной наукой однозначно доказано, что любая живая клетка на Земле содержит в себе протоонкогены (особые полипеп- тидные субстанции), которые при тех или иных условиях переходят в активную форму - онкогены. А вот онкогены уже и выстраивают бластный, злокачественный вариант клетки, который дает начало росту опухоли. Факторов, способствующих переходу протоонкогена в активную форму, великое множество - химикаты, радиация, инсоляция, вирусы и т.п. Все эти факторы и являются по своей сути канцерогенами.

В соответствии с современными представлениями канцерогенез - многоступенчатый процесс накопления генетических мутаций и др. нарушений ДНК, приводящих к нарушению клеточного цикла, дифференцировки, апоптоза, а также к неэффективному функционированию клеточного иммунитета. Канцерогенез претерпевает несколько этапов накопления генетических изменений различной длительности, причем время, необходимое для окончательной транс-

формации клетки в опухолевую, различается не только при разных опухолях, но и у отдельных индивидуумов. В значительной мере это связано с длительностью экспозиции канцерогена, его дозой, а также сопротивляемостью организма.

Воздействие канцерогена может быть длительным в малых дозах или однократным, но большой интенсивности (солнечное излучение, радиация). Факторы, способствующие переходу протоонкогена в активную форму, называют канцерогенными.

По определению экспертов ВОЗ (1979), «канцероген - это агент, который в силу своих физических или химических свойств может вызвать необратимые изменения и повреждения в тех частях генетического аппарата, которые осуществляют контроль над соматическими клетками». Среди них различают эндогенные и экзогенные канцерогены. Экзогенные канцерогенные факторы принято делить на механические, физические, химические, радиационные, вирусные. Из множества причин, повышающих риск развития злокачественной опухоли в организме, значимость их как возможного ведущего фактора неравнозначна. Подсчитано, что особенности питания в развитии рака являются ведущими и составляют от 30-35%. Курение определяет развитие рака в 30%, вирусные агенты - в 17%, алкоголь - в 4%, загрязнения окружающей среды - в 2%, отягощенная наследственность - в 1-2%.

Наиболее значимыми в развитии предопухолевой, следовательно, и опухолевой патологии являются воздействия механических факто- ров (хроническая травма) и различных химических веществ, поступающих в организм с пищей, а также курение. Итак, 80-90% всех форм рака у человека - результат действия факторов окружающей среды: химических веществ, вирусов, физических агентов (рентгеновских, радиевых и ультрафиолетовых лучей). Для радиационного воздействия принята безпороговая концепция канцерогенеза. Даже минимальные дозы облучения могут спровоцировать бласттрансформацию. Под влиянием облучения могут развиться опухоли в разных органах. Наибольшим считается риск возникновения гемобластозов на коже, в костях, в легких, молочной и щитовидной железах и др.

К канцерогенным веществам относятся представители различных классов химических соединений: полициклические углеводороды, азокрасители, ароматические амины, нитрозамины и др. Известно большое число канцерогенных агентов, относящихся к полициклическим углеводородам (3,4-бензпирен, 20-метилхолан-

трен, 9,10-диметил-1,2-бензантрацен и др.), обладающих местным опухолеродным действием, к аминоазотсоединениям (ортоамино- азотолуол и др.), имеющим избирательное органотропное действие и к некоторым другим классам соединений. В основном это полициклические ароматические углеводороды, которые образуются при горении угля, нефти, бензина, табака. Канцерогены поступают в организм человека ингаляционным путем, а также с пищей и водой. Наиболее распространенный канцероген - 3,4-бензпирен, появившийся как следствие урбанизации и промышленной деятельности человека, используется как индикатор загрязнения воздуха.

Мутация в генах и изменение их функции может происходить под влиянием различных причин, в бытовых условиях ведущими фак- торами риска для развития рака являются неправильное питание и курение. Наиболее значимым, широко распространенным и потенциально устранимым канцерогенным фактором считают курение. По оценкам ВОЗ, с курением табака ассоциируются приблизительно 80-85% случаев рака легкого, 80% рака губы, 75% рака пищевода, 40% мочевого пузыря, 85% рака гортани. Яркий показатель значимости курения в развитии разных опухолей имеет борьба с табакокурением в США, в результате которой число онкологических заболеваний снижается примерно на 0,5% в год. По распространенности курения Россия занимает одно из первых мест в мире. Примерно 50-60% мужчин являются активными курильщиками, очень велико количество курящих женщин.

Еще более мощный канцероген, потребляемый человеком, - этиловый спирт. Каждый отдельный фактор может вызвать 2-3-крат- ное повышение риска, а при сочетании их они повышают риск более чем в 15 раз. Выявлено, что употребление более 100 мл чистого алкоголя в день способствует развитию опухолей органов пищеварения, молочной железы и ряда других заболеваний. Связь употребления алкоголя с повышенным риском развития опухолей полости рта, глотки, пищевода, гортани, печени, молочной железы, легкого, толстой кишки доказана материалами многочисленных эпидемиологических исследований. Довольно длительное время утверждение о вреде курения даже среди онкологов не встречало понимания. Простейшее по методологии исследование (интервьюирование пациентов, проходящих обследование в связи с предполагаемыми опухолями, с последующим сопоставлением с окончательными диагнозами) выявило сильную связь с курением рака легких, а в

последующем и органов полости рта, глотки и гортани, предстательной железы, почки и т.д.

К экзогенным факторам относятся различные вещества, попадающие в организм с продуктами питания, в ряде случаев и с питьевой водой. С ними в организм человека поступают как вещества, способствующие канцерогенезу, так и тормозящие его. Увеличение потребления клетчатки, пектинов и фетатов, содержащихся в овощах и фруктах, способствует связыванию канцерогенов.

Нормальное поступление в организм витаминов и микроэлементов необходимо для стабильной работы системы обезвреживания канцерогенов и репарации ДНК. Эпидемиологические исследования показали, что витамин А и каротин играют значительную профилактическую роль в развитии эпителиальных новообразований. В профилактических мероприятиях восполнение дефицита каротина обеспечивают за счет соответствующих пищевых добавок. Ослабляет устойчивость организма к канцерогенным воздействиям также и недостаточное употребление и усвоение других витаминов особенно С, Е, В 2 и РР, регулирующих процессы ороговения и обусловливающих состоятельность общего иммунитета. Дефицит этих веществ является серьезным фактором риска для развития плоскоклеточного рака верхних дыхательных путей, пищеварительного тракта и легких.

К экзогенным следует отнести и различные неблагоприятные экологические ситуации, индивидуальные и бытовые условия, при- вычки, особенности питания. 30-70% случаев рака толстой кишки связаны с избыточным потреблением жиров, соли, нитритов и нитратов, копченостей и консервантов, дефицитом клетчатки и витаминов, избыточной энергетической ценностью пищи. Доказана роль жиров, особенно насыщенных, в этиологии и патогенезе рака молочной железы, предстательной железы, толстой и прямой кишки, легкого.

К генотоксическим канцерогенам, активаторам и коканцерогенам относятся продукты, загрязненные нитритами, нитратами, солями тяжелых металлов, мышьяком, бериллием, кадмием, свинцом, никелем и др. Изучение таких веществ имеет значение не только с позиций выяснения этиологии опухолей, но имеет и другие задачи - устранение их из окружающей среды человека с целью предупреждения образования опухолей.

Исследования в области вирусологии привели к открытию ряда вирусов, вызывающих опухоли у животных. В настоящее время

доказано, что некоторые опухоли человека имеют вирусную природу. Это вирус Эпштейн-Барр, вызывающий рак носоглотки и лимфому Беркита. Вирус гепатита В и С ассоциирован в настоящее время с гепатоцеллюлярным раком. Эти вирусы являются вторым по значимости после курения канцерогенным фактором в мире. До 80% всех первичных злокачественных опухолей печени связывают с этими агентами. На практике была показана значимость профилактики гепатоцеллюлярного рака. Широкое проведение специфической вакцинации существенно снижает риск развития гепатоцеллюлярного рака среди населения с высоким уровнем инфицирования.

Четыре семейства вирусов определены как этиологические агенты злокачественных опухолей человека. Рак шейки матки, гортани, полового члена, вульвы, заднего прохода, кожи ассоциируют с папилломавирусом человека (НРV-16, НРV-18, НРV-33). Более того, известно, что онкогенные вирусы не имеют видовой специфичности (Зильбер Л.А., 1967, Свет-Молдавский Г.Я., 1967). Установлено, что вирусы группы герпеса являются синергистами с вирусами папилломы человека в этиологии новообразований гениталий. Этот факт позволяет объяснить механизм реализации многих факторов риска. Замечена значимость в развитии опухолей гениталий таких факторов, как социально-экономический статус и половая распущенность. Явно прослеживается зависимость относительного риска от числа сексуальных партнеров и насыщенности сексуального анамнеза. Это определяет и позволяет разрабатывать меры профилактики и ранней диагностики таких заболеваний. Например, инфицирование вирусом папилломы человека и связанные с этим изменения в эпителии шейки матки являются основанием для формирования групп риска.

С вирусами, содержащими ДНК, ассоциированы некоторые виды лимфом, с ретровирусами, содержащими РНК, связывают развитие Т-клеточного лейкоза. К настоящему времени накоплены достаточно веские доказательства вирусного происхождения некоторых других опухолей: менингиомы, глиобластомы, меланомы, ЛГМ, саркомы Капоши. Считается, что факта заражения вирусом папилломы человека недостаточно для развития опухоли. Необходимо воздействие некоторых кофакторов экзоили эндогенного характера для акти- вации вирусного канцерогенеза. Доказано, что такими экзогенными кофакторами могут быть курение, а также дополнительные вирусные инфекции, например простого герпеса (herpes symplex).

В некоторых случаях контакт с определенным веществом провоцирует развитие определенного вида рака. Так, наиболее частым фактором, провоцирующим развитие мезотелиомы плевры - редкая опухоль, развивающаяся в полости плевры, перикарда или брюшины, - является контакт с асбестом. Время, прошедшее между таким контактом и развитием опухоли, может составлять 20 лет и более. Четкой связи между интенсивностью и длительностью контакта с асбестом и локализацией развития опухоли не отмечено. Большинство авторов склонны считать, что опухоли брюшины развиваются после более длительного контакта. Часто эти опухоли поздно диагностируются, хотя отличаются относительно медленным развитием.

Контакт с бериллием (производство мельхиора) провоцирует развитие хронических воспалительных изменений в легких, на фоне которых развивается профессиональный рак легкого, реже рак других органов. Бериллиоз характеризуется образованием гранулем в дистальных отделах легких с преимущественной локализацией в нижних и средних отделах. Фактически это системное заболевание, так как вовлечены лимфатические узлы, печень, селезенка, почки, кожа, миокард и др.

Онкогенное действие рентгеновских лучей и различных радиоактивных источников замечено и активно изучается с самого начала их применения в медицине. Радиоактивный йод вызывает развитие рака щитовидной железы и т.д. Процесс прогрессирования от низкой степени атипии к высокой степени может занимать от нескольких месяцев до нескольких лет. Развитие рака представляет собой многоступенчатый и нередко довольно длительный процесс. Чаще возникновению опухоли предшествует появление предопухолевых образований. Прогрессирование предопухолевой патологии обусловлено продолжающимся действием канцерогенных факторов. Прекращение этого действия может предотвратить озлокачествление, даже когда предопухолевому заболеванию по пути к раковому пере-

рождению осталось претерпеть незначительную трансформацию. Различие здоровой и атипичной опухолевой клетки прослеживается и на субклеточном уровне. Стандартный набор 46 хромосом может быть больше или меньше. Меняются расположение и длина локусов в хромосомах, протоонкогены переходят в онкогены, что приводит к развитию опухоли. Достаточно надежным объективным критерием оценки степени дисплазии в настоящее время признано содержание ДНК в клеточном ядре (плоидность клетки). Диплоидный набор хро- мосом свидетельствует о более высокой степени дифференцировки клетки. По мере «естественного» развития опухолей, как первичных, так и метастатических, проявляется тенденция к накоплению и усугублению признаков злокачественности.

В первичной опухоли и метастазах уровень степени злокачественности бывает различным. Обычно в метастатических опухолях степень нарушения дифференцировки клеток более значительная, чем в первичной опухоли, т.е. клетки в метастазах менее зрелые, чем в первичной опухоли и это проявляется более стремительным ростом метастаза, чем первичной опухоли. Время появления метастазов после распознавания первичной опухоли может быть различным. Иногда метастазы развиваются очень быстро и диагностируются до выявления первичной опухоли, хотя чаще они развиваются через 1-2 года. В ряде случаев через 7-10 лет после удаление первичной опухоли развиваются так называемые поздние, латентные, дремлющие метастазы.

Таким образом, опухоль - патология, обусловленная повреждением генетического аппарата клетки, что вызывает нарушения процессов деления, дифференцировки, возобновления клеточного состава. В настоящее время выделяют следующие ступени канцерогенеза. На ранних этапах это изменения на уровне клетки-предшественницы, или стволовой клетки данной ткани, за которыми следуют повреждения ДНК, мутация в геноме соматической клетки, приводящая к активации протоонкогенов, и инактивации генов апоптоза и геновсупрессоров. Особенно важное значение в этом процессе придается мутации генов, кодирующих синтез белков факторов роста и белков, блокирующих эти факторы, а также белков, регулирующих процесс апоптоза, ответственных за подавление и уничтожение дефектных клеток. Происходит нарушение репарации ДНК, пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток, что и приводит на поздних стадиях канцерогенеза к развитию предрака и рака.

В клетках большинства опухолей генетические дефекты носят множественный характер. В большей степени канцерогенным действием обладают мутации на ранних этапах клеточной дифференцировки. Процесс озлокачествления является многоэтапным, сопровождается комплексным повреждением генов. Интересна двухэтапная теория канцерогенеза, разработанная A.G. Knudson (1971). Согласно этой теории первая мутация в генетическом аппарате может происходить на этапе половой клетки. Поскольку возникшая мутация наследуется, это приводит к формированию клона клеток с высоким риском опухолевой трансформации. Последующие генетические повреждения происходят намного позже в соответствующей ткани-мишени. Этим обусловлены семейные, наследственные формы рака. В связи с этим различают спорадические формы рака, когда оба этапа повреждения произошли в течение жизни, и наследственно обусловленные формы, когда второй «удар» пришелся на уже подготовленный от рождения генетический клеточный аппарат.

Процесс бласттрансформации постоянно происходит в организме. За сутки в организме может образовываться около миллиона мутировавших клеток, что составляет объем около 0,1 см. При адекватном подъеме иммунного напряжения опасные для организма клетки погибают, и опухоль не возникает. Часть из них трансформируется в нормальные, а большинство уничтожается организмом, так как они распознаются как чужеродные. Почему возникает сбой в системе иммунитета и очередная потенциально опухолевая клетка не уничтожается, остается пока не ясным. Чем старше организм, тем больше оснований ожидать возникновения нарушений процессов иммунитета в разных органах. Потому опухоли все-таки остаются болезнью пожилых людей.

Развитие злокачественной опухоли может продолжаться в течение нескольких лет. Известны средние темпы роста опухолей. От образования первой раковой клетки до опухоли диаметром 2 см при раке молочной железы проходит около 3 лет (Denox, 1970). По другим данным, для рака молочной железы среднее время удвоения клетки - 272 дня. Это означает, что для того, чтобы развилась опухоль размером в один кубический сантиметр, необходимо около 10 лет. Рак желудка в среднем растет несколько быстрее. Считается, что от начала заболевания раком желудка до клинического его проявления проходит приблизительно 2-3 года. Рак легкого до размеров 1,0- 1,5 см в диаметре развивается в течение 6-8 лет, а рак желудка -

в течение 5-7 лет. Начальная и доклиническая стадии рака шейки матки, по данным В.К. Винницкой (1979), продолжаются 12-15 лет. Иногда встречаются молниеносные формы роста - в пределах нескольких месяцев.

Эндогенные факторы. Возникновение опухолей возможно и на фоне изменений внутренней среды организма, в частности из-за нарушения гормонального баланса. Наиболее важное значение имеют именно гормональные факторы. Общепризнанной является роль эстрогенов в развитии рака молочной железы. Заместительная терапия эстрогенами, проводимая при ряде патологических состояний, ведет к повышению риска развития рака эндометрия. Длительные хронические заболевания, снижающие иммунитет, пороки эмбриогенеза т.д. относятся к эндогенным факторам риска развития онкологических заболеваний. Свойствами канцерогенов обладают также некоторые эндогенные продукты обмена: стероидные гормоны, метаболиты триптофана и др. при их избыточном накоплении или качественном изменении. Известен факт стимуляции онкогенеза при ожирении, что всегда сопровождается избытком эстрогенов.

Появлению злокачественной опухоли могут способствовать такие эндогенные факторы, как наследственная предрасположенность к онкологическим заболеваниям, перенесенные заболевания и снижение иммунологического статуса. Установлено, что опухолевый рост сопровождается поражением Т- и В-лимфоцитов и снижением показателей общей иммунологической реактивности организма. Достаточно часто в клинической практике наблюдаются длительные воспалительные процессы, которые сопровождаются выраженными процессами пролиферации. Нередко опухоль развивается на фоне доброкачественного новообразования.

3.3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ КАНЦЕРОГЕНЕЗА

Наиболее распространенными представлениями о причинах опухолевых заболеваний является так называемая полиэтиологическая теория, предполагающая возможность развития опухоли под влиянием различных перечисленных выше опухолеродных факторов.

Кроме полиэтиологической, самостоятельное значение имеет вирусная теория, так как есть представление, что вирусы играют роль в возникновении всех опухолей, а различные канцерогенные агенты имеют лишь содействующее значение. По мнению некоторых

вирусологов (Жданов В.М.), онкогенное действие могут оказывать вирусы-сапрофиты или вирусы, вызывающие инфекционные заболевания (вирусы герпеса, аденовирусы и пр.).

Согласно этой теории, в клетке имеются различные вирусы, которые находятся в состоянии биологического равновесия с клеткой и целым организмом. Патологические процессы не возникают до тех пор, пока это равновесие не нарушается. Клетка и вирус постоянно испытывают воздействие различных факторов внешней и внутренней среды (физические и химические), и при определенных условиях вирус приобретает способность проникать в геном клетки. Это приводит к целому ряду патологических изменений в клетке, чаще к ее гибели, но возможен и онкогенный эффект. Нарушается механизм апоптоза, жизненный цикл клетки не завершается в срок. Все это говорит о больших трудностях при поисках противовирусной профилактики опухолей.

Единственным конкретным направлением профилактики рака остается предупреждение воздействия на организм тех многочис- ленных физических и химических факторов внешней и внутренней среды, которые провоцируют онкогенное действие вирусов на клетку. На этом основаны главные направления современной профилактики злокачественных опухолей.

Относительно новой является теория тканевого механизма канцерогенеза. Она основана на нарушении тканевого гомеостаза в результате длительной хронической пролиферации, вызывающей нарушение дифференцировки клеток. Тканевая теория канцерогенеза является альтернативной к господствующей в настоящее время мутационной (клонально-селекционной) концепции рака, согласно которой опухолевые клетки - результат мутаций и последующей селекции и клонирования клеток, имеющих кардинальные отличия не только от клетки-предшественника, но и от стволовой клетки, входящей в состав данной ткани. Есть достаточно данных о том, что стволовые клетки и клетки-предшественники («коммитированные» клетки) обладают определенной «злокачественностью» даже в отсутствие канцерогенного воздействия на ткань.

Суммарно основные положения тканевой теории канцерогенеза выглядят следующим образом. Канцерогенное (повреждающее) воздействие на ткань вызывает, с одной стороны, гибель определенного количества клеток, а с другой - стимулирует компенсаторную хроническую пролиферацию. В ткани резко увеличивается кон-

центрация факторов роста и снижается концентрация кейлонов, контролирующих деление стволовых клеток. Количество стволовых и коммитированных клеток в ткани возрастает. Возникает так назы- ваемая «эмбрионализация» ткани, клетки теряют трансмембранные рецепторы и молекулы адгезии, а «злокачественность» стволовых и коммитированных клеток проявляется в полной мере в отсутствие тканевого контроля над митотическим циклом. Возникает злокачественная опухоль, развивается процесс метастазирования.

Тканевая теория канцерогенеза логично обосновывает происхождение опухолей на фоне некоторых предраковых состояний, но вряд ли она может быть в полной мере привлечена для объяснения вирусного канцерогенеза и опухолевых трансформаций клеток в результате достоверных мутаций ДНК под влиянием, например, радиационных факторов. В тканевой теории рака решающее значение придается изменению межклеточных и межтканевых соотношений, что не отрицается и в полиэтиологической теории, но в последней этим факторам не придается столь решающего значения. Как это чаще всего бывает, истина, очевидно, лежит посередине: мутационная и тканевая теории канцерогенеза дополняют одна другую и могут быть использованы для создания единой теории происхождения злокачественных опухолей.

Рост и развитие опухоли находятся в несомненной зависимости от состояния реактивности организма. Устойчивость к воздействию канцерогенов индивидуальна, в целом зависит от иммунитета и кор- релирует с общей сопротивляемостью организма. Доказана способность организма обезвреживать канцерогены до определенных пределов, чем и определяется различие в дозе и сроках их воздействия, вызывающих в итоге развитие опухоли. Это стало совершенно очевидным, когда в опухолевых клетках были открыты специфические опухолевые антигены, причем разные в различных опухолях. Клетки опухоли, содержащие чужеродные организму антигены, вызывают в нем образование гуморальных противоопухолевых антител, однако их роль в развитии защитного противоопухолевого иммунитета незначительна.

Гораздо большее значение имеет клеточный иммунитет, развивающийся по типу трансплантационного иммунитета. Морфологически этот процесс проявляется накоплением в строме опухоли и особенно в пограничной с опухолью ткани иммунокомпетентных клеток: Т- и В-лимфоцитов, плазматических клеток, макрофагов. Клинико-мор-

фологические наблюдения показывают, что в тех случаях, когда строма опухоли богата иммунокомпетентными клетками, опухоль развивается медленно. При отсутствии такой инфильтрации опухоли растут быстро, и рано наблюдается метастазирование. Кроме того, замечено, что на ранних стадиях развития опухоли, еще до появления метастазов, отмечаются признаки антигенной стимуляции в регионарных лимфатических узлах в виде гиперплазии лимфатических фолликулов с увеличением размеров их центров размножения. Установлено также, что лимфоциты крови больных с опухолевым процессом обладают непосредственным цитотоксическим действием по отношению к клеткам опухоли, разрушая их в культуре ткани.

Теории канцерогенеза

Изучение механизмов опухолевой трансформации клетки имеет давнюю историю. До настоящего времени было предложено множество концепций, пытающихся объяснить канцерогенез и механизмы превращения нормальной клетки в раковую. Большая часть этих теорий имеют лишь исторический интерес или входят как составная часть в принятую в настоящее время большинством патологов универсальную теорию канцерогенеза - теорию онкогенов. Онкогенная теория канцерогенеза позволила приблизиться к пониманию того, почему различные этиологические факторы вызывают одно по своей сути заболевание. Она явилась первой единой теорией возникновения опухолей, включившей в себя достижения в области химического, радиационного и вирусного канцерогенеза.

Основные положения теории онкогенов были сформулированы в начале 1970-х гг. Р. Хюбнером и Г. Тодаро (R. Huebner и G.Todaro), которые высказали предположение, что в генетическом аппарате каждой нормальной клетки присутствуют гены, при несвоевременной активации или нарушении функции которых нормальная клетка может превратиться в раковую.

В течение десяти последних лет онкогенная теория канцерогенеза и рака обрела современный вид и может быть сведена к нескольким принципиальным постулатам:

• онкогены - гены, которые активируются в опухолях, вызывая усиление пролиферации и размножения и подавление гибели клеток; онкогены проявляют трансформирующие свойства в экспериментах по трансфекции;
• немутированные онкогены действуют на ключевых этапах реализации процессов пролиферации, дифференцировки и программированной гибели клеток, находясь под контролем сигнальных систем организма;
• генетические повреждения (мутации) в онкогенах приводят к высвобождению клетки от внешних регулирующих влияний, что лежит в основе ее неконтролируемого деления;
• мутация в одном онкогене практически всегда компенсируется, поэтому процесс злокачественной трансформации требует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах.

Канцерогенез имеет и другую сторону проблемы, которая касается механизмов сдерживания злокачественной трансформации и связана с функцией так называемых антионкогенов (супрессорных генов), оказывающих в норме инактивирующее действие на пролиферацию и благоприятствующих индукции апоптоза. Антионкогены способны вызывать реверсию злокачественного фенотипа в опытах по трансфекции. Практически каждая опухоль содержит мутации в антионкогенах как в форме делеций, так и микромутаций, причем инактивирующие повреждения супрессорных генов встречаются гораздо чаще, чем активирующие мутации в онкогенах.

Канцерогенез имеет молекулярно-генетических изменения, которые составляют следующие три основных компонента: активирующие мутации в онкогенах, инактивирующие мутации в антионкогенах, а также генетическая нестабильность.

В общем плане канцерогенез рассматривают на современном уровне как следствие нарушения нормального клеточного гомеостаза, выражающегося в потере контроля над размножением и в усилении механизмов защиты клеток от действия сигналов апоптоза, то есть запрограммированной смерти клетки. В результате активации онкогенов и выключения функции генов-супрессоров раковая клетка приобретает необычные свойства, проявляющиеся в иммортализации (бессмертности) и способности преодолевать так называемое репликативное старение. Мутационные нарушения в раковой клетке касаются групп генов, ответственных за контроль над пролиферацией, апоптозом, ангиогенезом, адгезией, трансмембранными сигналами, репарацией ДНК и стабильностью генома.

Какие стадии имеет канцерогенез?

Канцерогенез, то есть развитие рака проходит в несколько стадий.

Канцерогенез первой стадии - стадия трансформации (инициации) - процесс превращения нормальной клетки в опухолевую (раковую). Трансформация является результатом взаимодействия нормальной клетки с трансформирующим агентом (канцерогеном). В течение I стадии канцерогенеза происходят необратимые нарушения генотипа нормальной клетки, вследствие чего она переходит в предрасположенное к трансформации состояние (латентная клетка). В течение стадии инициации канцероген или его активный метаболит взаимодействует с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК) и белками. Повреждения в клетке могут иметь генетический или эпигенетический характер. Под генетическими изменениями понимают любые модификации в последовательностях ДНК или числе хромосом. К ним относят повреждения или перестройку первичной структуры ДНК (например, генные мутации или хромосомные аберрации), или изменения в количестве копий генов либо целостности хромосом.

Канцерогенез второй стадии - стадия активации, или промоции, суть которой заключается в размножении трансформированной клетки, образовании клона раковых клеток и опухоли. Эта фаза канцерогенеза в отличие от стадии инициации обратима, по крайней мере, на раннем этапе неопластического процесса. В течение промоции инициированная клетка приобретает фенотипические свойства трансформированной клетки в результате измененной генной экспрессии (эпигенетический механизм). Появление в организме раковой клетки не приводит с неизбежностью к развитию опухолевой болезни и гибели организма. Для индукции опухоли необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промотора.

Промоторы оказывают многообразное влияние на клетки. Они влияют на состояние клеточных мембран, имеющих специфические рецепторы к промоторам, в частности активируют мембранную протеинкиназу, влияют на клеточную дифференцировку и блокируют межклеточные связи.

Растущая опухоль не является застывшим, стационарным образованием с неизменными свойствами. В процессе роста ее свойства постоянно изменяются: какие-то признаки теряются, какие-то возникают. Эта эволюция свойств опухоли получила название «опухолевая прогрессия». Прогрессия - это третья стадия опухолевого роста. Наконец, четвертая стадия - исход опухолевого процесса.

Канцерогенез не только вызывает стойкие изменения генотипа клетки, но и оказывает многообразное влияние на тканевом, органном и организменном уровнях, создавая в ряде случаев условия, способствующие выживанию трансформированной клетки, а также последующему росту и прогрессии новообразований. По мнению некоторых ученых, эти условия возникают в результате глубоких нарушений функций нейроэндокринной и иммунной систем. Некоторые из таких сдвигов могут варьировать в зависимости от особенностей канцерогенных агентов, что может быть обусловлено, в частности, различиями в их фармакологических свойствах. Наиболее общими реакциями на канцерогенез, существенными для возникновения и развития опухоли, являются изменения в уровне и соотношении биогенных аминов в центральной нервной системе, в частности в гипоталамусе, сказывающиеся, среди прочего, на гормонально-опосредованном усилении клеточной пролиферации, а также нарушения углеводного и жирового обмена, изменения функции различных звеньев иммунной системы.