Теории канцерогенеза опухолей. Стадии канцерогенеза

(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

Первая стадия опухолевого роста называется (1)

Стадии канцерогенеза (3)

К физическим канцерогенам относятся (4)

Создателем вирусо-генетической теории возникновения опухолей является (1)

У человека вирусное происхождение имеют (2)

Впервые доказал в эксперименте роль вирусов в этиологии опухолей (1)

Для эндогенных канцерогенов характерно (3)

К эндогенным химическим канцерогенам относятся (3)

Возможность образования эндогенных канцерогенов впервые доказал (1)

Нитрозамины (2)

К нитрозаминам относятся (2)

Аминоазосоединения (4)

a) обладают местным действием

b) обладают органотропностью+

c) вызывают рак мочевого пузыря, печени+

d) входят в состав анилиновых красителей+

e) входят в состав некоторых пищевых красителей+

a) диэтилнитрозамин +

b) метилнитрозомочевина +

c) 3,4-бензпирен

d) метилхолантрен

e) анилиновые красители

a) обладают органотропностью+

b) могут синтезироваться в желудке из нитратов и аминов в присутствии соляной кислоты+

c) обладают местным действием

d) входят в состав анилиновых красителей

b) Ямагива

c) Ишикава

d) Л.М.Шабад +

e) Л.А.Зильбер

a) полициклические ароматические углеводороды

b) метаболиты триптофана и тирозина +

c) производные холестерина +

d) нитрозамины

e) простые химические соединения

f) свободные радикалы и оксид азота +

a) образуются в организме +

b) обладают слабым канцерогенным действием +

c) имеют длительный латентный период +

d) обладают сильным канцерогенным действием

e) имеют короткий латентный период

b) Ямагива

c) Ишикава

d) Л.М.Шабад

e) Л.А.Зильбер

37. Найти соответствие:

a) вирусы молока Битнера, лейкоза кур, мышей 1

b) вирусы группы Папова 2

c) вирус Эпштейна-Барр 2

d) вирусы саркомы Роуса1

e) вирус HTLV-1 1

f) вирус папилломы 2

g) вирус гепатита В 2

a) лимфома Беркитта+

b) миелолейкоз

c) ретинобластома

d) Т-клеточный лейкоз+

e) пигментная ксеродерма

a) Л.М.Шабад

b) Л.А.Зильбер+

c) Ямагива

d) Ишикава

a) альфа-, бета излучение+

b) гамма-излучение+

c) ультрафиолетовые лучи+

d) рентгеновское излучение+

e) инфракрасные лучи

a) инициация+

b) прогрессия+

c) промоция+

d) регрессия

e) метастазирование

a) промоцией

b) коканцерогенезом

c) прогрессией

d) инициацией+

e) проканцерогенезом

a) промоцией+

b) коканцерогенезом

c) прогрессией

d) инициацией

e) проканцерогенезом

44. Найти соответствие:

1. Инициация

2. Промоция

3. Прогрессия

a) трансформация нормальной клетки в опухолевую1

b) размножение трансформированных опухолевых клеток2

c) нарастание злокачественных свойств опухоли3

СТАДИЯ ИНИЦИАЦИИ

В стадии инициации происходят необратимые, передающиеся по наследству, нарушения генотипа (мутации) нормальной клетки при воздействии нелегальной дозы канцерогена (инициатора). Канцероген не является специфическим мутагеном, т.е. взаимодействует с ДНК различных генов, но только активация онкогенов и/или инактивация генов-супрессоров может инициировать последующее

превращение нормальной клетки в опухолевую. Однако не всегда вызванные канцерогеном мутации ведут к инициации, так как повреждения ДНК могут быть восстановлены. И в тоже время, даже однократное воздействие инициатора может приводить к канцерогенезу. В конечном итоге, под воздействием канцерогенов происходят необратимые нарушения генотипа нормальной клетки и возникает предопухолевая (трансформированная) клетка с наследственно закрепленными свойствами, отличающими ее от нормальной по ряду признаков. Так, трансформированные клетки отличаются от нормальных по своему социальному поведению и биохимическим свойствам. Наконец, потомство

трансформированной клетки способно к промоции, в ходе которой проходит соответствующий отбор на способность преодолевать противоопухолевую защиту и приобретать новые свойства (например, метастазирование), которые могут и не зависеть от канцерогена, вызвавшего появление исходной опухолевой клетки.

СТАДИЯ ПРОМОЦИИ

Не восстановленные мутации ДНК в инициированных (трансформированных)клетках представляют собой первые важные ступени в канцерогенезе, но для его завершения этого недостаточно. Необходимо, чтобы возникшая мутация стала фиксированной, т.е. должна воспроизвестись (копироваться) в клетках-потомках и размножиться: Поэтому для закрепления инициации клетка, измененная канцерогеном, должна совершить хотя бы один цикл пролиферации. Именно стимуляция пролиферации инициированных клеток и закрепление существующих и резко возрастающих в процессе деления новых мутаций в последующих поколениях и составляет суть стадии промоции. Факторы и вещества, определяющие переход в стадию промоции и стимулирующие размножение инициированных клеток, называются дромоторами. Так как функция промоторов заключается в стимуляции деления инициированных клеток, то их еще называют митогенами. Большинство промоторов имеют слабые канцерогенные свойства или даже вообще их не проявляют. В качестве промоторов могут выступать химические соединения экзо- и эндогенного характера. Промоторы способны также быть инициаторами, если их применять в высоких дозах и достаточно долго, а большинство сильных канцерогенов обладают и инициирующими, и промоторными свойствами. Эффект канцерогенов-мутагенов иногда называют инициирующим, а промоторов - активирующим. Инициирующий эффект необратим и связан с мутированием ДНК. Промоторный эффект обратим. В отличие от инициации, при прекращении действия промотора возможно обратное развитие канцерогенеза, по крайней мере, на раннем его этапе и может наступить регрессия опухоли. Отмечена определённая тропность промоторов. В поздний период промоции в качестве действующих агентов, кроме промоторов, могут быть и другие механизмы регуляции пролиферации клеток, такие как иммунный надзор, агенты, стимулирующие прогрессию, и др. Итак, если воздействие инициатора вызывает мутационную активацию онкогена и/или инактивацию антионкогена, то последующий затем эффект промоторов приводит к усилению пролиферации и размножению таких клеток-мутантов. Это приводит к образованию критической массы инициированных клеток, высвобождению их из-под тканевого контроля, клональному отбору жизнеспособных клеток, что создает большие возможности для реализации инициированными клетками потенций малигнизированных. Но для этого необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промоторов и только в строго последовательном

сочетании - вначале инициирующих, а затем промотирующих факторов. В случае применения промотора по инициации ипи когда пауза между воздействием инициатора и промотора слишком велика опухоль не возникает. Конечным результатом стадии промоции является завершение процесса сса элока- чественной трансформации (малигнизации), приобретение клеткой основных черт злокачественного фенотипа и формирование распознаваемой опухоли.

СТАДИЯ ПРОГРЕССИИ

Третья стадия опухолевой трансформации - прогрессия. Еспи первые две стадии можно рассматривать как докпинические. проявления опухолевого роста,то опухолевая прогрессия проявляется в уже сформированной опухоли. Для перехода неопластического процесса в фазу прогрессии необходимо несколькоповторных мутаций. В процессе эволюции неоплазм наблюдается комплекс скачкообразных качественных изменений, которые принято характеризовать как их прогрессию. Было показано, что в ходе роста неопластические клетки с одной стороны автономизируются от организма, но с другой - находятся под постоянным давлением различных факторов отбора, т е эволюционируют как одноклеточный организм. Именно эволюция клонов, приводящая к их разнообразию и увеличению приспособительной жизнеспособности, а не просто рост и расселение, и составляет суть понятия «опухолевая прогрессия» Опухолевая прогрессия - это не просто увеличение опухоли в размерах,

это качественное изменение с появлением по существу новой, с разнообразными свойствами опухоли, несмотря на ее моноклональное происхождение. В настоящее врем я прогрессия-понимается как- изменение совокупности признаков опухоли (карио-, гено-, и фенотипа, дифференцировки клеток) в направлении все большего последовательного усиленйя злокачествбнности. Прогрессия подразумевает,что в результате разнообразных воздействий первичный клон клон опухолевых кпеток даёт начало множеству субклонов, существенно отличающихся от него в морфофункциональном отношении. Общая направленность этих отличий, выражается в поразительной приспособляемости к меняющимся условиям существования и придании опухоли преимуществ в конкурентной борьбе с организмом за выживание. Прогрессия является следствием множественных накаппивающихся мутаций в клетках опухоли. Таким образом, в результате многолетней профессии неопластический процесс из первоначально моноклональной стадии переходит в позднюю, поликлональную, а клетки опухоли ко времени их клинического обнаружения отличаются выраженной гетерогенностью т.е. гено- и фенотипической неоднородностью. Гетерогенность лежит в основе прогрессии, направленной в сторону усиления злокачественных свойств опухоли «от плохого к худшему». Так. путем отбора клеточных популяций и непрерывным их развитием в направлении все большей автономии, формируются субклоны, способные ускользать от иммунного ответа, лучше приспособленные к неблагоприятным условиям (кислородному дефициту и др.), способные к инфильтрирующему росту и метастазированию,

устойчивые к лучевой и лекарственной терапии. Основными морфологическими признаками прогрессии являются утрата опухолью органо- и гистотипического строения, снижение дифференцировки (анаппазия), цитогенетические изменения, упрощение ее ферментного спектра. На молекулярном уровне прогрессия проявляется множественными независимыми мутациями в клетках. В результате ко времени клинического обнаружения опухоли клетки ее характеризуются выраженной гетерогенностью, что порождает серьезные трудности для клинической и патоморфологической диагностики.

5607 0

Понятие о том, что злокачественные опухоли возникают в результате стадийных изменений, основано на эпидемиологических, экспериментальных и молекулярно-биологических исследованиях.

Много лет назад, до открытия онкогенов и антионкогенов, онкоэпидемиологии предположили, что заболеваемость раком, возрастающая по мере старения человека, объясняется тем, что канцерогенез проходит через ряд независимых стадий, а поскольку мутация - это случай, то процесс обычно длится много лет.

Уже не вызывает сомнений, что латентный период рака (от начальный изменений в клетке до первых клинических проявлений) может длиться до 10-20 лет.

Развившееся позднее учение об онкогенах и антионкогенах подтвердило это и заложило прочную основу под концепцию стадийного, или этапного, или многошагового канцерогенеза.

Согласно этой концепции, формирование злокачественной опухоли - не одноразовое событие, а цепь последовательных взаимосвязанных событий, каждое из которых обусловлено воздействием определенных факторов, как внешних, так и внутренних. В ходе этих событий имеет место последовательное накопление повреждений генома клеток, что приводит к качественным сдвигам в их структуре и функции, и. в конечном счете, к нарушениям дифференцировки и обретению присущих опухоли свойств.

В настоящее время в канцерогенезе различают три стадии, зачастую накладывающихся друг на друга. Первая, необратимая, стадия называется инициацией, а вызывающие ее канцерогены - инициаторами. Вторую, обратимую, стадию назвали промоцией, а соответствующие агенты - промоторами. Третью стадию - формирования злокачественной опухоли со всеми присущими ей свойствами - прогрессией (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Стадии канцерогенеза.

В течение каждой из стадий действуют определенные этиологические факторы, каждая из них отличается специфическими морфологическими проявлениями и характеризуется особыми изменениями в геноме.

Инициация (или опухолевая трансформация) - это первый шаг, сущность которого составляет быстрое (минуты, часы), необратимое и нелетапьное изменение генома соматических клеток в виде мутаций.

При этом происходит активация онкогенов или подавление антионкогенов и соответственно увеличенное воспроизводство белков онкогенов и утрата белков регуляторных генов (антионкогенов). Однако трансформированные таким образом клетки остаются неактивными без дополнительного стимула к пролиферации. Считается, что дальнейший процесс канцерогенеза на этом этапе может оборваться.

Промоция - следующий шаг, заключающийся во взаимодействии между трансформированной клеткой и рядом факторов-промоторов. В результате происходит отбор клеток с выеокой репродуктивной активностью и образуется достаточно обширный клон измененных клеток, наделенных основными свойствами злокачественности, то есть появляются основные фенотипические признаки опухоли.

Иными словами, формируется первичный опухолевый узел. Однако принято считать, что образовавшаяся на этом этапе опухоль не способна к инфильтрирующему росту и метастазированию.

Прогрессия заключается в возникновении дополнительных изменений в структуре генома, когда мутации и селективный отбор клеточных клонов (субклонов), наиболее приспособленных к меняющимся условиям существования и наиболее агрессивных в отношении организма хозяина, приводят к возникновению морфологически выявляемой опухоли, уже наделенной истинно злокачественными свойствами - инфильтрирующим (инвазивным) ростом и способностью метастазировать. Ниже приводится более подробная характеристика отдельных стадий канцерогенеза.

Стадия инициации

В стадии инициации происходят необратимые, передающиеся по наследству, нарушения генотипа (мутации) нормальной клетки при воздействии нелегальной дозы канцерогена (инициатора).

Канцероген не является специфическим мутагеном, т.е. взаимодействует с ДНК различных генов, но только активация онкогенов и/или инактивация генов-супрессоров может инициировать последующее превращение нормальной клетки в опухолевую.

Однако, как указывалось выше, не всегда вызванные канцерогеном мутации ведут к инициации, так как повреждения ДНК могут быть восстановлены. И в тоже время, даже однократное воздействие инициатора может приводить к канцерогенезу.

В конечном итоге, под воздействием канцерогенов происходят необратимые нарушения генотипа нормальной клетки и возникает предопухолевая (трансформированная) клетка с наследственно закрепленными свойствами, отличающими ее от нормальной по ряду признаков.

Так, трансформированные клетки отличаются от нормальных по своему социальному поведению и биохимическим свойствам. Социальное поведение клеток - это их взаимоотношения с матриксом, на котором они растут, и между собой. Особенности социального поведения трансформированных клеток связаны в первую очередь с нарушением их морфологии и движения. Трансформированные клетки способны продуцировать факторы роста, стимулирующие их же собственное (аутокринное) размножение.

В трансформированных клетках усиливается активный транспорт Сахаров, анаэробный гликолиз, изменяется состав поверхностных гликопротеидов и липидов. Важнейшим свойством трансформированных клеток является их бессмертие, без этого свойства они не могли бы формировать опухоль.

Наконец, потомство трансформированной клетки способно к промоции, в ходе которой проходит соответствующий отбор на способность преодолевать противоопухолевую защиту и приобретать новые свойства (например, метастазирование), которые могут и не зависеть от канцерогена, вызвавшего появление исходной опухолевой клетки,

Таким образом, понятия «трансформированная» и «опухолевая» клетки не строго идентичны. Трансформированные клетки не проявляют такие признаки злокачественности, как инвазивный рост и метастазирование.

Вместе с тем, для возникновения «настоящей» злокачественной клетки одной инициации недостаточно, необходимы дополнительные стимулы (промоторы), что и происходит на следующей стадии канцерогенеза.

Стадия промоции

Не восстановленные мутации ДНК в инициированных (трансформированных) клетках представляют собой первые важные ступени в канцерогенезе, но для его завершения этого недостаточно. Необходимо, чтобы возникшая мутация стала фиксированной, т.е. должна воспроизвестись в клетках-потомках и размножиться.

Поэтому для закреплений инициации клетка, измененная канцерогеном, должна совершить хотя бы один цикл пролиферации. Именно стимуляция пролиферации инициированных клеток и закрепление существующих и резко возрастающих в процессе деления новых мутаций в последующих поколениях и составляет суть стадии промоции.

Понятно, что при быстром делении клеток вероятность повреждения генов резко возрастает, а, значит, популяция таких клеток способна быстро накапливать все большее количество новых мутаций, из которых могут возникнуть их злокачественные варианты.

Факторы и вещества, определяющие переход в стадию промоции и стимулирующие размножение инициированных клеток, называются промоторами. Так как функция промоторов заключается в стимуляции деления инициированных клеток, то их еще называют митогенами.

Большинство промоторов имеют слабые канцерогенные свойства или даже вообще их не проявляют. В качестве промоторов могут выступать химические соединения экзо- и эндогенного характера (некоторые лекарственные препараты, поверенная соль, гормоны, желчные кислоты, факторы роста и т.д.).

Промоторы способны также быть инициаторами, если их применять в высоких дозах и достаточно долго, а большинство «сильных» канцерогенов обладают и инициирующими, и промоторными свойствами. Однако результат от комбинации «инициатор-промотор» в десятки и сотни раз превышает канцерогенные воздействия каждого из факторов, взятых в отдельности.

Эффект канцерогенов-мутагенов иногда называют инициирующим, а промоторов - активирующим. Инициирующий эффект необратим и связан с мутированием ДНК. Промоторный эффект обратим. В отличие от инициации, при прекращении действия промотора возможно ооратное развитие канцерогенеза, по крайней мере, на раннем его этапе и может наступить регрессия опухоли.

Отмечена определенная органотропность промоторов, так, смецифическим-промотором рака молочной железы и матки являются экстрогены и т.д. В поздний период промоции в качестве действующих агентов, кроме промоторов, могут быть и другие механизмы регуляции пролиферации клеток, такие как иммунный надзор, агенты, стимулирующие прогрессию, и др.

Итак, если воздействие инициатора вызывает мутационную активацию онкогена и/или инактивацию антионкогена, то последующий затем эффект промоторов приводит к усилению пролиферации и клональному размножению таких клеток-мутантов. Это приводит к образованию критической массы инициированных клеток, высвобождению их из-под тканевого контроля, клональному отбору жизнеспособных клеток, что создает большие возможности для реализации инициированными клетками потенций малигнизированных.

Но для этого необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промоторов и только в строго последовательном сочетании - вначале инициирующих, а затем промотирующих факторов (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Схема последовательности воздействия канцерогенных факторов в канцерогенезе. И - инициирующий и П - промотирующий факторы

В случае применения промотора до инициации или когда пауза между воздействием инциатора и промотора слишком велика, опухоль не возникает.

Конечным результатом стадии промоции является завершение процесса злокачественной трансформации (малигнизации), приобретение клеткой основных черт злокачественного фенотипа и формирование распознаваемой опухоли.

Следует отметить, что термины «инициация» и «промоция» обозначают лишь события в указанных фазах, а не механизмы канцерогенеза. Каждая из указанных стадий включает множество звеньев, приводящих к активации протоонкогенов и/или инактивации генов-супрессоров и синтезу онкобелков. При этом развертывается целая панорама событий, в которых участвуют каскады разнообразнейших молекулярных процессов.

Стадия прогрессии

Третья стадия опухолевой трансформации - прогрессия. Если первые две стадии можно рассматривать как доклинические проявления опухолевого роста, то опухолевая прогрессия проявляется в уже сформированной опухоли. Для перехода неопластического процесса в фазу пpoгрессии необходимы несколько повторных мутаций (первые происходят при инициации).

Исходя из принципа моноклонального возникновения рака, постулирующего происхождение всех клеток опухоли из одной единственной трансформированной стволовой клетки, логично предположить, что опухоль по своему строению должна бы быть однородной, т.е. должна состоять из клеток, обладающих одинаковыми морфологическими и функциональными характеристиками. Однако на самом деле это далеко не так.

Изначальная моноклональность опухоли не означает стандартности ее клеток. Обычно опухолевые клетки отличаются друг от друга значительно больше, чем дифференцированные клетки соответствующей нормальной ткани, что дает основание говорить о полиморфизме большинства новообразований. Общеизвестно, что в ходе своего развития многие опухоли становятся все более агрессивными и увеличивают потенциал злокачественности.

Иными словами, в процессе эволюции неоплазм наблюдается комплекс скачкообразных качественных изменений, которые принято характеризовать как их прогрессию. Учение о прогрессии опухолей, сформулированное I. Foulds (1976), оказалось одной из наиболее глубоких концепций, развиваемых современной онкологией.

Было показано, что в ходе роста неоппастические клетки с одной стороны автономизируются от организма, но с другой - находятся под постоянным давлением различных факторов отбора, т.е. эволюционируют как одноклеточный организм. Именно эволюция клонов, приводящая к их разнообразию и увеличению приспособительной жизнеспособности, а не просто рост и расселение, и составляет суть понятия «опухолевая прогрессия».

Опухолевая прогрессия - это не просто увеличение опухоли в размерах, это качественное изменение с появлением по существу новой, с разнообразными свойствами опухопи, несмотря на ее моноклональное происхождение.

В настоящее время прогрессия понимается как изменение совокупности признаков опухоли (карио-, гено-, и фенотипа, дифференцировки клеток) в направлении все большего последовательного усиления злокачественности.

Прогрессия подразумевает, что в результате разнообразных воздействий первичный клон опухолевых клеток даёт начало множеству субклонов, существенно отличающихся от него в морфофункциональном отношении. Общая направленность этих отличий, выражается в поразительной приспособляемости к меняющимся условиям существования и придании опухоли преимуществ в конкурентной борьбе с организмом за выживание.

Кроме того, растущая опухоль стремится к обогащению такими субклонами, которые «выбивают лишних» в конкурентных межклеточных взаимоотношениях. В этом смысле внутриопухолевая селекция имеет направленный, адаптационный характер, т.к. проявляется в отборе клеток, наиболее приспособленных к дальнейшему выживанию, росту, инвазии и метастазированию.

Считается, что прогрессия является следствием множественных накапливающихся мутаций в клетках опухоли. При этом часть из них могут быть летальными и приводить к "выпадению" субклона, другие - обеспечить ему доминирующую роль, но в опухоли всегда имеется достаточный материал для отбора, тем более, если учесть мутагенный характер лечебных воздействий на нее.

Процесс возникновения и развития структурно-функциональных различий при делении изначального клона на субклоны называется дивергенцией опухолевых клеток (лат. divergens - расходящийся в разные стороны). При этом темпы формирования мутантных субклонов для разных опухолей весьма различны.

Таким образом, в результате многолетней профессии неопластический процесс из первоначально моноклональной стадии переходит в позднюю, поликлональную, а клетки опухоли ко времени их клинического обнаружения отличаются выраженной гетерогенностью, т.е. гено- и фенотипической неоднородностью. Гетерогенность лежит в основе прогрессии, направленной в сторону усиления злокачественных свойств опухоли «от плохого к худшему».

Отбор наиболее злокачественных клеток, способных лучше выживать, - это не путь прогресса, а путь антиэволюции и разрушения организма, при котором высокосложная клетка может деградировать до примитивно простой, обеспечивающей только саму себя, но не организм.

Так. путем отбора клеточных популяций и непрерывным их развитием в направлении все большей автономии, формируются субклоны, способные ускользать от иммунного ответа, лучше приспособленные к неблагоприятным условиям (кислородному дефициту и др.), способные к инфильтрирующему росту и метастазированию, устойчивые к лучевой и лекарственной терапии и т.д. (рис. 3.24).

Рис. 3.24. Схема опухолевой профессии [Моисеенко В.И. и соавт. 2004].

Примером лекарственной устойчивости может служить генерация опухолью клеток с MDR1-геном, что представляет одну из самых сложных проблем лекарственного лечения.

Кроме того, может наблюдаться вариабельность реакции опухоли на угнетающие (или стимулирующие) ее рост факторы.

Например, в процессе прогрессии изменяется способность опухолевых клеток реагировать на гормональные влияния и часто гормоночувствительные опухоли становятся гормонорезистентными вследствие утраты ими специфических рецепторов гормонов .

Прогрессия опухоли характеризуется качественными изменениям опухолевой ткани, обычно приводящими к увеличению различий между ней и исходной нормальной тканью.

Основными морфологическими признаками прогрессии являются утрата опухолью органо- и гистотипического строения, снижение дифференцировки (анаплазия), цитогенетические изменения, упрощение ее ферментного спектра На молекулярном уровне прогрессия проявляется множественными независимыми мутациями в клетках.

В результате ко времени клинического обнаружения опухоли клетки ее характеризуются выраженной гетерогенностью, что порождает серьезные трудности для клинической и патоморфологической диагностики. Хорошо известно, как трудно бывает обнаружить ничем не проявляющую себя первичную опухоль при наличии не вызывающих сомнения отдаленных метастазов, особенно ниэкодифференцированных.

Факторами селективного мутационного отбора опухолевых клеток являются: выраженная генетическая нестабильность; иммунологические механизмы; гормональные факторы; инфекция (чаще вирусная); воздействие канцерогенных или токсических веществ; лечебные (лучевая и лекарственная терапия) мероприятия и др. Чаще всего к мутациям злокачественных клеток предрасполагает их генетическая нестабильность, т.е. высокая степень подверженности вторичным (случайным, спонтанным) мутациям в ходе роста субклонов.

Важным фактором прогрессии является иммунный контроль, поскольку клетки с особенно высокой концентрацией опухолевых антигенов разрушаются иммунными механизмами, в то время, как рост агрессивных (анапластических) клонов сопровождаются антигенным упрощением и они успешно проходят отбор.

При любых воздействиях частота мутаций существенно возрастает в случае утраты опухолевыми клетками механизмов их элиминации или коррекции, которые обеспечиваются в основном геном-супрессором р53, контролирующим постоянство генома посредством апоптоза. Поэтому инактивация р53 и блокировка апоптоза на разных стадиях канцерогенеза в значительной степени определяет дальнейшую прогрессию опухоли.

Таким образом, рак развивается из одной клетки, но ко времени клинического проявления опухоль представляет собой популяцию гетерогенных клеток, что создает ей индивидуальный «генетический» портрет.

Именно способность злокачественных клеток к изменчивости и образованию клеточных вариантов является одним из самых коварных свойств опухоли. Первичным или «неотъемлемым» признаком опухопи является нерегулируемый рост, а остальные - это «вторичные» свойства или признаки, которые как раз и изменяются в ходе прогрессии.

Поэтому злокачественные клетки даже одной и той же опухоли различаются по метастатическому потенциалу, радиорезистентности, чувствительности к противоопухолевым препаратам и т.д., что и делает их относительно неуязвимыми к воздействию специальных методов лечения. Следовательно, прогрессия опухолей определяет не только течение, но и прогноз заболевания.

Совершенно очевидно, что генетическая нестабильность, гетерогенность и отбор имеют место еще задолго до клинического обнаружения опухоли. Развитие опухоли как моноклона и принцип опухолевой прогрессии согласуются с клиническими данными о необходимости длительного латентного периода для того, чтобы неоплазма достигла клинически распознаваемой стадии.

Способность опухоли к регрессии, а опухолевых клеток к нормализации фенотипа открывает новые возможности терапии, направленной не на уничтожение опухолевой клетки, а на снижение злокачественных свойств и повышение ее дифференцировки).

Надо также указать, что моноклональный характер рака и понятие опухолевой прогрессии не перечеркивают определенного значения идеи полевой теории онкогенеза.

В ткани под воздействием канцерогенов могут возникнуть нескольких трансформированных клеток, которые способны дать начало развитию нескольких опухолевых клонов. В дальнейшем, они конкурируют друг с другом и с иммунной системой, что может привести к гибели каких-то из них.

А может случиться, что в равной борьбе выживут несколько клонов и возникнет мультицентрическое развитие рака, как это неоднократно наблюдается в экспериментальных и клинических условиях. В этом случае моноклоном может быть представлен каждый центр опухоли.

В заключение данной главы можно констатировать, что. несмотря на достигнутый в последние годы значительный прогресс в понимании базовых механизмов канцерогенеза, еще много вопросов остается неясными. Первоначальная эйфория, когда с открытием онкогенов и генов-супрессоров казалось, что проблема рака полностью решена, к настоящему времени прошла. Масштаб проблемы оказался несоизмеримо большим, чем предполагалось.

Многочисленность молекулярных событий и неоднозначность взаимодействия генетических механизмов при опухолевом росте поражают воображение. И в то же время успехи, достигнутые молекулярной биологией, позволяют сделать ряд выводов концептуального характера.

Независимо от этиологических факторов неопластическая трансформация является последовательным, многоступенчатым процессом накопления мутаций и других генетических изменений, результатом сложного каскада молекулярных трансформаций и взаимодействий, в которых участвует «слаженный» ансамбль онкогенов и супрессорных генов, а также результатом неэффективного функционирования механизмов врожденного и приобретенного противоопухолевого иммунитета.

Ключевыми моментами канцерогенеза являются активация онкогенов и инактивация супрессорных генов, которые происходят под действием самых различных канцерогенных факторов Изменения генетической программы клетки и нарушения внутриклеточных сигнальных связей являются основными особенностями опухолевой клетки.

Совокупность генетических изменений, в свою очередь, обеспечивают в результате довольно длительной эволюции приобретение опухолевой клеткой и ее потомками ряда специфических свойств. С этих позиций рак, несомненно, следует рассматривать как генетическую болезнь, развивающуюся в результате мутаций, возникающих в процессе жизни индивида или передающихся по наследству потомкам.

Великое множество онкогенов и антионкогенов и различная частота их мутаций, очевидно, допускают возможность их комбинации в этиологии опухолей. Это создает крайне сложную и запутанную картину, когда речь заходит об анализе механизма возникновения какой-либо конкретной опухоли.

Именно это многообразие и гетерогенность сильно ограничивают возможности разработки терапии опухолей на основе знания произошедших в них генетических изменений. При этом очень важно подчеркнуть, что суммарное количество таких генетических повреждений составляет не менее 5-7 на опухолевую клетку.

По-видимому, чаще всего подобные мутации возникают последовательно и вне зависимости друг от друга. Тем не менее, одновременное появление генетических нарушений также возможно.

Угляница К.Н., Луд Н.Г., Угляница Н.К.

ТЕОРИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ КАНЦЕРОГЕНЕЗА

1. Мутационная теория (Г. Бовери), согласно которой в основе трансформации нормальной клетки в опухолевую лежит мутация.

2. Эпигеномная теория (К. Гейдельберг с соавт.). В соответствии с данной теорией трансформация нормальной клетки в опухолевую не связана с мутациями генов, т.е. изменениями или повреждением их структуры, а обусловлена одновременно сосуществующими репрессией генов, тормозящих деление клеток, и дерепрессией генов, стимулирущих их деление. Это ведет к безудержному делению клеток и передаче их эпигеномных изменений по наследству.

Помимо структурных генов существуют и регуляторные гены: гены- активаторы увеличивают число генокопий, гены - репрессоры уменьшают количество генокопий.

Согласно этой гипотезе, активирующий ген попадает на участок ДНК, отвечающий за экспрессию определенного гена, например, при плазмоцито­ме это проявляется в усиленном синтезе иммуноглобулинов. В тоже время, активирующий ген может оказаться рядом с геном, управляющим пролиферацией и дифференцировкой нормальной клетки. Тогда оба эти процесса могут выйти из-под контроля. Результатом же будет образование опухоли. В норме такая активация происходит при необходимости восстановления утраченной клеточной популяции, но она контролируема.

В генах обнаружены и туморосупрессивные гены. они подавляют эксперсиию онкогенов. например, при ретинобластоме - опухоли сетчатки глаза- обнаружено отсутствие генов, подавляющих экспрессию онкогенов, эта наследственная опухоль обнаруживается у детей чаще всего в двухлетнем возрасте. ген ретинобластомы в 90 % случаев передается через отца.

3. Вирусно - генетическая теория (Л.А. Зильбер с соавт.), согласно которой опухолевая трансформация связана с внедрением в клеточный ге­ном вирусной ДНК (или ДНК- копий вирусной РНК). Механизм опухолевой трансформации можно представить следующим образом: частичка вирусной ДНК становится частью генома клетки-хозяина. ДНК- ген становится онко­геном. РНК- вирусы с помощью обратной транскриптазы на матрице РНК синтезируют ДНК, которая также внедряется в геном клетки хозяина.

4. Теория эндогенных вирусов (Р. Хьюбнер, Г. Тодаро) . По этой тео­рии вирусные гены, или онкогены, пребывают в клеточном геноме человека и животных в репрессированном состоянии на протяжении всей жизни орга­низма и передаются по наследству как обычные клеточные гены. Вирусные онкогены могут быть активированы воздействием любого канцерогена, ре­зультатом чего может быть превращение нормальной клетки в опухолевую. Полагают, что эти эндогенные вирусы представляют собой бывшие онкорна­вирусы, внедрившиеся на ранних этапах эволюции в клеточный геном всех многоклеточных организмов. После инфицирования клеток вирусная РНК че­рез собственную транскриптазу синтезировала ДНК - копии, оказавшиеся в геноме и оставшиеся здесь навсегда в латентном состоянии.

5. Теория образования опухолеродных генов - протовирусов (Н. Темин, Д. Балтимор) . Согласно этой гипотезе при обычных нормальных условиях на матрицах РНК с помощью клеточной ревертазы происходит синтез копий ДНК, необходимой для усиления функций нормальных генов. Воздействие канцерогенов приводит к нарушению и изменениям структуры РНК- матриц, что ведет к синтезу ими мутационных ДНК- копий. Эти мутантные ДНК- ко­пии в потенции могут становиться матрицей для образования эндогенного РНК- вируса, последние включаются в клеточный геном и вызывают опухо­левую трансформацию клетки.

6. Теория недостаточности репарации ДНК (М.М. Виленчик). Согласно этой теории клеточная ДНК даже в нормальных условиях постоянно подвер­гается агрессивным воздействиям со стороны экзогенных и эндогенных му­тагенов, в т.ч. опухолеродных, генов. В подавляющем большинстве случа­ев при этом опухолевой трансформации клеток не происходит благодаря функционированию системы репарации ДНК, устраняющей поврежденные участки нуклеотидов. Факторы, снижающие активность системы репарации ДНК, облегчают развитие индуцированных или спонтанных мутаций, в т.ч. и опухолевой, что способствует опухолевой трансформации клеток.

7. Теория недостаточности иммунологического надзора за нормальным антигенным составом внутренней среды организма (Ф. Бернет) . Согласно этой теории в организме постоянно происходят спонтанные мутации, в ре­зультате чего образуются мутантные клетки, включая опухолевые, содер­жащие в своем составе антигены, несущие на себе признаки генетически чужеродной информации. Клетки с такими антигенами подлежат уничтожению эффекторными механизмами иммунной системы. В условиях иммунодепресси такие спонтанно возникшие опухолевые клетки не подвергаются уничтоже­нию и продолжают размножать с образованием опухоли. Иммунодепрессия может быть вызвана самыми различными факторами, в т.ч. и канцерогена­ми.

8. Теория двухстадийного канцерогенеза (И. Беренблюм) . Согласно этой теории выделяют две стадии:

1) индукции (инициации) - состояние, наиболее вероятно связано с мутацией одного из генов, регулирующих клеточное размножение, что при­водит к образованию латентной, дремлющей опухолевой клетки. Обратное превращение опухолевых клеток в здоровые мало вероятно. Но все это не означает того, что после возникновения опухолевых клеток в организме возникает сразу и опухолевый процесс. Ему предшествует латентый пери­од, который длится месяцами, годами, иногда десятилетиями. Т.е. на данной стадии клетка становится инициированной, т.е. потенциально спо­собной к неограниченному делению, но требующей для проявления этой способности ряда дополнительных условий.

2) промоции - активация и размножение ранее латентной опухолевой клетки с исходом в образование опухоли. Т.е. воздействие дополнитель­ных факторов- промоторов побуждает опухолевые клетки к делению, вследствие чего создается критическая масса инициированных клеток. Это в свою очередь, способствует:

а) во-первых, высвобождению инициированных клеток из-под тканевого контроля,

б) во-вторых, мутационному процессу

Однократное воздействие химических канцерогенов на животных в эксперименте может превратить нормальную клетку в опухолевую, но даль­ше требуется действие промоторов. В организме человека синтезируются промоторного действия: гормоны стероидной природы, некоторые медиаторы воспаления, факторы роста. Многие из них выделяются в ходе воспаления (хронического в особенности), обеспечивая заместительную пролиферацию клеток.

На стадии инициации играют важную роль фармокинетика канцерогена, его метаболизм, связывание с ДНК, активность процессов репликации и репарации ДНК. Дальнейшее развитие - прогрессия опухолевых клеток будет определяться модифицирующими факторами. По большей части они оказывают промоторное действие. К модифицирующим факторам относят пол, возраст, гормональный и иммунный факторы, образ жизни, питания человека.

9. Теория онкогенов вирусной и иной природы (Д. Балтимор, М. Барда­цид). В семидесятые годы было установлено, что геном ретровируса (нап­ример, вирус Рауса) состоит из 4-х генов (клеточный геном человека включает в себя 50-100 тыс. генов). Каждый ген кодирует синтез опре­деленных белков. Один из этих четырех вирусных генов оказался онкоге­ном, кодирующим синтез "саркомного" онкобелка, вызывающего трансформа­цию нормальной клетки в опухолевую (src- онкоген). Если изъять из ви­руса Рауса src- онкоген, то вирус теряет способность индуцировать опу­холевый рост. К настоящему времени обнаружены около 30 онкогенов у 20 изученных онкорнавирусов. Все вирусные онкогены принято обозначать тремя буквами: например, V-src (V- вирус, src- саркома Рауса).

Установлено, что ДНК соматических клеток млекопитающих содержит участки, гомологичные по нуклеотидному составу онкогену вируса саркомы Рауса- src. В нормальных клетках аналог вирусного онкогена неактивен. Он был назван протоонкогеном, в отличие от опухолевой клетки, где он активен - называется клеточным онкогеном. Дополнительно в опухолях отк­рыт ряд клеточных онкогенов, которые не найдены в вирусах.

Источниками клеточных онкогенов являются клеточные протоонкогены - предшественники онкогенов. Считается, что клеточные онкогены и их предшественники не происходят из вирусных онкогенов, скорее, вирусные онкогены возникли из клеточных онкогенов.

Таким образом, онкогены в онкорнавируса не являются исходно при­сущими вирусам, а "украдены" ими из генома тех клеток, в которых они побывали. Есть основания полагать, что клеточные протоонкогеы, из ко­торых непосредственно образуются клеточные онкогены, представляют со­бой нормальные гены, программирующие деление и созревание клеток в пе­риод эмбрионального развития плода человека. При изменении их структу­ры или активности под влиянием канцерогенов они превращаются в актив­ные клеточные онкогены, вызывающие опухолевую трансформацию клеток.

Современная модель канцерогенеза (онкогенно-антионкогенная теория) является интегральной, объединяющей описанные выше этиологические факторы и механизмы, то есть злокачественные новообразования рассматривается в настоящее время как полиэтиологические. Однако, при этом все новообразования развиваются по общим законам.

ЭТАПЫ КАНЦЕРОГЕНЕЗА

Вне зависимости от конкретной причины опухолевой трансформации клетки, гистологической структуры и локализации новообразования, в процессе онкогенеза выделяют три этапа – инициации, промоции и прогрессии (рис. 2). Канцерогенные факторы, в зависимости от того, или действуют ли они на этапе инициации или промоции, подразделяются на инициаторы, промоторы, а также полные канцерогены (действующие на обоих этапах).

Рис. 2 Этапы канцерогенеза

Этап инициации

На этапе инициации происходит взаимодействие конечного канцерогена с локусами ДНК, содержащими гены, контролирующие деление и созревание клетки. Происходит активация онкогенов и подавление антионкогенов. Реализуют свои эффекты онкобелки. Процесс инициации происходит в течение нескольких минут или часов. И хотя инициированная клетка ещё не имеет опухоле­вого фенотипа, генотип ее уже трансформирован в опухолевый. Процесс инициации необратим. Однако трансформированные клетки остаются неактивными без дополнительного стимула к пролиферации.

Этап промоции

Под действием ряда факторов-промоторов трансформированная клетка приобретает опухолевый фенотип, 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). Формируется первичный опухолевый узел. Однако на этом этапе опухоль еще не способна к инфильтрирующему росту и метастазированию. Этап промоции обратим.

Этап прогрессии

Прогрессия заключается в дополнительных изменениях в структуре генома, постоянно происходящих из-за приобретенной генетической нестабильности. В результате формируются субклоны, наиболее приспособленные к меняющимся условиям существования, агрессивные в отношении организма хозяина. В результате их селекции происходит нарастание злокачественности опухоли, которая приобретает способность к инвазивному росту и метастазированию.Этап прогрессии является необратимым.