Биохимические основы канцерогенеза

комплексе с тромбоцитами к месту новой локализации, где с помощью интегринов прикрепляются к базальной мембране в органах-мишенях, т.е. только в

«излюбленных» данной формой опухоли местах. Например, рак простаты, как правило, дает метастазы в кости, рак молочной железы и легкого – в мозг, рак прямой кишки – в печень.

10. Принципы диагностики, лечения и профилактики злокачественных

новообразований

Для диагностики, клинической идентификации опухолей используют индикаторы опухолевого процесса – онкомаркеры (ОМ).

Опухолевые маркеры - это химические соединения (белки, пептиды, гормоны,

ферменты, метаболиты), которые синтезируются только в организме опухоле -

носителя в ответ на развитие рака, но должны отсутствовать в нормальных клетках,

так как являются продуктами аномальной экспрессии генома раковой клетки. Их обнаруживают в крови или других биологических жидкостях. Обычно это белки,

которые продуцируются опухолевой клеткой (группа 1) или синтезируются другими клетками, взаимодействующими с опухолевыми (группа 2). К опухолевым маркерам группы 1 относятся опухоль-ассоциированные антигены, секретируемые гормоны и ферменты. Биохимические опухолевые маркеры – это вещества, образуемые опухолевыми клетками и секретируемые в биологические жидкости, в которых они могут быть количественно определены неинвазивными методами.

В настоящее время измерение уровня ОМ широко используется в диагностике,

лечении, при мониторинге состояния онкологических больных и доклинического выявления рецидивов. Согласно современной классификации ОМ делят на четыре основные группы:

1.плаценарные антигены (например, βХГЧ);

2.онкофетальные антигены (РЭА, АФП);

3.антигены, ассоциированные с мембранами опухолевых клеток (СА 15-3, СА 19-

9, СА 125, СА 242, PSA);

4. метаболические маркеры (NSE, Cyfra 21-1, β2-МГ, ферменты)

Требования для онкомаркеров:

специфичность для злокачественных процессов;

чувствительность,

определение на ранних стадиях болезни;

корреляция с размером опухоли, стадией заболевания, прогнозом;

короткий период полужизни,

отражение эффективности лечения

Иммунологическая диагностика – обнаружение, определение содержания эмбриональных онко-фетальных белков, которые в норме обнаруживаются в эмбриональных тканях человека и крови в период внутриутробного развития, но после рождения они исчезают или остаются в следовых количествах. Однако, при опухолевой прогрессии эти белки начинают вновь синтезироваться и секретируются в кровь. К ним относятся:

1)Карцино-эмбриональный белок (КЭА) – одноцепочный белок, гликопротеин,

смолекулярной массой от 150 до 300 кД, углеводная часть которого составляет от 45

до 57% молекулярной массы, включает фруктозу, маннозу, галактозу и N-

ацетилглюкозамин.

2)α-фетопротеин (α-ФП) - гликопротеин с М = 61-70 кД, его углеводная часть составляет ~5% от общей массы белка. Используется для диагностики рака печени.

3)Плацентарные белки (хорионический гонадотропин (ХТГ). Измерение уровня ХГТ спинно-мозговой жидкости используют для диагностики метастаз в мозг

иЦНС.

Онкомерками (ОМ) могут служить и дифференцировочные антигены (органо-

или опухолеспецифические гликопротеины лимфоцитов), которые определяются в

крови с помощью моноклональных антител.

Раково-эмбриональный антиген (РЭА) – вырабатывается в тканях пищеварительного тракта эмбриона и плода – маркер при раке толстого кишечника, РЛ, РМЖ, раке головы и шеи, злокачественных образованиях

соединительнотканного происхождения + белок острой фазы у больных с

аутоиммунными, острыми и хроническими воспалительными заболеваниями.

α-фетопротеин (АФП) – в норме АФП продуцируется в период гестации в печени плода и желточном мешке - повышается в крови при развитии рака печени, а также у больных с опухолями из зародышевого эпителия (тератомы яичка или яичника и др.).

Хорионический гонадотропин (ХГЧ), свободная β-субъединица повышается при опухолях яичников и семенников, у больных раком легких, на поздних стадиях при раке кишечника, при хорион-эпителиоме.

Антигены, ассоциированные с мембранами опухолевых клеток

антиген СА15-3 для мониторинга лечения и диагностики рецидивов при РМЖ, при циррозе, гепатите, аутоиммунных расстройствах, доброкачественных заболеваниях яичников и молочной железы, на поздних стадиях заболевания при карциноме яичников, шейки матки, эндометрия

антиген СА19-9 - в норме присутствует на мембране лейкоцитов для адгезии лейкоцитов к эндотелию сосудов и выхода клетки к очагам воспаления -

гиперэкспрессия при метастазировании рака поджелудочной железы, желудка,

толстой и прямой кишки, маркер аденокарцином поджелудочной железы.

антиген СА125 определяют перед процедурой ЭКО для выявления групп риска по развитию РЯ.

муциновый антиген CA242 –для диагностики и мониторинга РПЖ, рака толстого кишечника.

простата-специфичный антиген, общий и свободный (ПСА, свободный ПСА, PSA) - практически не определяется у женщин, у мужчин существенно возрастает в злокачественных и доброкачественных опухолях предстательной железы.

Гормональная диагностика

Гормоны и их рецепторы (эстрогены, андрогены и АКТГ, паратгормон,

кальцитонин, гормон роста, инсулин, глюкагон, катехоламины, серотонин) являются

онкомаркерами гормоно-продуцирующих органов. Гормоны как опухолевые маркеры некоторых видов опухолей

Определение рецепторов гормонов в качестве онкомаркеров используют для выявления рецидивов заболевания после хирургического вмешательства и которым необходима химиотерапия.

Ферментативная неспецифическая диагностика

Для диагностики и контроля эффективности терапии онкозаболеваний используют также некоторые ферменты:

•нейроспецифическая енолаза – при раке легких

•щелочная фосфатаза – при опухоли костной ткани

•кислая фосфатаза – при раке предстательной железы

•α-амилаза – при опухоли поджелудочной железы

Активным ОМ - ферментом является сериновая протеаза – активатор плазмина, который способствует развитию опухолевого процесса.

неспецифические онкомаркеры - белки острой фазы воспаления: ферритин,

церулоплазмин, гаптоглобин, С-реактивный белок; гемоглобин и др.

неспецифические маркеры цитотоксичности химиопрепаратов - изоформы ЛДГ,

креатинкиназы, активность глутатион-S-трансферазы

неспецифические маркеры ранней диагностики, рецидива и контроля лечения – активность тимидинкиназы, тимидинфосфорилазы - ферментов «запасного пути» синтеза дезокситимидилата – нуклеотида, лимитирующего скорость синтеза ДНК

Рис. Схема «запасного пути» синтеза тимидилата

Молекулярно-генетические исследования в тканях - патоморфологические исследования биопсийного материала, либо послеоперационного материала.

Иммуно-гистохимические исследования в тканевых микросрезах парафиновых блоков с целью определения клинических маркеров, маркеров прогноза, индивидуальной чувствительности к таргетной терапии. Для диагностики определяют комплекс маркеров: CD 34 (сосудистый маркер), Ki-67(показатель пролиферации), цитокератины, Е-кадгерин, α-гладкомышечный актин, виментин.

Метаболические маркеры:

нейрон-специфическая енолаза (NSE) – в опухолевых клетках нейро-

эктодермального происхождения, нейронах головного мозга и периферической нервной ткани.

цитокератины (Cyfra 21-1, TPA, TPS, UBC) – белки филаментов цитоскелета эпителиальных клеток поступают в кровь в процессе некроза опухолевых клеток,

а также в S, G2 и М фазах нормального клеточного цикла, поэтому их концентрация в сыворотке отражает скорость обновления клеток.

β2-микроглобулин (β2-МГ) - на поверхности различных эпителиальных клеток,

лимфоцитов, макрофагов – у пациентов с множественной миеломой или неходжкинскими лимфомами; увеличение концентрации маркера зависитот стадии заболевания, степени злокачественностии типа клеток.

Лечение онкологических больных. Химиотерапия в подавлении опухолевого

роста. Цитостатики

Можно подавить рост опухоли методами физиоили химиотерапии:

1.рентгеновское облучение благодаря мутагенному действию блокирует размножение клеток

2.химиотерапия - подавление опухолевого роста с помощью цитостатиков

Недостатки методов:

1)низкая специфичность

2)побочные эффекты - повреждение нормальных клеток

А. Алкилирующие и интеркалирующие агенты. Первая группа веществ (A)

взаимодействует с молекулами ДНК, блокируя при этом процессы транскрипции и

репликации:

химические соединения (циклофосфамид и неорганический комплекс цисплатин),

образующие ковалентные связи - внутри- и межмолекулярные мостики в ДНК,

приводя к изгибу двойной спирали

интеркалирующие агенты - адриамицин, встраивающиеся между плоскостями нуклеиновых оснований за счет нековалентных связей, вызывая локальные изменения пространственной структуры ДНК

антиметаболиты, встраивающиеся в ДНК и препятствующие репликации

Б. Антиметаболиты. Вторая группа цитостатиков (Б) подавляет синтез

предшественников ДНК:

ингибиторы ферментов, избирательно блокирующие метаболические пути,

биосинтез нуклеотидов

цитостатики - производные нуклеиновых оснований или нуклеотидов и конкурентные ингибиторы ферментов

цитостатики, действующие опосредованно, приобретая активность в результате метаболической трансформации после введения в организм. Например, аналог аденина 6-меркаптопурин превращается в мононуклеотид тиоинозинмонофосфат

[тИМФ (tIMP)] и др., встраивается в ДНК, образуя поперечные связи, вызывая аномалии. Другим активным производным 6-меркаптопурина является S-метил-

тИМФ, ингибитор амидофосфорибозил-трансферазы. Гидроксимочевина избирательно ингибирует рибонуклеотид-редуктазу. Как ловушка свободных

радикалов это соединение нейтрализует тирозин-радикал, необходимый для

функционирования редуктазы.

цитостатики, препятствующие синтезу тимина на стадии дезоксимононуклеотида.

Дезоксимононуклеотид, образующийся из 5-фторурацила или соответствующего нуклеозида, ингибирует тимидилатсинтазу, т.к. атом фтора в пиримидиновом цикле не замещается на метильную группу. Кроме того, фтор содержащий аналог встраивается в ДНК. Для тимидилат-синтазы вспомогательным ферментом является дигидрофолатредуктаза. Этот фермент принимает участие в регенерации кофермента N5, N10-метилен-ТГФ (N5, N10-methylene-ТНF): с потреблением НАДФН он восстанавливает ДГФ (DHF) до ТГФ (THF). Аналог фолиевой кислоты метотрексат, часто применяющийся цитостатик, является чрезвычайно эффективным конкурентным ингибитором дигидрофолатредуктазы. Действие цитостатика приводит к истощению клеток относительно N5, N10-метилен-ТГФ и,

следовательно, к остановке синтеза ДНК.

Новые направления в лечении опухолей

Антибиотики

Гормон-зависимая терапия новообразований (например, с помощью андроген-

блокирующей терапии лечат рак простаты, рак молочной железы часто подвергается регрессии при применении антагонистов эстрогеновых рецепторов)

Препараты, регулирующие концентрацию кальция

Препараты, активирующие (ингибирующие) протеинкиназы и др. ферменты

Антиоксидантная терапия

Фотодинамическая терапия – разрушение опухоли путем введения веществ и их активации под воздействием лазера – цитотоксический эффект путем повреждения мембран АФК, а не ДНК (нет мутаций)

Направленная доставка лекарств в клетки-мишени

Подавление ангиогенеза

Генная терапия

Современные молекулярно-генетические методы в лечении онкозаболеваний

Молекулярная или генная медицина - создание лекарств по генам-маркерам и белкам-маркерам, позволяющие избирательно воздействовать только на них и уничтожать их носителей, не давая побочных эффектов. Определив ген-маркер болезни, можно определить, какой именно белок её вызывает, и создавать лекарство против этого белка или его гена. Новые лекарства и средства на основе генов-

маркеров и белков-маркеров конкретной болезни станут прицельно атаковать только дефектные клетки, уничтожая их, и не повреждая при этом здоровые клетки.

Таргетная терапия - использование таргетных препаратов для лечения.

Таргетные препараты - новый класс препаратов избирательного воздействия на патогенетически обоснованные молекулярные мишени, присущие, например, только опухолевым клеткам или очагам сосудистого поражения. Это собственные белки организма, участвующие в процессах канцерогенеза и определяющие способность опухоли к прогрессии и метастазированию.

Молекулярные мишени таргетных препаратов в онкологии – селективные маркерные биокомпоненты, содержащиеся в очаге поражения:

рецепторы к эпидермальным факторам роста и факторам роста сосудов

(рецепторы ангиогенеза)

белки, проводящие митогенные сигналы от рецепторов

молекулы, контролирующие апоптоз - запуск и течение запрограммированной смерти клеток.

Сайленсинг (от англ. silence - молчание) - новая перспективная таргетная

технология в генотерапии рака - «выключение» генов, отвечающих за рост и деление раковых клеток, на основе механизма ингибирования экспрессии гена на стадии трансляции с помощью малых интерферирующих РНК.