2 курс / Гистология / Клиническая патология

Канцерогенные агенты подразделяют на две группы: генотоксические и эпигенетические, в зависимости от их способности взаимодействовать с ДНК. К генотоксическим канцерогенам отно-

сят полициклические ароматические углеводороды, ароматические амины, нитрозосоединения и др. Эпигенетические химические канцерогены не дают положительных результатов в тестах на мутагенность, однако их введение вызывает развитие опухолей. Эпигенетические канцерогены - это хлорор-ганические соединения, иммунодепрессанты и др.

ТЕОРИЯ ФИЗИЧЕСКОГО КАНЦЕРОГЕНЕЗА

К физическим канцерогенам относят три группы факторов: солнечную, космическую и ультрафиолетовую радиацию; ионизирующую радиацию и радиоактивные вещества.

Солнечная, космическая и ультрафиолетовая радиация - самые распространенные канцерогенные факторы, с которыми контактирует человек. Существуют экспериментальные доказательства и клинические наблюдения канцерогенного эффекта солнечной радиации. Ультрафиолетовый свет оказывает несколько биологических эффектов на клетки, в том числе канцерогенный, связанный с повреждением ДНК за счет образования пирими-диновых димеров, что ведет к образованию мутаций. Репарация ДНК - это механизм элиминации мутации. Известны факты предрасположенности к развитию меланом у жителей околоэкваториальных регионов, особенно обладающих белой кожей с низким уровнем синтеза меланина, который защищает организм от мутагенного воздействия ультрафиолета. Такое влияние ультрафиолетовой радиации подтверждено наблюдениями за больными пигментной ксеродермой с генетическим дефектом ферментов, осуществляющих репарацию ДНК. В результате не происходит удаления мутировавших участков ДНК, что ведет к появлению малигнизированных клеток и частому развитию у этих больных рака кожи.

Особого внимания заслуживает вопрос о развитии опухолей под действием как ионизирующей, так и неионизирующей радиации. Актуальность этой проблемы особенно возросла во второй половине ХХ в. в связи с атомной бомбардировкой Хиросимы и Нагасаки, ядерными испытаниями и авариями на атомных электростанциях (АЭС).

ИНФЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ - ВИРУСНЫЙ И МИКРОБНЫЙ КАНЦЕРОГЕНЕЗ

Согласно данной теории, основоположником которой считают Л.А. Зильбера, ряд опухолей может развиться под действием так называемых онкогенных вирусов, которые относят к семействам ДНК- и РНК-содержащих. Первые эксперименты по доказательству роли вирусов в развитии опухолей ставили с использованием бесклеточных фильтратов из ткани неоплазмы, которые вызывали развитие опухолей у животных-реципиентов. Таким способом в 1908 г. Ellerman и Bang впервые удалось вызвать лейкоз у кур. Первый

онкогенный вирус был описан в 1911 г. экспериментатором-патологом Рокфеллеровского института P. Rous как фильтрующийся агент, способный вызывать развитие саркомы у кур. За свое открытие P. Rous через 55 лет, в 1968 г., был удостоен Нобелевской премии. В 1930-е гг. Bittner открыл вирус рака МЖ мышей, а Shope - вирус папилломы кролика. До недавнего времени считали, что вирусный канцерогенез присущ только животным. В последние десятилетия получены данные о значении вирусов и в развитии некоторых опухолей человека: африканской лимфомы Беркитта (вирус Эпштейна-Барр), лимфомы Беркитта (вирус Эпштейна-Барр), назофарингеальной карциномы (вирус Эпштейна-Барр), папилломы и рака кожи гениталий (вирус папилломы), некоторых видов Т-клеточных лейкозов и лимфом (HLTVI) и др.

Доказана роль бактерии Helicobacter pylori в возникновении рака желудка и лимфом маргинальной зоны - мальтом. Helicobacter pylori - бактерия, обитающая в полости

канцерогенных агентов, таких как химические соединения, радиация, вирусы, а также может быть передано через половые клетки. Генетическая гипотеза рака подразумевает, что вся опухоль состоит из клона клеток, происходящих из единственной клеткипрародителя, в которой возникли повреждения генома (т.е. опухоли моноклональны). Это предположение было подтверждено при анализе большинства опухолей. Генетические перестройки могут происходить под действием канцерогенных агентов как в соматической клетке, так и в половой. При этом мишенями канцерогенов являются четыре класса генов: 1) протоонкогены, регуляторы пролиферации и дифференцировки клеток; 2) гены - супрессоры опухолей (антионкогенов),

ингибирующие пролиферацию клеток; 3) гены, участвующие в гибели клеток путем апоптоза; 4) гены, отвечающие за процессы репарации ДНК.

Клеточные онкогены - промоторы опухолевого роста. Современное представление о канцерогенезе связывают со способностью различных канцерогенов вызывать такие повреждения генома клеток, которые сопровождаются активацией клеточных онкогенов и/или инактивацией антионкогенов. Связь канцерогенеза с этими генами обусловлена тем, что именно они могут запускать деление клеток, участвуют в контроле их пролиферации и дифференцировки. Клеточные онкогены кодируют синтез белков, которые называют онкобелками или онкопротеинами. Все известные в настоящее время

онкопротеины принимают участие в передаче митогенетических сигналов от клеточной мембраны к ядру и определенным генам. Это значит, что большинство факторов роста и других цитокинов в той или иной степени могут взаимодействовать с онкобелками.

По функциональной активности и структурному сходству с элементами сигнальной митогенетиче-ской цепочки все онкобелки могут быть подразделены на следующие группы: 1) онкобелки-гомологи факторов роста (c-sis, SIS и др.); 2) онкобелки - гомологи рецепторов к факторам роста (ERB-B, ERBA и др.); 3) онкобелки - аналоги G-белка (c-ras) и протеинкиназные белки (SRC, c-FMS, FES, ABL, c-MET); 4) онкобелки, передающие ростовые сигналы на ДНК (FOS, c-JUN, c-MYC и др.).

Для того чтобы стимулировать пролиферацию клеток, протоонкогены должны превратиться в клеточные онкогены. Известны четыре основных механизма активации протоонкогенов: 1) точечные мутации в протоонкогенах (hbc/7-8, RAS); 2) инсерционная активация под действием встроенных в геном генов (вирусных); 3) транслокация участка хромосомы с встроенным в него прото-онкогеном; 4) амплификация (умножение копий) протоонкогена.

Гены - супрессоры рака. Потеря супрессирую-щего воздействия генов - супрессоров рака приводит к появлению у опухоли свойства толерантности к сигналам, запрещающим рост. В геноме человека существуют гены, которые тормозят пролиферацию и оказывают антионкогенное действие. Утрата клеткой таких генов может приводить к развитию рака. При этом возникает следующая закономерность: потеря контроля за нормальным циклом клетки - основная характеристика злокачественных опухолей, и по крайней мере один из ключевых генов-регуляторов цикла клетки (CDKN2A, циклин D, CDK4, Rb, р53) в них мутирован или изменен. Наиболее изученные антионкогены - р53 и Rb (retinoblastoma gene). Потерю

Rb обнаруживают в редко встречаемой детской опухоли - ретинобластоме, 60% ретинобластом развиваются спорадически, а 40% описывают как наследственные опухоли с аутосомно-доминант-ным типом наследования. В случаях наследственного

дефекта Rb нормальный ген отсутствует в одном аллеле, поэтому опухоль может развиться только при одновременном повреждении второго сохранного гена Rb. В случае спонтанно развившейся ретинобластомы потеря Rb затрагивает сразу оба аллеля (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Мутация гена Rb (супрессора рака) при развитии ретинобластомы

Молекулой 1995 г. назван ген - супрессор р53, который наиболее часто мутирует в злокачественных опухолях человека. Существует две формы антионкогена р53: «дикая» (неизмененная) и мутантная. В опухолевых клетках при многих типах рака обнаруживают накопление мутантной или «дикой» формы р53 в избыточном количестве, что оказывает отрицательное действие на регуляцию клеточного цикла, в связи с чем клетка приобретает способность к усиленной пролиферации (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Контроль клеточного цикла геном - супрессором рака р53 Регуляция пролиферативной активности клетки с помощью р53 происходит через

увеличение или снижение уровня апоптоза. Активация гена р53 на фоне активации клеточных онкогенов c-fos и c-myc приводит опухолевые клетки к гибели, что и наблюдают при действии на опухоль химио-препаратов и радиации. Мутации в

гене р53 или инактивация его другими способами на фоне усиления экспрессии c-fos, c- myc и bсl-2, наоборот, заканчивается усилением пролиферации клеток и злокачественной трансформацией.

Ген р53 препятствует злокачественной трансформации клеток тремя путями:

Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по патофизиологии сайта https://medicalplanet.su/

•через временный «арест» клетки и вывод ее из цикла с репарацией ДНК;

•индукцию постоянного ареста и вывод клетки из цикла (состояние старения);

•индукцию апоптоза.

Разнообразные воздействия, включая кислородное голодание, несоответствующую экспрессию онкогена (например, MYC или RAS) и

повреждение ДНК, могут вызвать p53-зависимый ответ. Управляя реакциями в ответ на повреждение ДНК, p53 играет центральную роль в поддержании целостности генома.

В неповрежденных клетках p53 - короткоживу-щая молекула (период полупревращения 20 мин) из-за ассоциации с MDM2, белком, который предназначен для

разрушения р53. Когда существуют повреждения в ДНК, p53 подвергается посттранскрипционным модификациям, которые освобождают его от MDM2, что увеличивает период его жизни и активирует как фактор транскрипции. Найдено множество генов, транскрипцию которых вызывает p53. Они могут быть сгруппированы в две категории: 1) гены, которые вызывают арест клеточного цикла; 2) гены, которые приводят к апоптозу. Если повреждения ДНК репарируются во время ареста клеточного цикла, клетка возвращается в нормальное состояние; если это невозможно, p53 вызывает апоптоз или старение клетки.

Гены - регуляторы апоптоза. Накопление опухолевых клеток может быть результатом не только усиленной пролиферации за счет активации онкогенов, стимулирующих рост, или инактивации генов - супрессоров рака, подавляющих рост, но и мутаций в генах, которые регулируют апоп-тоз. Апоптоз - генетически запрограммированная гибель клеток в живом организме - происходит и при опухолевом росте. Апоптоз в опухолях может быть спонтанным или индуцированным различными терапевтическими воздействиями. Из известных генов - регуляторов апоптоза наиболее изучены клеточные онкогены семейства bcl-2, c-myc и ген - супрессор р53. Гиперэкспрессия bcl-2 в опухолевых клетках предотвращает апоптоз и тем самым поддерживает рост опухоли. Подобные изменения зарегистрированы в В-клеточной фолликулярной лимфоме, мелкоклеточном раке легкого и др. При этом гиперэкспрессия bcl-2 в В-клеточной фолликулярной лимфоме обусловлена его транслокацией в локус генов, регулирующих синтез тяжелых цепей иммуноглобулинов. Другим примером может служить гиперэкспрессия мутантного гена р53 в раке легкого, неспособного вызывать апоптоз в опухолевых клетках и, напротив, стимулирующего их пролиферацию. Существуют две программы, которые активируют апоптоз, их различают по внешнему и внутреннему сигнальному пути. Оба

пути приводят к активации протеолитического каскада каспаз, который разрушает клетку.

Гены репарации ДНК. Гены, отвечающие за репарацию поврежденной ДНК, - основной фактор антибластомной защиты на уровне генома клетки. Значение их велико, поскольку они регулируют восстановление нормальной структуры ДНК, поврежденной в ходе пролиферации клеток или действия канцерогенных агентов. Потеря,

мутации или наследственный дефект генов репарации ДНК приводят к накоплению мутаций в геноме, нестабильности генома и злокачественной трансформации клеток. Геномную нестабильность можно считать причиной злокачественной трансформации клеток. Подобные ситуации описаны при ряде наследственных заболеваний: неполипозном раке толстой кишки (синдромы Линга I и П) с аутосомно-доминантным типом наследования, пигментной ксеродерме, синдроме Блума, анемии Фанкони и атаксиителеангиэктазии.

Важность репарации ДНК в поддержании целостности генома показана в изучении наследственных заболеваний, при которых гены, кодирующие белки и осуществляющие репарацию ДНК, являются дефектными. Люди, обладающие такими наследственными

репарации ДНК в происхождении рака получены также при исследовании наследуемого рака МЖ. Мутации в двух генах, BRCA1 и BRCA2, выявляют в 80% случаев семейного рака МЖ. В дополнение к этому раку у женщин с мутациями BRCA1 существует более высокий риск развития карцином яичников, а у мужчин - рака предстательной железы. Мутации в гене BRCA2 увеличивают риск рака МЖ у женщин и грудной железы у мужчин, а также рака яичника, предстательной железы, поджелудочной железы, желчных протоков, желудка и меланомы.

Функции этих генов неизвестны, но клетки с мутантными генами имеют хромосомные разрывы и выраженную анеуплоидию. Предполагают, что оба гена принимают участие в гомологичной рекомбинации (репарации ДНК). Например, BRCA1 формирует комплекс с другими белками гомологичной рекомбинации, а также связан с АТМ. BRCA2 был идентифицирован как один из мутантных генов при анемии Фанкони. Белок BRCA2 связывается с белком RAD51, необходимым для катализа реакции первичной гомологичной рекомбинации. Подобно другим генам - супрессорам рака, обе копии BRCA1 и BRCA2 должны быть инактивированы, чтобы развился рак. Хотя связь BRCA1 и BRCA2 с семейным раком МЖ установлена, в спорадических случаях такого рака эти гены редко инактивируются. В этом отношении BRCA1 и BRCA2 отличны от других генов - супрессоров рака, таких как APC и p53, которые инактивированы как при семейных, так и при спорадических случаях онкологических заболеваний.

Обсуждая генетическую индивидуальность опухолей, следует отметить, что в опухолевом росте участвуют три группы генов - gatekeepers, caretakers и guardsmen. В каждом органе существуют ключевые гены (gatekeepers), потеря или мутации в которых приводят к развитию наследственной и спонтанной неоплазии в определенном органе. К таким ключевым тканевым генам могут быть отнесены Rb1, APC, NF1, МTNI, VCT, PCT. Эта теория объясняет феномен органоспецифичности опухолей. Caretakers - гены антибластомной защиты, ключевые для нескольких типов тканей, связаны с синтезом и репарацией ДНК. Изменения ключевых защитных генов характерны для наследственных опухолей и опухолевых синдромов. Guardsmen - гены, обеспечивающие автономный рост, не специфичны для опухолей и определяют предрасположенность к развитию опухолей. Эпигенетические изменения относят к обратимым наследственным изменениям в экспрессии генов, происходящим без их мутации и включающим ряд процессов, основные из которых - гиперметилирование генов микроРНК и ацетилирова-ние гистонов. Характерная черта эпигенетических изменений - возможность их обратимости, что может быть использовано в разработке новых методов терапии злокачественных опухолей.

Гиперметилирование генов. В течение последних нескольких лет показано, что определенные гены - супрессоры рака могут быть инак-тивированы

посредством гиперметилирования промотора. Например, p14ARF ингибируется в колоректальном раке и раке желудка, а p16INK4a - в различных типах злокачественных опухолей, BRCA1 - в раке МЖ, VHL - в почечноклеточ-ном раке, ген комплементарности нуклеотидов

репарации ДНК MLH1 - в колоректальном раке. Промоторы некоторых генов - супрессоров рака могут быть гиперметилированы в клетках опухоли, а весь геном оказывается гипометилиро-ванным по сравнению с нормальными клетками. Гипометилирование всего генома вызывает хромосомную нестабильность и развитие опухолей у мышей. Таким образом, эпигенетические изменения могут участвовать в канцерогенезе.

МикроРНК (миРНК) и рак. МиРНК - некоди-рующие, одноцепочечные РНК, длиной приблизительно в 22 нуклеотида, функционирующие как отрицательные регуляторы генов. Они ингибируют экспрессию генов на посттрансляционном этапе, подавляя транскрипцию или в некоторых случаях разрушая матричную РНК. Учитывая, что миРНК