2.6. Воспаление и канцерогенез

В теоретическом и клиническом отношении проблема предрака в онко-логии является одной из ведущих. Исследователей и поныне интересует следующий давно известный феномен: развитию новообразований часто пред-шествуют более или менее длительные неспецифические процессы воспали-тельного характера, которые также сопутствуют и канцерогенезу. Более того, отмечаются общие клеточные физиологические свойства между воспалитель-ными процессами и развитием злокачественной опухоли, так что последние могут способствовать друг другу (Stahl, Matke, 1984).

2.6.1. Нейман и Гулиева (1990), считая общепринятым существенную роль хронического воспалённого состояния тканей в развитии предракового состояния при спонтанных опухолях, кроме того, отмечают: «Таково же его влияние при действии на ткани условных канцерогенов химической и физической природы, создающих сразу же при контакте их с тканями предраковое состояние, характеризующееся длительным сосуществованием атрофических, дистрофических и реактивных пролиферативных явлений, что, собственно, и составляет сущность хронического воспалительного процесса. Острый же воспалительный процесс, как известно, никакими способствующими развитию опухоли не обладает». В литературе накоплен достаточно представительный материал на эту тему, мы же рассмотрим лишь некоторые факты.

Исследование с помощью электронной микроскопии влияния диметилбенз-антрацена и вызывающего воспаление нитрохлорбензола на структуру и изменение коллагеновой пластинки слизистой оболочки щечного мешка хомячков показало, в частности, что на всех стадиях канцерогенеза имела место воспалительная инфильтрация, а доля занимаемого коллагеном объёма прогрессивно снижалась; при воспалении наблюдались изменения, аналогичные развивающимся на стадии гиперплазии и дисплазии при канцерогенезе (Tarpey, White, 1984). Облучение безволосых мышей УФ-светом мощностью 1,85 10⁶ кДж/м² индуцировало в коже всех животных явления воспаления и образование участков фокальной гиперплазии и гиперкератоза, а у некоторых из них – плоскоклеточные карциномы кожи (Joshi et al., 1984). С целью определения злокачественного потенциала у больных хроническими воспалительными заболеваниями проводили иммуногистохимическое исследование различных пролиферативных и диспластических процессов в лёгочном эпителии. Показано, что в очагах предопухолевой дисплазии происходит «относительное усиление экспрессии ряда биомолекулярных маркёров неоплазий, которое нередко опережает появление признаков морфологического атипизма» (Коган Е. А. и др., 1997).

Относительно конкретной роли длительных воспалений в патогенезе опухоли долгое время не было единого мнения. Например, ещё в прошлом веке была высказана идея развития (накопления) при воспалении какого-то матери-ала для образования опухоли (см. Савицкий, 1968). Согласно же Смирнову (1951), хроническое воспаление в патогенезе неоплазм играет ту же роль, что и травма. Позднее ряд исследователей обсуждали роль свободных радикалов, в том числе радикалов О₂, и перекисных продуктов в биологических системах и, в первую очередь, при воспалении (Hertz, Cloarec, 1984); генерацию радикаль-ных и нерадикальных форм реактивного О₂ фагоцитами и стимуляцию ими воспалительного процесса, а также значение этого феномена в повышении риска возникновения рака и вообще для гипотезы о наличии причинной связи воспаления и канцерогенеза (Weitzman, Gordon, 1990; Emerit et al., 1991); проявление антиоксидантами двух разных эффектов – противовоспалительного и противоопухолевого. В русле этих представлений находятся, например, данные о том, что система пероксидаза – Н₂О₂ – галоиды (HOCl или HOBr) в лейко-цитах (нейтрофилах и эозинофилах) участвует в образовании радикалов ОН˙, процессах хронического воспаления, а также в повреждении ДНК и развитии канцерогенеза (Shen et al., 2000).

В настоящее время состоятельность свободнорадикального (кислородно-перекисного) механизма воспаления с участием в нём различных АФК не вызывает сомнений (Владимиров и др., 1991; Ginsburg, Kohen, 1995; Durko, Gondko, 1998; Маеда, Акаике, 1998 и др.). Считают, что развитие окислитель-ного стресса – необходимое условие полноценного воспалительного процесса, но в отличие от цитокинов действие АФК локально и менее специфично (Меньшикова, Зенков, 1997). Роль окислительного механизма воспаления в канцерогенезе также почти очевидна. Отдельные его аспекты и проблема в целом находят всё большее отражение в работах многих исследователей.

Например, одним из механизмов канцерогенного действия Helicobacter pylori (HP) считается образование в поражённой слизистой желудка свободных радикалов, характерных для воспалительных процессов. Показано, что в слизистой желудка больных гастритом, связанным с HP, достоверно повышены содержание аскорбилового радикала и MDA по сравнению с людьми с нормальной слизистой желудка. Аскорбиновая же кислота, перехватывая в слизистой радикалы О₂ и образуя в результате аскорбиловые радикалы, может защищать человека от рака желудка (Drake et al., 1996). В эпителиальных клетках желудка линий А65 и НМ02 эстракты НР индуцировали синтез ДНК, снижали уровень GSH, вызывали фрагментацию ДНК и стимулировали её синтез. Последний полностью блокировался каталазой (Obst et al., 2000). Радикалы NO, О и продукт их реакции пероксинитрит становятся медиаторами воспаления, модифицируют белки и повреждают нуклеиновые кислоты. При хроническом воспалении эти эффекты продолжаются в течение многих лет, что может привести к инициации канцерогенеза (Маеда, Акаике, 1998). В частности, повышенный риск злокачественного перерождения тканей пищеварительного тракта связан с их хроническим воспалением, и в такой трансформации in vivo участвуют реакционно-активные кислородные радикалы, продуцируемые фагоцитами и цитокин-активированными клетками (Grisham et al., 2000).

Интересна попытка связать переход хронического воспаления в рак с потенциальной ролью семейства генов bcl-2 как регуляторов антиоксидантного статуса. По данным авторов гипотезы (Frommel, Zarling, 1999), при хроничес-ком воспалении (в первую очередь, в тканях органов желудочно-кишечного тракта) происходит усиление экспрессии генов семейства bcl-2, которые регулируют защиту клеток от вызываемого воспалением окислительного стресса и последующей их гибели. С другой стороны, продукты этих же генов инги-бируют апоптоз. Сочетание указанных свойств приводит к накоплению при воспалении специфических генетических мутаций, способных вызывать рак. Положения данной гипотезы не кажутся безупречными, и в порядке полемики уместно отметить следующее. Возникновение окислительного стресса при хро-ническом воспалении может, по кислородно-перекисной концепции, индуцировать канцерогенез самостоятельно, независимо от влияния онкобелка bcl-2. Более того, последний не только не способствует возникновению рака, но и как обладающее антиоксидантным действием соединение (см. п. 7.1.9) препятствует ему, сдерживая на ранних и средних стадиях хронического воспаления возрастание дисбаланса ∆_П до ∆_К. Позднее, однако, «мощность» окислительного стресса в отдельных гетерогенных по составу клетках очага воспаления достигает уровня, достаточного для того, чтобы сразу реализовался переход ∆_П → ∆_К, необходимый для опухолевой их трансформации. Не исключено, правда, что выживаемость уже состоявшихся опухолевых клеток повышается белком bcl-2 путём противодействия переходу ∆_К → ∆_А2, т. е. апоптозу А2.

Известное положение о том, что «каждый рак имеет свой предрак» соответствует другому: возникновению опухоли предшествует длительный процесс нарушения устойчивости ткани, проявляющийся в виде различных хронических воспалений (Маленков, 1988). Под нарушением устойчивости здесь понимается снижение силы сцепления клеток ниже пороговой величины. Однако конкретные связи хронического воспаления с изменением клеточной поверхности и межклеточных контактов, как этапов, предшествующих канцерогенезу и сопровождающих его, автором не рассматриваются.

Какие же конкретно особенности и свойства хронического воспалительного процесса в клетке позволяют рассматривать его как пре- и пронеопластическую стадию? И существуют ли вообще те общие для воспаления и канцерогенеза биохимические или биофизические процессы, которые определяют их связь и преемственность? Для обсуждения этих вопросов естественно привлечь развиваемую нами кислородно-перекисную концепцию воспаления и канцерогенеза.

2.6.2. При воспалении наблюдаются в основном две группы свободных радикалов: 1) О и ОН˙, образующиеся при последовательном одноэлектронном восстановлении молекулы О₂; 2) органические радикалы. Непосредственное взаимодействие с этими радикалами является одним из возможных механизмов действия нестероидных противовоспалительных соединений на основе салициловой кислоты (Hertz, Cloarec, 1984).

Отмечают (McCord, 1983), что впервые участие супероксида в воспали-тельном процессе показано в связи с обнаружением противовоспалительного эффекта SOD. Существенную и, вероятно, определяющую роль в установлении оксидативного характера воспалительного процесса, в его стимуляции играют эффекторные клетки (нейтрофилы, моноциты, макрофаги и лимфоциты), которые в порядке иммунного ответа на образующиеся в очаге воспаления антигены секретируют активные метаболиты О₂. Так, например, воспалительные повреждения тонкого кишечника у новорожденных детей связывают с генерацией АФК внутриэпителиальными лимфоцитами (Parks et al., 1983). Вообще же, источником медиаторов воспаления и центральными участниками его считаются нейтрофилы, содержание которых составляет 48-78 % всех лейкоцитов периферической крови (см. Биол. энциклопед. словарь, 1989), а общий вес их у одного человека – порядка 1,5 кг (Siminiak et al., 1995). Полагают, что повреждающий эффект нейтрофилов в местах воспаления обусловлен синергизмом действия продуцируемых ими метаболитов О₂ и протеиназ (Белова, 1997).

Биологически активные продукты О₂, с одной стороны, детерминируют повышенный уровень ПОЛ в мембранных структурах, повреждение различных макромолекул и гибель изменённых клеток, но, с другой стороны, вовлекают в процесс воспаления неповреждённые клетки. Какой-то процент клеток в условиях пероксидации всё же не погибает, по-видимому, адаптируясь к ним и, в частности, используя возникшую оксидативную ситуацию для своей пролиферации (окислительного митогенеза). Такое суждение основывается на известных сейчас фактах, которые в связи с обсуждаемым вопросом могут быть приведены в определённую логически обоснованную систему.

Действительно, в норме различные митогены (опухолевые промоторы, факторы роста и др.), связываясь на клеточной поверхности с соответствую-щими рецепторами, непосредственно или через ряд стадий активируют фосфолипидо- и Са²⁺-зависимую PKC и мобилизуют внутриклеточный Са²⁺. В формирование и передачу митогенного сигнала вовлекаются такие процессы в плазматической мембране, как стимуляция PLC и PLA₂, гидролиз фосфолипи-дов, высвобождение жирных кислот, в том числе арахидоновой, активация LOX, COX и окисление жирных кислот, образование промежуточных и конечных продуктов ПОЛ, снижение активности аденилатциклазы и стимуляция мембранной гуанилатциклазы, снижение уровня cAMP и повышение уровня cGMP и, далее, индуцирование внутриклеточных процессов, определяющих рост и пролиферацию клетки (см. п. 3.1 и 3.2).

При воспалении усиление тех же процессов ПОЛ в плазматической и других мембранах, очевидно, может происходить и неферментативным путём вследствие создаваемой фагоцитами избыточности активных метаболитов О₂, которые, как считают (Del Maestro, 1984), могут проникать в клетки извне и даже вызывать повреждение внутриклеточных структур. При этом свобод-норадикальная пероксидация в плазматической мембране реализуется, веро-ятно, непрерывно, а не периодически, поскольку PKC как фосфолипидоза-висимый импульсный элемент оказывается в данном случае выключенной и ростстимулирующий сигнал может возбуждаться теперь независимо от наличия митогенных факторов. Такими представляются начальные этапы известной активизации пролиферативных процессов при воспалении в адаптировавшихся к нему клетках. Отмечают (Меньшикова, Зенков, 1997), что развитие окислительного стресса при воспалении является универсальным сигналом для пролиферации клеток. Такой стресс средней интенсивности приводит к индукции клеточной пролиферации, а слишком высокая интенсивность радикальных окислительных реакций проявляет себя как патологический фактор.

Состояние окислительного стресса при воспалении позволяет понять, почему именно антиоксиданты различных классов часто оказываются эффективными противовоспалительными средствами. Наряду с упомянутым выше рядом стероидных и нестероидных соединений свойством подавлять воспалительный процесс обладают и другие вещества, действующие на антикислородном, антирадикальном и антиперекисном уровнях. В этом качестве наиболее известна SOD, профилактическое и лечебное действие которой показано при различных заболеваниях и моделях болезней, и прежде всего при воспалении. Противовоспалительной активностью обладает и другой «перехватчик» супероксида – церулоплазмин (Санина, Бердинских, 1986; Kim, Park, 1998). В опытах in vitro он осуществлял истинную реакцию дисмутации О , образуя в роли вне-клеточной SOD конечные продукты О₂ и Н₂О₂ (Васильев В. Б., 1999). Церулоплазмин, обладая также феррооксидазной активностью, выводит ионы Fe²⁺,что предупреждает или снижает образование различных АФК (Cha, Kim, 1999). Кроме того, при воспалениях и острых инфекционных заболеваниях, а также при некоторых возрастных патологиях содержание церулоплазмина увеличивается (Daimon et al., 1998), свидетельствуя о предпринимаемых организмом защитных действиях против воспаления и определяемых АФК болезней.

По данным некоторых исследований, организм в норме располагает и другими механизмами защиты от возникающих при воспалении избыточных АФК. Считают, например, что такой функцией обладает NO, продуцируемый мак-рофагами, эндотелиальными и другими клетками. Протекторная роль NO при воспалении связывается с инактивацией им NADPH-оксидазы в нейтрофилах и последующим нарушением в них продукции О (Rodenas et al., 1998). Эта функция, однако, противоположна упомянутой выше способности NO быть прямым или косвенным (через образование пероксинитрита) медиатором воспаления (см. Маеда, Акаике, 1998).

2.6.3. Как известно, клеточная пролиферация является непременной предпосылкой возникновения неоплазмы. Без пролиферации клеток ни один канцероген не способен индуцировать опухоли, т.е. клеточная пролиферация необходима для канцерогенеза, но всё же недостаточна в качестве «канцерогенного фактора» в стандартном канцерогенном тесте (Zito, 1992). Приобретение способности к пролиферации определённой адаптировавшейся частью клеток при хроническом воспалении означает, что вероятность опухолевой трансформации этих клеток в случае появления других необходимых условий значительно увеличивается. В то же время адаптировавшаяся часть воспалённой ткани «подготовлена» к злокачественному перерождению и по другому признаку – поддержанию в её клетках повышенного уровня ПОЛ, который, согласно кис-лородно-перекисной модели канцерогенеза, может быть непосредственно причастным к указанной трансформации на последующих этапах хронического воспалительного процесса.

Если же иметь в виду острое воспаление, то слишком высокий уровень пер-оксигеназных процессов лишает возможность адаптации к ним даже малому числу клеток в области воспаления, и все они подвергаются апоптозу или окислительному разрушению. В этом видится одна из причин того, что острый вос-палительный процесс не только не способствует развитию опухоли, но и подавляет его. Здесь как раз тот случай, когда внутриклеточный дисбаланс про- и антиоксидантных процессов возрастает до значений, соответствующих апоптоз-ному ∆_А2 (ПО – АО) или цитолизному ∆_Ц (ПО – АО) диапазонам (см. п. 7.1).

Таким образом, по излагаемому здесь представлению длительно протекающие воспаления в силу окислительного стресса и возбуждаемой в части клеток пролиферации создают для перерождения единичных клеток этой категории необходимые с точки зрения указанной модели условия. В таком именно качестве хроническое воспаление может рассматриваться как пре- и пронеопластическая стадия, которая постепенно перерастает в настоящий канцерогенез, реализуемый по кислородно-перекисному механизму. Со сказанным согласуются данные о том, что in vitro генерируемые воспалительными фагоцитами оксиданты могут выступать как полные канцерогены, т.е. вызывать как инициацию, так и промоцию. Однако in vivo, как считают (Weitzman,Gordon, 1990), эти метаболиты функционируют как опухолевые промоторы или коканцеро-гены из-за высоких уровней эндогенной антиоксидантной защиты. Это мнение, на наш взгляд, находится в противоречии с индуцированием in vivo неоплазм инородными химически инертными телами – процессом, в ходе которого макрофаги атакуют чужеродное вещество, но неизбежно создают и поддерживают полноценную канцерогенную окислительно-воспалительную среду в прилежащих к ним слоях клеток (см. главу 5).

В пользу изложенных выше взглядов на общность пероксигеназных процессов при воспалении и канцерогенезе свидетельствует наличие эндогенных и экзогенных соединений, обладающих одновременно противовоспалительными и противоопухолевым действием. Нами, в частности, уже упоминалось профилактическое и лечебное действие SOD и церулоплазмина при воспалении. Но эти же вещества известны и как антинеопластические. Так, церулоплазмин тормозит рост различных экспериментальных опухолей на 25-50 % (Бердинских и др., 1984). Как и в случае воспалений, концентрация церулоплазмина у боль-ных злокачественными опухолями значительно выше, чем у здоровых людей и при доброкачественных новообразованиях (Vlad et al., 1998). Подобная реакция опухолевого организма подтверждает способность его к мобилизации различных антиоксидантных средств (Лю, Ефимов, 1976).

Двойственный эффект проявляет также соединение меди – Cu(3,5-диизо-пропилсалицилат)₂, обладающий активностью SOD, но значительно лучше её проникающий в клетку. Подобно указанному соединению действуют и фенольные антиоксиданты (Kensler et al., 1983). Инициирующим и активирующим канцерогенез агентам могут противодействовать антивоспалительные стероиды и ретиноидная кислота. Общим для всех указанных противовоспалительных и противоопухолевых воздействий является их антиоксидантная и, в частности, антисупероксидная направленность.

* * *

Распространённое мнение о том, что фактическая гипоксия характерна для всех опухолевых клеток и даже служит необходимым фоном при развитии новообразований (Мосиенко и др., 1985), представляется спорным или просто не логичным. До сих пор в отдельных публикациях с условием гипоксии связывают прогрессирование опухолевого процесса, усиление метастазирования и, вообще, бóльшую агрессивность опухоли и худшие прогнозы (см. обзор: Beinert et al., 1999). Внутриклеточная гипоксия и признаваемое многими исследователями усиление свободнорадикальных процессов ПОЛ in vivo – события в принципе одновременно возможные (Кожевников, 1985), но, с нашей точки зрения, маловероятные. К выводу об активации ПОЛ при гипоксии обычно приходят на основании экспериментов с ишемизированными органами. В действительности же такое представление является ошибочным, поскольку последующая часть эксперимента (выделение и исследование внутриклеточного материала из ишемизированных тканей и органов) традиционно проводится в гипероксической насыщенной воздухом среде (см. главу 4, п. 4.2.4). Избыточное ПОЛ в мембранах естественнее связать с гипероксией, которая постулируется нами в клетках активно растущих участков неоплазмы, а также при первичном возникновении таких клеток. Гипероксия есть следствие прямого или косвенного нарушения различными канцерогенными факторами (химическими, радиационными и др.) митохондриального дыхания, ведущего к состоянию лишь фиктивной гипоксии. В такой постановке первопричина гипероксии и пероксигенации при опухолевой трансформации до наших первых сообщений (Лю, Ефимов, 1976; Лю, Саприн, 1980) в литературе не рассматривалась, не было и системного подхода к объяснению с позиций предложенной концепции множества разнородных, разобщённых и даже, на первый взгляд, противоречивых фактов.

О том, что факторы, влияющие на эффективность действия дыхательной цепи митохондрий – основного потребителя О₂ в клетке, могут определять канцерогенную ситуацию в ней показывает работа, в которой анализировали экспрессию гена цитохром-с-оксидазы при дифференцировке и трансформации клеток толстой кишки человека, взятых из биопсийных образцов нормальных и злокачественных тканей. Экспрессия указанного гена, как оказалось, связана с нормальной дифференцировкой эпителиальных клеток толстой кишки, а сни-жение экспрессии может быть маркёром увеличения степени риска развития рака толстой кишки, причём указанные сдвиги в экспрессии не обусловлены изменением числа геномов митохондрий (Heerdt et al., 1990). В принципиаль-ном плане эти данные могут означать, что в клетке существует отдельная система регуляции интенсивности дыхания с отрицательной обратной связью, действующая путём изменения уровня экспрессии гена терминального фер-мента дыхательной цепи. Настройка этой системы в норме может, вероятно, корректироваться внеклеточными сигналами применительно к различным эта-пам онтогенеза, а какие-либо нарушения в ней могут быть ответственными за дефицит цитохромоксидазы и соответственно за внутриклеточную гипероксию и избыточную пероксигенацию, опасных в канцерогенном отношении.

По тем же соображениям любое соединение, способствующее образованию избыточной концентрации свободных радикалов О₂, в принципе канцерогенно или «работает» на канцерогенез. Участие этих радикалов и продуктов липидной пероксигенации в разных этапах канцерогенеза считается доказанным, а недостаточность антиоксидантной системы клетки (ферментативной и неферментативной её составляющих) – тесно связанной с повышением риска развития рака у человека (Krämer, 1994; Rautalahti, Huttunen, 1994 и др.) и, более того, необходимым условием для возникновения и протекания этой болезни (Лю, Шайхутдинов, 1991). Поток научной информации в пользу этих положений непрерывно нарастает. С данной логикой коррелируют и материалы следу-ющего обобщения (Zatterale et al., 1999): многие наследственные болезни (синдромы с хромосомной нестабильностью, пигментная ксеродерма, синдромы Вернера, Блума, Дауна, атаксия-телеангиэктазия и др.) предрасположены к раку прежде всего потому, что их патогенетический механизм связан с окси-дативным стрессом.

Многочисленные факты подтверждают важность создания в клетке усло-вий повышенного свободнорадикального окисления различных субстратов для перерождения её в опухолевую, развития из неё очага новообразования. Онкогенная роль АФК подтверждается и канцерогенностью озона (Victorin, 1996) – сильнейшего окислителя, образующего при действии на органические и неорганические вещества цитотоксические перекисные соединения. По существу же, к генерации О , ОН˙ и Н₂О₂ прямо или косвенно причастны самые различные экзогенные и эндогенные агенты и факторы, в том числе некоторые антибиотики, металлы и иммунокомпетентные клетки; пролифераторы пероксисом, различные виды излучений, сигаретный дым; ингибиторы антиоксидантных и дыхательных ферментов, инородные трудноокисляемые тела в тканях и многие другие (Лю, Шайхутдинов, 1991).

Давно уже известная эмпирически установленная зависимость эффективности канцерогенеза от размножения клеток до сих пор не имеет убедительного научного обоснования. В самом деле, почему бóльшая часть опухолей воз-никает в органах и тканях с обновляющимся клеточным составом и довольно высоким уровнем пролиферации? И почему предпочтительным объектом малигнизации, как считают (Урываева, 1990), являются недифференцированные клетки стволовых подразделений ткани? Если исходить из положений изложенной нами концепции, то основным и наиболее принципиальным видится утверждение: в нормальных ростстимулированных клетках умеренное возрастание уровня свободнорадикальных перекисных процессов необходимо для реализации окислительного митогенеза, но это же условие в более выраженном варианте лежит и в основе кислородно-перекисного механизма канцерогенеза. В указанном смысле нормальные размножающиеся клетки физиологически уже «подготовлены и приближены» природой к опухолевой трансформации. При воздействии факторов, способных устойчиво перевести дисбаланс ∆ (ПО – АО) с «пролиферативного» уровня ∆_П (ПО – АО) на более высокий, «канцерогенный» ∆_К (ПО – АО), эти клетки могут сравнительно легко (по сравнению с непролиферирующими дифференцированными) переродиться в опухолевые.

Действительно, большинство физико-химических и регуляторных сдвигов в процессе канцерогенеза так или иначе коррелирует с усилением ПОЛ во всех мембранных структурах клетки, неизбежно ведущим к нарушению многих связанных с ними ферментативных и неферментативных процессов. Изменяются, в частности, содержание cAMP и соответственно интенсивности зависимых от него энергетических, синтетических и регуляторных процессов, которые при снижении уровня cAMP обычно способствуют пролиферации и, наоборот, тормозят её при возрастании концентрации cAMP. Эти закономерные прояв-ления обнаружены в основном в исследованиях 80-х годов XX века, и, как видно из рис. 16, падение уровня cAMP в клетке действительно приводит к различным преимущественно промитогенным эффектам. Что касается роли cAMP как ингибитора пролиферации большинства типов клеток, то она под-тверждена и в некоторых работах последних лет. В одной из них (Razavi et al., 1998) показано, что действие cAMP в ядре опосредуется факторами транскрип-ции, которые являются продуктами определённых генов. Таковым, в частности, считают индуцируемый cAMP ранний транскрипционный репрессор ICER-II. Последний блокирует клетки на границе фаз G₂/M клеточного цикла. Он же ингибировал синтез ДНК в клетках опухоли гипофиза мыши и в клетках хо-риокарциномы человека, т. е. ICER-II признаётся опухолевым супрессором, который определяет антипролиферативную активность cAMP. Об экспрессии активного ICER-II при накоплении cAMP в Т-лимфоцитах человека и соот-ветственно подавлении пролиферации и эффекторных их функций было сооб-щено в другой работе (см. Bodor et al., 1996).

Снижение уровня cAMP-стимулируемого митохондриального дыхания и утилизации О₂ клеткой ( Halestrap, 1978; Кулинский и др., 1981; Туракулов и др., 1983; Федоров и др., 1990), приводящие к внутриклеточной гипероксии.

Снижение cAMP-зависимого фосфорилирования тубулина и образования микротрубочек, дестабилизация цитоскелета (Tash et al., 1981).

Повышение уровня cAMP-ингибируемого гликолиза (Панин и др., 1981; Ochs, Harris, 1980; Курганов, 1986).

Стимуляция полифосфоинозитидной сигнальной системы за счет ослабления блокады превращения инозит-содержащих фосфолипидов (Ивашкин и др., 1987)

Снижение активности cAMP-стимулируемых глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы и повышение уровня продуктов ПОЛ (Колесниченко, Ланкин, 1986).

Ослабление межклеточных связей из-за падения cAMP-зависимых синтеза "адгезивных" молекул и образующих щелевые контакты белков (Kanno, 1985).

Повышение активности cAMP-ингибируемой орнитиндекарбоксилазы и уровня полиаминов (Rassel et al., 1981).

Повышение активности cAMP-ингибируемой тимидинкиназы и активация синтеза ДНК (Кульчицкий, 1987).

Снижение активности cAMP-зависимой ДНК-метилазы. Гипометилирование ДНК и активация генов, в т. ч. протоонкогенов (Ходосова, 1988).

Изменение спектра экспрессируемых генов комплексом «cAMP + регуляторная субъединица протеинкиназы А», транслоцирующимся в ядро (Nagamine, Reich, 1985; Федоров и др., 1990).

Рис.16. Митогенные и ростстимулирующие эффекты

cAMP при снижении его уровня в клетке

УМЕНЬШЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ cAMP В ПРЕДОПУХОЛЕВОЙ И НЕОПЛАСТИЧЕСКОЙ КЛЕТКАХ

Клетки воспалительных очагов являются главным источником АФК в организме, а оксидативный характер процессов при хроническом воспалении и стимуляция пролиферации клеток вблизи очага воспаления имеют канцеро-генезную направленность. С этой точки зрения длительно протекающее вос-паление может рассматриваться как пре- и пронеопластическая стадия, а совмещённость противовоспалительного и противоопухолевого действия ряда соединений – как естественный и вполне понятный их эффект. Важно отметить, что пероксидативно-воспалительное состояние и диктуемые им проканцерогенезные изменения в клетках и тканях начинают проявляться уже на стадиях опухолевой промоции (см. главу 3) и предраковых заболеваний. Это подтверждается многими экспериментальными и клиническими исследованиями. Из сравнительно новых работ такого плана, отметим, например, данные об иммуно-метаболических нарушениях у больных с предраковыми заболеваниями желудка (Коломиец, Суслова, 1995). У людей с язвенной болезнью и гиперпластическим гастритом содержание спонтанного и индуцированного MDA было повышенным, а общая антирадикальная активность сниженной. Для слизистой оболочки желудка характерны выраженные гиперплазия и атипия клеток. Со стороны клеточного иммунитета нарушены соотношения зрелых, малодифференцированных и регуляторных лимфоцитов. После проведённой антиоксидан-тной терапии все указанные сдвиги в значительной степени нормализуются.

К развитию окислительного стресса при канцерогенезе причастен, несом-ненно, процесс ангиогенеза. В уже сформировавшемся очаге неоплазии ангиогенная активность поддерживает опухолевый рост «вширь», а в гиперплази-рованных участках тканей способствует перерождению этих пролифератов в новообразования. В числе идентифицированных ангиогенных факторов большинство является митогенами и лишь некоторые отвечают за формирование сосуда. Атакуя кровоснабжение неоплазм, можно в принципе получить лечебный эффект. В этой связи небезынтересно, что известные в настоящее время потенциальные ингибиторы ангиогенеза с различными механизмами действия проходят клинические испытания, и, по крайней мере, один из них находится под контролем гена супрессора опухоли р53 (Folkman, 1996).

Пролиферации и дисдифференцировке клетки способствует также одно-стороннее срабатывание в ней «позиционных» регуляторов. Таковыми представляются процессы «ассоциации – диссоциации» определённых субклеточных элементов (ферментов, рибосом, белков-репрессоров, гормон-рецепторных комплексов и др.) с мембранными структурами, матриксом или управляемым участком на молекулах биополимеров. На этот счёт в соответствующих параграфах главы приведены некоторые примеры.

Механизм многих изменений в ядерном геноме в норме и при канцерогенезе остаётся пока не ясным. Не исключено, что гены подсистемы управления клеточным циклом, в том числе определённые клеточные онкогены, имеют какую-то специфическую избирательную связь с ядерным матриксом по сравнению с остальными генами. Прикрепление их на период пролиферации к определённым участкам матрикса (как и некоторых других элементов клетки к соответствующим мембранам и скелетным структурам) целесообразно и необходимо со всех точек зрения для упорядоченной и надёжной реализации процессов транскрипции (прежде всего, на «митогенных» участках ДНК), а также синтеза и репликации последней. Возможно, это объясняет известный феномен амплификации протоонкогенов. Любопытно, что, согласно немногим сведениям (Eisenman et al., 1986; Эренпрейс, 1988), некоторые онкогены кодируют белки, связывающие определённые генетические элементы с ядерным матриксом, т. е. способствуют упорядоченной локализации этих элементов в пространстве ядра и последующим упорядоченным синтезам. Все другие участки генома, особенно мобильные генетические элементы, могут, вероятно, относи-тельно свободно отделяться от ядерного матрикса, спонтанно перемещаться и встраиваться в «чужие» области ДНК. Если предположить, что в связывании указанных участков с матриксом принимают участие также легкоокисляемые липидные компоненты, то при ПОЛ липидные связи могут нарушаться и тем самым создавать условия для транспозиции соответствующих фрагментов ДНК и спонтанных неточечных мутаций.

Кроме того, указанные перемещения генетических элементов, наряду с «неплановыми» переключениями в транскриптоно-триггерной системе клетки (вследствие, например, модуляции активности генома при перекисном окислении фосфолипидов, связанных с белками хроматина), могут быть ответственны за перепрограммирование генома опухолевой клетки и прогрессию неоплазм. Определённый вклад в эти нарушения вносят и непосредственные воздействия на ДНК АФК и продуктов ПОЛ. Большинство упомянутых изменений в ядре – события, на наш взгляд, вторичные по отношению к управляющим сигналам, поступающим из цитоплазмы как в норме, так и после воздействия на её структуры канцерогенных факторов. Последние в этом смысле негенотоксичны, а мутагенные свойства канцерогенов не имеют прямого отношения к механизму их канцерогенного действия (Lijinsky, 1989).

Другими словами, изменение нормальной клетки под влиянием кислородно-перекисного стресса является не просто ранним, но и необходимым этапом канцерогенеза. Последующее же повышение частоты мутаций и возникновение «мутаторного» фенотипа (Loeb, 1991) не есть достаточное, а в некоторых случаях даже необязательное событие канцерогенеза. В целом дискуссия об эпигенетических механизмах канцерогенеза, исключающих прямую модификацию или поражение яДНК соответствующими агентами и факторами, далеко не окончена. Об этом свидетельствуют и недавние обзоры работ по негенотоксиче-скому канцерогенезу. В последний могут вовлекаться различные потенциальные механизмы и клеточные процессы, в том числе ведущие к изменениям в регуляции роста клеток и экспрессии генов (Klaunig et al., 2000). Сообщается об идентификации нескольких новых ферментных комплексов, обратимо модифи-цирующих архитектуру хроматина путём метилирования, фосфорилирования и ацетилирования коровых белков нуклеосом. Некоторые из этих ферментов мо-дифицируют хроматин в норме, а в случае нарушения их функции ведут к искажению генной экспрессии и клеточной трансформации (Chakraborty et al., 2001). Становится всё более очевидным, что в канцерогенезе действуют 2 сос-тавляющие – эпигенетическая и генетическая (Лихтенштейн, Киселева, 2001).

С позиций развитых в данной главе представлений о механизме канце-рогенеза изменения в цитоскелете, плазматической мембране и внеклеточном матриксе достаточно логично увязываются с возникновением таких свойств злокачественности как инвазивный рост и метастазирование неоплазм. Проинвазивная и прометастазирующая роль окислительного стресса показана во многих исследованиях. Напротив, различные антиоксиданты часто проявляли себя как антиинвазивные и противометастазные средства. В числе таковых оказался, в частности, и cAMP, который, наряду с усилением митохондриального дыхания, синтеза ATP и ATP-зависимой полимеризации структур цитоскелета, стимулирует синтез молекул адгезии и белков щелевых контактов. В этой связи кажется естественным, что устойчиво повышенный уровень ПОЛ, дефицит ATP и cAMP в клетках неоплазмы создают, с одной стороны, условия для неконтролируемой их пролиферации, но, с другой, одновременно приводят к нарушению системы регуляции интегративных межклеточных взаимодействий и связей с внеклеточным матриксом. Немаловажно и более общее представление: врéменное снижение адгезивности и межклеточных контактов у стимулированных к размножению нормальных клеток, приуроченное к определённому этапу их митотического цикла, становится постоянным характерным признаком для злокачественных клеток.

Применительно к клеткам кроветворной ткани и некоторым типам форменных элементов крови тот же «кислородно-перекисный» подход представляется правомерным для анализа и обсуждения сущности различных видов лейкоза как одной из специфических форм онкологического заболевания. Наиболее реа-льными клетками-мишенями для лейкозной трансформации считаются полипотентные СКК и клетки-предшественники отдельных ростков кроветворения. Высокая чувствительность данной категории клеток к различным лейкозогенным факторам определяется, по нашему мнению, умеренно гипероксическими в них условиями, которые создаются, главным образом, за счёт малого числа действующих митохондрий. В норме такие условия необходимы, очевидно, для устойчивого протекания окислительного митогенеза в кроветворной клетке и обеспечения практически неограниченной способности её к пролиферации. Содержание митохондрий может быть низким как изначально, так и вследствие клеточного старения и соответствующего повреждения этих органелл. В любом случае такие клетки потенциально опасны в лейкозогенном отношении.

При лейкозной трансформации даже имеющиеся немногие митохондрии подвергаются дезорганизации, и по данному признаку лейкозные клетки не отличаются от неопластических другого вида. По названным выше причинам СКК и их потомки высокочувствительны в негативным сдвигам в дыхательном аппарате: в них «пролиферативный» дисбаланс ∆_П (ПО – АО) сравнительно легко увеличивается до «лейкозогенного» ∆_Л (ПО – АО) – аналога «канцерогенезного» дисбаланса ∆_К (ПО – АО) для негемопоэтических клеток опухоли. Кислородно-перекисная концепция лейкозогенеза объясняет многие факты про-текторного действия различных антиоксидантов, среди которых в последнее время часто упоминаются, например, ресвератрол и некоторые другие флавоноиды (см. п. 7.1.2).

Представление об умеренном и повышенном уровнях ПОЛ соответственно в пролиферирующих нормальных и опухолевых клетках вместе с другими положениями кислородно-перекисной концепции онкогенеза позволяют понять, казалось бы, парадоксальный феномен. Имеются в виду те факты, когда одни и те же прооксидантные воздействия, создающие гипероксию и (или) повышающие уровни АФК и ПОЛ мембран, по отношению к нормальным пролиферирующим клеткам часто ведут себя как онкотрансформирующие факторы, а для опухолевых клеток они выступают как цитотоксические. Примерами воздействий, приводящих нормальные и опухолевые клетки к указанным двум разным исходам за счёт того, что в них реализуются соответственно переходы ∆_П (ПО – АО) → ∆_К (ПО – АО) и ∆_К (ПО – АО) → ∆_А2 (ПО – АО) или ∆_К (ПО – АО) → ∆_Ц (ПО – АО), могут служить гипероксия, радиация, гипертермия, перекисные соединения, ингибирование эндогенных антиоксидантов и клеточного дыхания, действие некоторых антибиотиков и др. Что касается применения в лечебных целях антиоксидантов, то отдельные из них (прежде всего, антира-дикального действия) также обладают двойственным эффектом. При терапии неоплазм такими антиоксидантами возможна инверсия эффекта с протектор-ного в стадии инициации на опухолепромоцирующий и (или) генотоксический для уже инициированных клеток (Hartman, Shankel, 1990).

Противоположное действие антиоксидантов на разных стадиях канцерогенеза может быть опять-таки связано с различием в них уровней пероксиге-нации. На стадии инициации, когда интенсификация свободнорадикального окисления только начинается и антиокислительная активность в клетках ещё низка, эндогенные антиоксиданты препятствуют возрастанию в них дисбаланса ∆ (ПО – АО) до уровня канцерогенных значений ∆_К (ПО – АО). Однако на стадии максимального «разгона» пероксигеназных процессов в активно растущих опухолевых клетках введение антиоксидантов, несмотря на повышенную к этому времени антиокислительную активность, может привести к обратному эффекту. Такой исход возможен ввиду реального в названных условиях окисления самого ингибитора и образования при этом новых активных свободных радикалов, участвующих в реакции продолжения цепи. Результат здесь будет зависеть также от дозы вводимого антиоксиданта: небольшие дозы (ниже некоторого критического значения) расходуются в основном путём самоокисления, усиливая процессы пероксигенации, большие же – способны снизить или даже потушить цепные реакции окисления в опухолевых клетках.

Примером названной двойственности эффекта могут служить данные о дей-ствии на рост клеток плоскоклеточного рака полости рта человека витамина Е: физиологические концентрации его (0,001-50 мкМ) стимулируют, а фармакологические (100-154 мкМ) – ингибируют рост тех клеток (Elattar, Virji, 1999). В первом случае токоферол частично, по-видимому, самоокисляясь, поддерживает «канцерогенезный» дисбаланс ∆_К (ПО – АО) и одновременно не допускает повышение последнего до проапоптозного диапазона ∆_А2 (ПО – АО). Во втором же случае витамин Е снижает ∆_К (ПО – АО) до уровня, приводящего, скорее всего, к апоптозу А1, а иногда и к нормализации метаболизма. Указанные выше представления оказались полезными для объяснения механизма противоопухолевого действия и систематизации значительного числа лечебных мероприятий (см. главу 7; Лю, Шайхутдинов, 1991).

Таким образом, в аспекте эволюционного учения и первопричинности мно-гие дегенеративные изменения и неинфекционные болезни, включая процесс старения и рак, могут являться только следствием аэробного существования живых организмов (Лю, Ефимов, 1976; Harman, 1984; Kang et al., 1994; Лю, 2001). Последние, адаптируясь к этим токсическим условиям, «внедрили», прежде всего, на клеточном уровне многоступенчатую антиоксидантную систему, в которой наиболее значимую роль играют митохондрии. Однако уязвимость и чувствительность их к различным повреждающим факторам резко снижает эффективность всей антиоксидантной системы клетки, что является основной первопричиной нарастания в ней гипероксии и оксигеназного стресса со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями. В этих условиях усиление тем или иным способом различных ступеней антиоксидантной защиты вполне оправдано в качестве геропротекторных, противовоспалительных и антиканцерогенезных мероприятий, как наиболее адекватных состоянию избыточной пероксигенации. К сожалению, при развившихся уже опухолях антиоксидантная терапия в большинстве случаев не приводит к полной их регрессии. Поэтому решающее, на наш взгляд, значение приобретают оксидеструктивные методы лечения неоплазм (см. п. 7.2), к которым активно растущие участки последних «подготовлены» ввиду присущих им биоэнергетических и других особенностей, обсуждавшихся в данной главе монографии.

Г л а в а 3