5.3. Канцерогенез, индуцируемый природными и искусственными минеральными частицами

5.3.1. Среди различных видов профессионального канцерогенеза значи-тельное место занимают индуцируемые минеральными частицами, особенно природными, например асбестом – тонковолокнистым минералом из класса силикатов. Канцерогенное действие различных видов асбеста (актинолита, амо-зита, антофиллита, крокидолита, тремболита, хризотила и др.) и связь этого эффекта с его физико-химическими свойствами изучаются уже более 70 лет. Но в публикации появляются всё новые факты, наблюдения и гипотезы. Среди последних интересна, в частности, версия о высокой заболеваемости раком желудка в Японии в связи с широким использованием асбеста в быту, особенно в качестве различной кухонной принадлежности. Неслучайно поэтому волокна асбеста обнаруживаются при аутопсии в пищеводе у многих умерших (Kiritani, 1990). На 20 лет позже, чем в США, французские власти начали реагировать на последствия загрязнения асбестом, использование которого в строительстве было запрещено в 1978 г. Оказалось, что в 60-70-е годы асбест был использован в более 10000 строительных объектах (школах, больницах, офисах, универси-тетах, кораблях, тюрьмах), а в Турине продолжали циркулировать 1400 желез-нодорожных вагонов с изоляцией из асбеста. В связи с этим предсказание эпидемии «асбестового» рака в ближайшие 30 лет было принято всерьёз (см. заметку в журнале Vivre (Франция), 1995 г., № 288). Согласно «хельсинских критериев» – документу, согласованному на международном совещании экс-пертов по асбесту, асбестозу и раку в Хельсинки в 1997 г., экспозиция асбесто-вой пыли остаётся весьма распространённой во всех индустриальных странах (Henderson et al., 1997).

Клерк с соавт. (Klerk et al., 1996) сообщили, что среди 2928 лиц, работаю-щих с 1979 г. на предприятиях асбестной промышленности, до 1990 г. был выявлен 71 больной с различными гистологическими типами рака лёгкого. Наи-более часто встречались плоскоклеточный рак (27 %) и аденокарцинома (31 %), которые соответствовали случаям максимального воздействия крокидолита. Наблюдение за людьми, профессионально контактировавшими с крокидолитом в течение 9 лет, показало, что у них действительно высок риск развития рака лёгкого и мезотелиомы (Luo S. et al., 1998). Анализ случаев злокачественной мезотелиомы плевры, обнаруженной в 1988-1993 годах в городе, где распо-ложено самое большое в Италии асбо-цементное производство, показал, что воздействие асбеста из воздуха окружающей среды представляет больший риск в отношении развития мезотелиомы, чем воздействие асбеста в домашних помещениях (Magnani et al., 2001).

По данным за 1988-1995 годы, высокая смертность от рака лёгкого была у работавших с асбестом на цементной фабрике (Magnani, Leporati, 1998). Ана-логичная информация за 1981-1991 годы приведена по смертности рабочих резинового производства (Weiland et al., 1998). Особенно показательны мате-риалы недавнего сообщения (Tulchinsky et al., 1999). Из 3057 мужчин, работав-ших на асбесто-цементном заводе в северном Израиле и прослеженных за 1953-1992 годы, после 1978 г. в когорте выявлен повышенный риск в отношении всех форм рака вместе, а рака лёгкого, мезотелиомы и рака печени в отдельности. С увеличением времени экспозиции риск мезотелиомы резко возрастал от 1 слу-чая на 625 работавших < 2 лет до 1 случая на 4,5 работавших > 30 лет.

Фиброз паренхимы рассматривается как предопухолевое заболевание у рабочих асбестных предприятий (Klerk et al., 1996). Корреляция между рент-генологическими и гистологическими признаками лёгочного фиброза у рабо-чих-изолировщиков асбестом, умерших от рака лёгкого, была незначительной (r = 0,27). Однако отсутствие рентгенологических доказательств не исключало наличия паренхиматозного фиброза у тех рабочих, которые впоследствии забо-лели раком лёгкого (Kipen et al., 1987). Очаги фиброза плевры, возникающие под воздействием асбеста в виде фиброгиалиновых бляшек, могут существовать без изменения долгие сроки, не нарушая функций плевры, и они способны прогрессировать в рак лёгкого (Pairon, 1997). Эта мысль подтверждена в экспериментах на животных (крысах): пыль асбестосодержащих теплоизоля-ционных материалов обладает различной фибро-и канцерогенной активностью, причём степень фиброгенности пыли совпадает с канцерогенным потенциалом (Кашанский и др., 1998).

В отличие от некоторых канцерогенов асбест и другие минеральные воло-кна не индуцируют генных мутаций, но вызывают хромосомные перестройки. Важными факторами канцерогенности данных веществ считаются размеры волокон, их твёрдость, поверхностные свойства. Существуют доказательства, что асбест является полным канцерогеном, т. е. инициатором и промотором (Barrett et al., 1989). Взаимосвязь между воздействием асбеста и развитием диффузной мезотелиомы плевры и брюшины, карцином лёгкого, рака гортани, а также учащением случаев заболевания опухолями желудочно-кишечного тра-кта можно считать доказанной (Wagner, 1984; Srebro, Roggi, 1994; Dufresne et al., 1995; Weiland et al., 1998; Howel et al., 1999; Murthy, Testa, 1999). При этом эпидемиологические данные согласуются с результатами экспериментов на животных. Более того, полагают, что быстрый перенос частичек асбеста через стенку кишечника в лимфатическую систему может индуцировать опухоль в любой части организма (McCaughey, 1986).

По мнению некоторых авторов (Olsen, Anderson, 1986), мезотелиома пле-вры может считаться «сигнальной» опухолью, прогнозирующей возможность образования и других неоплазм дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта при воздействии асбеста. Полагают, что латентный период для мезо-телиомы плевры составляет минимум 10 лет с момента первой экспозиции асбеста, а один год интенсивной экспозиции или 5-10 лет средней – увеличи-вает риск рака лёгкого в 2 и более раз (Henderson et al., 1997). Кстати, основной причиной роста заболеваемости мезотелиомой считают хризотил, составля-ющий 95 % использованных в мире видов асбеста (Smith, Wright, 1996). Сле-дует также иметь в виду, что мезотелиома плевры обнаруживается и у людей, не контактирующих профессионально с асбестом, но проживающих в местнос-тях, в почвах которых он содержится. В качестве примера указывают на дере-вню в окрестностях Эскишехира (центральная Турция). Высокий здесь процент заболеваемости злокачественной мезотелиомой связывают с воздействием асбе-ста из окружающей среды (Metintas et al., 1999). Мезотелиоме и раку лёгкого часто предшествует асбестоз, появление асбестовых телец в ткани лёгких и мокроте. Риск развития рака лёгкого у лиц, имеющих профессиональный кон-такт с асбестом, повышен как в присутствии рентгенологических симптомов асбестоза, так и в их отсутствие (Finkelstein, 1997). Это подтверждают и авторы обзора (Hillerdal et al., 1997), указывая, в частности, на возрастание, при малых дозах асбеста, относительного риска рака лёгкого даже в отсутствие клини-ческих признаков асбестоза.

Вопрос о существовании пороговой дозы при индуцировании асбестом канцерогенеза был проанализирован по данным эпидемиологических иссле-дований, проведённых на асбестодобывающих предприятиях и использующих асбест производствах (цементное, текстильное, фрикционных и изоляционных материалов) США, Канады и Великобритании. Обнаружена прямая зависи-мость величины относительного риска рака лёгкого от продолжительности и интенсивности действия асбеста (Browne, 1986). Данный автор полагает, что это свидетельствует о наличии порога кумулятивной экспозиции, ниже кото-рого степень риска заболеваемости раком не повышается. Указанный порог был в пределах накопленных доз, равных 25-100 волокон на 1 см³, и совпадает или превышает порог, вызывающий асбестоз (25 волокон на 1 см³).

Изучение количественной связи между введёнными дозами хризотила, крокидолита, амозита, волокнистого эрионита и развитием у крыс мезотелиом брюшины выявило чёткую дозовую зависимость (Duvis et al., 1991). Во всех случаях в диапазоне доз 0,005-25 мг доля животных с опухолями возрастала с количеством введённой минеральной пыли при одновременном сокращении латентного периода. Аналогичная зависимость проявлялась и при введении доз, выраженных через количество волокон длиной более 8 мкм. При всех дозах кривая для эрионита, описывающая риск, была выше других кривых. В целом в данной работе получена полезная информация о необходимом количестве волокон во введённой дозе для индуцирования любого процента мезотелиомы брюшины у крыс. Касаясь «мезотелиомной» темы, отметим и небезынтересные данные о развитии у крыс злокачественной мезотелиомы с костной и хрящевой дифференцировкой после внутрибрюшинных инъекций волокон асбестового цемента, крокидолита, амозита, хризотила (Rittinghausen et al., 1992).

Онкологический риск создаётся также при использовании волокнистых минеральных глин, например, типа аттапульгита и сепиолита. Последние широ-ко применяются в качестве адсорбентов масел и смазок, носителей препаратов в фармакологии и косметике и пестицидов в сельском хозяйстве. Эксперимен-тальные данные о канцерогенности указанных волокнистых материалов и резу-льтаты их исследования с помощью сканирующей трансмиссионной электрон-ной микроскопии показали, что наиболее важным в канцерогенном отношении свойством является длина волокон (Rödelsperger et al., 1987).

Среди искусственных минеральных волокон, обладающих канцерогенно-стью, следует прежде всего отметить стеклянные волокна. При ингаляционном введении их животным разных видов в отдельных случаях развивался фиброз или единичные опухоли лёгких. Ряд исследований демонстрирует высокий канцерогенный потенциал стеклянных волокон при их внутриплевральном и внтурибрюшинном введении, причём для индукции неоплазм большое значение имеет размер этих волокон (Davis, 1986). С целью ответа на вопрос, вызывает ли длительная экспозиция к стекловолокну изменения в лёгочной фракции у человека, изучались 284 рабочих, занимающиеся стекловолоконной изоляцией холодильных камер и дверей в течение 20 лет и более. Выяснилось, что лёгоч-ные объёмы у них уменьшены, а стеклянные волокна способны вызывать у людей заболевания, сходные с асбестозом (Kilburn et al., 1992).

Широкие дозозависимые исследования по индукции неоплазм природными и искусственными волокнами провели Потт с соавт. (Pott et al., 1989). Крысам Wistar они вводили в/б 1-5 раз суммарно от 0,01 до 500 мг или мл волокнистых субстанций различного вида. Актинолит в диапазоне от 0,01 до 0,25 мг увели-чивал частоту развития опухолей брюшной полости (саркомы или мезотели-омы) с 23 до 56 %. Канадский хризотил при увеличении дозы с 0,05 до 1,0 мг повышал частоту образования тех же опухолей с 33 до 83 %. Волокна стекла (доза 5-кратно по 1 мг), базальтовая вата (доза 5-кратно по 15 мг) и керамичес-кая вата (доза 5-кратно по 9 мг) индуцировали опухоли соответственно у 64, 57 и 70 % животных. Некоторые из тестированных волокнистых материалов не вызывали существенного повышения частоты образования неоплазм.

5.3.2. Изучение канцерогенеза, индуцируемого минеральными волокнами, продолжается главным образом в эпидемиологическом аспекте, в направлении многократной констатации по существу давно уже известных фактов. Основ-ному же вопросу – выяснению механизма этого вида онкогенеза – длительное время не уделялось должного внимания. Лишь в последние годы стали изредка появляться обзоры экспериментальных данных о влиянии различных волокон на биохимические и иные процессы, которые могут вести к опухолеобразо-ванию. В частности, рассматривалось влияние этих волокон на: активацию различных клеток in vivo; рецепторы и передачу сигналов; антиоксидантные механизмы и окислительный стресс; экспрессию протоонкогенов и генов-суп-рессоров опухолей (Driscoll, 1996).

Один из возможных подходов к решению поставленной задачи вытекает, как нам представляется, из идей, развитых выше при формировании концепции полимерного канцерогенеза. При этом наиболее принципиальным является наше положение: асбестовые и другие минеральные волокна причастны к собы-тиям канцерогенеза лишь постольку, поскольку они служат объектом атаки различных фагоцитов, в том числе макрофагов, продуцирующих в качестве оружия в борьбе с чужеродным телом различные АФК (Лю, Шайхутдинов, 1989, 1991). В дополнение к приведённым в этих работах фактам можно привести теперь и другие. Например, крокидолит индуцирует генерацию АФК полиморфноядерными лейкоцитами. Верапамил (ингибитор кальциевых кана-лов) и стауроспорин (ингибитор NADPH-оксидазы) тормозили указанную генерацию, а цитохалазин В (ингибитор фагоцитоза), напротив, усиливал её. Поэтому сделан вывод: индуцированная крокидолитом генерация АФК опреде-ляется взаимодействием с клеточной поверхностью, при котором происходит поступление внеклеточного кальция и активация NADPH-оксидазы в плазма-тической мембране полиморфонуклеаров (Ishizaki et al., 1997).

Как известно, роль макрофагов в лёгких и брюшной полости животных и человека, где обычно оседают и накапливаются волокна минералов, выполняют соответственно клетки стенок альвеол (лёгочные макрофаги) и брюшины (пери-тонеальные макрофаги). Методами люминол- и пероксидзависимой хемилюми-несценции выявлена реакция человеческих и крысиных альвеолярных макро-фагов на различные частицы и волокна (хризотил, крокидолит, аморфный кремнезём, ультратонкий диоксид титана и др.). Все они вызывали окислитель-ный ответ, причём наиболее выраженным он был у человеческих макрофагов, а сама выраженность варьировала в зависимости от вида частиц (Rahman et al., 1997). Кварц также стимулировал дозозависимую продукцию радикалов О₂ крысиными альвеолярными макрофагами, ингибиторы же PKC, PLC и тирозин-киназы тормозили генерацию указанных радикалов (Kim et al., 1997).

В связи со сказанным интересны следующие данные (Hansen, Mossman, 1987). К культуре макрофагов, выделенных из лёгкого крыс и хомячков, добав-ляли наряду с цитохромом с нетоксичные концентрации таких волокнистых частиц, как крокидолит, эрионит, сепиолит, стекловолокно. О количестве обра-зующегося супероксида судили по снижению концентрации цитохрома с в при-сутствии или отсутствии SOD. Оказалось, что при отношении длины волокна к диаметру > 3:1, выход супероксида из указанных макрофагов существенно повышался; он также усиливался, если до этого уже был инициирован каким-то другим фактором.

Относительно мелкие и округлой формы частицы минералов, по-видимому, всё же захватываются макрофагами. Более крупные и длинные частицы «неу-добны» для фагоцитоза, к тому же они, как известно, очень стойки к окисли-тельным воздействиям. Считают, например, что наибольшую опасность для возникновения мезотелиом вызывает экспозиция к волокнам асбеста диаметром < 0,25 мкм и длиной > 5 мкм (Wagner, 1984). Сходные данные получены при исследовании влияния размера искусственных и натуральных минеральных волокон на хемилюминесцентный ответ макрофагов человека. Показано, что такое свечение вызывают волокна длиной > 6 мкм и толщиной < 1,8 мкм независимо от их состава, а сам факт высвобождения О макрофагами явля-ется неспецифической реакцией их на различные виды волокон, зависящей от размера последних (Ohyama et al., 2001).

Очевидно, рассеянные в лёгком минеральные волокна провоцируют обра-зование локальных очагов хронического воспаления. Окисляющие инородные тела агенты макрофагов, будучи неспособными разрушить асбестовые волокна, оказываются опасными для близлежащих нормальных клеточных элементов ткани лёгкого. Их «жертвами» прежде всего становятся клетки однослойного мезотелия, т. е. эпителиальной ткани, выстилающей поверхность плевры, и подобные им плоские клетки однослойного респираторного эпителия, высти-лающего альвеолы. Попутно АФК, генерируемые активированными макрофа-гами, могут снижать уровень антиоксидантов в выстилающей жидкости лёгких. Вероятно, по этой причине при введении крысам Fischer-344 путём ингаляции волокон амозитового асбеста, различных керамических и стеклянных волокон происходит исчерпание GSH и аскорбата из выстилающей лёгкие жидкости, и этот эффект зависел от дозы волокон (Brown et al., 2000). При попадании воло-кон в брюшную полость аналогичная ситуация возникает на брюшине, поверх-ность которой также выстлана однослойным плоским мезотелием. Возможна, правда, и несколько иная последовательность событий, обусловленная высокой чувствительностью мезотелия к внешним воздействиям. Так, при раздражении волокнами асбеста и воспалительной реакции пласта мезотелия нарушается его непрерывность, обнажается лежащая под ним соединительная ткань, клетки которой проникают в разрушенный участок и способны фагоцитировать. Сама соединительная ткань в подобных очагах разрастается.

Таким образом, воспалительный процесс в указанных участках, каким бы путём он ни начинался, должен во многих случаях (если не во всех) приводить к диффузному фиброзу лёгких и брюшины. При распространении воспалитель-ного процесса, начавшегося в плевре, на лёгкие возникает, в частности, плев-рогенный диффузный фиброз лёгких. Дальше события развиваются, вероятно, в следующем направлении. Сохранение очага напряжённости и продолжитель-ные безуспешные усилия макрофагов в ликвидации чужеродных тел пагубно отражаются на прилежащих эпителиальных клетках. Постоянно испытывая воздействия секретируемых фагоцитами сильных окислителей, т. е. находясь в течение длительного времени в состоянии окислительного стресса, отдельные из них в конце концов малигнизируются. Из переродившихся клеток мезотелия возникают диффузные мезотелиомы плевры и брюшины, а из клеток эпителия терминальных отделов бронхиол развивается альвеолярно-клеточный рак.

Ведущая роль в развитии воспалительного, фиброзного и новообразова-тельного процессов АФК и NO, непосредственно секретируемых макрофагами, дополняется индуцируемыми и косвенно под влиянием TNF (Goossens et al., 1995). С этим представлением согласуется ряд экспериментальных данных, в том числе следующие. Через 2 нед. после интратрахеального введения мышам физраствора с волокнами асбеста повышается продукция TNF бронхо-альвео-лярными клетками. В то же время в лёгких отмечается сильное воспаление. А через 1 мес. после введения асбеста начинают отмечаться признаки лёгочного фиброза. Считают, что асбест стимулирует альвеолярные макрофаги к про-дукции TNF, который, предположительно, причастен к процессам лёгочного воспаления и фиброза (Bissonnette, Rola-Pleszczynski, 1989). Кроме того, изве-стно, что при плевральном и лёгочном фиброзе развивается персистентное воспаление с вовлечением клеток различных типов, которое сопровождается генерацией оксидантов, продукцией факторов роста, хемокинов и цитокинов. Эти медиаторы могут непосредственно повреждать клетки, а также влиять на пролиферацию и фиброгенез (Robledo, Mossman, 1999).

По некоторым сведениям, вокруг асбестовых фибрилл возникают узлова-тые образования, сходные, вероятно, в своей основе с капсулой, формирую-щейся вокруг имплантированных в ткань полимерных пластинок. Фибриллсо-держащие узлы достаточно быстро прорастают хорошо развитой капиллярной сетью в направлении от периферии к центру. Такие факты получены, в част-ности, при еженедельных внутрибрюшинных инъекциях крокидолитовых фиб-рилл асбеста мышам и образовании у них мезотелиом. Усиление ангиогенеза вокруг некоторых узловатых образований брюшины, окружающих агрегаты фибрилл, наблюдали уже через 2 нед. после однократного введения фибрилл (Branchaud et al., 1989). С нашей точки зрения, ангиогенез, вызываемый здесь, по-видимому, определёнными продуктами макрофагов, скорее всего их TNF-α (см. п. 5.1.1), необходим для развития канцерогенеза, индуцированного инород-ными телами (в данном случае волокнами асбеста), поскольку создаёт условия для снабжения макрофагов кислородом, питательными веществами и, следова-тельно, устойчивой продукции ими проканцерогенных агентов-окислителей.

Необходимо отметить, что in vivo асбестиндуцированная генерация АФК макрофагами может для части из них оказаться гибельной, если уровень продукции ими АФК будет достаточно высоким. Во всяком случае, такой исход показан in vitro при экспозиции перитонельных макрофагов крыс с волокнами асбеста, которые приводили к генерации О , образованию продуктов ПОЛ, расходованию GSH и быстрому лизису клеток. Флавоноиды же (кверцетин и др.) эффективно защищали макрофаги от повреждающего действия асбеста, что коррелировало с антирадикальным по отношению к О свойством флавоно-идов (Костюк и др., 1999). Результативность этих действий исследованных флавоноидов возрастает в ряду: рутин < дигидрокверцетин < кверцетин (Пота-пович, Костюк, 2001). Если феномен самопоражения макрофагов, наиболее активных в продукции АФК, имеет место и в условиях in vivo, то это должно несколько смягчать канцерогенную ситуацию: степень малигнизирующего дей-ствия АФК-генерирующих макрофагов на нормальные клетки в зоне нахож-дения частиц асбеста снизится, что может лишь удлинять сроки трансфор-мации и появления первых опухолевых клеток.

5.3.3. Дополнительным фактором, способствующим развитию канцероге-неза, может служить присутствие в асбесте железа. Например, крокидолит содержит 27 % железа, амозит – 31 %, а наименее канцерогенный хризотил – всего 0-3 %. Железосодержащие асбесты (амфиболы) проявляют поверхно-стную активность, которая определяется наличием на поверхности волокон асбеста связанных с Fe²⁺ мест отдачи электронов. Восстановительные свойства поверхности этих минеральных частиц детерминируют образование кислород-ных радикалов, усиление ПОЛ мембран расположенных вблизи них клеток (Weinberg, 1989). Аналогичной точки зрения придерживаются и авторы работы (Pezerat et al., 1989), изучавшие с помощью метода ЭПР восстановительные свойства поверхности ряда минеральных волокон в водной буферной среде.

Ими, в частности, показано, что способность к образованию радикалов О₂ повышалась в присутствии солей железа (у эрионита) или при добавлении глутатиона (у крокидолита). Это, по их мнению, подтверждает гипотезу о том, что канцерогенная активность некоторых неорганических материалов в отно-шении лёгких является результатом восстановительного потенциала их поверх-ности, причём такой вывод не противоречит роли размерных характеристик волокон при индукции мезотелиомы. Окислительный стресс при таком вари-анте механизма будет, очевидно, прямо зависеть от индуцированного макрофа-гами ангиогенеза вокруг и внутри «капсулы», окружающей частицы асбеста. Таким образом, инициация и промоция асбестового канцерогенеза и последу-ющий рост новообразований, вероятнее всего, обусловлены двумя типами совместно действующих генераторов АФК – макрофагами, мобилизуемыми для ликвидации инородного тела, и Fe-содержащими центрами восстановления на поверхности самих асбестовых фибрилл (при условии притока к ним О₂).

Из двух указанных путей образования кислородных радикалов второй более отчётливо должен проявляться in vitro, в культуре клеток, стимулиро-ванных амфиболами, ввиду явного в этом случае отсутствия в культуральной среде макрофагов. Примером такого эксперимента является, на наш взгляд, оценка реакции культуры эпителия трахеи кроликов на частицы асбеста разных видов. Под влиянием последних в клетках эпителия индуцировалось ПОЛ, и они переходили в пренеопластическое состояние (Murano et al., 1995). О влиянии амфиболов (крокидолита, хризотила и др.) на индукцию ПОЛ и образование аддуктов ДНК в клетках различного типа сообщается и в другой работе (Howden, Faux, 1996). Здесь показано, что степень названных изменений зависит от концентрации минеральных частиц, времени инкубации с ними и содержания в них поверхностно-активного железа. Ещё в одном исследовании апробировали способность препарата «β-Catchin» – пищевой добавки, содержа-щей различные антиоксиданты, в том числе полифенолы в составе экстракта зелёного чая, защищать эритроциты и перитонеальные макрофаги от поврежде-ния их волокнами крокидолита и хризотила. Показано, что главную роль в защитном действии препарата играют полифенолы, которые наряду с проявле-нием антиоксидантных свойств в отношении О были способны связывать ионы металлов (Потапович и др., 1999). В данном эксперименте цитотоксичес-кие эффекты волокон асбеста на эритроциты, скорее всего, вызваны действием Fe²⁺-содержащих центров на их поверхности, а на макрофаги – вдобавок и сверхактивацией их частицами асбеста.

В исследованиях, подобных вышеприведённым, важно проследить, какие биохимические процессы и в какой последовательности активируются, «вписы-ваются» ли они в состав «типовых», индуцируемых различными митогенами и опухолевыми промоторами. С этой точки зрения интересны, например, иссле-дования по воздействию митогенных концентраций крокидолитного асбеста на культуры эпителиальных клеток трахеи хомячка. Оказалось, что этот асбест индуцирует гидролиз инозитных фосфолипидов, приводя к увеличению содер-жания в клетках DAG – эндогенного активатора PKC, причём гидролиз пред-шествует клеточной пролиферации. Авторы данной работы (Sesko et al., 1990) предполагают активацию крокидолитом PLC.

Продолжая исследование, в этой же лаборатории обнаружили, что асбест индуцирует в эпителиальных клетках трахеи активность ODC и экспрессию её генов. В эти процессы вовлекаются механизмы генерации АФК, ингибируемые при обработке клеток антиоксидантами, каталазой, SOD. Подчёркивается, что при действии асбеста выявлена прямая связь между гидролизом фосфоинози-тида, продукцией DAG, уровнем АФК, активацией PKC и ODC, пролиферацией клеток (Mossman, Marsh, 1991). Все эти эффекты и процессы имеют место и при воздействии на клетки различных факторов роста и опухолевых промоторов (см. главу 3), они же могут быть привлечены для уточнения и детализации функциональной схемы на рис. 23 применительно к асбестовому канцерогенезу, хотя некоторые позиции в этой подкорректированной схеме потребуют своего выяснения. В цепи возбуждаемых процессов неясно, например, каким образом асбест активирует PLC. Имеются данные о важной роли ПОЛ в регуляции этого фермента (Rossi et al., 1991), но конкретный механизм не указывается. Не исключено, что здесь часть образующегося DAG превращается в фосфатидную кислоту, которая способна активировать PLC (Moolenaar et al., 1986).

Если действие ПОЛ на стимуляцию мембраносвязанной PLC подтвердится, то логично «пристроить» это недостающее звено к уже известной схеме, и тогда формирование и прохождение ростстимулирующего сигнала на начальных ста-диях его многоэтапного пути к ядру может быть формально представлено в виде схемы на рис. 25. Схема отражает лишь период стимуляции пролиферации адаптировавшихся к гипероксии клеток, готовых к малигнизации при устой-чивом установлении в них дисбаланса ∆ (ПО – АО) в «канцерогенезном» диапазоне ∆_К. Возникающие в таких клетках положительные обратные связи способствуют поддержанию пероксигеназного стресса на фоне адаптивных из-

Индукция ПОЛ в плазматической мембране клеток

Активация PLС и сигнальной PPJ-системы в целом, гидролиз фосфоинозитидов, образование DAG и IP₃

Образование из DAG фосфатидной

кислоты

Активация PКС, фосфорилирование причастных к митогенезу белков

Инактивация фосфоинозитидозависимой аденилат-циклазы и падение уровня cАМP

Снижение cАМP-зависимого митохондриального дыхания и концентрации АТP; повышение рО₂, уровней АФК и ПОЛ во всех мембранных структурах клетки, низкое соотношение cАМP/cGМP

Индукция LOX-и COX-сигнальных путей

Апоптоз и (или) окислительный цитолиз части клеток и постепенная адаптация оставшихся к состоянию повышенной пероксидации

Стимуляция пролиферации и перехода к канцерогенезу отдельных групп клеток, адаптировавшихся к гипероксическим условиям in vitro

Рис.25. Функциональная схема стимуляции пролиферации

и промалигнизирующего действия амфиболов

на клетки культуры

Генерация кислородных радикалов макрофагами и Fe–содержащими центрами восстановления на поверхности волокон асбеста

Высвобождение ферментов (ODC и др.), связанных с клеточной мембраной фосфоинозитидами

менений, а отрицательные обратные связи отключают или ослабляют некото-рые действующие в норме звенья, например, фосфолипидозависимую PKC и связанные с её функционированием процессы. В клетках с такими изменениями в дальнейшем реализуется весь набор эффектов, рассмотренных в главах 2 и 3, и они становятся по существу неуправляемыми.

В частности, в условиях избыточной пероксигенации негативным измене-ниям подвергаются и внутриядерные структуры – ДНК и др. (см. выше). Веро-ятно, этим объясняется дозозависимая генотоксичность естественных (крокидо-лит, амозит) и синтетических керамических волокон в концентрации от 0.0001 до 10.0 мкг/см², показанная на культуре мезотелиальных клеток крысы SPM-1, причём данные по генотоксичности были «параллельны» параметрам канцеро-генности (Andrews et al., 1996). В гибридных клетках человек/хомячки линии A/(L) в присутствии волокон крокидолита повышается образование аномаль-ного 8-OH-dG – маркёра окислительного повреждения ДНК. А добавление диметилсульфоксида, являющегося ловушкой радикалов ОН˙, резко снижало накопление 8-OH-dG в ДНК указанных клеток (Xu et al., 1999).

Наконец, уместно было бы отметить, что асбестовый канцерогенез in vitro по изложенному сценарию принципиально сходен, на наш взгляд, со спон-танной малигнизацией клеток в культуре. Этот аспект отчасти отражён и на рис. 25. Их различие касается лишь начального периода: при спонтанной малиг-низации фактором инициации выступают только сами условия гипероксии в среде культивирования, а в случае внесения в неё частиц асбеста процессы пероксигенации искусственно ускоряются за счёт генерации АФК макрофагами и Fe-содержащими центрами восстановления на поверхности асбестовых фиб-рилл. Это обстоятельство не может не отразиться на различии скоростей транс-формации клеток в указанных двух случаях.

5.3.4. Рак лёгкого возникает и на фоне заболеваний, вызванных вдыха-нием некоторых не волокнистых частиц. Чаще всего в литературе описывается богатая окисью кремния пыль и вызываемая ею профессиональная болезнь – силикоз. У больных силикозом достоверно зарегистрированы повышенные показатели частоты случаев рака лёгкого и лимфом. Так, наличие силикоза увеличивает онкологический риск рака лёгкого до 3,9 против 1,4 для тех, у кого силикоз отсутствовал. У рабочих керамической промышленности указанный риск в 2 раза выше, чем у несвязанных с получением и переработкой кремния. По этим данным сделан вывод: силикоз – звено в цепи изменений, ведущих к развитию рака лёгкого (Forastiere et al., 1986). Подобная информация появля-ется в научной печати достаточно часто. Из числа относительно новых публи-каций можно отметить, например, следующие. В Генуе смертность от рака лёгкого среди 575 больных силикозом (средний возраст, в котором они начали работу в атмосфере с SiO₂, составлял 23,4 года, а на момент исследования – 55,3 года) коррелировала со стажем работы, а также с наличием туберкулёза и курением табака (Merlo et al., 1995). По сравнению со среднестатистической смертностью последняя при силикозе повышена от рака лёгкого и от незлока-чественных заболеваний респираторной системы. Такое заключение вытекало из анализа данных о количестве больных силикозом и их смертности в Мичи-гане и Нью Джерси за 1968-1992 годы (Rosenman et al., 1995).

Материалы по Онтарио о 328 шахтёрах с рентгенологически установлен-ным силикозом и 970 подобранных к ним контрольных лиц, т. е. шахтёров без признаков силикоза, также показали значительное увеличение заболеваемости раком лёгкого в группе больных силикозом. Причиной высокой частоты воз-никновения этой патологии на фоне силикоза считают хроническое певмоко-ниотическое грануляционное воспаление ткани (Tashiro et al., 1986). Сейчас уже очевидно, что силикоз действительно можно рассматривать как маркёр повы-шенного риска рака лёгкого (Finkelstein, 1995). Подтверждением тому служат материалы 2-го Международного симпозиума по кремнезёму, силикозу и раку, опубликованные в специальном номере журнала «Scand. J. Work, Environ. and Health» (1995, 21, 2. 1-117).

Небезынтересны также материалы патента на заменители содержащего кремний традиционного песка, предназначенного для детских песочниц и игро-вых площадок (Johansen, Hollas, 1997). Этот песок, согласно классификации Международного агенства противораковых исследований, относится к канце-рогенам класса 2А, т. е. условно канцерогенных для человека и безусловно канцерогенных для экспериментальных животных. В качестве заменителей кан-церогенного песка предложены углекислый кальций, углекислый кальций-маг-ний и измельчённый известняк.

Что касается механизма силикоза, то начальным моментом этого патогенеза признаётся взаимодействие SiO₂ и, в частности, модифицированных его форм (кварца) с альвеолярными макрофагами. Это послужило поводом для исследо-вания роли в развитии силикоза витронектина – адгезивного белка, в норме присутствующего в лёгких. В результате было установлено два важных факта (Wisniowski et al., 1997): у крыс с экспериментальным силикозом содержание витронектина в бронхоальвеолах по сравнению со здоровым контролем было повышено; витронектин препятствовал активации макрофагов кварцем и, в частности, при инкубации с мечеными макрофагами снижал активирующее его действие с 25,6 до 10,7 %. На этом основании защитный характер повышения уровня витронектина при силикозе считают очевидным. В любом случае важ-ную роль в патогенезе силикоза играют интермедиаты одноэлектронного вос-становления О₂. Такой вывод сделан по результатам ингаляционного введения в лёгкие крыс водных растворов SOD и каталазы, которые тормозили развитие патологического процесса в лёгких при экспериментальном силикозе (Гусев, Даниловская, 1998)

Как сообщили Фраш с соавт. (1992), онкогенно активными являются ещё три вида неволокнистых минеральных пылей – базальт, цеолит и γ-глинозём. По их мнению, канцерогенное действие этих пылей связано с какими-то свойствами минерального каркаса, выяснение которых имело бы значение для теоретической онкологии и прогнозирования потенциальной канцерогенности агентов такого рода.

Механизм индуцирования канцерогенеза в ткани лёгкого неволокнистыми минеральными частицами, по-видимому, не отличается принципиально от обсу-ждавшегося нами выше. Некоторые особенности связаны лишь с геометричес-кой структурой частиц, имеющей важное значение для выхода супероксида и других АФК из клеток респираторного тракта. Действительно, при воздействии неволокнистых частиц (рибекит, морденит, стекло) образование супероксида альвеолярными макрофагами происходило слабее, чем в случае воздействия волокнистыми материалами (Hansen, Mossman, 1987). Тем не менее, в отдель-ных микроучастках скопления кремниевых и некоторых других неволокнистых частиц в лёгком на базе хронического воспалительного процесса и возникают очаги неоплазм.

Рак лёгких при курении обычно связывают с действием химических кан-церогенов, содержащихся в табачном дыме. Однако возможен и другой путь индукции канцерогенеза в лёгких у курящих людей. Согласно данным А. Маян-ского и Д. Маянского (1987), лёгочные макрофаги курильщика загружаются инородными включениями различной формы. Чаще всего это частицы каоли-нита – вещества из класса алюмосиликатов с большим содержанием алюминия и кремния. Попадать в лёгкие каолинит, входящий в состав многих глинистых почв и захватываемый ресничками табачных листьев, может с табачным дымом при курении. Любопытна также информация о содержании в фильтре сигарет Кент выпуска 1952-1956 годов ~10 мг асбеста (крокидолита). Частицы его были найдены в основной струе дыма от первых двух затяжек каждой выкуриваемой сигареты. При выкуривании пачки таких сигарет в день человек за год получал >131 млн. волокон асбеста длиной >5 мкм (Longo et al., 1995). Частицы каолинита и других минеральных веществ могут попадать в лёгкие и задер-живаться в дыхательных путях курильщика и при обычном дыхании вследствие плохого самоочищения у него этих путей.

В присутствии инородных включений в лёгкие альвеолярные макрофаги активируются. Мелкие частицы захватываются ими, а более крупные служат, по-видимому, основной причиной хронического раздражения фагоцитов и дли-тельной секреции ими во внеклеточную среду биоокислителей, нейтральных и кислых протеаз. Образующиеся очаги хронического воспаления со временем дают начало опухолевому росту. Таким образом, к развитию рака лёгких при курении табака, помимо химических канцерогенов, содержащихся в табачном дыме, причастны и минеральные частицы. Последние провоцируют накопление активированных макрофагов и возникновение про- и пренеопластического сос-тояния в виде очагов хронического воспаления, трансформирующихся впос-ледствии в опухолевые.

Впрочем, сигаретный дым как сложная смесь различных химических соединений, возможно, оказывает канцерогенное действие и косвенно путём активации тех же макрофагов, независимо от присутствия частиц различных минералов. Действительно, в лёгких курящих людей макрофаги спонтанно выделяют перекись водорода. Химическое освобождение Н₂О₂ в лёгких запус-кается непосредственно сигаретным дымом, поэтому у некурящих людей этот феномен не выявляется. Продуцируемые таким способом АФК рассматри-ваются как причина лишь хронического бронхита и эмфиземы у курящих (Pronjan, 1987), хотя здесь, с нашей точки зрения, вполне обозначены и кан-церогенные их потенции.

* * *

Исследованиями в области канцерогенеза, индуцируемого инородными те-лами, в частности полимерными, заняты весьма ограниченные научные силы. Непрестижность работ этого направления объясняется, по-видимому, отсутст-вием соответствующих потребностей у практического здравоохранения. Однако для теоретической онкологии полимерный канцерогенез мог бы стать своего рода полигоном для апробации, испытания на «выживаемость» некоторых общих и частных положений, выдвигаемых исследователями при изучении других видов канцерогенеза и касающихся их единого механизма.

В частности, нами впервые было предложено трактовать события полимер-ного канцерогенеза с позиций кислородно-перекисной концепции (Лю, Шайху-тдинов, 1983, 1986). В последующем постулируемый механизм был детальнее рассмотрен с привлечением для его обоснования многих известных фактов, казалось бы, не причастных или не связанных с указанным феноменом (Лю, Шайхутдинов, 1989). Согласно новому представлению, быть может, несколько необычному и даже неожиданному, наиболее вероятным фактором, индуциру-ющим полимерный канцерогенез, являются макрофаги ввиду их способности создавать в клетках и тканях устойчивое прооксигеназное состояние, поддер-живать хронический воспалительный процесс путём секреции различных АФК и ангиогенных факторов. Имплантированная же химически инертная полимер-ная пластинка причастна к событиям канцерогенеза лишь косвенно: своим присутствием она только провоцирует сосредоточение вокруг себя большого количества макрофагов и создание ими высокой локальной концентрации окис-ляющих агентов. Последние, массировано и длительно воздействуя на окружа-ющие инородное тело нормальные клетки, изменяют и повреждают их так, что отдельные из них позже малигнизируются. Таким образом, наряду с извест-ными бактерицидными и туморицидными эффектами фагоцитов, представля-ется теперь возможным приписать им ещё один – негативный, туморогенный.

Возможная причастность фагоцитов к злокачественной трансформации кле-ток безотносительно к полимерному канцерогенезу рассматривалась также в ряде статей, опубликованных уже после выхода в свет в 1983 г. нашей работы (см. выше). Так, сообщалось, что активированные моноциты человека, экспрес-сируя протоонкоген c-sis, вырабатывают действующий подобно фактору роста тромбоцитов медиатор. Последний конкурирует с данным фактором за рецеп-торы на фибробластах и вызывает их пролиферацию. В этой связи обсуждается роль медиатора в процессе заживления ран и образования злокачественных опухолей (Martinet et al., 1986). В статье «Является ли рак опосредованным макрофагами аутоагрессивным заболеванием?» (Munzarova, Kovarik, 1987) от-мечалось, что макрофаги могут сливаться с другими клетками и что процессы, происходящие после слияния, вероятно, существенны для индукции злокачест-венной трансформации. Была выдвинута гипотеза о слиянии клеток как при-чине возникновения поверхностно распространяющейся меланомы. Механизм малигнизации авторами не уточняется. По нашему мнению, если слияние активированного макрофага с какой-либо нормальной клеткой действительно происходит, то его оксидативные функции могут быть причастны и к созданию пероксигеназного проканцерогенезного состояния в гибридной клетке.

На основании экспериментов с мышиными фибробластами in vitro ряд исследователей также приходят к выводу о туморогенности фагоцитов. Фибро-бласты проявляли признаки злокачественной трансформации после обработки активированными нейтрофилами человека, продуцирующими О , Н₂О₂ и ОН˙, или бесклеточной ферментной системой «ксантин – ксантиноксидаза», гене-рирующей О . Введение таких атипичных фибробластов некоторым видам мышей вызывало образование у них злокачественных и доброкачественных опухолей (Fox et al., 1985; Weitzman et al., 1985). По этим и некоторым другим данным было сделано заключение о том, что in vitro генерируемые макро-фагами оксиданты могут выступать как полные канцерогены, но in vivo эти метаболиты функционируют в основном как опухолевые промоторы или кокан-церогены (Weitzman, Gordon, 1990). Однако материалы данной главы свидете-льствуют, на наш взгляд, о другом: и в условиях in vivo оксиданты макрофаго-вого происхождения могут проявлять себя именно как полные канцерогены, Среди других известных публикаций необходимо отметить обзорную работу (Whitworth et al., 1990), в которой наиболее полно обобщена информация по проблеме «Макрофаги и рак».

Активированные макрофаги могут индуцировать пероксигеназное состоя-ние в контактирующих с ними нормальных клетках путём секреции не только АФК, но и некоторых промежуточных продуктов реакций с участием азота. Последние, в особенности NO, способны, ингибируя цитохромоксидазу и тран-спорт электронов по дыхательной цепи митохондрий, снижать интенсивность дыхания клетки. Если в отношении опухолевых клеток указанное «нитритное» воздействие макрофагов может приводить к цитотоксическому эффекту из-за ещё большего возрастания внутриклеточной гипероксии и уровня ПОЛ, то такая же акция в нормальных клетках способна, с изложенных нами позиций, индуцировать в конечном счёте канцерогенез. Но более реальной представля-ется ситуация, когда трансформирующее действие макрофагов осуществляется по нескольким разным каналам, связанным с продукцией и включением в процесс одновременно АФК, некоторых соединений азота, TNF-α и др.

Основные положения рассмотренного в данной главе канцерогенеза, инду-цируемого полимерными и другими инородными материалами медицинского назначения, могут быть проверены в эксперименте, например, путём введения на разных его стадиях антимакрофаговых и антиоксидантных средств. Из суще-ства того же механизма вытекают конкретные в антибластомном смысле тре-бования к свойствам самих имплантируемых материалов. Все они должны (в порядке убывания значимости): обладать антимакрофаговым действием, «не разрешающим» образования на их поверхности монослоя макрофагов; блокировать секрецию макрофагами канцерогенных метаболитов; выполнять антиоксидантную и антинитритную функции путём депонирования в себе и (или) инактивации секретируемых макрофагами биоокислителей и определён-ных соединений азота, не допуская утечки их в микроокружение. Подобная трёхуровневая система мер должна, на наш взгляд, обеспечить защиту орга-низма от развития в ней полимерного канцерогенеза и возникновения соответ-ствующих неоплазм.

К инородным телам в организме относятся, естественно, и различные металлы и сплавы, оказавшиеся в нём в силу тех или иных причин. Литератур-ные данные о развитии опухолей на месте длительной имплантации металла весьма скудны, но и они свидетельствуют о принципиальном сходстве явления с описанным выше. Например, подтверждена роль хронического местного воспаления в пролиферации и неопластических изменениях на месте фиксации стальной метки в ушной раковине крыс Wistar (Waalkes et al., 1987). Однако в подобных случаях не исключено и дополнительное индуцирующее канцероге-нез действие ионов металлов, особенно участвующих в реакциях разветвления цепных процессов ПОЛ.

Что касается асбестового и других видов профессионального канцероге-неза, индуцируемого частицами преимущественно волокнистых минералов при длительном их вдыхании, то в принципе они также сходны с полимерным. Как и последний, они возбуждаются не самим инородным телом непосредственно, а нападающими на него макрофагами или, вернее, секретируемыми ими продук-тами (АФК, NO, TNF-α и др.). При попадании же в организм железосодержа-щих асбестов (амфиболов) опасная в канцерогенезном отношении кислородно-перекисная ситуация может создаваться ими в прилежащих клетках в принципе самостоятельно, без участия макрофагов или при минимальной их поддержке. В случае подтверждения этих представлений в специально поставленных экс-периментах можно считать, что получен один из самых серьёзных доводов в пользу общего кислородно-перекисного механизма канцерогенеза.

Рак лёгких при курении табака, рассматривавшийся раньше только с пози-ций химического канцерогенеза, может иметь теперь и другое, «макрофаговое» обоснование, поскольку вместе с табачным дымом вдыхаются и задерживаются в лёгких инородные минеральные частицы. Последние косвенно, через ата-кующие их фагоциты, способны вызвать тот же пероксигеназный стресс и поэтому могут быть причастными к возникновению неоплазий в лёгких у заядлых курильщиков табака.

Характеризуя в общем механизм канцерогенеза, индуцируемого инород-ными телами, отметим в конце следующее. Процессы трансформации и малиг-низации клеток протекают, по-видимому, в основном в две стадии. Первая из них связана с эпигенетическими обратимыми изменениями в клетке под влиянием секретируемых макрофагами цитотоксических веществ. Во второй стадии эти агенты вместе с аналогичными продуктами, вырабатываемыми уже самими клетками-мишенями, вызывают в последних перестройки ДНК и нарушение регуляции генетической активности. Но, скорее всего, указанные стадии реализуются здесь по смешанной параллельно-последовательной схеме. Это – особенность данного вида канцерогенеза, обусловленная изложенной выше спецификой его кислородно-перекисных индукторов.

Г л а в а 6