6.3. Расстройство энергетического гомеостаза

в опухолевом организме

Основной причиной нарушения энергетического режима в тканях организ-ма-опухоленосителя являются, с одной стороны, мобилизация антиоксидантов из нормальных органов и тканей в растущую неоплазму (Нейфах, 1978; Ники-форова и др., 1995), а с другой – опухолевая интоксикация, т. е. избыточный синтез и секреция клетками той же неоплазмы ингибиторов дыхания, высоко-чувствительных к глюкозе изоферментов гексокиназы, АФК и продуктов ПОЛ, выход их в кровь и распространение по всему организму (см. п. 2.1.1, 2.1.12 и начало главы 6). Этому способствует хорошо известная повышенная проница-емость поверхностных мембран раковых клеток, легко пропускающих в окру-жающую среду собственные белки (Шапот, 1979). В полном согласии с вышесказанным находятся, например, выявленные изменения во всех звеньях антиоксидантной защиты в неизменённых тканях больных раком лёгкого, желудка и почки по сравнению с состоянием этих звеньев в тканях здоровых людей (Михаевич, Горожанская, 1994).

Общепринятого молекулярного механизма расстройства энергетического обмена в масштабе всего организма пока не существует. Однако известные на сегодня факты вместе с некоторыми положениями кислородно-перекисной концепции канцерогенеза позволяют высказать на этот счёт определённые соображения.

6.3.1. Очевидным следствием оттока антиоксидантов из органов, непосред-ственно не затронутых опухолью, и поступления в их клетки ингибиторов ды-хания и весьма активных окисляющих веществ из опухоли будет прооксидан-тное состояние, ведущее к развитию ПОЛ мембран, в том числе мембран митохондрий, недостаточности митохондриального дыхания и соответственно к внутриклеточной гипероксии. Последняя в порядке положительной обратной связи поддерживает избыточный уровень ПОЛ. Реальность указанных эффек-тов подтверждена, например, следующими, хотя и давними, фактами

В органах мышей (печени, мозге, сальниках), которым была транспланти-рована асцитная карцинома Эрлиха, резко возрастает переокисление липидов, в то время как уровень ПОЛ в тех же органах интактных животных остаётся практически неизменным. Прогрессирующему деструктивному переокислению в печени мышей-опухоленосителей подвергались её основные структурные фосфолипиды – фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин, причём к моменту гибели животных содержание липоперекисей в этих фосфолипидах в несколько раз превышало контрольные значения (Козлов и др., 1972). В процессе развития лимфосаркомы Плисса (трансплантировали подкожным введением крысам взвеси опухолевых клеток) в митохондриях их печени значительно увеличива-лось содержание продуктов ПОЛ (Туровецкий, Авакян, 1981). При этом нару-шение ряда функциональных параметров митохондрий происходит через из-менение свойств как липидного, так и белкового компонентов мембраны. В частности, уменьшается способность мембранных белков митохондрий к регу-лируемым конформационным переходам, что коррелирует с падением актив-ности ряда ферментов и нарушением окислительного фосфорилирования при образовании в липидах митохондрий перекисей.

Наиболее полные сведения по затронутому здесь вопросу представлены в работах Морозкиной (1979, 1989). Так, с неэффективным тканевым дыханием логично связываются уменьшение коэффициента использования О₂ тканями и снижение артериовенозной разности О₂ у онкологических больных и животных. Поэтому в клетках таких тканей возрастает участие поступающего О₂ в перок-сидации липидов, что и приводит к накоплению продуктов ПОЛ, нарушению структуры митохондриальных мембран и их проницаемости. В этих условиях аэробный путь образования ATP в митохондриях становится ущербным, что подтверждается прогрессивным уменьшением содержания ATP в тканях у животных со злокачественными новообразованиями (Морозкина, 1979). В связи с постулируемым синтезом плазмамембранного ATP по аэробному пути, кото-рый для гепатоцитов считается доказанным (Глоба и др., 1996), свой вклад в падение уровня ATP может вносить пероксидация липидов плазматической мембраны. Снижение же общего уровня ATP и, следовательно, cAMP способ-ствует дальнейшему торможению cAMP-зависимого дыхания, и в этом смысле здесь возникает цикл с положительной обратной связью по поддержанию ущер-бного окислительного фосфорилирования.

Негативное дистанционное влияние растущей неоплазмы на энергетику отдалённых нормальных органов и тканей подтверждает и такой факт. У крыс Fisher 344, которым трансплантировали индуцированную метилхолантреном саркому, методом ³¹Р-ЯМР in vivo оценивали изменение энергетического ста-туса печени и скелетной мышцы (Schneeberger et al., 1989). Оказалось, что величина отношения неорганического фосфата P_i к ATP составляет в контро-льной группе (животные без опухолей) для печени и мышцы соответственно 0,78 ± 0,1 и 0,3 ± 0,1. Для этих же органов значение P_i/ATP у крыс-опухо-леносителей возрастает, причём пропорционально увеличению объёма опухоли и вне связи с ухудшением питания крыс с опухолями.

О влиянии на энергетический обмен в тканях именно опухоли свидетель-ствуют факты восстановления нарушенных дыхательных функций при устра-нении этой опухоли. Например, при спонтанной регрессии перевиваемых опу-холей (саркомы 45, карциносаркомы Уокера) в органах крыс и кроликов увеличивались активность ферментов цикла трикарбоновых кислот и фермен-тов самой дыхательной цепи, восстанавливалась способность митохондрий синтезировать ATP, нарушенная при росте опухолей (Зайцев, Морозкина, 1980). В свою очередь, это ведёт к увеличению содержания внутриклеточного cAMP и соответственно стимуляции cAMP-зависимого дыхания клеток, т. е. к реализа-ции положительной обратной связи в контуре регулирования, поддерживающем теперь повышенный уровень окислительного фосфорилирования.

Таким образом, в рассмотренных двух случаях функционируют, по-види-мому, так называемые предельные циклы (термин из теории нелинейных сис-тем автоматического управления) и два разных локальных контура регулиро-вания с положительной обратной связью. Особенностью этих внутриклеточных систем регуляции является немедленное включение одной из них с целью ускоренного повышения или, напротив, ускоренного снижения окислительного фосфорилирования до каких-то предельных значений в зависимости от направ-ления изменения концентрации ATP и (или) cAMP под влиянием различных для клеток возмущающих факторов. В обоих случаях переход в соответству-ющее устойчивое состояние может осуществляться даже при малых начальных отклонениях входного воздействия на эту нелинейную систему, специфика которой исключает пропорциональную зависимость эффекта от дозы. Такие системы регулирования с выходом на устойчивые предельные состояния раз-ного уровня, по-видимому, не единичны в клетке. Более того, реализация указанных систем ускоренной регуляции постулировалась нами в п. 3.6.3 при обосновании энергетического аспекта таких фундаментальных процессов в биологии, как пролиферация и дифференцировка клеток (см. рис. 20).

Отметим теперь возможные особенности развития ПОЛ в нормальных тка-нях в одном частном варианте, связанном с влиянием на организм гепатоканце-рогенеза. Как установлено (Санина, Бердинских, 1986), церулоплазмин, выпол-няющий в организме функцию переносчика ионов меди, синтезируется в пече-ни на мембраносвязанных полирибосомах. При гепатоканцерогенезе в связи с уменьшением количества связанных с микросомальными мембранами полири-босом синтез церулоплазмина, вероятно, сокращается и соответственно тормо-зится транспорт меди в клетки тканей. Это должно вести к снижению синтеза таких медьсодержащих ферментов, как цитохромоксидаза и SOD, что будет способствовать возникновению внутриклеточной гипероксии и усилению ПОЛ в мембранных структурах клеток многих тканей, не затронутых неоплазмой.

Что касается гликолиза, то он в противоположность сниженному дыханию усиливается в тканях опухоленосителя, и последние потребляют глюкозу для энергетических нужд больше, чем в норме (Морозкина, 1979). «Инициатива» в интенсификации гликолиза принадлежит здесь, по-видимому, гексокиназе опу-холевого происхождения. При этом существенно, что в опухолях увеличивается синтез наиболее чувствительного к глюкозе изофермента 3 гексокиназы (Ша-пот, 1975). Действительно, в биологических жидкостях больных раком людей и животных-опухоленосителей появляется гексокиназа, синтезируемая злокачест-венной опухолью в повышенном количестве. Доказательством того, что источ-ником этого фермента является неоплазма, считают совпадение изоферментных спектров гексокиназы в опухолях различной локализации и в сыворотке крови, а при раке желудка – и в желудочном соке. Более того, появление гексокиназы в биологических жидкостях человека и животных рассматривается как диагнос-тический признак злокачественного новообразования. В сыворотке крови онко-логических больных обнаруживается также белок, который активирует глико-лиз и тормозит поглощение О₂ препаратами тканей здоровых животных. Белок с подобными свойствами (иммуноглобулин из класса G) найден и в сыворотке крови крыс при лейкозе (Сенчурин и др., 1978).

Наряду с указанным внешним фактором усиления гликолиза в клетках нормальных тканей опухолевого организма действуют, по-видимому, и другие пути его интенсификации, связанные с нарушением митохондриального дыха-ния. Прежде всего, падает значимость эффекта Пастера. Уменьшение же содер-жания ATP и, следовательно, cAMP активирует гликолиз за счёт устранения или снижения cAMP-зависимого ингибирования ферментов гексокиназы и фос-фофруктокиназы (см. п. 2.1.12).

Из приведённых выше материалов следует, что в роли «ловушки» глюкозы и гипогликемического фактора могут выступать не только злокачественные опухоли (Шапот, 1975), но и весь организм опухоленосителя. Однако неопла-змы действуют в этом качестве более мощно, чем не затронутые ими ткани. Соответственно за истощение запасов гликогена в печени и мышцах и сти-муляцию глюконеогенеза – новообразования глюкозы из неуглеводных сое-динений в опухолевом организме (Шапот, 1979) – ответственны совместно и опухоль, и организм, хотя первопричиной всех этих глобальных изменений является вполне определённая локально расположенная неоплазма. Вклад опухоли и организма в рассматриваемые эффекты зависит, очевидно, от соот-ношения их размеров.

6.3.2. Уменьшение потребления О₂ тканями, не затронутыми опухолью, должно привести к снижению градиента О₂ в околокапиллярном простанстве и соответственно возрастанию напряжения О₂ в ткани (Эйдус, Корыстов, 1984). Однако в эксперименте и клинике наблюдается обратная картина. Наиболее обстоятельно она проанализирована в работе Мосиенко с соавт. (1982). Они представили следующие важные сведения: 1) начиная с 3-5 сут. после транс-плантации животным различных перевиваемых опухолей происходят постепен-ное снижение рО₂, интенсивности доставки и потребления О₂ в нормальных тканях; темп снижения этих показателей соответствует скорости роста опухоли; в конце опыта рО₂ в тканях составляло 50-60 % исходного уровня; 2) при дыхании животных кислородом доставка его в нормальные ткани опухолевого организма осуществляется значительно хуже, чем в ткани здорового организма; прекращение ингаляции О₂ возвращает рО₂ к исходному уровню медленнее в нормальных тканях животных с опухолью, чем в здоровом организме; 3) нало-жение жгута на конечность животных с опухолью снижает рО₂ до нуля за более длительное время по сравнению с таким же показателем в здоровом организме; аналогичная закономерность получена и в клинике; 4) спонтанное рассасыва-ние или регрессия карциномы Герена и саркомы 45 при эффективной химиоте-рапии повышают рО₂ в нормальных тканях крыс; то же самое происходит с рО₂ и другими показателями кислородного обмена при хирургическом удалении перевивных и индуцированных опухолей; рецидивы и повторные удаления неоплазм приводят соответственно к снижению и восстановлению указанных показателей.

Приведённые данные в комплексе убеждают в гипоксичности тканей, опу-холью не затронутых. Казалось бы, это противоречит нашему представлению об относительной гипероксии в клетках тех же тканей, без которой никем не оспариваемое сейчас избыточное ПОЛ в них маловероятно. Рассмотрим в этой связи возможные варианты объяснений.

Как известно (Кавецкий, 1977), в опухолевом организме в морфофункци-ональные изменения вовлекается кровеносная система, в частности, её пери-ферическое русло – региональное кровообращение и микроциркуляция. В процессе роста перевиваемых опухолей мышей объёмная скорость кровотока в интактных печени и скелетных мышцах непрерывно падает. Логично считать, что нормальные клетки опухолевого организма в состоянии гипероксии и пер-оксидации (см. выше) теперь уже сами секретируют (вероятно, в меньшем количестве, чем опухолевые) АФК и продукты ПОЛ в своё ближайшее окру-жение, в том числе и в микроциркуляторное русло. Изучение влияния продук-тов ПОЛ на тонус сосудов показало (Биленко, Чуракова, 1982): снижение в 53 % объёмной скорости перфузии при введении гидроперекисей липидов, в частности гидроперекисей фосфатидилэтаноламина; наиболее отчётливую вазо-констрикторную реакцию при концентрации указанных перекисей в интервале доз от 0,01 до 0,1 мкмоль; снижение объёмной скорости перфузии в 60 % опытов вторичными продуктами пероксидации (альдегидами и кетонами) при всех использованных дозах. Эти исследования, выполненные в связи с реше-нием проблемы ишемии, подтверждают гипотезу об участии продуктов ПОЛ в локальных и системных гемодинамических расстройствах.

Модифицирующее действие продуктов ПОЛ на тонус сосудов может быть реализовано двояким путём: воздействием их на рецепторы или непосредст-венно на структуру и барьерные свойства клеточных и субклеточных мембран. От последних зависит транспорт ионов кальция, их концентрация в саркопла-зме и, следовательно, процессы сокращения – расслабления мышечного воло-кна (Биленко, Чуракова, 1982). В случае если указанное модифицирующее действие будет продолжительным или превышающим некоторые пределы, механизм вазоактивного действия может оказаться повреждённым. Вероятно, потому у крыс в поздние сроки развития перевитой им опухоли периферичес-кие сосуды становятся ареактивными к местному действию адреналина, гис-тамина и ацетилхолина из-за парализованности функции α- и β-рецепторов (Абесадзе, 1984). Материалы подобного рода позднее были обобщены в моно-графии Балицкого и соавт. (1991), где, в частности, сказано, что «развитие первичной опухоли обусловливает изменения рецепторных структур и провод-ников афферентного звена нервной системы во многих органах и тканях, зачастую даже тех, в которых не возникают метастазы».

Таким образом, развитие гипоксии в тканях опухолевого организма может быть результатом следующей последовательности событий. Недостаточная ути-лизация О₂, поступающего в нормальные клетки, повышает в них и в около-капиллярном пространстве напряжение О₂. Возрастание этого показателя непо-средственно или через развивающиеся процессы ПОЛ служит сигналом для того, чтобы система регуляции микроциркуляторного русла ограничила достав-ку О₂. Следствием реакции сосудов на этот сигнал и является вазоконстрик-торный эффект. Установлению гипоксии в тканях опухоленосителя способст-вует также рассмотренный в п. 6.1 эхиноцитоз, причастный к снижению общей массы функционально полноценных эритроцитов и гемолизу части из них.

Возникающая тканевая гипоксия, естественно, ограничивает поступление О₂ в клетки, что несколько снижает уровень внутриклеточной гипероксии, но не устраняет это состояние полностью. Поэтому в принципе возможно сущест-вование, на первый взгляд, парадоксального сочетания: например, 50 %-ного уровня гипоксии в какой-либо ткани и относительной гипероксии в её клетках (по сравнению, как известно, с низким в них значением рО₂ в норме).

Согласно другому варианту, возможен обратный порядок влияния опухоли на организм, когда объектом атаки продуктов неоплазмы в первую очередь является сама сосудистая система, а не обслуживаемые ею ткани. В этом случае вазоконстрикторная реакция, подавление ею доставки О₂ к тканям и развитие в них гипоксии предшествует нарушению энергетического обмена в самих клет-ках ткани, и тогда в последних тоже должна установится гипоксия. Последст-вия же внутриклеточной гипоксии нами отмечались неоднократно – это умень-шение количества дыхательных ферментов в соответствии с О₂-зависимым механизмом регуляции их содержания (Murphy et al., 1984) и деградация части митохондрий. Сокращение расхода О₂ на дыхание после стабилизации его дос-тавки определяет переход гипоксических клеток в относительно гиперокси-ческие со всеми вытекающими отсюда последствиями, которые уже постули-ровались ранее (развитие ПОЛ мембран, секреция собственных продуктов пероксидации и др.).

Как нам представляется, указанные два варианта механизма являются край-ними и не существуют в «чистом» виде. Скорее всего, реализуется вариант, когда выделяемые опухолью продукты воздействуют, по существу, одновре-менно на нормальные ткани и пронизывающие их периферические сосуды. Поэтому между моментами возникновения гипоксии в тканях опухоленосителя, с одной стороны, и гипероксии и пероксидации в клетках тех же тканей, с другой, практически не должно быть запаздывания или «фазового» сдвига.

Указанные выше соображения, касающиеся энергетического аспекта систе-много действия опухоли на организм, представлены на рис. 26. Отображенный на схеме замкнутый контур по поддержанию гипероксии и ПОЛ в клетках не поражённых опухолью тканей функционирует в динамике как устойчивая система стабилизации этих показателей на каком-то определённом (для каждой конкретной клетки) уровне.