5 курс / Онкология / Перспективные_методы_лечения_раздел_9

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

229

Б.П.Копнин

Practical oncology

внутриклеточных сигналов, необходимого для сти-

Следующим важным свойством неопластичес-

муляции размножения клеток. Многие типы опу-

ких клеток является ослабление индукции в них

холевых клеток, в отличие от их нормальных пред-

апоптоза. Апоптоз представляет собой активный

шественников, способны пролиферировать, не

механизм клеточного самоубийства, поддержива-

прикрепляясь к субстрату, например, в полужид-

ющий в организме определенное число клеток и,

кой среде. Эти два примера показывают, что нео-

кроме того, защищающий его от накопления ано-

пластические клетки приобретают способность ге-

мальных клеточных вариантов. Он вызывается как

нерировать внутри себя пролиферативные сигна-

физиологическими сигналами (связыванием спе-

лы, в норме исходящие от внешних стимулов.

цифических киллерных цитокинов со своими ре-

Вторым важнейшим приобретенным свойством

цепторами), так и различными внутриклеточны-

неопластических клеток является их пониженная

ми повреждениями или неблагоприятными усло-

чувствительность к рост-ингибирующим сиг-

виями, в частности нарушениями структуры ДНК,

налам. Как известно, в организме существует мно-

нехваткой ростовых факторов, гипоксией и т.д.

жество антипролиферативных сигналов, поддер-

Уход от апоптоза резко повышает жизнеспособ-

живающих определенное число клеток в каждой

ность неопластической клетки, делает ее менее

из тканей. Такие сигналы генерируются как сек-

чувствительной к факторам противоопухолевого

ретируемыми растворимыми факторами (цитоки-

иммунитета и терапевтическим воздействиям.

нами), так и взаимодействиями клеток с внекле-

К важнейшим приобретенным свойствам опу-

точным матриксом и друг с другом. Классическим

холевых клеток принадлежит и их способность

примером здесь является так называемое контакт-

стимулировать неоангиогенез, т.е. формировать

ное торможение размножения клеток в культурах

новые кровеносные и лимфатические сосуды из

in vitro.

эндотелиальных клеток предсуществующих окру-

Нормальные клетки, например фибробласты,

жающих мелких сосудов. Это необходимое усло-

размножаются до тех пор, пока не возникнет плот-

вие для дальнейшего роста опухолевого узелка,

ный монослой и не установятся межклеточные

достигшего в диаметре 2–4 мм. В ином случае

контакты. В отличие от этого, трансформирован-

клетки в центре опухоли, не получая кислород и

ные клетки при возникновении межклеточных

питательные вещества, будут погибать.

контактов не останавливают свою пролиферацию,

Важнейшим свойством опухолевых клеток яв-

а продолжают делиться, наползать друг на друга

ляются и изменения морфологии и движения

и образовывать очаги многослойного роста.

клеток. В основе морфологических нарушений

Наряду с этим, опухолевые клетки, как прави-

лежат взаимосвязанные между собой изменения

ло, значительно менее чувствительны к действию

цитоскелета, адгезионных взаимодействий клеток

рост-ингибирующих цитокинов, факторов специ-

друг с другом и с внеклеточным матриксом. Вкрат-

фического и неспецифического противоопухоле-

це, они выражаются в нарушении формирования

вого иммунитета, а, кроме того, не останавлива-

фокальных контактов и ухудшении прикрепления

ют свою пролиферацию при ДНК-повреждающих

клеток к внеклеточному матриксу, дезорганизации

воздействиях или неблагоприятных условиях –

системы актиновых микрофиламентов. Это при-

недостатке пула нуклеотидов, гипоксии и т.д.

водит к изменениям активности псевдоподий и

Еще одним важнейшим свойством опухолевых

подвижности клеток. В целом, наблюдаемая кар-

клеток является отсутствие репликативного

тина напоминает изменения, возникающие в нор-

старения, или приобретение бессмертия (иммор-

мальных клетках при действии мотогенных цито-

тализация). Как известно, существует механизм,

кинов – факторов, стимулирующих миграцию кле-

ограничивающий число делений большинства

ток. Однако так называемый локомоторный фено-

типов зрелых клеток человека. Так, в культурах

тип в неопластических клетках, как правило, силь-

человеческих фибробластов in vitro после 60–80

но утрирован, что позволяет различать по морфо-

делений (так называемое число Хейфлика) наблю-

логии опухолевую клетку от движущейся нормаль-

дается необратимая остановка размножения кле-

ной клетки. Необходимо подчеркнуть, что имен-

ток и их постепенная гибель. Между тем, чтобы

но эти нарушения, вместе с некоторыми другими

образовать из одной клетки-родоначальницы сна-

свойствами, в частности способностью секрети-

чала опухоль, а затем и метастазы, в условиях

ровать протеолитические энзимы, предопределя-

жесткого давления со стороны организма, когда

ют приобретение неопластическими клетками

многие опухолевые клетки погибают, может по-

двух свойств, лежащих в основе злокачественно-

требоваться большее число делений. И, действи-

го роста: способность к инвазии, т.е. проникно-

тельно, в опухолевых клетках наблюдается нару-

вению в окружающие здоровые ткани, и сопря-

шение работы такого «счетно-ограничительного»

женную с ней способность к метастазированию

механизма контроля репликации.

– образованию вторичных очагов опухолевого ро-

230

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

Practical oncology

Б.П.Копнин

ста. Метастазирование – наиболее опасное про-

бильность. Очевидно, что канцерогенез – много-

явление опухолевой прогрессии, являющееся ос-

ступенчатый процесс накопления мутаций и дру-

новной причиной смерти онкологических боль-

гих генетических изменений, приводящих к нару-

ных. Чтобы дать метастаз, клетка должна приоб-

шениям регуляции размножения и миграции кле-

рести ряд свойств: умение проникать в глубину

ток, понижению их чувствительности к различ-

окружающих нормальных тканей, в том числе в

ным рост-супрессирующим сигналам, ослаблению

кровеносные или лимфатические сосуды; способ-

индукции в них апоптоза, блокированию диффе-

ность выживать после попадания в сосуды, а за-

ренцировки и т.д. Вероятность возникновения

тем – выходить из них и размножаться в несвой-

в одной клетке нескольких генетических измене-

ственном для данного типа клеток микроокруже-

ний, придающих совокупность вышеуказанных

нии, давая новый очаг опухолевого роста. Таким

свойств, резко повышается при нарушениях рабо-

образом, способность к метастазированию скла-

ты систем, поддерживающих целостность генома.

дывается из комплекса более простых признаков,

Поэтому мутации, ведущие к генетической неста-

таких как приобретение локомоторного феноти-

бильности, также являются неотъемлемым этапом

па, способности стимулировать образование но-

опухолевой прогрессии. Генетическая нестабиль-

вых кровеносных и лимфатических сосудов, со-

ность неопластических клеток базируется на

здавая тем самым пути эвакуации опухолевых кле-

уменьшении точности воспроизведения генети-

ток из первичного очага, возникновение незави-

ческого аппарата, нарушениях механизмов репа-

симости от субстрата, подавление апоптоза и т.д.

рации ДНК и изменениях регуляции клеточного

Появление каждого из этих свойств увеличивает

цикла в поврежденных клетках. Это, вместе с ухо-

метастатический потенциал клетки.

дом от апоптоза, позволяющим генетически изме-

Для многих опухолевых клеток характерны и

ненным клеткам выживать, делает популяции опу-

нарушения клеточной дифференцировки, т.е. об-

холевых клеток высокоизменчивыми, создает ос-

разования специализированных типов клеток, син-

нову для постоянного возникновения и отбора все

тезирующих специфические белки. Особенно ярко

более и более злокачественных вариантов. Таким

это проявляется в гемобластозах, новообразовани-

образом, генетическая нестабильность является

ях из кроветворных тканей, при которых их клет-

двигателем неуклонной опухолевой прогрессии.

ки оказываются как бы замороженными на той или

иной стадии созревания. Общепринятым являет-

II. Базовые механизмы возникновения

ся представление, согласно которому меньшая зре-

характерных свойств неопластической

лость лейкозных клеток является не следствием

клетки

дедифференцировки зрелых клеток, претерпевших

Приобретение совокупности перечисленных

неопластическую трансформацию, а отражает их

свойств связано с нарушениями в сигнальных пу-

происхождение из незрелых клеток, в которых бло-

тях, контролирующих реакцию клетки на экзоген-

кированы процессы дальнейшей дифференциров-

ные и эндогенные регулирующие факторы. Клю-

ки. Следует заметить, однако, что это свойство не

чевую роль в их возникновении играют измене-

является универсальным: во многих типах опухо-

ния регуляции клеточного цикла, апоптоза, миг-

лей наблюдается сохранение способности к диф-

рации и некоторых других базовых процессов

ференцировке, причем в отличие от лейкозов со-

жизнедеятельности клетки.

зревание клеток не препятствует приобретению

злокачественного фенотипа. Примерами этого

Нарушения регуляции

могут служить плоскоклеточный ороговевающий

клеточного цикла

рак кожи и высокодифференцированные аденокар-

Нарушения регуляции клеточного цикла лежат

циномы толстой кишки, происходящие из незре-

в основе таких важнейших свойств неопластичес-

лых клеток, которые сначала несколько раз делят-

кой клетки, как самодостаточность в пролифе-

ся, а затем дифференцируются.

ративных сигналах и нечувствительность к рост-

Происхождение из незрелых клеток не проти-

супрессирующим сигналам. Кроме того, они в зна-

воречит представлению о том, что опухолевые

чительной степени определяют генетическую не-

клетки в ходе прогрессии могут претерпевать оп-

стабильность и нарушения дифференцировки

ределенную дедифференцировку, утрачивая в пер-

клетки.

вую очередь те дифференцировочные белки, от-

В процессе подготовки клетки к делению и об-

сутствие которых придает клеткам селективные

разования из нее двух новых клеток наблюдается

преимущества (например, рецепторы стероидных

несколько фаз – G1 фаза, в которой идет подго-

гормонов в раках молочной железы и т.д.).

товка к синтезу ДНК; S фаза – период реплика-

И, наконец, важнейшим признаком неопласти-

ции ДНК; G2 фаза, в которой идет подготовка к

ческих клеток является их генетическая неста-

митозу, и, наконец, собственно митоз – процесс

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

231

Б.П.Копнин

Practical oncology

разделения клетки на две новые. Образовавшиеся

клеточных нарушений) основано на активации

дочерние клетки могут сразу войти в новый мито-

ингибиторов циклинзависимых киназ (CKI) се-

тический цикл или временно выйти из него в G0

мейств Ink4 и Cip/Kip, что приводит к остановке

фазу – стадию покоя. «Мотором» клеточного цик-

клеточного цикла в так называемых чекпойнтах

ла является активация последовательно сменяю-

(checkpoints, сверочных точках). В зависимости

щих друг друга циклинзависимых киназ. Каждая

от типа рост-ингибирующего воздействия и мо-

из циклинзависимых киназ представляет собой хо-

лекул, вовлеченных в его распознавание, наблю-

лоферментный комплекс, состоящий из собствен-

дается остановка клеточного цикла в G1, S, G2

но каталитической субъединицы (Cdk) и регуля-

фазах или в митозе.

торной субъединицы – циклина. Связывание с цик-

Для опухолевых клеток характерны генетичес-

лином увеличивает киназную активность Cdk и,

кие изменения, вызывающие, с одной стороны,

кроме того, определяет их локализацию и суб-

перманентную стимуляцию сигнальных путей,

стратную специфичность. Уровень экспрессии

активирующих Сdk4(6) и Cdk2, а с другой сторо-

каждого из циклинов и, в меньшей степени, Cdk,

ны – нарушения в путях передачи сигналов, опос-

направленно изменяется в определенные фазы

редующих активацию чекпойнтов в ответ на рост-

клеточного цикла. Так, выход клетки из стадии

ингибирующие сигналы. Первый тип изменений

покоя и вход в фазу G1 определяется образовани-

возникает в основном в результате активирующих

ем комплексов циклинов D (D1–D3) с Сdk4 или

мутаций так называемых протоонкогенов – нор-

Cdk6 (в зависимости от типа клеток). Переход из

мальных компонентов путей передачи различных

G1 в S связан с образованием комплексов цикли-

митогенных сигналов и приводит к самодоста-

на E с Сdk2, и т.д. Вход в митоз, например, обус-

точности в пролиферативных сигналах. Инакти-

ловлен образованием комплексов Cdc2 с цикли-

вация чекпойнтов, обеспечивающая нечувстви-

ном В. Кроме связывания с циклинами, активность

тельность к рост-ингибирующим сигналам и ге-

Сdk регулируется изменениями фосфорилирова-

нетическую нестабильность, чаще всего обуслов-

ния их определенных аминокислотных остатков

лена дисфункцией так называемых опухолевых

и связыванием с так называемыми CKI – ингиби-

супрессоров, к которым относятся и некоторые из

торами Cdk.

CKI.

Выход покоящейся клетки из фазы G0 и вступ-

С изменениями регуляции клеточного цикла

ление ее в митотический цикл инициируется раз-

связаны и нарушения дифференцировки неоплас-

личными внешними стимулами, в первую оче-

тических клеток. Реализация большинства диффе-

редь различными секретируемыми цитокинами,

ренцировочных программ требует выхода клетки

принадлежащими к группе факторов роста. Кро-

из митотического цикла в стадию покоя (G0). Пер-

ме этого, для деления большинства типов нор-

манентная стимуляция размножения клеток и не-

мальных клеток необходимо также и взаимодей-

чувствительность к действию рост-ингибирую-

ствие специфических рецепторов клетки – интег-

щих цитокинов, являющихся одновременно ин-

ринов – с определенными белками внеклеточно-

дукторами дифференцировки (таких как TGF-β ),

го матрикса (фибронектином, коллагеном и др.).

нередко приводят к блокированию или извраще-

Связывание рецепторов со своими лигандами –

нию процессов дифференцировки.

ростовыми факторами и белками внеклеточного

матрикса – индуцирует аутофосфорилирование

Изменения морфологии и движения

внутриклеточных доменов рецепторов и дальней-

клеток

шее их взаимодействие со многими сигнальны-

Верхние этажи сигнальных путей, активируе-

ми белками. Следствием этого является стиму-

мых связыванием рецепторов ростовых факторов

ляция пересекающихся сигнальных путей и ак-

и интегринов со своими лигандами, ответствен-

тивация так называемых МАР (Mitogen Activated

ны за стимуляцию не только размножения, но и

Protein) – киназных каскадов. Конечные продук-

движения клеток. Поэтому многие из цитокинов

ты этих каскадов – серин-треониновые киназы

являются одновременно и митогенами, и мотоге-

ERK1/2, JNK и р38 – транслоцируются из цито-

нами (например, EGF, HGF/SF, PDGF и др.). Ак-

плазмы в ядро, где они фосфорилируют множе-

тивация G-белков семейства Ras и фосфатидили-

ство субстратов, что, в конце концов, и приводит

нозит-3-киназы (PI3K), находящихся на пересече-

к активации циклинзависимых киназ, иницииру-

нии сигнальных путей от многих рецепторов, ве-

þùèõ âõîä â S ôàçó.

дет к повышению активности как МАР-киназ –

Действие большинства рост-ингибирующих

ключевых регуляторов клеточного цикла, так и ма-

факторов (цитокинов типа TGF-β , контактного

лых ГТФаз семейства Rho, играющих централь-

торможения при установлении межклеточных

ную роль в реорганизации цитоскелета и регуля-

контактов, повреждений ДНК и других внутри-

ции движения клеток.

232

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

233

Б.П.Копнин

Practical oncology

щепление каспазами 3, 6, 7 (так называемые эф-

тивацией рецепторов смерти, не только напрямую

фекторные, или «казнящие» каспазы) ряда клю-

активирует эффекторные каспазы, но и индуци-

чевых субстратов, в частности ингибиторов нук-

рует увеличение проницаемости митохондриаль-

леаз, ламинов – ядерных цитоскелетных белков и

ной мембраны и активацию регуляторной каспа-

т.д., приводит к фрагментации ДНК и деструкции

зы 9. С другой стороны, при повреждениях и стрес-

клетки. Каспазы присутствуют в цитоплазме в

сах может наблюдаться повышение экспрессии

виде проэнзимов и активируются до полностью

рецепторов смерти – Fas и Killer/DR5. Таким об-

функциональных протеаз путем расщепления про-

разом, проапоптотические сигналы амплифициру-

энзима на большую и малую субъединицы и даль-

ются, что позволяет надежнее достигать необхо-

нейшего отщепления от них N-концевых доменов.

димого эффекта.

Затем субъединицы собираются в активные оли-

Ключевую роль в регуляции проницаемости ми-

гомеры. Расщепление прокаспаз могут осуществ-

тохондриальной мембраны для цитохрома С и AIF

лять различные протеазы, в том числе и другие

играют белки семейства Bcl2, подразделяющиеся

каспазы.

на несколько подсемейств и обладающие либо про-

Существует два принципиально разных сиг-

апоптотическими, либо антиапоптотическими ак-

нальных пути, приводящих к активации эффектор-

тивностями. Предполагается, что антиапоптоти-

ных каспаз 3, 6, 7. Один из них инициируется свя-

ческие белки (Bcl-2, Bcl-х, и др.), локализуясь в

зыванием специфических киллерных лигандов

мембранах митохондрий, закрывают каналы, че-

(Fas-лиганд, TNF-α и др.) со своими рецептора-

рез которые осуществляется выброс цитохрома С

ми, так называемыми рецепторами смерти, что вы-

и AIF. Проапоптотические молекулы (Bax, Bad и

зывает рекрутирование к ним адаптерных белков

др.) при апоптогенных сигналах перемещаются из

и прокаспаз, в частности прокаспазы 8. Агрега-

цитоплазмы в митохондриальные мембраны, где

ция молекул прокаспазы 8 достаточна, чтобы ини-

взаимодействуя с интегральным белком наружной

циировать их аутопроцессирование (расщепление)

митохондриальной мембраны VDAC, стимулиру-

и образование активных форм каспазы 8, которая,

ют открытие канала, через который, в частности

в свою очередь, процессирует до активных форм

секретируется цитохром С. Кроме того, белки под-

эффекторные каспазы.

семейства Bax образуют гетеромерные комплек-

При альтернативном пути индукции апоптоза

сы с белками Bcl2, Bcl-х, что, возможно, открыва-

ключевую роль играют митохондрии, поэтому его

ет закрытые до этого каналы.

называют митохондриальным путем. Он иниции-

Для опухолевых клеток характерны генетичес-

руется главным образом различными поврежда-

кие изменения, ведущие к ослаблению обоих пу-

ющими воздействиями, вызывающими увеличе-

тей индукции апоптоза. Так, в них закономерно

ние проницаемости митохондриальной мембраны

обнаруживаются:

и выход в цитоплазму ряда митохондриальных

а) потеря экспрессии на поверхности клетки ре-

белков, в частности цитохрома С, который связы-

цептора смерти Fas;

вается с белком APAF-1 и стимулирует образова-

б) нарушения проведения апоптогенного сигна-

ние его олигомеров. Это, в свою очередь вызыва-

ла к митохондриям (например, при инактивации

ет рекрутирование на образовавшийся комплекс

опухолевых супрессоров р53 и PTEN);

молекул прокаспазы-9, их агрегацию, аутопроцес-

в) ингибирование проницаемости митохондри-

сирование и формирование активного комплекса

альной мембраны для цитохрома С и AIF, вслед-

каспазы-9. На следующем этапе происходит рек-

ствие изменений экспрессии белков семейства

рутирование на этот комплекс молекул прокаспа-

Bcl2;

зы-3 и их процессирование до активных форм,

г) блокирование активации эффекторных каспаз

которые расщепляют ключевые мишени и вызы-

(например, при потере экспрессии белка APAF-1

вают апоптоз. Следует заметить, что повреждения

в результате метилирования его гена);

и стрессы приводят к выходу из митохондрий не

д) резкое уменьшение времени жизни каспаз

только цитохрома С, но и ряда других молекул, в

ввиду их связывания с белками IAP (Inhibitors of

частности протеазы AIF (Apoptosis Inducing

Apoptosis), экспрессия которых повышается вслед-

Factor). AIF также стимулирует апоптоз, вызывая

ствие активации протоонкогенов Ras, PKB/Akt или

расщепление ряда ядерных белков каспазонезави-

инактивации опухолевого супрессора PTEN.

симым путем. Таким образом, митохондриальный

путь индукции апоптоза включает несколько не-

Генетическая нестабильность

зависимых механизмов. При этом существуют вза-

Генетическая нестабильность – это увеличение

иморегуляции сигнальных путей, активируемые

вероятности возникновения и закрепления в ряду

рецепторами смерти и повреждающими воздей-

клеточных поколений разнообразных изменений

ствиями. Так, активация каспазы 8, вызванная ак-

генома. Важность приобретения этого признака

234

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

Practical oncology

Б.П.Копнин

для образования злокачественной опухоли связа-

д) ослабления индукции апоптоза, вследствие

на с тем, что именно генетическая нестабильность,

чего делящиеся клетки с генетическими наруше-

вместе с постоянно идущим отбором, обеспечи-

ниями не погибают, а выживают.

вают накопление в одной клетке сразу нескольких

Совокупность перечисленных нарушений обес-

мутаций в онкогенах, опухолевых супрессорах и

печивает повышенную частоту возникновения

других генах, придающих клетке совокупность

различных генетических изменений и их закреп-

необходимых для образования опухоли свойств.

ление в ряду клеточных поколений.

Генетическая нестабильность популяций опухоле-

В последние годы выяснилось, что повышен-

вых клеток складывается из 4 основных типов

ная изменчивость популяций опухолевых клеток

нарушений:

связана не только с резким учащением появления

а) уменьшения точности воспроизведения гене-

истинных генетических изменений (генных мута-

тической информации, а именно, понижения точ-

ций, рекомбинаций, анеуплоидии и др.), но и со

ности репликации ДНК и сегрегации хромосом во

значительным увеличением вероятности возник-

время митоза;

новения в неопластических клетках так называе-

б) нарушений в системах репарации поврежде-

мых эпигенетических изменений. В основе таких

ний ДНК или ошибок, возникших при ее репли-

изменений лежит ремоделирование структуры

кации;

хроматина, обусловленное изменениями метили-

в) ослабления функции чекпойнтов клеточного

рования цитозинов ДНК и/или ацетилирования ги-

цикла, активируемых в ответ на повреждения

стонов. В результате происходит подавление экс-

структуры ДНК или веретена деления в митоти-

прессии одних генов и/или повышение экспрес-

ческой клетке, в результате чего клетка, несмотря

сии других генов, причем из-за характерных для

на разрывы ДНК или изменения числа хромосом,

опухолевых клеток нарушений процессов мети-

продолжает делиться и умножать число аномаль-

лирования ДНК одновременно может изменяться

ных потомков;

транскрипция нескольких сотен генов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 3, ¹ 4 – 2002

235