3 курс / Патологическая физиология / Методичка 3 патфиз

Канцерогенез - это многоступенчатый процесс накопления мутаций и других генети­ ческих изменений, приводящих к нарушениям регуляции клеточного цикла (гиперактивация стимуляторов клеточного цикла и инактивация супрессоров), апоптоза, дифференцировки, движения и морфогенетических реакций клетки, а также контроля над целостностью генома.

Этиологических факторов много, а патогенез сводится к нарушению механизмов ре­ гуляции клеточного деления на одном из многочисленных его этапов.

Вчисло наиболее важных факторов (канг{ерогенов) онкогенеза включают:

1)химические (приблизительно 90% опухолей);

2)физические,;

3)онкогенные вирусы.

Канцерогенны е вещ ества, которые находятся во внешней среде, называются экзо­ генными канцерогенами (к ним относятся химические канцерогены: бензпирен и диметилбензантрацен, нитрозамины; многие инсектициды и гербициды, полициклические ароматические углеводороды; цикламаты и сахарин, азокрасители, асбест; курение сигарет, жевание бетельного листа и бетельного ореха). Некоторые химические соединения - проканцерогены в организме превращаются в активные формы

{например, эпоксиды).

Существует группа эндогенных канцерогенов - это вещества, которые в организме выполняют определенную полезную функцию, но при определенных условиях способны вызывать опухолевую трансформацию. Это стероидные гормоны (особенно эстрогены), холе­ стерин, витамин D, продукты превращения триптофана, лекарственные препараты (цитостати­ ки, йодконтрастные соединения, искусственные гормональные препараты и многие другие).

Все канцерогены электроактивны и способны реагировать с нуклеофильными груп­ пами молекул ДНК и белков. Образовавшиеся комплексы вызывают злокачественное пере­ рождение клеток. Мутация, по-видимому, предшествует канцерогенезу (под влиянием канцеро­ генов происходит модификация генома клеток с развшием альтерации первичной последовательности осно-

ваний). От момента трансформации нормальной клетки в опухолевую до первых клинических проявлений проходит латентный период, имеющий широкий интервал и крайне сложно выявляемый. Процесс трансформации длительный и, видимо, трансформация клеток связана не с однократным, а скорее с многократными воздействиями канцерогенов.

Физический канцерогенез связан с: действием высокой температуры, механическим трением, УФО и космическим излучением радио активными изотопами (с длинным периодом полураспада и нейтронным излучением).

Под действием излучения от молекул, из которых построены различные компоненты клеток, отделяются электроны, которые, перемещаясь с большей скоростью, превращаются в источники излучения второго и третьего порядка. В водных растворах тканей облучение приводит к образованию свободных радикалов, вступающих в связь с РНК и белками. Моле­ кулярные механизмы опухолевого роста связаны с первичной соматической мутацией. Воз­ никновение трансформации предусматривает большое количество результативных воздей­ ствий, направленных на одни и те же клетки.

Третья этиологическая группа - вирусы. Способность вирусов индуцировать опухоли определяется их особенностями (возникновение лейкозов связана с РЖ'-содержащими вирусами, а дру­ гие опухоли вызываются ДЖ-содержащими). Из ферментов онковирусов важнейшим является РЖ >зависим ая-Д Ж ’-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза), которая способна синтези­ ровать молекулу ДНК, комплиментарную вирусной Р Ж .’. При вирусном канцерогенезе пред­ полагается интеграция ДНК из генома с молекулами ДНК клетки-хозяина. Интегрированная часть вирусной генетической информации, переносимая от одной генерации клетки-хозяина на другие (по вертикали) и называется "эндогенным вирусом". "Экзогенным вирусом" называют частицы, которые распространяются из одной клетки к другой той же генерации, или от од­ ного организма к другому (по горизонтали). Суть вирусной теории онкогенеза состоит в следу­ ющем: онкоген, который кодирует размножение вируса, в нормальных клетках находится в репрессированном состоянии. В появлении онкогенов важную роль играют РНК- содержащие вирусы С-типа (с полимеразой), которые обычно неактивны. При активации они

11

встраиваются в геном клетки-хозяина и синтезируют ДНК, включающую безудержную про­ лиферацию клеток.

Итак, сформулированы основные теории канцерогенеза.. соответствующие трем ос­ новным этиологическим группам:

•химические канцерогенные вещества

•физические факторы

•биологические факторы - вирусы.

Основные теории, объясняющие патогенез опухолей это:

Мутационная теория канцерогенеза. Развитие опухолевого процесса - следствие му­ тации. Химические канцерогенные вещества, излучения вызывают мутационный процесс - изменяется геном, изменяется структура клеток, идет малигнизация.

Эпигеномная теория канцерогенеза. Наследственные структуры не изменены, нару­ шается функция генома. В основе эпигеномного ме:*анизма лежит депрессия активных генов и дерепрессия в норме неактивных генов. Основой опухолевого процесса по этой теории яв­ ляется дерепрессия древних генов.

Вирусная теория канцерогенеза. Вирусы длительно могут персистировать в клетках, находясь в латентном состоянии, под действием канцерогенов, физических факторов проис­ ходит их активация. Вирус встраивается в клеточный геном, внося дополнительную инфор­ мацию в клетку, вызывая нарушение генома и нарушение жизнедеятельности клетки.

Все эти теории легли в основу современной теории экспрессии онкогенов.

М олекулярные механизмы канцерогенна

Нарушения регуляции клеточного цикла лежат в основе таких важнейших свойств неопластической клетки как пониженная потребность во внешних сигналах для инициации и поддержания пролиферации и нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам (они в

значительной степени определяют генетическую нестабильность и нарушения дифференцировки клетки).

Поэтому различные системы, способные останавливать клеточный цикл при возник­ новении различных повреждений (см. checkpoint), "следят" за правильностью протекания: репликации ДНК, сегрегации хромосом; осуществляют контроль повреждений ДНК, проли­ феративных сигналов и др.

Если в клетках, в которых уже произошли или могут произойти нарушения структуры или числа хромосом, клеточный цикл не будет остановлен, то ложная генетическая инфор­ мация может быть передана потомству.

Процесс непосредственного действия канцерогена на клетки, запускающий их трансформацию, называется иниииаиией опухолевого роста.

Инициация. Возникновение дефектов в регулирующих механизмах цикла клетки (они могут возникнуть на любом этапе управляемого ФР деления), приводит к безудержному делению

трансформированных клеток, что вместе со способностью мигрировать по организму, со­ ставляет основу опухолевого процесса (опухолевая ::<летка — потомок нормальной клетки, которая

утратила присущий ей контроль за собственной пролиферацией).

Процесс превращения клетки в опухолевую называется опухолевой трансформацией*1 или инициацией. Стадия инициации включает быстрое, практически необратимое поврежде­ ние генетического материала клеток, предрасполагающее их к последующему неопластиче­ скому развитию. Поврежденные клетки называются "инициированными" и нуждаются в пе­ риоде репликации генетического материала, с тем, что бы зафиксировать вызванные измене­ ния (мутации). Мутации одного гена (протоонкоген2) обычно вызывает только частичную

1 опухолевая трансформация - это изменения структуры клеточной ДНК, известные как мутации. Мутации изменяют информацию, которую несут гены, вовлеченные в регулирование роста клетки, деления и дифферен­ цирования.

1протоонкогены - это нормальные клеточные гены, гиперэкспрессия или модификация функции которых дела­ ет их онкогенами. Биологическая роль многих протоонкогеноЕ - стимуляция клеточного цикла. Гиперакгивация некоторых из них способна ослаблять работу checkpoint, контролирующих возникшие повреждения ДНК. Дей-

12

трансформацию. Полная опухолевая трансформация требует сочетанных генных мутаций. Происходит рад мутаций, которые преобразуют протоонкогены в онкогены1. Продукты мно­ гих протоонкогенов участвуют в активации комплексов cyclin D+Cdk4(6) и cyclin E+Cdk2 в

ответ на действие ФР и/или адгезию клеток к бежам внеклеточного матрикса (реакции с мат­

риксом и подложкой не только приводят к построению тканей, но и участвуют в регуляции внутриклеточных процессов, и прежде всего размножения клеток*12). Большинство известных протоонкогенов и опухо­

левых супрессоров тем или иным образом регулируют активность циклинзависимых киназ, ответственных за вход в б'-фазу клеточного цикла (см. выше).

Трансформированные клетки характеризуются:

•нарушением дифференцировки

•отсутствием контактного торможения

•ослаблением адгезивных свойств (размножаются в полужидкой среде)

•способностью расти в суспензии (способны кимплантации)

•неопределенно долгим делением без признаков старения (иммортализацт)

•дефектами апоптоза.

Нарушения клеточной дифферениировки - характерная черта опухолевых клеток, широко используемая для диагностики новообразований. Клоны клеток как бы "замороже­ ны" на той или иной стадии созревания, они происходят из незрелых клеток, в которых бло­ кированы процессы дальнейшей дифференцировки. Однако блок дифференцировки - не обя­ зательное условие для опухолевого роста. Экспрессия белка стимулирует пролиферацию и подавляет апоптоз, что ведет к увеличению числа (иногда очень значшельному) вполне зрелых

клеток. Сохранение способности к дифференцировке наблюдается и во многих солидных опухолях, причем созревание клеток не препятствует приобретению злокачественного фено­ типа. Происхождение из незрелых клеток не противоречит представлению о том, что опухо­ левые клетки в ходе прогрессии могут претерпевать определенную дедифференцировку, утрачивая в первую очередь те дифференцировочные маркеры, отсутствие которых придает клеткам селективные преимущества (,например, рецепторы стероидных гормонов в раках молочной железы и др.). С другой стороны полной потери признаков тканевой принадлежности в опухо­

лях практически никогда не наблюдается, что может объясняться тканеспецифичным харак­ тером экспрессии некоторых из онкогенов или других генов, функционирование которых необходимо для поддержания неопластической трансформации.

При опухолевых трансформациях клеток нарушается контактная регуляция раз­ множения (например, клетки, взвешенные в вязкой среде, продолжают размножаться без прикрепления к подложке), все морфогенетические реакции на контакты с другими клетками и подложкой.

Трансформированные клетки делают меньше матрикса, хуже прикрепляются к матриксу, подложке и другим клеткам. Клетки размножаются и в густой культуре независимо от числа соседей. В результате тканевые системы эпителия и соединительной ткани в культуре и ор­ ганизме становятся хуже организованными, а в предельном случае такие системы вообще не образуются, а распадаются на отдельные клетки и группы клеток. В организме такие отде­ лившиеся от ткани клетки начинают двигаться на соседние территории и размножаться там

(например, трансформированные клетки эпителия, отделившись от пласта, начинают мигрировать через де­

ствие протоонкогенов направлено на регуляцию тех или иных комплексов cy>clin+Cdk. Их белковые продукты повышают активность циклинзависимых киназ, ответственных за начальные этапы пресинтетической фазы G2

(комплексы cyclin Dl-D +Cdk4 или CdJc6) и переход из Gj в фазу синтеза ДНК (cyclin E+Cdk2). Кроме того, некоторые протоонкогены регулируют активность комплексов cyclin A+Cdlc2 (для репликации ДНК) и cyclin B+Cckl (для перехода из G2 в митоз). Протоонкогены Ras и Мус являются компонентами сигнальных путей, передающих в ядро митогенные сигналы от различных ФР. Биологическая роль многих протоонкогенов - сти­ муляция клеточного цикла. Гиперактивация некоторых из них способна ослаблять работу checkpoint, контроли­ рующих повреждения ДНК.

1онкогены - это клеточные или вирусные гены, экспрессия которых может привести к развитию новообразова­ ния.

2нормальная клетка размножается только тогда, когда у нее есть свободная "площадь для жилья". Благодаря этому поддерживается и восстанавливается после повреждений нормальная тканевая структура.

13

фектную базальную мембрану в окружающую соединительн/ю ткань, а затем проникать в просвет сосудов, откуда они током лимфы или крови могут переноситься в другие органы). Такие крайние изменения спо­

собности к морфогенетическим реакциям и пост{юению тканей обусловливают наиболее опасные свойства опухолевых клеток - способность к врастанию в нормальные ткани (инва­ зия) и к образованию колоний в других органах (метастазирование). Анализ генома пока­ зал, что клетки злокачественных опухолей человека имеют целую серию мутаций разных онкогенов и антионкогенов, тогда как клетки доброкачественных опухолей обычно имеют меньшее число таких мутаций.

Таким образом, степень нарушения морфогенетических реакций и соответственно те­ чение опухоли определяется числом и степенью изменений генома опухолевых клеток, од­ ной мутации для развития опухоли обычно недостаточно (см. выше).

Молекулы адгезии включены в процесс морфогенеза, нормального клеточного роста, развития и передачи сигналов. Взаимодействие и кооперация отдельно организованных групп клеток происходит через межклеточные и клетка-матрикс взаимодействие. Нарушение клеточной адгезии и подвижности играет фундаментальную роль в инициации канцерогене­ за. Нарушения адгезионных сил возникает между клетками, клеткой и компонентами внекле­ точного матрикса. Эти нарушения играют важную роль, когда от опухоли отделяются клетки и начинается процесс метастазирования.

Адгезионные молекулы могут быть включены в регуляцию опухолевого роста. Они регулируют баланс между клеточным ростом и смертью или контролируют ангиогенез, ко­ торый обеспечивает опухолевый рост.

Адгезионные молекулы включают несколько семейств:

интегрины1 играют важную роль в метастазировании опухолевых клеток; кадгеринъГ - супрессоры инвазивной способности клеток. С опухолевыми генами-

супрессорами, которые участвуют в регуляции клеточной пролиферации, комбинируются цитоплазматические протеины- катенины. Потеря Ji-кадгериыа ведет к диссоциации клеток, прелюдия к инвазивному росту, и ассоциируется с опухолевой прогрессией. Нарушение экс­ прессии Е-кадгерин/катенин комплекса ведет фенотипически к более агрессивным типам рака. Низкая экспрессия ассоциируется с низкой степенью дифференцировки клеток.

селектины1 опосредуют взаимодействие между клетками крови и эндотелиоцитами (например, при адгезии лейкоцитов). Удаление £-селектина уничтожает клеточную адгезию.

CD4412 - рецепторы мембран опухолевых клеток. Они регулируют межклеточное вза­ имодействие и клеток с компонентами внеклеточного матрикса. Инвазивная и метастатиче­ ская способность неопластических клеток зависит не только от свойств мембраны и деграда­ ции внеклеточного матрикса, но и диерегуляции молекул адгезии. Повреждение адгезивно­ сти через диерегуляцию различных молекул адгезии, вносит вклад в экстравазацию раковых клеток из места их первичной локализации. Гиперэкспрессия CD44 ассоциируется с плохим прогнозом, малой степенью клеточной дифференцировки и высокой метастатической спо­ собностью.

Отсутствие в опухолевых клетках человека репликативного старения (штортализация) связано с включением специального механизма. В его основе лежит способность специ-

1семейство гетеродимерных трансмембранных гликопротеинов, экспрессируемых разными клетками, главным образом эпителиальными. Они функционируют как главные рецепторы для компонентов внеклеточного мат­ рикса, опосредуя взаимодействие между клетками и субстратом или как межклеточные адгезионные молекулы. 2семейство Ся-зависимых молекул адгезии, которые опосредуют гоматипические межклеточные взаимодей­ ствия всегда в присутствии ионов Сс?+. Они ответственны за селективную межклеточную адгезию или сорти­ ровку клеток. Кадгерины также играют важную роль в поддержании целостности мультаклеточных структур. Кадгериновая адгезивность модулируется цитоплазматическим протеином- катетшом.

1трансмембранные гликопротеины, регулирующие миграцию лейкоцитов в ткани, опосредуя вращение лейко­ цитов вдоль активированного эндотелия в очаге воспаления.

ггшкопротеин клеточной поверхности, включенный в межклеточное и клеточно-субстратное взаимодействие. Эти молекулы участвуют в эмбриогенезе, активации Т- лимфоцитов, иммиграции, ангиогенезе и презентации химических агентов и гормонов.

14

фического фермента теламеразы1 достраивать недореплицированные тепломерные повторы и поддерживать, таким образом, их постоянную длину. Включение экспрессии каталитиче­ ской субъединицы теломеразы, индуцируется изменением экспрессии определенных онкоге­ нов или опухолевых генов-супрессоров. Оно может быть вызвано активацией онкогена М ус и инактивацией опухолевого супрессора р53. Кроме этого, существенный вклад в иммортализацию неопластических клеток вносят нарушениями работы охранных механизмов, осу­ ществляющих остановку клеточного цикла при нарушения структуры ДН К (в частности при

исчезновении теломерных повторов).

Для опухолевых клеток характерны генетические изменения, ведущие к ослаблению обоих путей индукции апоптоза*2. В них закономерно обнаруживаются:

• потеря экспрессии на поверхности клетки рецептора смерти Fas

•нарушения проведения апотпогенного сигнала к митохондриям (например, при инактивации опухолевого супрессора р53)

•ингибирование проницаемости митохондриальной мембраны для цитохрома С;

• б л о к и р о ван и е ак ти вац и и эффекторных каспаз (например, при потере экспрессии белка

APAF-1 в результате метилирования его гена)

•резкое уменьшению времени жизни каспаз ввиду их связывания с бежами IAP (inhibitors o f Apoptosis), экспрессия которых повышается вследствие активации протоонкогенов Ras или инактивации опухолевых супрессоров.

Атипизм3 опухолевых клеток - признаки, отличающие опухолевые клетки от нор­ мальных, обусловленные переходом на более древние, более простые пути метаболизма.

Морфологический атипизм. Изменение клеточной мембраны. У опухолевых клеток уменьшается площадь поверхности соприкосновения, уменьшается количество нексусов, ме­ няется состав мембранных гликопротеидов (укорачиваются углеводные цепи). В клетке начинают

синтезироваться, несвойственные зрелым клеткам эмбриональные белки, повышается коли­ чество фосфотирозинов.

Биохимический атипизм. В опухолевых клетках преобладает гликолиз, наблюдается отрицательный эффект Пастера (интенсивньш анаэробный гликолиз при смене анаэробных условий на

аэробные не снижается, а сохраняется). Усиление гликолиза в опухолевых клетках обуславливает

их высокую выживаемость в условиях гипоксии. Опухоль активно поглощает питательные вещества. Наблюдается феномен субстратных ловушек, который заключается в повышении сродства фермента к субстрату (глюкозе), в опухолевых клетках в 1000 раз повышается актив­

ность гексокиназ. Преобладание гликолиза приводит к повышению концентрации молочной кислоты в клетках опухоли, характерен ацидоз, приводящий к нарушению жизнедеятельно­ сти самой клетки (зона некроза расположена обычно в центре опухоли).

Иммунологический атипизм - появление в опухолях белков, имеющих антигенное значение для организма - хозяина.

Атипизм регуляции роста и дифферениировки опухолевых клеток. Процессы роста,

хтеломераза состоит из нескольких субъединиц, включая РЖ'-матрицу и TERT (7elomerase Reverse Transcriptase), представляющую собой обратную транскриптазу, синтезирующую ДНК повторов гексануклео­ тида с Р#А>матрицы. В основе счетно-ограничительного механизма, детерминирующего репликативное старе­ ние клеток, лежит прогрессивное укорочение теломер (концевых участков хромосом) по мере деления клеток. Прогрессивное укорочение теломер приводит к тому, что они достигают какой-то критической минимальной длины, когда сенсорные системы начинают распознавать их как аномальные структуры ДНК и индуцировать остановку клеточного цикла. Первая остановка клеточного цикла получила название "ранний кризис”, или ста­ дия M l, а вторая остановка и гибель клеток стали определяться термином "кризис", или стадия М2 репликатив­ ного старения.

2 апоптоз вызывается различными сигналами, как физиологическими - экспрессией специальных киллерных цитокинов, изменениями гормонального статуса (цикличное ремоделирование эндометрия матки, возрастная инволюция тимуса и др.), так и нефизиологическими - различными внутриклеточными повреждениями или неблагоприятными условиями - нехваткой ФР, повреждениями ДНК, гипоксией и т.д.

3атипизм - это совокупность биологических свойств, отличающих новообразованную ткань от исходной ткани. Приобретение опухолевой клеткой новых, не присущих нормальной клетке свойств, получило название анаплати. Термин катаплазия наиболее принят в современной литературе.

15

дифференцировки и деления в опухолевой клетке нарушены. Индукция роста и дифференцировки начинается с взаимодействия ФР с его рецептором на клеточной мембране. На сле­ дующем этапе образуются вторичные посредники - цАМФ и цГМФ. Образование цГМФ со­ четается с усилением пролиферации. В опухолевых клетках это типичный признак. Далее происходит активация протеинкиназ, функция кото рых - фосфорилирование клеточных бел­ ков. В опухолевой ткани протеинкиназы тирозинзависимые (фосфорилирование белков вдет по тирозину, а стимуляция пролиферации связана с образованиев1 белков, фосфорилированных по тирозину). Ре­ гуляция роста и дифференцировки опухолевой клетки связана также с Са-зависимой протеинкиназой. Для нее всегда характерна гиперреактивность Сд-зависимой протеинкиназы, ко­ торая выполняет роль индуктора пролиферации - стимулирует образование фосфотирозина и усиливает бесконтрольное размножение клеток.

Инициированная клетка может длительное время оставаться в состоянии покоя, не проявляя агрессии, до тех пор, пока не подействует другой (другие) фактор, побуждающий клетку к делению, клонообразованию и, тем самым, формированию опухоли (промотор1). Процесс, в ходе которого инициированная клетка завершает неопластическую трансформа­ цию называется промоцией.

Промоция. Мутации, вызываемые опухолевым инициатором, необратимы и могут проявляться при воздействии опухолевого промотора даже спустя большой промежуток времени. Эффект промотора, по-видимому, заключается в том, что он стимулирует деление клеток, индуцируя экспрессию онкогенов, которые до воздействия промоторов могут “мол­ чать”.

В качестве промоторов могут выступать гормоны, лекарственные препараты, продук­ ты жизнедеятельности растений, которые вступают во взаимодействие с клеточной мембра­ ной, рецепторными структурами ядра или цитоплазмы инициированной клетки и побуждают её к делению.

Многие промоторы являются органо-специфичными (например, сахарин - промотор экспе­ риментальных опухолей мочевого пузыря крыс, инициируемых металнитрозомочевиной; фенобарбитал, ТХДЦ - промоторы опухолей печени; эфиры форбола промотируют опухоли кожи; желчные кислоты промоторы опу­ холей толстой кишки).

Большинство канцерогенов способны вызывать и трансформацию, и активацию (пол­ ные канцерогены) опухолевых клеток. У человека развитие неоплазмы может быть следствием действия средовой промоции.

Необходимо отметить, что опухолевыми пре моторами могут быть не только экзоген­ ные вещества, но и эндогенные факторы (например, ИП,, гормоны, ФР и др.).

Таким образом, для возникновения опухолл необходимо воздействие: инициатора

(приводит к возникновению генетического дефекта в генах-регуляторах деления клетки) и промотора (спо­

собствует экспрессии дефектных генов, увеличивая скорость деления клеток).

Опухолевая прогрессия. Этим термином обозначают процесс малигнизации опу­ холи,' в основе которого лежит дальнейшая трансформация генетического материала клеток. Это происходит не сразу, а поэтапно и представляет собой накопление генетических повре­ ждений. Изначально опухоль представляет собой клон клеток, потомков одной мутантной клетки. Появление новых субклонов является признаком опухолевой прогрессии и обуслов­ лено увеличением генетической нестабильности хромосомного аппарата клетки.

Генетическая нестабильность - это увеличение вероятности возникновения и за­ крепления в ряду клеточных поколений разнообразных изменений генома. Генетическая не­ стабильность, вместе с постоянно идущим отбором, обеспечивают накопление в одной клет­ ке сразу нескольких мутаций в онкогенах, опухолеЕ.ых супрессорах и других генах, придаю­ щих клетке совокупность необходимых для образования опухоли свойств. Генетическая не-

1промоторы, это вещества, в строгом смысле слова, не явл:[ющиеся канцерогенами, однако их воздействие необходимо для развития опухоли. Полагают, что промоторы осуществляют экспрессию трансформировавших­ ся генов, т о и приводит в последующем к манифестации неопластического превращения инициированной клетки.

16

стабильность популяций опухолевых клеток складывается из основных типов нарушений: а) уменьшения точности репликации ДН К и сегрегации хромосом во время митоза;

Понижение точности репликации ДНК в неопластических клетках связано с повышением синтеза и активности в них так называемых низкоточных полимераз (в частности /Д?/^-полимеразы-Ь, которая в норме используется лишь для быстрой репарации массивных повреждений ДНК), основ­ ную роль в воспроизводстве ДНК играет высокоточная ДЖ -полимераза-d

Нарушения правильной сегрегации хромосом во время митоза могут происходить вследствие изменения числа и структуры центросом или центров организации микротрубочек (в опухолевых клетках нередко обнаруживается больше двух центросом), что ведет к многополярным митозам и возникновению анеуплоидных вариантов с неправильным числом хромосом. К увеличению числа центросом в клетке приводит активация онкогена RAS и инактивация опухолевых супрессоров р53, :\РС илиBRCA1.

б) нарушений в системах репарации повреждений ДНК или ошибок, возникших при ее репликации;

в) ослабления функции checkpoint в результате чего клетка, несмотря на разрывы ДН К или изменения числа хромосом, продолжает делиться и умножать число аномальных потом­ ков;

д) ослабления индукции апоптоза, вследствие чего делящиеся клетки с генетически­ ми нарушениями не погибают, а выживают.

Повышенная изменчивость популяций опухолевых клеток связана не только с резким учащением появления истинных генетических изменений (генных мутаций, рекомбинаций, анеуплоидии и др.), но и со значительным увеличением вероятности возникновения в неопласти­ ческих клетках так называемых эпигенетических изменений. В их основе лежит ремоделиро­ вание структуры хроматина, обусловленное изменениями метилирования цитозинов ДНК и/или ацетилирования гистонов. В результате происходит подавление экспрессии одних ге­ мов и/или повышение экспрессии других генов, причем из-за характерных для опухолевых клеток нарушений процессов метилирования ДН К одновременно может изменяться тран­ скрипция нескольких сотен генов.

Совокупность перечисленных нарушений обеспечивает повышенную частоту возник­ новения различных генетических изменений и их закрепление в ряду клеточных поколений.

Таким образом, опухолевая прогрессия приводит к увеличению массы опухоли и при­ обретению все большей автономности от организма; деструктивности роста; инвазивности\ способности к метастазированию.

Опухоль как микроэволюционный процесс

Большинство опухолей является кариотипически гетерогенными популяциями, проявляющи­ ми клональный характер роста (злокачественная опухоль своеобразная «мозаика», состоящая из раз­ личных клеточных клонов, отличающихся как по хромосомному набору, так и по генетическому по­ тенциалу). Первичные генетические изменения в трансформированной клетке сопровождаются даль­ нейшими мутациями, повышающими возможность хромосомных перестроек, а те, в свою очередь, увеличивают частоту генетических мутаций (см. генетическая нестабильность). Все эти изменения затрагивают геном клетки, повышая гетерогенность популяции. Появляются новые клоны трансфор­ мированных клеток с повышенной склонностью к автономному росту и более выраженными призна­ ками злокачественности.

Таким образом, качественные изменения в ходе опухолевого роста представляют микроэволюционный процесс, в котором генетическая нестабильность клетки обусловливает гено- и феноти­ пическую гетерогенность клеточных популяций и создает основу для отбора по признаку набольшей злокачественности.

17

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ И ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОПУХОЛИ.

Предрак - патологическое состояние, характеризую щ ееся длительны м сущ ествовани­ ем атрофических, дистрофических и пролиферативны х процессов, которое предш ествует злокачественной опухоли и в больш ом числе случаев в нее переходит.

Вы деляю т облигатные формы перехода в злокачественны е опухоли (пигментная ксеродерма и дерматоз Боуэна) и факультативные формы - необязательный переход.

Часто предраки сочетаю тся с длительно тек)щ ей воспалительной пролиферацией (со­ провождающейся атрофией и дистрофией). В части случаев предрак связан с длительны м сущ е­ ствованием в организме очагов разрастания клеток, явлений клеточного и тканевого атипизма.

Основны е отличия доброкачественны х и злокачественны х опухолей:

1)для злокачественны х опухолей характерен клеточный и тканевой атипизм, для доброкачественны х только тканевой

2)у злокачественны х опухолей имеется извращение обмена вещ еств

3) доброкачественны е опухоли, как правило, им ею т капсулы, злокачественны е - их не ее имею т

4) у доброкачественны х - рост оттесняю щ ий, раздвигающий. Злокачественны е опу­ холи обладаю т инфильтрирую щ им (инвазивным) ростом (прорастание в окружающие ткани)

5) злокачественны м опухолям свойственно метастазирование

Метастазирование - отрыв от опухолевой ткани отдельных клеток и перенос их в другие органы, с последующим развитием на новом месте новообразования. Существуют следующие пути метастазирования:

•гематогенный

•лимфогенный

•тканевой (по межтканевым пространствам или от одной из соприкасающихся тканей к дру­ гой).

Источником метастаза может стать небольшое число опухолевых клеток, способных избежать

иммунного контроля. Это, по-видимому, связано с близкими антигенными характеристиками анти­ генов опухоли и нормальных клеток в органах, где развиваются метастазы.

6) при злокачественны х опухолях развивается раковая кахексия1.

Раковая кахексия, - частая причина смерти онкологических больных. Причины включают от­ сутствие аппетита, хроническую тошноту, нарушение восприятия вкуса или запаха, боль, дисфагию и депрессию (обусловлены накоплением ФНО-а при широкой диссеминации опухоли, накопление ФНО-р может вызывать токсические эффекты). Основные провоспалительные ИЛ {ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ- 8) включаются в патогенез анорексии, кахексии. В патогенезе кахексии имеют значение нарушения деятельности пищеварительных желез, процессов всасывания, наличие интенсивных болей, сопро­ вождающихся снижением аппетита, отвращением к ряду пищевых продуктов (например, мясным). Недоедание приводит к недостатку получаемых калорий при повышении метаболических потребно­ стей, вызванном опухолью.

Развитию кахексии способствует также то, что быстрорастущая опухоль "перехватывает" у тканей предшественники пиримидиновых нуклеотидов, используя их для образования собственных нуклеиновых кислот; опухоли, также, можно назвать "ловушками" аминокислот, в том числе, неза­ менимых, что ведет к снижению белкового синтеза в др>тих тканях. Опухоли конкурируют с неизме­ ненными тканями за ряд витаминов, глюкозу и другие субстраты, поглощая их намного интенсивнее.

1кахексия - крайняя степень истощения организма, характеризующаяся резким исхуданием, физической слабо­ стью, снижением физиологических функций, астеническим, позже апатическим синдромом. Наиболее часто встречается в конечных стадиях злокачественных опухолей.

18

Противоопухолевый иммунитет

Вфизиологических условиях лимфоциты и макрофаги (.МФ) способны идентифици­ ровать и уничтожать трансформированные клетки с помощью клеточных и иммунных реак­ ций. Это называется иммунным надзором за клетками в организме.

Поскольку неопластическая трансформация является результатом генетических нарушений, закономерной представляется экспрессия опухолевыми клетками поверхностных ЛГ. которые распознаются иммунной системой как “чужие” . На специфические для опухоли АГ, в иммунном ответе важную роль играют специфические для данных А Г АТ, мононуклеарные фагоциты, натуральные киллеры (НК) и цитотоксические Г-лимфоциты. Основные классы противоопухолевых Л Г представлены Ig M и lg G. Фиксация А Т на опухолевых клет­ ках сама по себе не приводит к заметному угнетению их функции или разрушению. Она предназначена лишь как сигнал для эффекторов, вызывающих цитолиз. Опухолевые клетки с выраженными антигенными свойствами могут быть распознаны иммунной системой и эли­ минированы, с недостаточно выраженными — уклоняться от иммунного надзора (например,

при выраженной аншгенносш рака лепсого антигенность клеток в метастазах этого рака может быть понижен­

ной, из-за чего метастазы оказываются резистентными к проводимой противоопухолевой терапии).

На фоне опухолевого процесса формируется цитотновая дисрегуляция в виде изме­ нения синтеза и секреции И Л традиционными клетками-продуцентами (при онкологических заболеваниях рост опухолей сопровождается повышением уровней ИЛ-1ft и ИЛ-6, что нередко сочетается с неблагоприятным прогнозом течения заболевания). Появляются ингибиторы синтеза цитокинов; структурные изменения клеточных мембран И КК с нарушением экспрессии рецепторов к И Л и появлением дефектных генов; образуются растворимые формы рецепторов И Л , которые могут являться активными ингибиторами функциональной активности И К К (ИЛ-10 - медиатор с выраженным иммуносупрессорным действием. В сыворотке крови онкологических больных отмечается повы­ шение уровня ИЛ-10, что сочетается со снижением активности цитотоксических Г-лимфоцигов, экспрессии антигенов МНС, снижением продукции цитокинов ИЛ-12, ИФ. В то же время прошвоопухолевое действие этого цитокина может реализоваться через НК).

Кроме того, опухолевые клетки сами могут секретировать некоторые цитокины

(например, ИЛ-1,2, 6, 10,13,15, ФНО\\щ>.).

Опухолевые антигены

Хотя опухоли возникают из нормальных клеток ткани, опухолевые клетки экспресси­ руют молекулы, которые иммунная система узнает как чужие. Неправильно синтезирован­ ные гликопротеины и липиды узнаются 5-клетками как опухолевые АГ.

Опухолевые А Г классифицированы на основании их экспрессии:

а) опухоль-специфичные антигены (TSAs) - являются АГ, экспрессируемыми на опу­ холевых клетках. Уникальные опухолевые Л Г - TSAs, которые экспрессированы только у од­ ного или нескольких опухолевых клонов.

б) опухолъ-ассоциированные А Г (TAAs) - являются опухолевыми АГ, которые одно­ временно экспрессированы на нормальных клетках. Эти А Г не всегда вызывают иммунный ответ в организме из-за иммунологической толерантности.

Опухолевые антигены , узнаваем ы е Т -лимфоцитами (а) являются продуктами ге­ нов, подвергшихся мутациям в процессе превращения нормальной клетки в опухолевую, а также прогрессии клона трансформированных клеток. Именно эти А Г (пептццы го цитозольных бежов всех ядерных клеток, включая клетки опухоли), прикрепленные к антигенсвязывающему участку молекул класса 1 МНС распознают антиген-специфические рецепторы Г- лимфоцитов. Класс //М77С-ассоциированные пептиды, полученные из этих опухолей, могут быть использованы для узнавания CD4+ Г-хелперными клетками - впоследствии запускаю­ щими синтез ИГ.

Опухолевые антигены , узнаваемы е антителам и - они - все опухолъ-ассоциирован- пыеАГ. Большинство изученных И Г опухолей человека не являются специфическими, очень часто они имеют общую структуру с И Г некоторых нормальных клеток. Опухольассоциированные А Г имеют значение для диагностики, терапии опухолей.

19

Эффекторные механизмы противоопухолевого иммунитета

Неспецифические.

НК-клетки. НК являются крупными лимфоцитами, способными уничтожать опреде­ ленные опухолевые клетки без привлечения к этому иммунологической памяти. После акти­ вации ИЛ-21 и интерфероном (ИФ)2 if-клетки могут лизировать многие опухоли человека, включая опухоли, неиммуногенные для Г-киллеров. Механизм лизиса, вызываемого НК, до конца не ясен, но известно, что для его реализации необходим контакт между клетками и участие цитотоксинов. НК, вероятно, важны в осуществлении иммунного надзора и уничто­ жении небольшого числа опухолевых клеток. Помимо прямого действия, ГЖ-клетки могут реализовывать антителозависимую клеточную цитотоксичность (АЗКЦ).

МФ участвуют в запуске иммунного ответа в качестве АПК Они обладают широким спектром регуляторных, тумороцидных и бактерицидных свойств. Выработка цитокинов, таких как ИЛ-1*1, важна для активации лимфоцитов. МФ также продуцируют ФНО-a2, кото­ рый обладает целым рядом цитоцидных и регуляторных свойств. Активация самих МФ про­ исходит ИФ-у (выделяется Г-хелперами) и вторично в ответ на фагоцитоз ими бактериальных

продуктов, таких как эндотоксины и опсоинфицированные иммуноглобулинами объектымишени. МФ уничтожают опухолевые клетки, используя механизмы подобные тем, которые используются при уничтожении микробов.

Специфические.

Цитотоксические Т-лимфоциты являются единственными эффекторами с присущей им иммунологической специфичностью за счет наличия у них антиген-специфических ре­ цепторов. Эти цитотоксичные клетки вызывают уль граструктурные повреждения цитолеммы клеток-мишеней. Их клон может увеличиваться в присутствии ИЛ-2. Г-лимфоциты контро­ лируют выраженность иммунных реакций.

Гуморальные —антителозависимые - механизмы могут также играть роль в противо­ опухолевой активности: путем активации комплемзнт-опосредованного лизиса и индукции АЗКЦ /Ж-клеток.

ВЛИЯНИЕ ОПУХОЛИ НА ОРГАНИЗМ

Влияние опухоли на организм может быть местным или системным. Доброкачественные опухоли могут оказывать лишь местные влияния, а системные

только за счет продукции гормонов (в том случае, если опухоль образовалась из клеток эндокринных

желез).

1ИЛ-2 — гликопротеин, синтезируемый Г-хелперами. Он поддерживает пролиферацию Г-лимфоцитов, усили­ вает дифференвдровку НК и Г-киллеров, активируемых лимфокинами. Противоопухолевый эффект ИЛ-2 реа­ лизуется путём повышения щгготоксичносш Г-лимфоцитов, лимфокин-акшвированных киллеров и НК. ИЛ-12 - синергист ИЛ-2 в индукции цитотоксических клеток с противоопухолевой и антиметастатической активно­ стью. Этот медиатор индуцирует специфические Г-киллеры, усиливает активность НК, а также цитотоксич­ ность МФ. ИЛ-12 ингибирует ангиогенез.

2ИФ были открыты как антивирусные вещества. ИФ-а продуцируется моноцитами. ИФН-р - фибробластический ИФ. ИФ-у синтезируется Г-лимфоцитами. Противоопухолевый эффект ИФ связан с экспрессией рецепто­ ров к ИФ опухолевыми клетками. ИФ-а повышает цитотоксичность фагоцитирующих клеток (применяется при лечении лейкозов, саркомы Калоши, лимфом и злокачественных меланом). ИФН-Р обнаруживает некоторую активность против клеток множественной миеломы и лимфом. ИФН-у активно стимулирует фагоцитарное зве­ но. ИФ вызывают экспрессию на мембранах молекул HLAI класса, тем самым, усиливая распознавание клетокмишеней (опухолевые, вирус-инфицированные клетки).

1ИЛ-1 является цитокином, выделяемым активированными МФ. В Г-лимфоцигах ИЛ-1 вызывает продукцию ИЛ-2, а в других клетках — экспрессию рецепторов к ИЛ-2. Перечисленные механизмы важны для увеличения клонов опухолевых клеток. ИЛ-1 может также стимулирован» созревание Я-лимфоцшов и участвовать в про­ лиферации этих лимфоцитов путем продукции ИФ-р.

гФНО -полипептид, способный вызывать геморрагический некроз некоторых экспериментальных опухолей Его биологические свойства—цитотоксичность по отношению к определенным клеткам, активация адгезии нейтрофилов и фагоцитоза. ФНО является одной из главных люлекул-цитотоксичноста МФ. Он может рассмат­ риваться как фактор, обусловливающий истощение и активацию катаболизма при злокачественных опухолях.

20