Стадії канцерогенезу. Загальні етапи канцерогенезу. Лекція з патологічної фізіології

Канцерогенез – тривалий процес накопичення генетичних ушкоджень. Латентний період (час від початкових змін у клітині до перших клінічних проявів) може тривати до 10-20 років. Виникнення пухлини - це багатостадійний процес, що включає 3 етапи (стадії):

І етап - ініціація (Трансформація) - придбання вихідної нормальної клітини здатності безмежно розмножуватися. Всі теорії, що історично підготували базу для відкриття молекулярних механізмів канцерогенезу, виходили із загальної посилки, що перетворення нормальної клітини на пухлинну (трансформація, або ініціація) є результатом стійких змін у геномі клітини - мутації одного з генів, що регулюють клітинне розмноження. Внаслідок цього клітина стає ініційованою (потенційно здатною до необмеженого розмноження), але вимагає прояви цієї здатності низки додаткових умов. Ініціюючими факторами є різні канцерогени, що викликають пошкодження ДНК.

Які ж сучасні уявлення про молекулярні механізми канцерогенезу? На сьогодні встановлено, що в нормальних клітинах ДНК є ділянка гомологічна за іуклеотидним складом онкогену вірусів, а точніше - для кожного з 20 відомих ретровірусних онкогенів у геномі нормальних і пухлинних клітин різних видів тварин є свій клітинний аналог.У нормальних клітинах клітинний аналог вірусного онкогену неактивний та названий протоонкогеном.У пухлинних клітинах він активний і називається клітинним онкогеном.

Перехід неактивного клітинного онкогену (протоонкогену) в активний онкоген клітинний відбувається під впливом хімічних, фізичних і біологічних канцерогенів. Виділяють 4 основні механізми активації протоонкогенів:

1. Увімкнення (вставка) промотора. Промотор – це ділянка ДНК, з якою зв'язується РНК-полімераза, ініціюючи транскрипцію онкогену. Прояву активуючої дії промотора сприяє його розташування поруч із протоонкогеном («в безпосередній близькості»). У ролі промоторів для протоонкогенів можуть виступати ДНК-копії певних ділянок онкорнавірусів, а також «стрибають гени», які є мобільними сегментами ДНК, здатні переміщатися і вбудовуватися в різні ділянки геному клітин.

2. Ампліфікація, тобто. збільшення числа (копій) протоонкогенів, які в нормі мають невелику активність. У результаті загальна активність протоонкогенів значно зростає, що зрештою може призвести до пухлинної трансформації клітини.

3. Транслокація протоонкогенів. Встановлено, що переміщення протоонкогену в локус з промотором, що функціонує, перетворює його в клітинний онкоген.

4. Мутації протоонкогенів. Введення в геном клітини хоча б однієї копії клітинного онкогену (мутація) супроводжується активацією протоонкогенів.

Слідом за перетворенням протоонкогенів на активні клітинні онкогени починається експресія активних клітинних онкогенів. Вона проявляється у збільшенні синтезу онкобілків або у синтезі структурно змінених онкобілків. Потім починається перетворення (трансформація) нормальної клітини на пухлинну завдяки наступним механізмам:

а) онкобілки з'єднуються з рецепторами для факторів росту та утворюють комплекси, що постійно генерують сигнали до поділу клітин;

б) онкобілки підвищують чутливість рецепторів до факторів росту або знижують чутливість до інгібіторів росту;

в) онкобілки самі можуть діяти як фактори зростання.

Говорячи про трансформацію непухлинних клітин на пухлинні, слід зупинитися на гіпотезі Х'югса, яка певною мірою відповідає питанням, яким чином пухлинна клітина стає «безсмертною», тобто. втрачає ліміт Хейфліка і набуває здатності до постійного поділу. Згідно з цією гіпотезою, регуляція поділу в кожній клітині здійснюється системою, що складається з трьох регуляторних генів:

1. Ген-ініціатор клітинного поділу, що кодує синтез білка – ініціатора клітинного поділу.

2. Ген-репресор I, який кодує синтез білка – репресора I. Репресор I вимикає функціонування гена-ініціатора клітинного поділу.

3. Ген-репресор II, що кодує синтез білка – репресора II. Репресор II вимикає функціонування гена-репресора I.

При активації гена-репресора I синтезується репресор I, який вимикає ген-ініціатор клітинного поділу, в результаті припиняється синтез білка-ініціатора клітинного поділу, і поділ клітин припиняється. У свою чергу ген-репресор I знаходиться під контролем гена-репресора II, який кодує синтез репресора II, а він інгібує ген-репресор I. І далі, компоненти білка ініціатора клітинного поділу здатні вимикати (репресувати) ген-репресор II.

Таким чином, система регуляції клітинного поділу працює за принципом зворотного зв'язку, що забезпечує їй автономність та певну інтенсивність клітинного поділу. «Зворотний зв'язок» у роботі системи генів, що регулюють клітинний поділ, полягає в репресії гена-репресора II компонентами ініціатора клітинного поділу.

При пошкодженні гена-репресора I (вплив радіації чи хімічних канцерогенів) білок репресор I не синтезується, отже ген-ініціатор клітинного поділу постійно продукує ініціатор клітинного поділу - у результаті відзначається постійне нескінченне поділ пухлинних клітин. Це так званий мутаційний канцерогенез .

Деякі канцерогенні фактори, наприклад, віруси можуть створювати стійке порушення нормальної регуляції геному соматичної клітини господаря шляхом інтеграції з геном-репресором II цієї клітини. В результаті цього ініціатор клітинного поділу може вимкнути тільки ген-репресор II господаря, а на вірусному гені, інтегрованому поряд з геном-репресором II в клітину господаря, продовжуватиметься синтез репресора II - у результаті відбуватиметься нестримне розподіл клітин (пухлинних). Такий канцерогенез називається епігеномним (Геном клітини господаря не піддається мутації!).

ІІ етап - промоція, або активізація пухлинних клітин. Трансформовані клітини тривалий час можуть залишатися в тканині в неактивній формі, а додатковий вплив до канцерогенних факторів запускає ампліфікацію онкогенів, активує нові протоонкогени, викликає додаткові генні та хромосомні аберації, зумовлює включення промотора. Промотори -безліч хімічних речовин, які самі не викликають пошкодження ДНК і не є канцерогенами, але їх постійний вплив на ініційовані клітини призводить до пухлини. Внаслідок цього пухлинні клітини, які до цього перебували в латентному стані, починають інтенсивно розмножуватися, утворюючи первинний пухлинний вузол. Головне в промоції - стимуляція клітинного поділу, внаслідок чого створюється критична маса ініційованих клітин, що зумовлює вивільнення ініційованих клітин з-під тканинного контролю та сприяє мутаційному процесу.

ІІІ етап - пухлинна прогресія, або стійкі якісні зміни властивостей пухлини у бік малігнізації, що виникають у міру її зростання. Пухлинна прогресія - це не просто збільшення пухлини в розмірах, це якісна зміна її частини з появою по суті нової пухлини, що володіє властивостями, що раніше відсутні, що може бути пов'язане з відбором клітинних клонів, а також з мутацією пухлинних клітин. Прогресія пухлини здійснюється у вигляді відбору клітинних популяцій зі своїми безперервним розвитком у бік дедалі більшої автономії, деструктивного зростання, інвазивності, здатність до утворення метастазів і разючу пристосовність до мінливих умов існування.

Пухлинна прогресія на відміну диференціювання нормальних тканин відбувається незалежно і несопряженно (В.С. Шабад, 1980), тому розвиток пухлини ніколи не можна вважати завершеним. Прогресія стосується і первинних, і вторинних ознак. Первинною чи «невід'ємною» ознакою пухлини є нерегульоване зростання, а інші властивості: швидкість росту, інвазивність пухлини, метастазування тощо, це «вторинні» властивості або ознаки, які якраз і змінюються в ході прогресії.

Трансформації нормальних клітин у пухлинні, промоції та пухлинної прогресії сприяють ряд факторів: зниження антибластомної резистентності та протипухлинного імунітету (імунодепресія, імунодефіцит), ослаблення «кейлонного нагляду» за пухлиною, ендокринний дисбаланс, гормонально-метабол.

Пухлинний атипізм

Для пухлин характерний атипізм - Відмінності пухлинних клітин від нормальних. Він проявляється у відносній автономності росту, особливостях розмноження, диференціювання, метаболізму, структури, функції та антигенного набору пухлинних клітин.

1. Однією з причин відносною автономності зростання пухлини, збільшення її маси є посилена експресія канцерогенами ряду протоонкогенів(гомологів онкогенів ретровірусів), що кодують синтез пухлинної клітиною онкопродуктів, які нерідко гомологічні факторам росту, їх рецепторам та білкам, що беруть участь у пострецепторній передачі мітогенного сигналу. Пухлинні клітини мають здатність продукувати власні фактори росту шляхом так званої аутокринної секреції. Це α- та β-трансформуючі фактори, епідермальний фактор росту, інсуліноподібні фактори росту І та ІІ.

Ці фактори або регуляторні пептиди, що продукуються найпухлиннішою клітиною, забезпечують утилізацію енергетичних і пластичних субстратів з навколишнього середовища і включають механізми поділу пухлинної клітини. Ростові фактори, що продукуються пухлиною, стимулюють подальше зростання маси пухлини і знижують потребу новоутворення в екзогенних факторах росту. Вважають, що саме аутокріїна секреція факторів зростання лежить в основі відносної автономності пухлини, її незалежності від регуляторних зовнішніх факторів.

2. Метаболічний та енергетичний атипізм. До цього часу не вдалося виявити якісних змін метаболізму пухлинних клітин, які б відрізняли їх від нормальних. Усі виявлені зміни у пухлинних клітинах носять кількісний характерта стосуються змін концентрації сполук, активності ферментів, розміру транспорту метаболітів та інших величин. Ці зміни метаболізму пухлинних клітин є наслідком порушення регуляторних процесів у них, причому величина змін метаболізму безпосередньо пов'язана зі швидкістю росту пухлини.

Особливості метаболізму вуглеводів.Типовим для пухлинних клітин є анаеробний гліколіз – розщеплення глюкози до лактату у присутності кисню. Причиною активації анаеробного гліколізу вважається нестача коферментів, особливо НАД, КоА-SН та тіамінпірофосфату, що перешкоджає аеробному розпаду глюкози в пухлинній клітині. Дуже характерно, що розпад вуглеводів до пірувату та його перетворення на лактат відбувається у присутності кисню (цей феномен отримав назву негативного ефекту Пастера). Якщо є нестача глюкози (головного енергетичного субстрату пухлинних клітин), про що свідчить гіпоглікемія,зустрічається при різноманітних пухлинах, вони здатні окислювати й інші субстрати.

Найчастіше гіпоглікемія є наслідком продукції інсуліноподібних факторів зростання (ІФР-1 та ІФР-II) самою пухлиною. Гени інсуліну кодують утворення проінсуліну (неактивний попередник інсуліну), структура якого подібна до двох інсуліноподібних факторів росту, які утворюються в печінці. Найбільша концентрація ІФР-1 виявлена ​​в печінці, нервовій системі, оці, легенях, серці, скелетних м'язах, яєчках, тимусі, лімфовузлах, жировій тканині, підшлунковій залозі.

Крім того, причинами паранеопластичної гіпоглікемії можуть бути: підвищена продукція соматостатину та інгібіторів інсулінази, гальмування глікогенолізу в печінці, блокування глюконеогенезу та підвищене споживання глюкози пухлиною.

Для пухлинних клітин характерно низький вміст мітохондрій, що зменшує інтенсивність тканинного дихання та змінює спосіб ресинтезу АТФ, а саме: збільшується частка АТФ, що утворюється в ході гліколізу та зменшується частка АТФ, що синтезується у процесі тканинного дихання. Загальна продукція АТФ у пухлинній клітині знижена порівняно з нормальною.

Посилення гліколізу в пухлинних клітинах зумовлює їх високу виживання за умов гіпоксії.

Зі збільшенням розмірів пухлини прогресивно погіршується її васкуляризація, що також посилює анаеробний гліколіз. В пухлинних клітинах активується обмін глюкози по пентозофосфатному шунту через аеробну (за участю глюкозо-6-фосфатдегілрогенази) та анаеробну (за участю трансальдолази та транскетолази) гілки цього процесу, що забезпечує підвищену продукцію рибозокленов кислот.

У пухлинних клітинах в кілька разів збільшується активність гексокінази, фосфофруктокінази та піруваткінази - гліколітичних ферментів (в результаті накопичуються недоокислені продукти), а активність ферментів глюконеогенезу (глюкозо-6-фосфатаза, фруктозо-1,6-дифосфазаза і дефосфатаза). І тим не менш, глюконеогенез у пухлинних клітинах протікає з більшою швидкістю, ніж у нормальних. Субстратом цього процесу є амінокислоти. Слід зазначити, що ферменти глюконеогенезу мають велику спорідненість до субстратіві гірше піддаються гормональній регуляції.

Для злоякісного зростання типовим є знижена відповідь глікемії на інсулін і знижена відповідно до цього толерантність до глюкози. Враховуючи, що синтез та вивільнення інсуліну з клітин підшлункової залози при пухлинному зростанні не змінюється, порушення слід шукати на рівні рецепторів клітинних мембран.

Особливості білкового метаболізму.Обмін білків порушується у пухлинних клітинах, а й у організмі, ураженому злоякісним ростом. На рівні пухлинних клітин інтенсифікується синтез онкобілків(«пухлинних» або «пухлинних» білків), які зумовлюють появу у пухлинних клітин характерних біологічних властивостей: безконтрольність поділу, втрата ліміту Хейфліка, імморталізація (безсмертя) та ін.

Синтез онкобілків програмується активними клітинними онкогенами і дуже малих кількостях - їх неактивними попередниками, іменованими протоонкогенами.Активні онкогени виявляються лише в пухлинних клітинах, а протоонкогени – у всіх нормальних клітинах. У пухлинних клітинах відзначається зменшення синтезу та вмісту гістонів – білків-супресорів синтезу ДНК.

На збільшення швидкості синтезу білка в пухлинних клітинах впливає підвищена проникність цитоплазматичних мембран для деяких ключових субстратів цього процесу. Пухлинні клітини видаються "пащею, відкритою для білків".Вони вилучають необхідні, незамінні амінокислоти з крові без будь-якого регулювання цього процесу, впливаючи цим на стан здорових клітин. Результатом цього стає не лише швидке зростання пухлинних клітин, а й негативний азотистий баланс організму, що, як правило, супроводжується швидким зниженням маси тіла та розвитком кахексії. Крім того, пригнічуються процеси дезамінування та переамінування.

Зміни білкового складу кровіу осіб з пухлинним процесом можна розділити на 2 групи:

1. Зміна кількісного співвідношення природних білків плазми.

2. Поява білків нових типів, пов'язаних із виникненням або перебігом пухлинного росту.

Знижується синтез і концентрація сироваткового альбуміну і підвищується синтез α 1 , α 2 і β-глобулінів. Насамперед, це відноситься до α 1 - глікопротеїду, α 1 -антитрипсину, церулоплазміну і трансферину, у збільшенні вмісту яких у сироватці крові істотну роль відіграють внутрішньоклітинні гідролази, що звільняються, при розпаді пухлинних і непухлинних клітин.

Розвиток злоякісного зростання в деяких органах супроводжується появою білків, синтез яких мав місце лише в ембріональному періоді: альфа-фетопротеїн, канцероембріональний антиген та хоріонгонадотропін. Альфа-фетопротеїн синтезується ембріональними гепатоцитами і знаходиться у сироватці ембріона. У сироватці крові дорослої людини цей білок виявляється при гепатоцелюлярному раку печінки, тератобластомі яєчка та яєчника. Він здатний специфічно пов'язувати стероїдні гормони та один із ізоферментів лужної фосфатази.

Підвищений вміст хоріонгонадотропіну відзначається під час вагітності, але якщо його вміст зростає без вагітності, слід шукати трофобластичні пухлини.

Найбільш вивченим при канцерогенезі та розвитку пухлини виявився метаболізм нуклеотидів та нуклеїнових кислот. Встановлено, що одним із перших проявів злоякісної трансформації є експресія генів, відповідальних за кодування ключових ферментів анаболічних та катаболічних процесів. При цьому спочатку значно підвищується активність ферментів, що беруть участь в анаболічних процесах, тому в пухлинних клітинах підвищується синтез нуклеїнових кислот, відзначається їх надмірне накопичення, що характерне для злоякісного зростання. Активність ферментів, що у катаболічних процесах, спочатку пухлинного зростання знижується (а організмі підвищуються, і посилюються катаболічні процеси), та був підвищується.

Особливості метаболізму ліпідів.В організмі, ураженому злоякісним зростанням, ліпіди виконують роль джерела енергії та субстратів для утворення складних ліпідів, що беруть участь у побудові та в обміні фосфоліпідів цитоплазматичних мембран. У першому випадку в метаболізмі немає ніяких відхилень: ліполіз відбувається звичайними шляхами і регулюється гормонами, але поступово запаси нейтрального жиру вичерпуються. Оскільки при цьому не відзначається, як правило, підвищення в крові кетонових тіл, можна вважати, що процес їх розпаду є аеробним.

Структурні ліпіди, фосфоліпіди, що утворюють цитоплазматичні мембрани в пухлинних клітинах, за своїм якісним складом принципово не відрізняються від таких і нормальних клітинах. Відзначається лише деяке спрощення їх полісахарид кого компонента. Виявляються також кількісна відмінність у представництві окремих видів фосфоліпідів, що входять до мембран різних пухлинних клітин.

Загальний вміст фосфоліпідів у пухлинних клітинах підвищено, прискорено їхній метаболічний обіг. Це з швидким синтезом і розподілом клітин, котрій необхідною умовою є швидкий синтез ліпідних компонентів мембран. Звідси і прискорений метаболізм ліпідів у мікросомальній фракції, де їх молекули утворюються. Аналогічно змінюється синтез холестерину.

Дуже характерний для пухлин феномен субстратних пасток.Він полягає у посиленому захопленні та використанні субстратів для енергоутворення (глюкози), для побудови цитоплазми (амінокислот – звідси «пастка азоту») клітинних мембран (холестерину), для захисту від вільних радикалів та стабілізації мембран (антиоксидант α-токоферол). Ця особливість підвищує виживання пухлинних клітин при контакті їх з нормальними клітинами в умовах інвазивного росту та метастазування.

3. Фізико-хімічний атипізм проявляється збільшенням вмісту в пухлинних клітинах води та деяких електролітів. Збільшення вмісту води полегшує дифузію субстратів метаболізму всередину клітини та її продуктів назовні. Далі, в пухлинах у перерахунку на суху масу або білковий азот підвищується вміст іонів натрію і кальцію (в пухлинній клітині), меншою мірою - калію і значно знижується концентрація магнію.

Збільшення вмісту калію в пухлинній клітині перешкоджає певною мірою розвитку внутрішньоклітинного ацидозу у зв'язку з посиленням гліколізу та накопиченням молочної кислоти. Концентрація іонів водню збільшується в периферичній, зростаючій зоні пухлини завдяки інтенсивному гліколізу і зменшується в зоні, що некротизується, зазвичай розташованої центрально, завдяки виходу з структур пухлинних клітин, що розпадаються, великих кількостей калію і білка.

В організмі-носія пухлини відзначається тенденція до розвитку алкалозу. Вважають, що механізм його розвитку пов'язаний із компенсаторним перерозподілом (у відповідь на резорбцію з пухлини в кров лактату) лужних катіонів із тканин у кров.

У некротично зміненій пухлині вивільняються жирні кислоти, які зв'язуються з іонами кальцію, утворюючи солі (мила) і тим самим сприяють збільшенню іонів кальцію в пухлинній тканині. Зниження іонів калію характерне для пухлин, що відрізняються високою продукцією муцинів (наприклад, аденокарциноми яєчників), які пов'язують іони калію. При швидкій втраті маси тіла та при розвитку кахексії внаслідок руйнування великої кількості клітинних структур калію багато виділяється із сечею.

Зміни концентрації кальцію зазвичай вторинні та супроводжують пухлини ендокринних залоз або метастази в кістки. Часто відзначається недостатність заліза, що відіграє у виникненні залізодефіцитної анемії.

Підвищується величина негативного заряду поверхні пухлинних клітин внаслідок накопичення на ній аніонів нейрамінової кислоти, що сприяє збільшенню їх взаємного відштовхування та проникненню міжклітинними щілинами в нормальні тканини. Підвищується також електропровідність та знижується в'язкість клітинних колоїдів.

В останні роки встановлено, що пухлинні клітини випромінюють мітогенетичні промені- Ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 190-325 нм. Вони генеруються всіма клітинами, але найінтенсивніше - діляться. Ці промені здатні стимулювати поділ сусідніх клітин. Вони відкрили А.Г. Гурвіч і отримали назву мітогенетичних променів Гурвіча. У крові тварин, які страждають на пухлини, виявляються речовини, що інгібують мітогенетичне випромінювання пухлинних клітин. Їх назвали гасниками мітогенетичних променів.

4. Морфологічний атипізм ділять на тканинний та клітинний. Тканинний атипізм сам по собі, без клітинного атипізму, характерний тільки для доброякісних пухлин і полягає в порушенні нормального співвідношення тканинних структур, в нерівномірності волокнистих або м'язових пучків, в утворенні неправильних і нерівномірних залозистих ходів, у відсутності вивідних проток у пухлин залізистого.

Клітинний атипізм.Пухлинна клітина як така несе рис специфічності, але з сукупності структурно-функціональних якостей вона відрізняється від нормальної клітини організму, тобто. вона атипова.Морфологічна атипія пухлини може виражатися у порушенні органотипічної, гістотипічної та цитотипічної диференціювання.

Для доброякісних пухлин характерні дві перші ознаки; для злоякісних пухлин характерним є насамперед порушення цитотипічної диференціювання, що відображає появу пухлинного росту на рівні клітини та її органоїдів. На світлооптичному рівні морфологічні ознаки атипії клітин виражаються в їх поліморфізмабо мономорфізм.Поліморфізм стосується ядер, ядерців. Виявляється гіперхроматоз ядер, «грудкуватий» хроматин, поліплоїдія, порушення ядерно-цитоплазматичного індексу (через укрупнення ядра), велика кількість мітозів з переважанням серед них патологічних.

Поряд з атипією, що проявляється дедиференціюванням, анаплазією, катаплазією, відзначаються ознаки диференціювання пухлинних клітин з утворенням у них специфічних структур. Диференціювання пухлинних клітинзавжди неповна, атипова та афункціональна, але продукти диференціювання дозволяють встановити тканинну приналежність пухлини, а нерідко - іїї гістогенез.

Диференціювання виражається у появі структур, притаманних нормальних клітин даної тканини і органа. Вона супроводжується змінами функції клітин та проявляється у формі вироблення специфічних структурних білків (колагену, міозину), секретів (слизу), гормонів (паратгормон, глюкагон), змін активності ферментів (фосфорилази) та ін.

Ультраструктура пухлинної клітини.Специфічних електронно-мікроскопічних змін, притаманних пухлинних клітин, не виявлено. Описувана зазвичай дезорганізація цитоплазми, переважання в ній вільних рибосом, збільшення ядра, інвагінація ядерної оболонки та зміни мітохондрій зустрічаються далеко не у всіх пухлинах, а якщо і виявляються, то далеко не у всіх клітинах цієї пухлини. Усе це свідчить, на думку академіка Д.С. Саркісова, про те, що пухлинна клітина робить не «крок назад», а «крок убік», що Р.Вепеке назвав "катаплазією".

Катаплазія(Пріставка «ката» означає рух вниз) - поява слабодиференційованих або недиференційованих клітин, схожих на ембріональні. Пухлина може втрачати частково або повністю тканинно-специфічні ознаки.

Було б важливим помилкою намагатися описати ультраструктурную організацію пухлинної клітини взагалі, тобто. якийсь середньої, єдиної всім пухлин клітини. І тим не менш виділяють 2 особливості пухлинних клітин: ультраструктурну органоспецифічність та ультраструктурний поліморфізм. Вкрай рідко пухлини мають мономорфну ​​ультраструктуру. Вони дуже різноманітні - в одній і тій же пухлині зустрічаються клітини, що знаходяться на різних рівнях диференціювання та функціонального дозрівання. Ось тому в пухлинах можна виявити 2 групи клітин:

5. Антигенний атипізм пухлини полягає в різноспрямованих змінах антигенного складу її клітин: антигеном спрощенні та появі нових антигенів.Під антигенним спрощенням розуміють втрату пухлинними клітинами антигенів, наявних у нормально нормальних клітинах. У пухлинних клітинах з'являються нові антигени, які були відсутні в нормальних клітинах. Існує дві гіпотези, що пояснюють виникнення нових антигенів у пухлинних клітинах:

а) нові антигени (неоантигени) виникають внаслідок соматичної мутації геному клітини;

б) нові антигени є результатом реактивації гех ділянок геному, які в ході розвитку (диференціювання) були інгібовані.

Як відомо, більшість клітинних антигенів локалізується у цитоплазматичній мембрані та має природу інтегральних білків. Зазвичай, це глікопротеїди, що проникають через всю товщу мембрани, а на поверхні, що закінчуються ланцюгом або ланцюгами олігосахаридів. Саме ці олігосахариди беруть участь у забезпеченні таких життєво важливих функцій, як адгезія, контактне ініціювання та відмінність своїх білків від чужих.

При злоякісній трансформації може відбуватися відщеплення антигенних структур, що виступають над поверхнею пухлинної клітини під впливом протеаз, і тоді на поверхню виходять детермінантні групи, що локалізуються глибше. криптоантигени.Крім того, виявляється збіднення поверхневих вуглеводних структур трансформованих клітин. Така спрощена поверхнева структура найменше здатна розрізняти інші подібні збіднені структури. Це призводить до втрати контактного гальмування (пригнічення), суть якого полягає в тому. що клітини, входячи в контакт із клітинами того ж виду, перестають ділитися.

У зоні злоякісного переродження па поверхні клітин як виникають нові антигени; але водночас іде процес зникнення деяких, раніше присутніх поверхневих антигенів. Вони можуть потрапляти у кров, і це матиме велике значення для діагностики пухлин. З типово пухлинних антигенів, що звільняються з поверхні клітини та виходять у кров, з діагностичною метою можна використовувати такі антигени, як:

- α 1 -фетопротеїн. Це глікопротеїн (м.м. близько 70 кД), що утворюється у печінці ембріона. Його синтез припиняється після народження та вміст його в крові перебуває на настільки низьких величинах, що можна виявити лише радіоімунним методом. Підвищення його змісту притаманно раку печінки, і навіть для тератом різної природи і локалізації;

Канцеромембріональний антиген. Це також глікопротеїд (м.м. 180-200 кД); виділено 3 різні види даного антигену. У фізіологічних умовах він є в клітинах слизової оболонки травного тракту і з їхньої поверхні постійно виділяється в просвіт кишечника. У крові його дуже мало (сліди), і він виявляється імунохімічно. Концентрація цього антигену в крові зростає при раку прямої кишки, товстого кишечника, печінки, бронхів, доброякісних поліпах кишечнику, виразковому коліті. Вміст цього антигену може бути підвищено і при всіх станах, що супроводжуються підвищеною секрецією слизу: хронічний бронхіт, при курінні.

Втрата пухлинними клітинами одних антигенів (органоспецифічних) та поява в них ембріональних антигенів (до яких не утворюються антитіла, оскільки вони сприймаються імунною системою як свої) сприяє «антигенному маскуванню» пухлинних клітин та «невпізнанності» їх імунною системою.

Крім того, пухлинні клітини несуть на своїй поверхні туморозсоційовані трансплантаційні антигени – ТАТА. Саме ці антигени викликають каскад реакцій імунної системи, результатом яких є гальмування росту пухлини або цитолізу трансформованих клітин.

Генетичний апарат клітин має складну систему контролю поділу, зростання і диференціювання клітин. Вивчено дві регулюючі системи, що надають кардинальний вплив на процес клітинної проліферації.

Протоонкогени

Таким чином, система протоонкогенів та генів-супресорів формує складний механізм контролю темпів клітинного поділу, зростання та диференціювання. Порушення цього механізму можливі як під впливом чинників довкілля, і у зв'язку з геномної нестабільністю - теорія, запропонована Крістофом Лінгауромі Бертом Фогельштейном. Пітер Дюсбергз Каліфорнійського університету в Берклі стверджує, що причиною пухлинної трансформації клітини може бути анеуплоїдія (зміна числа хромосом або втрата їх ділянок), яка є фактором підвищеної нестабільності геному. На думку деяких учених, ще однією причиною виникнення пухлин міг би бути вроджений або набутий дефект систем репарації клітинної ДНК. У здорових клітинах процес реплікації (подвоєння) ДНК протікає з великою точністю завдяки функціонуванню спеціальної системи виправлення постреплікаційних помилок. У геномі людини вивчено принаймні 6 генів, що беруть участь у репарації ДНК. Пошкодження цих генів спричиняє порушення функції всієї системи репарації, і, отже, значне збільшення рівня постреплікаційних помилок, тобто мутацій ( Lawrence A. Loeb).

Канцерогенні фактори

На даний момент відома велика кількість факторів, що сприяють канцерогенезу:

Хімічні фактори

Фізичні фактори

Сонячна радіація (насамперед ультрафіолетове випромінювання) та іонізуюче випромінювання також має високу мутагенну активність. Так, після аварії Чорнобильської АЕС відмічено різке збільшення захворюваності на рак щитовидної залози у людей, які проживають у зараженій зоні. Тривале механічне або термічне подразнення тканин також є фактором підвищеного ризику виникнення пухлин слизових оболонок та шкіри (рак слизової рота, рак шкіри, рак стравоходу).

Біологічні фактори

Доведено канцерогенну активність вірусу папіломи людини у розвитку раку шийки матки, вірусу гепатиту В у розвитку раку печінки, ВІЛ – у розвитку саркоми Капоші. Потрапляючи в організм людини, віруси активно взаємодіють із його ДНК, що у деяких випадках викликає трансформацію власних протоонкогенів людини на онкогени. Геном деяких вірусів (ретровіруси) містить високоактивні онкогени, що активуються після включення ДНК вірусу до ДНК клітин людини.

Спадкова схильність

Вивчено понад 200 спадкових захворювань, що характеризуються підвищеним ризиком пухлин різної локалізації. Розвиток деяких типів пухлин пов'язують із вродженим дефектом системи репарації ДНК (пігментна ксеродерма).

Біологічні механізми канцерогенезу

Теорія чотиристадійного канцерогенезу

Матеріальним субстратом пухлинної трансформації клітин є різного типу ушкодження генетичного апарату клітини (соматичні мутації, хромосомні аберації, рекомбінації), що викликають перетворення протоонкогенів на онкогени або різко підвищують рівень їхньої експресії. Гіперекспресія клітинних онкогенів, що викликає пухлинну трансформацію, може мати місце також і у разі стійкого деметилювання їх ДНК за відсутності будь-яких пошкоджень самих онкогенів. Наслідком цих змін є виникнення на якомусь рівні внутрішньоклітинних сигнальних каскадів несанкціонованого проліферативного сигналу, що викликає безконтрольний поділ клітин. Пошкодження генетичного матеріалу клітини відбувається під впливом зовнішніх та внутрішніх канцерогенних факторів, розглянутих вище. Первинний вплив канцерогенного фактора на клітину зветься « ініціаціїі полягає у виникненні потенційно трансформуючого зміни клітинних онкогенів, а також несанкціонованому виключенні генів-супресорів або генів, що викликають апоптоз і активізації генів, що перешкоджають апоптозу. Внутрішньоклітинні сигнальні каскади влаштовані таким чином, що порушення лише однієї з їх ланок викличе апоптоз клітини, а не її безконтрольне поділ, тому для успішного канцерогенезу необхідні зміни багатьох ланок, що максимально імітують вплив цитокінів та усувають можливість загибелі клітини. Це перша стадія канцерогенезу.

Однак для здійснення пухлинної трансформації клітини - промоції» - необхідний повторний вплив на клітину або канцерогенного фактора (того ж, що викликав ініціацію, або іншого), або фактора, що не є канцерогеном, але здатного викликати активізацію змінених онкогенів - промотора. Як правило, промотори викликають проліферацію клітин за допомогою активізації проліферативних сигнальних каскадів, насамперед протеїнкінази С. Промоція – друга стадія канцерогенезу. Утворення пухлин внаслідок впливу онкогенних ретровірусів, що привносять в клітину активний онкоген, еквівалентно здійсненню перших двох стадій канцерогенезу - у цьому випадку ініціація мала місце в інших клітинах іншого організму, де змінений онкоген був захоплений геном ретровірусу.

Поява несанкціонованих сигналів є хоч і необхідною, але не достатньою умовою утворення пухлини. Пухлинний ріст стає можливим лише після здійснення ще однієї, третьої стадії канцерогенезу - ухилення трансформованих клітин від подальшого диференціювання, яке зазвичай викликається несанкціонованою активністю генів деяких клітинних мікроРНК. Останні перешкоджають функціонуванню білків, відповідальних протікання спеціалізації клітин; відомо, що не менше 50% пухлин асоційовані з тими чи іншими ушкодженнями в ділянках геному, які містять гени мікроРНК. Припинення диференціювання можливе також через відсутність цитокінів, необхідних для переходу клітин, що дозрівають, на наступний етап спеціалізації (у цьому випадку присутність цитокіну може викликати нормалізацію і продовження диференціювання ракових клітин - процес, зворотний канцерогенезу). Дозрівання трансформованих клітин припиняється, і вони - внаслідок безперервної проліферації та придушення апоптозу - накопичуються, формуючи пухлину - клон клітин, що мають ряд особливостей, не властивих нормальним клітинам організму. Так, зокрема, для пухлинних клітин характерний високий рівень анеуплоїдії та поліплоїдії, що є результатом нестабільності геному. Також спостерігаються різні порушення мітозу. Клітини пухлини з найпоширенішим набором хромосом утворюють стволову лінію.

У результаті розвитку пухлини, з її генетичної нестабільності, відбувається часте зміна її клітинного складу і зміна стовбурової лінії Така стратегія зростання має адаптативний характер, оскільки виживають лише найбільш пристосовані клітини. Мембрани пухлинних клітин не здатні реагувати на стимули мікрооточення (міжклітинне середовище, кров, лімфа), що призводить до порушення морфологічних характеристик тканини (клітинний та тканинний атипізм). Пухлинний клон, що сформувався (стволова лінія) синтезує власні цитокіни і йде шляхом нарощування темпів поділу, запобігання виснаженню теломер, ухилення від імунного нагляду організму і забезпечення інтенсивного кровопостачання. Це четверта, заключна стадія канцерогенезу. пухлинна прогресія. Її біологічний сенс полягає у остаточному подоланні перешкод на шляху пухлинної експансії. Пухлинна прогресія носить стрибкоподібний характер і залежить від появи нової стовбурової лінії пухлинних клітин. Проростаючи в кровоносні та лімфатичні судини пухлинні клітини розносяться по всьому організму і, осідаючи в капілярах різних органів, формують вторинні (метастатичні) вогнища пухлинного росту. .

Імунологічні особливості онкологічних процесів

Існує думка, що в організмі людини постійно утворюються потенційні пухлинні клітини. Однак через свою антигенну гетерогенність вони швидко розпізнаються і руйнуються клітинами імунної системи. Таким чином, нормальне функціонування імунної системи є основним фактором натурального захисту від пухлин. Цей факт доведений клінічними спостереженнями за хворими з ослабленою імунною системою, у яких пухлини зустрічаються в десятки разів частіше, ніж у людей з нормально працюючою імунною системою. Імунний механізм опірності пухлин опосередкований великою кількістю специфічних клітин (В- і Т-лімфоцити, NK-клітини, моноцити, поліморфо-ядерні лейкоцити) та гуморальних механізмів. У процесі пухлинної прогресії клітини пухлини мають виражену антиімунну дію, що призводить до прискорення темпів росту пухлини та появи метастазів.

Стадії формування пухлини

Перехід раку in situ у мікрокарциному. Інвазія пухлинних клітин через базальну мембрану

Проростання пухлинних клітин через базальну мембрану та інвазія в тканину, що підлягає. Вростання в кровоносні та лімфатичні судини

Виділяють наступні стадії формування пухлини

1. Гіперплазія тканини
2. Інвазивний рак

Друга стадія (формування доброякісної пухлини) може бути відсутнім.

Рак in situ проростає базальну мембрану. Пухлинні клітини руйнують і заміщають передіснуючий епітелій. Надалі ракові клітини вростають у лімфатичні та кровоносні судини з подальшим перенесенням пухлинних клітин та утворенням метастазів.

Вплив пухлини на організм

Див. також

Примітки

Посилання

• Матеріали з онкології від Російської Академії Наук

5607 0

Поняття про те, що злоякісні пухлини виникають внаслідок стадійних змін, ґрунтується на епідеміологічних, експериментальних та молекулярно-біологічних дослідженнях.

Багато років тому, до відкриття онкогенів і антионкогенів, онкоепідеміології припустили, що захворюваність на рак, що зростає в міру старіння людини, пояснюється тим, що канцерогенез проходить через низку незалежних стадій, а оскільки мутація - це випадок, процес зазвичай триває багато років.

Вже не викликає сумнівів, що латентний період раку (від початкових змін у клітині до перших клінічних проявів) може тривати до 10-20 років.

Пізніше вчення про онкогени і антионкогени, що розвинулося, підтвердило це і заклало міцну основу під концепцію стадійного, або етапного, або багатокрокового канцерогенезу.

Відповідно до цієї концепції, формування злоякісної пухлини - не одноразова подія, а ланцюг послідовних взаємопов'язаних подій, кожна з яких зумовлена ​​впливом певних факторів, як зовнішніх, так і внутрішніх. У ході цих подій має місце послідовне накопичення пошкоджень геному клітин, що призводить до якісних зрушень у їх структурі та функції, та. в кінцевому рахунку, до порушень диференціювання та набуття властивих пухлини властивостей.

В даний час в канцерогенезі розрізняють три стадії, які часто накладаються один на одного. Перша, незворотна, стадія називається ініціацією, а канцерогени, що її викликають, - ініціаторами. Другу, оборотну стадію назвали промоцією, а відповідні агенти - промоторами. Третю стадію – формування злоякісної пухлини з усіма властивими їй властивостями – прогресією (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Стадії канцерогенезу.

Протягом кожної зі стадій діють певні етіологічні чинники, кожна їх відрізняється специфічними морфологічними проявами і характеризується особливими змінами в геномі.

Ініціація (або пухлинна трансформація) - це перший крок, сутність якого складає швидке (хвилини, годинник), незворотне і непогане зміна геному соматичних клітин у вигляді мутацій.

При цьому відбувається активація онкогенів або пригнічення антионкогенів і відповідно збільшене відтворення онкогенних білків і втрата білків регуляторних генів (антіонкогенів). Однак, трансформовані таким чином клітини залишаються неактивними без додаткового стимулу до проліферації. Вважається, що подальший процес канцерогенезу цьому етапі може обірватися.

Промоція - наступний крок, що полягає у взаємодії між трансформованою клітиною та низкою факторів-промоторів. В результаті відбувається відбір клітин з високою репродуктивною активністю і утворюється досить великий клон змінених клітин, наділених основними властивостями злоякісності, тобто з'являються основні фенотипічні ознаки пухлини.

Іншими словами, формується первинний пухлинний вузол. Однак прийнято вважати, що пухлина, що утворилася на цьому етапі, не здатна до інфільтруючого зростання і метастазування.

Прогресія полягає у виникненні додаткових змін у структурі геному, коли мутації і селективний відбір клітинних клонів (субклонів), найбільш пристосованих до мінливих умов існування і найбільш агресивних щодо організму господаря, приводять до виникнення морфологічно виявляється пухлини, вже наділеної істинно інвазивним) зростанням та здатністю метастазувати. Нижче наводиться докладніша характеристика окремих стадій канцерогенезу.

Стадія ініціації

Канцероген перестав бути специфічним мутагеном, тобто. взаємодіє з ДНК різних генів, але тільки активація онкогенів та/або інактивація генів-супресорів може ініціювати подальше перетворення нормальної клітини на пухлинну.

Однак, як зазначалося вище, не завжди спричинені канцерогеном мутації ведуть до ініціації, оскільки пошкодження ДНК можуть бути відновлені. І в той же час, навіть одноразова дія ініціатора може призводити до канцерогенезу.

Зрештою, під впливом канцерогенів відбуваються незворотні порушення генотипу нормальної клітини і виникає передпухлинна (трансформована) клітина із спадково закріпленими властивостями, що відрізняють її від нормальної за рядом ознак.

Так, трансформовані клітини відрізняються від нормальних за своєю соціальною поведінкою та біохімічними властивостями. Соціальна поведінка клітин - це їх взаємини з матриксом, на якому вони ростуть, та між собою. Особливості соціальної поведінки трансформованих клітин пов'язані насамперед із порушенням їхньої морфології та руху. Трансформовані клітини здатні продукувати фактори росту, що стимулюють їхнє ж власне (аутокринне) розмноження.

У трансформованих клітинах посилюється активний транспорт Сахаров, анаеробний гліколіз, змінюється склад поверхневих глікопротеїдів та ліпідів. Найважливішим властивістю трансформованих клітин є їхнє безсмертя, без цієї властивості вони не могли б формувати пухлину.

Нарешті, потомство трансформованої клітини здатне до промоції, в ході якої проходить відповідний відбір на здатність долати протипухлинний захист і набувати нових властивостей (наприклад, метастазування), які можуть і не залежати від канцерогену, що спричинив появу вихідної пухлинної клітини,

Таким чином, поняття «трансформована» та «пухлинна» клітини не суворо ідентичні. Трансформовані клітини не виявляють такі ознаки злоякісності, як інвазивне зростання та метастазування.

Разом з тим, для виникнення «справжньої» злоякісної клітини однієї ініціації недостатньо, необхідні додаткові стимули (промотори), що відбувається на наступній стадії канцерогенезу.

Стадія промоції

Тому для закріплень ініціації клітина, змінена канцерогеном, повинна здійснити хоча б один цикл проліферації. Саме стимуляція проліферації ініційованих клітин та закріплення існуючих та різко зростаючих у процесі поділу нових мутацій у наступних поколіннях і становить суть стадії промоції.

Зрозуміло, що з швидкому розподілі клітин ймовірність пошкодження генів різко зростає, отже, популяція таких клітин здатна швидко накопичувати дедалі більше нових мутацій, у тому числі можуть виникнути їх злоякісні варіанти.

Фактори та речовини, що визначають перехід у стадію промоції та стимулюють розмноження ініційованих клітин, називаються промоторами. Оскільки функція промоторів полягає у стимуляції поділу ініційованих клітин, їх ще називають мітогенами.

Більшість промоторів мають слабкі канцерогенні властивості або навіть взагалі їх не виявляють. Як промотори можуть виступати хімічні сполуки екзо- та ендогенного характеру (деякі лікарські препарати, повірена сіль, гормони, жовчні кислоти, фактори росту тощо).

Промотори здатні також бути ініціаторами, якщо їх застосовувати у високих дозах і досить довго, а більшість «сильних» канцерогенів мають і ініціюючі, і промоторні властивості. Однак результат від комбінації «ініціатор-промотор» у десятки та сотні разів перевищує канцерогенні дії кожного з факторів, взятих окремо.

Ефект канцерогенів-мутагенів іноді називають ініціюючим, а промоторів – активуючим. Ініціювальний ефект необоротний і пов'язаний із мутуванням ДНК. Промоторний ефект оборотний. На відміну від ініціації, при припиненні дії промотора можливий зворотний розвиток канцерогенезу, принаймні на ранньому етапі і може настати регресія пухлини.

Відзначено певну органотропність промоторів, так, міцифічним-промотором раку молочної залози та матки є екстрогени тощо. У пізній період промоції як діючих агентів, крім промоторів, можуть бути інші механізми регуляції проліферації клітин, такі як імунний нагляд, агенти, що стимулюють прогресію, та ін.

Отже, якщо вплив ініціатора викликає мутаційну активацію онкогену та/або інактивацію антионкогену, то подальший ефект промоторів потім призводить до посилення проліферації і клонального розмноження таких клітин-мутантів. Це призводить до утворення критичної маси ініційованих клітин, вивільнення їх з-під тканинного контролю, клонального відбору життєздатних клітин, що створює великі можливості для реалізації ініційованими клітинами малигнизированных потенцій.

Але для цього необхідний тривалий і відносно безперервний вплив промоторів і тільки в суворо послідовному поєднанні - спочатку факторів, що ініціюють, а потім промотують (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Схема послідовності впливу канцерогенних факторів у канцерогенезі. І - ініціювальний і П - фактор, що промотивує

У разі застосування промотора до ініціації або коли пауза між впливом ініціатора і промотора занадто велика пухлина не виникає.

Кінцевим результатом стадії промоції є завершення процесу злоякісної трансформації (малігнізації), придбання клітиною основних рис злоякісного фенотипу та формування пухлини, що розпізнається.

Слід зазначити, що терміни ініціація і промоція позначають лише події у зазначених фазах, а не механізми канцерогенезу. Кожна із зазначених стадій включає безліч ланок, що призводять до активації протоонкогенів та/або інактивації генів-супресорів та синтезу онкобілків. У цьому розгортається ціла панорама подій, у яких беруть участь каскади найрізноманітніших молекулярних процесів.

Стадія прогресії

Виходячи з принципу моноклонального виникнення раку, що постулює походження всіх клітин пухлини з однієї єдиної трансформованої стовбурової клітини, логічно припустити, що пухлина за своєю будовою повинна бути однорідною, тобто. повинна складатися з клітин, що мають однакові морфологічні та функціональні характеристики. Однак насправді це не так.

Початкова моноклональність пухлини не означає стандартності її клітин. Зазвичай пухлинні клітини відрізняються одна від одної значно більше, ніж диференційовані клітини відповідної нормальної тканини, що дає підстави говорити про поліморфізм більшості новоутворень. Загальновідомо, що в ході свого розвитку багато пухлин стають все більш агресивними і збільшують потенціал злоякісності.

Іншими словами, у процесі еволюції неоплазм спостерігається комплекс стрибкоподібних якісних змін, які прийнято характеризувати як їхню прогресію. Вчення про прогрес пухлин, сформульоване I. Foulds (1976), виявилося однією з найглибших концепцій, що розвиваються сучасною онкологією.

Було показано, що під час зростання неоппастичні клітини з одного боку автономізуються від організму, але з іншого - перебувають під постійним тиском різних чинників відбору, тобто. еволюціонують як одноклітинний організм. Саме еволюція клонів, що призводить до їхньої різноманітності та збільшення пристосувальної життєздатності, а не просто зростання та розселення, і становить суть поняття «пухлинна прогресія».

Пухлинна прогресія - це не просто збільшення пухлини в розмірах, це якісна зміна з появою по суті нової, з різноманітними властивостями пухлини, незважаючи на її моноклональне походження.

В даний час прогресія розуміється як зміна сукупності ознак пухлини (каріо-, гено-, і фенотипу, диференціювання клітин) у напрямку все більшого послідовного посилення злоякісності.

Прогресія має на увазі, що в результаті різноманітних впливів первинний клон пухлинних клітин дає початок безлічі субклонів, які істотно відрізняються від нього в морфофункціональному відношенні. Загальна спрямованість цих відмінностей виявляється у вражаючій пристосованості до мінливих умов існування та надання пухлини переваг у конкурентній боротьбі з організмом за виживання.

Крім того, пухлина, що росте, прагне до збагачення такими субклонами, які «вибивають зайвих» у конкурентних міжклітинних взаєминах. У цьому вся сенсі внутрішньопухлинна селекція має спрямований, адаптаційний характер, т.к. проявляється у відборі клітин, найбільш пристосованих до подальшого виживання, зростання, інвазії та метастазування.

Вважається, що прогресія є наслідком множинних мутацій, що накопичуються в клітинах пухлини. При цьому частина з них можуть бути летальними і призводити до "випадання" субклону, інші - забезпечити йому домінуючу роль, але в пухлини завжди є достатній матеріал для відбору, тим більше якщо врахувати мутагенний характер лікувальних впливів на неї.

Процес виникнення та розвитку структурно-функціональних відмінностей при розподілі початкового клону на субклони називається дивергенцією пухлинних клітин (лат. divergens - що розходиться у різні боки). У цьому темпи формування мутантних субклонів щодо різних пухлин дуже різні.

Таким чином, в результаті багаторічної професії неопластичний процес з моноклональної стадії переходить в пізню, поліклональну, а клітини пухлини на час їх клінічного виявлення відрізняються вираженою гетерогенністю, тобто. гено- та фенотипічною неоднорідністю. Гетерогенність лежить в основі прогресії, спрямованої у бік посилення злоякісних властивостей пухлини від поганого до гіршого.

Відбір найбільш злоякісних клітин, здатних краще виживати, - це шлях прогресу, а шлях антиеволюції і руйнації організму, у якому високоскладна клітина може деградувати до примітивно простий, забезпечує тільки себе, але з організм.

Так. шляхом відбору клітинних популяцій і безперервним їх розвитком у напрямку все більшої автономії, формуються субклони, здатні вислизати від імунної відповіді, краще пристосовані до несприятливих умов (кисневого дефіциту та ін.), здатні до інфільтруючого росту та метастазування та стійкі до лікування і т.д. (Рис. 3.24).

Рис. 3.24. Схема пухлинної професії [Моїсеєнко В.І. та співавт. 2004].

Прикладом лікарської стійкості може бути генерація пухлиною клітин з MDR1-геном, що представляє одну з найскладніших проблем лікарського лікування.

Крім того, може спостерігатися варіабельність реакції пухлини на фактори, що пригнічують (або стимулюють) її зростання.

Наприклад, у процесі прогресії змінюється здатність пухлинних клітин реагувати на гормональні впливи і часто гормоночутливі пухлини стають гормонорезистентними внаслідок втрати ними специфічних рецепторів гормонів.

Прогресія пухлини характеризується якісними змінами пухлинної тканини, що зазвичай призводять до збільшення відмінностей між нею і вихідною нормальною тканиною.

Основними морфологічними ознаками прогресії є втрата пухлиною органо- та гістотипічної будови, зниження диференціювання (анаплазія), цитогенетичні зміни, спрощення її ферментного спектру. На молекулярному рівні прогресія проявляється множинними незалежними мутаціями в клітинах.

В результаті на час клінічного виявлення пухлини клітини її характеризуються вираженою гетерогенністю, що породжує серйозні труднощі для клінічної та патоморфологічної діагностики. Добре відомо, як важко буває виявити первинну пухлину, що нічим не проявляє себе, за наявності не викликають сумніву віддалених метастазів, особливо ніекодиференційованих.

Чинниками селективного мутаційного відбору пухлинних клітин є: виражена генетична нестабільність; імунологічні механізми; гормональні чинники; інфекція (найчастіше вірусна); вплив канцерогенних чи токсичних речовин; лікувальні (променева та лікарська терапія) заходи та ін. Найчастіше до мутацій злоякісних клітин привертає їх генетична нестабільність, тобто. високий ступінь схильності до вторинних (випадкових, спонтанних) мутацій у ході зростання субклонів.

Важливим фактором прогресії є імунний контроль, оскільки клітини з особливо високою концентрацією пухлинних антигенів руйнуються імунними механізмами, тоді як зростання агресивних (анапластичних) клонів супроводжуються антигенним спрощенням і успішно проходять відбір.

При будь-яких впливах частота мутацій суттєво зростає у разі втрати пухлинними клітинами механізмів їх елімінації або корекції, які забезпечуються в основному геном-супресором р53, що контролює сталість геному за допомогою апоптозу. Тому інактивація р53 та блокування апоптозу на різних стадіях канцерогенезу значною мірою визначає подальшу прогресію пухлини.

Таким чином, рак розвивається з однієї клітини, але на час клінічного прояву пухлина є популяцією гетерогенних клітин, що створює їй індивідуальний «генетичний» портрет.

Саме здатність злоякісних клітин до мінливості та утворення клітинних варіантів є однією з найпідступніших властивостей пухлини. Первинною чи «невід'ємною» ознакою пухлини є нерегульоване зростання, а інші – це «вторинні» властивості або ознаки, які якраз і змінюються в ході прогресії.

Тому злоякісні клітини навіть однієї й тієї ж пухлини розрізняються по метастатичному потенціалу, радіорезистентності, чутливості до протипухлинних препаратів і т.д., що робить їх відносно невразливими до впливу спеціальних методів лікування. Отже, прогресія пухлин визначає як перебіг, а й прогноз захворювання.

Цілком очевидно, що генетична нестабільність, гетерогенність та відбір мають місце ще задовго до клінічного виявлення пухлини. Розвиток пухлини як моноклону та принцип пухлинної прогресії узгоджуються з клінічними даними про необхідність тривалого латентного періоду для того, щоб неоплазма досягла клінічно розпізнаваної стадії.

Здатність пухлини до регресії, а пухлинних клітин нормалізації фенотипу відкриває нові можливості терапії, спрямованої не на знищення пухлинної клітини, а на зниження злоякісних властивостей і підвищення її диференціювання).

Потрібно також зазначити, що моноклональний характер раку та поняття пухлинної прогресії не перекреслюють певного значення ідеї польової теорії онкогенезу.

У тканині під впливом канцерогенів можуть виникнути кілька трансформованих клітин, які здатні дати початок розвитку декількох пухлинних клонів. Надалі вони конкурують один з одним і з імунною системою, що може призвести до загибелі якихось з них.

А може статися, що у рівній боротьбі виживуть кілька клонів і виникне мультицентричний розвиток раку, як це неодноразово спостерігається в експериментальних та клінічних умовах. І тут моноклоном може бути представлений кожен центр пухлини.

На закінчення цього розділу можна констатувати, що. незважаючи на досягнутий останніми роками значний прогрес у розумінні базових механізмів канцерогенезу, ще багато питань залишається незрозумілими. Початкова ейфорія, коли з відкриттям онкогенів і генів-супресорів здавалося, що проблема раку повністю вирішена, наразі пройшла. Масштаб проблеми виявився незрівнянно більшим, ніж передбачалося.

Численність молекулярних подій та неоднозначність взаємодії генетичних механізмів при пухлинному зростанні вражають. І в той же час успіхи, досягнуті молекулярною біологією, дозволяють зробити низку висновків концептуального характеру.

Незалежно від етіологічних факторів неопластична трансформація є послідовним, багатоступінчастим процесом накопичення мутацій та інших генетичних змін, результатом складного каскаду молекулярних трансформацій та взаємодій, в яких бере участь «злагоджений» ансамбль онкогенів і супресорних генів, а також результатом неефективного функціонування та неефективного функціонування.

Ключовими моментами канцерогенезу є активація онкогенів та інактивація супресорних генів, які відбуваються під дією різних канцерогенних факторів Зміни генетичної програми клітини і порушення внутрішньоклітинних сигнальних зв'язків є основними особливостями пухлинної клітини.

Сукупність генетичних змін, своєю чергою, забезпечують у результаті досить тривалої еволюції придбання пухлинної клітиною та її нащадками низки специфічних властивостей. З цих позицій рак, безсумнівно, слід розглядати як генетичну хворобу, що розвивається в результаті мутацій, що виникають у процесі життя індивіда або нащадкам, що передаються у спадок.

Багато онкогенів і антионкогенів і різна частота їх мутацій, очевидно, допускають можливість їх комбінації в етіології пухлин. Це створює вкрай складну і заплутану картину, коли йдеться про аналіз механізму виникнення будь-якої конкретної пухлини.

Саме це різноманіття і гетерогенність сильно обмежують можливості розробки терапії пухлин на основі знання генетичних змін, що відбулися в них. При цьому дуже важливо наголосити, що сумарна кількість таких генетичних ушкоджень становить не менше 5-7 на пухлинну клітину.

Очевидно, найчастіше подібні мутації виникають послідовно і незалежно один від одного. Тим не менш, одночасна поява генетичних порушень також можлива.

Угляниця К.М., Луд Н.Г., Угляниця Н.К.

(Син. Онкогенез).

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

Онкогенез та ракові клітини (розповідає Євген Шеваль)

Хімічний канцерогенез

Чим ракові клітини відрізняються від здорових TED Ed

"Еврика!". Причини та механізми канцерогенезу. Людмила Гуляєва

Субтитри

Загальні відомості

Вивчення процесу канцерогенезу є ключовим моментом як для розуміння природи пухлин, так і для пошуку нових та ефективних методів лікування онкологічних захворювань. Канцерогенез – складний багатоетапний процес, глибока реорганізація нормальних клітин організму. З усіх запропонованих на даний момент теорій канцерогенезу, мутаційна теорія заслуговує на найбільшу увагу. Відповідно до цієї теорії, пухлини є генетичними захворюваннями, патогенетичним субстратом яких є пошкодження генетичного матеріалу клітини (точкові мутації, хромосомні аберації тощо). Ушкодження специфічних ділянок ДНК призводить до порушення механізмів контролю за проліферацією та диференціюванням клітин і, зрештою, до виникнення пухлини.

Генетичні аспекти канцерогенезу

Генетичний апарат клітин має складну систему контролю поділу, зростання і диференціювання клітин. Вивчено дві регулюючі системи, що надають кардинальний вплив на процес клітинної проліферації.

Протоонкогени

Таким чином, система протоонкогенів та генів-супресорів формує складний механізм контролю темпів клітинного поділу, зростання та диференціювання. Порушення цього механізму можливі як під впливом чинників довкілля, і у зв'язку з геномної нестабільністю - теорія, запропонована Крістофом Лінгауромі Бертом Фогельштейном. Пітер Дюсбергз Каліфорнійського університету в Берклі стверджує, що причиною пухлинної трансформації клітини може бути анеуплоїдія (зміна числа хромосом або втрата їх ділянок), яка є фактором підвищеної нестабільності геному. На думку деяких учених, ще однією причиною виникнення пухлин міг би бути вроджений або набутий дефект систем репарації, клітинної, ДНК. У здорових клітинах процес реплікації (подвоєння) ДНК протікає з великою точністю завдяки функціонуванню спеціальної системи виправлення постреплікаційних помилок. У геномі-людини вивчено принаймні 6 генів, що беруть участь у репарації ДНК. Пошкодження цих генів спричиняє порушення функції всієї системи репарації, і, отже, значне збільшення рівня постреплікаційних помилок, тобто мутацій ( Lawrence A. Loeb).

Канцерогенні фактори

На даний момент відома велика кількість факторів, що сприяють розвитку канцерогенезу:

Хімічні фактори

Фізичні фактори

Сонячна радіація (насамперед ультрафіолетове випромінювання) та іонізуюче випромінювання також має високу мутагенну активність. Так, після аварії, Чорнобильської АЕС відмічено різке збільшення захворюваності на рак щитовидної залізи у людей, які проживають у зараженій зоні. Тривале механічне або термічне подразнення тканин також є фактором підвищеного ризику виникнення пухлин слизових оболонок та шкіри (рак слизової рота, рак шкіри, рак стравоходу).

Біологічні фактори

Доведено канцерогенну активність вірусу-папіломи-людини у розвитку раку шийки матки, вірусу-гепатиту-B у розвитку раку печінки, ВІЛ - у розвитку саркоми-Капоші. Потрапляючи в організм людини, віруси активно взаємодіють із його ДНК, що у деяких випадках викликає трансформацію власних протоонкогенів людини на онкогени. Геном деяких вірусів (ретровіруси) містить високоактивні онкогени, що активуються після включення ДНК вірусу до ДНК клітин людини.

Спадкова схильність

Вивчено понад 200 спадкових захворювань, що характеризуються підвищеним ризиком пухлин різної локалізації. Розвиток деяких типів пухлин пов'язують із вродженим дефектом системи репарації ДНК (пігментна-ксеродерма).

Біологічні механізми канцерогенезу

Теорія чотиристадійного канцерогенезу

Матеріальним субстратом пухлинної трансформації клітин є різного типу ушкодження генетичного апарату клітини (соматичні мутації, хромосомні аберації, рекомбінації), що викликають перетворення протоонкогенів на онкогени або різко підвищують рівень їхньої експресії. Гіперекспресія клітинних онкогенів, що викликає пухлинну трансформацію, може мати місце також і у разі стійкого деметилювання їх ДНК за відсутності будь-яких пошкоджень самих онкогенів. Наслідком цих змін є виникнення на якомусь рівні внутрішньоклітинних сигнальних каскадів несанкціонованого проліферативного сигналу, що викликає безконтрольний поділ клітин. Пошкодження генетичного матеріалу клітини відбувається під впливом зовнішніх та внутрішніх канцерогенних факторів, розглянутих вище. Первинний вплив канцерогенного фактора на клітину зветься « ініціаціїі полягає у виникненні потенційно трансформуючого зміни клітинних онкогенів, а також несанкціонованому виключенні генів-супресорів або генів, що викликають апоптоз і активізації генів, що перешкоджають апоптозу. Внутрішньоклітинні сигнальні каскади влаштовані таким чином, що порушення лише однієї з їх ланок викличе апоптоз клітини, а не її безконтрольне поділ, тому для успішного канцерогенезу необхідні зміни багатьох ланок, що максимально імітують вплив цитокінів та усувають можливість загибелі клітини. Це перша стадія канцерогенезу.

Однак для здійснення пухлинної трансформації клітини - промоції» - необхідний повторний вплив на клітину або канцерогенного фактора (того ж, що викликав ініціацію, або іншого), або фактора, що не є канцерогеном, але здатного викликати активізацію змінених онкогенів - промотора. Як правило, промотори викликають проліферацію клітин за допомогою активізації проліферативних сигнальних каскадів, насамперед протеїнкінази С. Промоція – друга стадія канцерогенезу. Утворення пухлин внаслідок впливу онкогенних ретровірусів, що привносять в клітину активний онкоген, еквівалентно здійсненню перших двох стадій канцерогенезу - у цьому випадку ініціація мала місце в інших клітинах іншого організму, де змінений онкоген був захоплений геном ретровірусу.

Поява несанкціонованих сигналів є хоч і необхідною, але не достатньою умовою утворення пухлини. Пухлинний ріст стає можливим лише після здійснення ще однієї, третьої стадії канцерогенезу - ухилення трансформованих клітин від подальшого диференціювання, яке зазвичай викликається несанкціонованою активністю генів деяких клітинних мікроРНК. Останні перешкоджають функціонуванню білків, відповідальних протікання спеціалізації клітин; відомо, що не менше 50% пухлин асоційовані з тими чи іншими ушкодженнями в ділянках геному, які містять гени мікроРНК. Припинення диференціювання можливе також через відсутність цитокінів, необхідних для переходу клітин, що дозрівають, на наступний етап спеціалізації (у цьому випадку присутність цитокіну може викликати нормалізацію і продовження диференціювання ракових клітин - процес, зворотний канцерогенезу). Дозрівання трансформованих клітин припиняється, і вони - внаслідок безперервної проліферації та придушення апоптозу - накопичуються, формуючи пухлину - клон клітин, що мають ряд особливостей, не властивих нормальним клітинам організму. Так, зокрема, для пухлинних клітин характерний високий рівень анеуплоїдії та

Попков Ст М., Чеснокова Н. П., Ледванов М. Ю.,

5.1. Канцерогенез: загальна характеристика стадій розвитку іатипізму малігнізованих клітин

Канцерогенез - це багатоступінчастий процес накопичення змін у геном клітин, що призводить до появи «асоціальних клітин», що характеризуються морфологічним, функціональним, біохімічним атипізмом, автономним зростанням, «вислизанням» клітин від гуморальних і нервових впливів.

Торкаючись стадій канцерогенезу, необхідно відзначити ряд послідовних етапів розвитку неоплазії, зокрема стадію ініціації, стадію розмноження пухлинних клітин або промоції, стадію пухлинної прогресії.

Стадія ініціації характеризується онкогенною трансформацією клітин під впливом екзогенних чи ендогенних факторів. У той самий час можливий і епігеномний механізм впливу канцерогенів.

Як відомо, багато хімічних канцерогенів, а також вплив фізичних та біологічних факторів на організм можуть викликати мутації ДНК, що провокують експресію протоонкогенів або депресію (втрату) антионкогенів.

При епігеномному характері дії канцерогенів експресія онкогенів виникає у зв'язку з порушенням регуляції клітинного зростання без пошкодження генетичного матеріалу. При епігенетичному коканцерогенному ефекті патогенних факторів виникає інактивація білків - продуктів антионкогенів або активація пострецепторних ростових факторів. Така дія, як правило, не викликає розвитку пухлини, але посилює ростові ефекти інших факторів, сприяючи проліферації мутантних клітин та формуванню неоплазії.

Ефект канцерогенів-мутагенів називається ініціювальним, а коканцерогенів – активуючим.

Прямий генотоксичний ефект канцерогенів виникає у процесі алкілування, делеції, транслокації, ампліфікації генів. Якщо мутація зачіпає гени, що регулюють клітинне розмноження, клітина стає ініційованою, тобто потенційно здатною до необмеженого поділу, але вимагає фенотипного прояву цієї властивості додаткових впливів.

Існує безліч хімічних сполук, так званих промоторів, хронічний вплив яких на ініційовані клітини призводить до розвитку другої стадії канцерогенезу - промоції, тобто інтенсивного розмноження малігнізованих клітин та формування пухлини.

У механізмах розвитку промоції важлива роль відводиться порушенням взаємодії онкогенів та антионкогенів, що призводить до синтезу онкобілків у збільшеній кількості чи якісно зміненому складі. Активація протоонкогенів може відбуватися внаслідок точкових мутацій у самому протоонкогені, транслокації протоонкогену або його ампліфікації.

У патогенезі неоплазії, зокрема стадії промоції, важлива роль відводиться обмеженню синтезу білків-супресорів проліферації, у зв'язку з пригніченням активності генів р53, pRb, індукторів апоптозу, ДНК-репаруючих ферментів, а також гіперекспресії Myc, Ras.

Заключною фазою канцерогенезу є стадія пухлинної прогресії. Поняття про пухлинну прогресію введено L.Foulds (1948). Остання характеризується як кількісним збільшенням пухлинних клітин, а й незворотними якісними змінами властивостей неопластичних клітин.

У процесі пухлинної прогресії відбувається зміна домінуючого спочатку субклону онкогенно-трансформованих клітин на генетично стійкі клони до гуморального, нервового впливу, імунних та лікарських впливів.

Автономія злоякісних клітин забезпечується за рахунок кількох процесів:

1) секреції малігнізованої клітиною мітогенів, що викликають аутокринну стимуляцію проліферації клітин, зокрема, ?-фактора росту пухлини, тромбоцитарного фактора та ?-фактора росту пухлини;

2) кількісних та якісних змін рецепторів до факторів росту, що призводить до зниження або підвищення чутливості пухлинних клітин до дії фізіологічних регуляторів росту клітин;

3) порушення передачі сигналу до клітинного зростання на пострецепторному рівні;

4) експресії онкогенів транскрипційних факторів.

«Вислизання» пухлини від імунної відповіді забезпечується за рахунок індукції синтезу блокуючих антитіл, виділення імуносупресорних цитокінів.

Багатостадійність канцерогенезу передбачає виникнення послідовних мутацій у значній кількості домінантних або рецесивних онкогенів або розвиток коканцерогенного (синканцерогенного) ефекту під впливом різних факторів, що ініціюють - канцерогенів фізичної, хімічної, біологічної природи.

Загальна характеристика атипізму пухлинних клітин

У процесі багатостадійного канцерогенезу пухлинні клітини набувають ознак морфологічного, функціонального та метаболічного атипізму. Останній докладно описаний у ряді робіт.

Тканинний атипізм пухлинних клітин проявляється у зниженні їх адгезивних здібностей внаслідок незворотного фосфорилювання білків цитоскелету; при цьому порушується фіксація клітин до міжклітинної речовини. Неопластичні епітеліальні клітини не утворюють базальних мембран та не прикріплюються до них, втрачаючи покривну функцію. Від'єднання від тканинного матриксу пухлинних клітин не викликає їхнього апоптозу, на відміну від нормальних клітин. Злоякісні клітини виділяють масу цитокінів, що викликають їхню аномальну васкуляризацію. У той же час малігнізовані клітини позбавлені і адекватної іннервації.

Атипізм у культурі тканин проявляється відсутністю контактного гальмування росту, ослабленням адгезивності, здатністю розмножуватися в напіврідкому середовищі.

До морфологічних особливостей пухлинних клітин необхідно віднести порушення структури та функції цитоплазматичних, мітохондріальних, лізосомальних мембран, формування вищого дзета-потенціалу клітин, зменшення кількості мембранних рецепторів та зміни їх структури, поява нових рецепторів, у зв'язку з чим виникає ослаблення, посилення чи збочення нервових клітин. та гуморальних впливів на трансформовані клітини.

Характерними ознаками клітинного атипізму є геномні та хромосомні мутації у вигляді поліплоїдії, ануеплоїдії, делеції, дуплікації, транслокації, інверсії. Генні мутації при канцерогенезі так само стереотипні і можуть мати характер м'яких і жорстких мутацій.

Загальновідомими ознаками клітинного атипізму є зростання ядерно-цитоплазматичного співвідношення, аномалії форм та розмірів клітин у цілому, збільшення кількості вільних, не пов'язаних з ендоплазматичним ретикулумом рибосом, зміна структур мітохондрій та лізосом.

Біохімічний атипізм ракових клітин проявляється зниженням антиоксидантного потенціалу, наявністю в мітохондріях аномальної кільцевої або одноланцюгової ДНК.

Одним із проявів біохімічного атипізму є зворотний ефект Пастера, що характеризується переважанням анаеробного гліколізу над аеробним в умовах оптимальної доставки до малігнізованих клітин кисню та глюкози. Для пухлинних клітин характерна надмірна активація пентозного циклу окислення глюкози – основного постачальника рибозо-5-фосфату, необхідного для синтезу нуклеїнових кислот. Пухлинні клітини інтенсивно поглинають із кровотоку глюкозу, жирні кислоти, холестерин, ліпопротеїди, використовуючи їх у процесі внутрішньоклітинних метаболічних реакцій і цим викликаючи розвиток «ракової» кахексії у низки хворих.

Пухлинні клітини потенційно безсмертні (феномен імморталізації) у зв'язку з високою активністю теломерази - ферменту, що відновлює вихідну довжину теломер після подвоєння ДНК, а також у зв'язку з придушенням апоптозу малігнізованих клітин.

Молекулярно-клітинні механізми біологічних особливостей пухлинних клітин та формування їх атипізму будуть представлені далі.

Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»