1 А.Колобаев ЭТЮДЫ ФИЗИОЛОГИИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО ОПУХОЛЕВОГО РОСТА Любой физической системе, по сути, присуще свойство инерции, благодаря которому при любом воздействии система изменяется минимально возможным способом. А.Альберт Опухолевая клетка совершает не шаг назад, а шаг в сторону. Д.С.Саркисов Великий советский патолог И.В.Давыдовский был безусловно прав, утверждая, что никакой «патологической физиологии» в природе не существует, но есть лишь физиология больного организма. Т.е. при заболевании чем бы то ни было любая биологическая система (организм) реагирует лишь в пределах того эволюционно приобретенного набора реакций, которым она обладает изначально и в этом смысле ничего качественно нового не появляется. Отсюда и название этих заметок. Но, прежде рассмотрения вопросов физиологии опухолевого роста, необходимо определиться с некоторыми общими методологическими основами. Прежде всего, необходимо заметить, что отдельно взятая внешняя причина явления (травма, микроб, канцероген), по сути, сама по себе никак не решает еще вопроса о болезни и здоровье. Человек, живущий на Земле не менее 2-х миллионов лет, сегодня редко сталкивается с чем-то новым для себя во внешней среде (исключая некоторые продукты собственной технологической деятельности, появившиеся в течение последних трех-четырех тысячелетий). Поэтому, образно говоря, по ходу эволюции рода Homo sapiens в каждом человеческом организме накопились и хранятся десятки, а может быть и сотни тысяч оптимальных «программ» реагирования на контакт с теми или иными элементами и явлениями внешней среды, накопленных эволюцией. Поскольку на протяжении жизни контактирование идет непрерывно и одновременно с множеством различных элементов и явлений, то также непрерывно идет и переключение этих программ, в силу чего, практически ежесекундно, у каждого индивида имеется своя неповторимая комбинация активированных (в различной степени) и покоящихся программ, причем рисунок этой мозаики непрерывно меняется на протяжении всей жизни.. Исходя из этого, любые внешние воздействия должны встречать в организме сложную 2 динамическую систему коррелятивных связей, необходимых и случайных, главных и побочных (с одной стороны стандартный набор программ реагирования, с другой – индивидуальная комбинация активированных программ на момент контакта). Итоги самого воздействия становятся т.о. лишь более или менее вероятностными. Динамичная, постоянно меняющаяся мозаика индивидуальных комбинаций в различной степени активированных и «спящих» программ порождает пестроту возможных ответов на внешние воздействия, подкрепляя и обосновывая тезис старой медицины: «нет болезней, есть больные». Определенная родовая «стандартность» основного набора эволюционных программ реагирования в случаях их полной реализации ведет к появлению типовых болезней (нозологических форм, типовых процессов). Иногда мы имеем дело с неполной активацией нужных программ (клинически стертые случаи), иногда – в силу индивидуальных особенностей появляются их необычные комбинации (редкие синдромы и болезни). С развитием болезни, таким образом, в организме не появляется ничего принципиально нового. Изменяется лишь комбинация активированных программ реагирования, имеющая свои индивидуальные особенности в каждом отдельном случае. Поэтому, в частности, патологическим процессам свойственна с одной стороны стереотипность, основанная на известном эволюционном ограничении числа потенциально возможных реакций и их видов, а с другой – «полиэтиологичность». Так, ожог имеет одну и ту же картину, независимо от причины его вызвавшей. То же можно сказать о раковой опухоли и т.д. И практика, и эксперимент показывают, что из причины в медицине вообще невозможно вывести априорно однозначное следствие, особенно во всех возможных его деталях. Эта особенность всегда констатируется в патологии человека, если только не идет речи о какомто сверхмассивном воздействии, ведущем либо к простому физическому уничтожению тканей, либо при полной невозможности адекватно реагировать, например, в случаях некоей суперинфекции, облигатным следствием которой является развитие соответствующего заболевания, несмотря на достаточно высокий иммунный статус и т.п. Против лома – нет приема. Индивидуальная на каждый данный момент мозаика активированных программ реагирования, как в динамике, так и в относительной их статике (устойчивости степени активности), означает, прежде всего, и различные «стартовые условия» для развития болезни, что, в целом определяет как вероятность появления последней, так и ее дальнейшее индивидуальное течение. Это объясняет, например, тот печальный факт, что бациллой Коха в возрасте старше 30 лет инфицированы практически все люди, но большая часть из них остаются здоровыми, и если кто-то из здоровых носителей впоследствии и заболевает 3 туберкулезом, то это отнюдь не может служить основанием для вывода, что болезнь в таких случаях всегда развивается в результате какого-то нового внешнего заражения, а не вследствие активации внутренней «дремлющей» инфекции, развившейся в силу определенного «сбоя внутреннего программного обеспечения». Примерно в таком же ключе логично было бы рассматривать как онкозаболевания, так и прочие известные нам нозологии. Этюд 1. Причины злокачественных опухолей (этиология) Любому рассуждению о патологических процессах и/или заболеваниях принято предпосылать более или менее подробное рассмотрение их причин, что довольно рискованно предпринимать в отношении онкологических заболеваний, так как здесь всегда имеется риск утонуть в дебрях перечислений с полной утратой понимания сути рассматриваемого явления. Организм человека представлен примерно сотней различных типов клеточных линий и состоит примерно из 1014 клеток, из которых многие, особенно пролиферирующие, могут трансформироваться в опухолевые. У человека известны более 2 тысяч видов новообразований, из них – лишь около 200 видов злокачественных (ЗО). На Земле ежегодно у 6 млн людей диагностируется ЗО (болеют ~ 10-12 млн.) и умирают 2-2,5 млн. онкологических больных. ЗО человека по частоте обнаружения распределяются на 3 группы: рак - около 80 %, саркомы - ~15 % и - опухоли системы кроветворения - ~5 %. Каждая ЗО, по преимуществу, является моноклональной, т.е. источником всех клеток любой опухоли в пределах одного организма изначально является одна, материнская. Предполагается, что нормальная клетка способна приобрести свойства опухолевой в результате мутаций и/или аномального включения т.н. онкогенов. При делении в естественных условиях мутации появляются с частотой около 10−9-10−12 на нуклеотид за клеточную генерацию, т.е. мутирует примерно от 1 до 100 клеток из 106. При подобном мутационном давлении в каждой смене делящихся клеток ежесуточно должно накапливаться не менее 106 соматических мутаций, т. е. мутационный риск достигает значительной величины и без какого-либо внешнего воздействия. Однако, не следует считать все эти 106 клеток потенциально опухолеродными. Подобные представления следует относить к разряду недостаточно обоснованных, поскольку подавляющее число мутаций, не поддающихся естественной внутриклеточной репарации, являются летальными как для самих мутантов, так и для их возможных, но маловероятных потомков. Вполне закономерно скорость мутаций повышается с возрастанием интенсивности 4 пролиферации, при малой эффективности ферментных систем, участвующих в инактивации мутагенов, нарушении систем репарации ДНК. Дисбаланс клеточной полиферации наблюдается при хронической травме, воспалениях различного генеза, дисгормональных состояниях. Повреждение репарационных систем часто имеет место при действии ионизирующего облучения, приеме цитостатиков, наследственных синдромах (атаксия-телеангиэктазия). При воздействии внешних канцерогенных и ряда биологических факторов счет потенциально опухолеродных клеток в организме человека в каждый данный момент может пойти на сотни миллионов, из которых, впрочем, лишь единичные потенциально получают шанс стать родоначальницами ЗО. По заключению ВОЗ ЗО заболевают около 17 % людей, что в 85-90 % случаев является следствием воздействия химических факторов внешней среды (канцерогенов), каковых на сегодняшний день выявлено более 1000, а в 5-15 % - результатом реакции на физические и биологические факторы. К эндогенным индукторам канцерогенеза относят эндогенные канцерогены (некоторые продукты метаболизма триптофана и тирозина и т.п.), гормоны (эстрогены и андрогены). Примечательно, что для действия химических канцерогенов характерно наличие длительного латентного периода: с момента их воздействия до возникновения опухоли у человека проходит от 10 до 20 лет, по сути – от 1/7 до 1/3 средней продолжительности жизни (в ряде случаев не исключено, что и более). Вторая группа канцерогенных опасностей представлена физическими факторами, такими как высокая температура, трение, радиоактивное облучение, ультрафиолетовые лучи. Интересно, что клинические наблюдения и эксперименты с радиоактивными изотопами показали, что длительность скрытого периода развития опухолей тем больше, чем больше средняя продолжительность жизни животных. У мышей это 2-4 мес., у крыс 6—10 мес., у собак 30-45 мес. после облучения. У человека этот период может достигать 10-12 и более лет. И, наконец, третья группа риска развития ЗО представлена опухолеродными вирусами. Известно более 150 онкогенных вирусов. Однако для человека этиологическая роль онковирусов в развитии ЗО однозначно доказана лишь для вируса простого герпеса (HSV-2) (рак шейки матки), HSV-6, HSV-11 (рак vulae, шейки матки, anus, penis) и лимфомы Беркита. Наличие длительного латентного периода канцерогенеза вызывает ряд обоснованных вопросов. Ясно, что химические канцерогены в организме сравнительно быстро метаболизируются, а не сохраняются годами, причем в каких-то случаях стойкие клеточные мутации ими вызываются, а в каких-то мутагенный эффект либо отсутствует, либо быстро устраняется 5 внутриклеточной системой репарации генома. В большинстве случаев работа последней вполне эффективна и при действии физических факторов. Но каким же образом клеткамутант, потенциальный источник ЗО может покоиться годами и десятилетиями?! Установлено, что подавляющее большинство клеток с поврежденным геномом становятся нежизнеспособными и погибают, а оставшиеся, как правило, элиминируются иммунной системой, но всё же, всё же….. есть однократное - одномоментное или продолжительное, достаточно интенсивное воздействие и есть 10-20 и более лет «покоя», после чего появляется ЗО. Откуда? Из чего? Если исходить из концепции, что клоны злокачественных клеток являются потомками одной, с измененным геномом, то, видимо, лишь мутировавшие стволовые (камбиальные) клетки, могут быть признаны родоначальниками ЗО, ибо только они могут «спать» годами и десятилетиями, сохраняя весь свой потенциал размножения. И действительно, обычно опухолевые клетки с потенциалом дальнейшего безудержного роста появляются в тех участках тканей и органов, где наиболее постоянно и достаточно интенсивно наблюдается клеточная пролиферация - в так называемых пролиферативных центрах роста. Такие центры локализованы, по преимуществу, в периваскулярной ткани, в базальной зоне многослойного плоского эпителия, в криптах слизистых оболочек, т.е в участках, где сконцентрированы камбиальные клетки. Впрочем, и с таким предположением, достаточно трудно согласиться, исходя из давно установленного факта, что пересадка ядра из злокачественной клетки в цитоплазму яйцеклетки, из которой предварительно удалено ее собственное ядро, приводит к развитию вполне жизнеспособного эмбриона, и плода без каких-либо отклонений. R.Jaenisch et al. внедрили ядро клетки рака кожи в яйцеклетку, предварительно лишенную собственного ядра. Затем эмбрион пересадили суррогатной матери. В итоге у плода сформировались нормальные органы и ткани.. В.Mintz (1975) и К.Illmenseс (1976) встраивали клетки тератокарциномы мыши одной генетической линии в бластоцисту здоровой мыши другой линии. В результате из бластоцисты развилась, во-первых, здоровая особь, а во-вторых, она и ее потомство унаследовали признаки мышей обеих линий. эксперименты были проведены с клетками Впоследствии аналогичные аденокарциномы молочной железы, плоскоклеточного ороговевающего рака, хондросаркомы (Pierce, Speers, 1988). Ну и… куда исчезали «мутации»? Более того, имеются данные и о потере раковыми клетками злокачественных признаков при изменении условий их микроокружения: - DeCosse J.J. et al. (1975) получена дифференцировка ЗО молочной железы при непосредственном контакте с мезенхимой и печеночной тканью мышиного эмбриона или 6 при контакте через мембранный фильтр. Через 14 дней культивирования в опухоли появлялись дольки и протоки. - Gossens C.L. et al. (1972) при культивации аденокарциномы из спонтанной опухоли молочной железы мыши непосредственном контакте с различными или контакте тканями мышиных эмбрионов через миллипоровый фильтр при их получена дифференцировка опухолевых клеток. Наиболее активно этот процесс индуцировала эмбриональная мезенхима. -Rousseau-Merck M.F. et al. (1976) получили агрегацию клеток нефробластомы и образование канальцев при сокультивировании опухоли с тканями мочеточников и среднего мозга куриных эмбрионов. Весь список подобных достижений привести невозможно, но создается впечатление, что о них сегодня «забыли» и перспективных исследований в этом направлении не проводится. Отчасти подобное забвение оправдано, так как, по сути, установлено, что микроокружение, способное переключать клетки ЗО на пути нормальной дифференцировки и контролируемой пролиферации должно иметь компоненты эмбриональной мезенхимы. В зрелом организме подобных локальных изменений соединительной ткани достичь пока невозможно. Вместе с тем, хотя экспериментально это и не подтверждено, имеются основания для представления о тормозящем влиянии неустановленных тканевых компонентов на безудержный опухолевый рост. Подобное заключение логически следует, по меньшей мере, из факта «избирательного метастазирования» ЗО. Известно, что опухоли различных видов и локализации осложняются метастазами преимущественно в определенные органы и тканевые регионы взрослого организма. Было бы опрометчиво полагать в основу подобных закономерностей исключительно региональные по отношению к первичной локализации ЗО особенности крово- и лимфотока. Попав в кровеносные и/или лимфатические сосуды клетки ЗО разносятся по всему организму, во всяком случае, на стадии метастазирования цитологически их можно постоянно обнаружить в крови из локтевой вены. Тем не менее, метастазы появляются преимущественно в «излюбленных» местах. Следовательно, в прочих регионах организма циркулирующие клетки ЗО свойства соединительной ткани (новое микроокружение) следует признать таковыми, что они либо тормозят и блокируют деление внедрившихся опухолевых клеток, либо – непосредственно приводят к гибели последних. Во всяком случае, исходя из того, что уже известно, можно сделать вывод, что в биологической клеточно-тканевой системе - «короля играет окружение», т.е. в значительной степени опухолевая трансформация клетки – явление относительно неустойчивое и может, в частности, подвергнуться обратному развитию при двух условиях: либо при существенном 7 изменении свойств цитоплазмы (случаи с пересадкой ядер из клеток ЗО в яйцеклетку), либо при не менее существенном изменении (нормализации?) свойств микроокружения (эксперименты с пересадкой клеток ЗО в участки эмбриональной ткани). В связи с этим вспоминаются, в частности провидческие слова И.В.Давыдовского: «Клетки опухоли – это нормальные клетки в особых условиях существования», - слова, которые в его время воспринимались как ересь. В целом представляется, что при канцерогенезе речь идет не столько о структурных (мутации) изменениях, которым можно приписать высокое значение лишь при локализации их в генах-регуляторах, сколько о функциональных изменениях клеточного генома, выражающихся в определенных переключениях и перераспределениях «программ» (торможение и/или выключение одних совместно с активацией других, ранее не работавших или использовавшихся лишь изредка) с образованием новых «пакетов», функционирование которых в корне изменяет поведение и структуру клетки, делая ее злокачественной. Но, по сути, ничего нового в такой клетке при этом не возникает: тот же геном (только с иной схемой активации программ), те же структуры в цитоплазме (только с несколько измененными энергетикой и метаболизмом), те же мембраны (хотя и с измененными, применительно к ситуации, свойствами, например – исчезновение способности к контактному торможению). Но, если это верно, то действие истинных канцерогенов (химических, физических и биологических) не может быть сведено к развитию мутаций. В развитии ЗО их определенная роль несомненна, но истинный механизм канцерогенных влияний на клетки значительно сложнее и тоньше, чем мы это себе представляем. Этюд 2. Онкогенез и некоторые тропки в его дебрях В 1976 г. Stechellen и соавт. у птиц, а в 1978 г. Spector и соавт. у млекопитающих обнаружили участки ДНК, гомологичные вирусным онкогенам. В активном состоянии такие участки получили название клеточных онкогенов, в неактивном - протоонкогенов. В дальнейшем было установлено, что в клеточном геноме человека имеется около 100 протоонкогенов («спящие гены стимуляторы»). Их стойкая активация ведет к автономному и неконтролируемому росту за счет увеличения продукции стимулирующих факторов роста или рецепторов (кодируемых онкогенами), их воспринимающих. Считается, что функции протоонкогенов настолько важны, что количественные или структурные аномалии в них приводят к серьезным последствиям в росте и дифференцировке стволовых клеток организма. Наряду с протоонкогенами в клеточном геноме имеются антионкогены (гены-супрессоры) 8 отвечающие за торможение клеточного роста, запуск процессов специализации клетки (превращение в нормальную, зрелую) и последующую программируемую клеточную гибель (апоптоз). Неуправляемый рост клеток невозможен без угнетения или полного выпадения функции генов-супрессоров. Таким образом, независимо от исходных причин опухолевая трансформация становится возможной лишь при таких изменениях, которые ведут к стойкой активации протоонкогенов, и/или инактивации антионкогенов. Между тем, активация различных протоонкогенов и превращение их в клеточные онкогены, помимо опухолевого роста, наблюдается и при эмбриогенезе, а также при пролиферации и дифференцировке клеток в очагах регенерации. Очевидно, что в отличие от опухолевого роста в перечисленных ситуациях активация имеет временный характер с определенным порядком переключения и конечного выключения программ. То есть опухолевую трансформацию можно в определенной степени уподобить некоему «зависанию программ пролиферации и дифференцировки» на каком-то этапе их выполнения. Если исходить из ведущей роли мутаций в опухолевой трансформации нормальной клетки, то последняя «технически» представляет собой довольно сложный процесс, который трудно рассматривать как случайный. Мутации должны произойти в строго определенных локусах, и не в одном гене, а в нескольких. Прежде чем нормальная клетка приобретет свойства опухолевой, необходимы до 7–10 последовательных генных изменений, вызывающих в итоге активацию не менее трех протоонкогенов: генов иммортализации, трансформации и промоции. Таким образом, в целом, процесс канцерогенеза трудно представить как цепь накоплений случайных дефектов в геноме. Высказывается мнение, что для опухолевой трансформации необходимы не спонтанные мутации, а запуск и стабильное функционирование части программ, присущих нормальному эмбриональному развитию. Вполне очевидно, что большая часть подобных программ, потенциально готовых к активации, во взрослых организмах содержится в покоящихся стволовых (камбиальных) клетках, отождествлять которые с клетками эмбриона довольно рискованно. Они тождественны исключительно лишь по геному, что можно утверждать и относительно вполне дифференцированных клеток, неспособных ни к делению, ни к опухолевой трансформации, но никак не по спектру активированных и временно или стабильно блокированных генов. Существует также эпигенетическая, в частности, точка зрения, согласно которой ЗО результат не повреждения, а неправильной работы генов (рак - болезнь регуляции генов, болезнь дифференцировки), которая, в частности, может быть о обусловлена 9 метилированием ДНК. Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы к цитозину, находящемуся в определенной позиции. Сама нуклеотидная последовательность при этом не изменяется, но функция соответствующего гена при этом блокируется или снижается. В норме возможно и деметилирование особыми ферментами. Данный феномен особенно распространен в эмбриональных и стволовых клетках, что вполне понятно. В соматических (дифференцированных) он так же имеет место быть. Понятно, что как стойкое метилирование антионкогенов, так и деметилирование протоонкогенов ведут к одинаковому результату – безудержной пролиферации. Роль метилирования ДНК в патологии наиболее очевидна именно при опухолевой трансформации, когда происходящая при этом стабильная инактивация генов-супрессоров приводит к тому же эффекту, что и их физическое повреждение (мутации). Это явление было названо эпимутацией, т.е. эпигенетическим эквивалентом генетической мутации. Примечательно, в связи с этим, что старение сопровождается падением уровня метилирования ДНК человека. Как знать, быть может именно это обстоятельство и способствует активации стволовых (камбиальных) клеток задолго до того мутировавших, пораженных вирусом и обретших необходимый потенциал злокачественного роста, но долгое время находившихся в «спящем» состоянии? Активация протоонкогенов и превращение их в онкогены может происходить путем одного из 4 основных механизмов: инсерция - активация под действием встроенных в геном вирусных генов; активация при транслокации участка хромосомы со встроенным в него протоонкогеном; активация путем амплификации; активация при точечных мутациях протоонкогенов и антионкогенов. Инсерционная активация происходит при участии РНК- и реже ДНК-содержащих вирусов, которые могут встраиваться в клеточный геном и своими генами модулировать активность близлежащих генов, среди которых могут оказаться протоонкогены. Ретровирусы могут быть носителями вирусного онкогена, или энхансера (усилителя), выполняющих роль активатора онкогенов. Транслокация участков хромосом в клетках может приводить к контакту протоонкогенов с сильными энхансерами, как это происходит при хроническом миелолейкозе человека. Амплификация клеточного онкогена проявляется в увеличении числа его копий и может захватывать как отдельные гены, так и целые участки хромосом. Амплификация клеточных онкогенов описана при раке легкого, мочевого пузыря, толстой кишки, поджелудочной железы, нейробластоме и др. Учитывая феномен полиплоидии, присущий большинству ЗО, этот механизм, очевидно, наиболее распространен в онкогенезе. 10 Относительный вклад генетических и эпигенетических факторов в конкретные формы опухолей может варьировать в широких пределах, а канцерогенами могут быть не только мутагены, но и другие факторы, воздействующие на клеточный метаболизм (в частности, на метилирование) и пролиферацию. Таким образом, представления о двухстадийной модели онкогенеза можно суммировать следующим образом: В течение I стадии (инициации) происходят стойкие, необратимые изменения генотипа нормальной клетки (структурные повреждения ряда регуляторных программ-супрессоров и/или изменения конфигурации активированных и блокированных программ) и она переходит в предрасположенное к трансформации состояние (латентная клетка), что имеет следствием активацию протоонкогенов и/или блокирование антионкогенов. Эта фаза является необратимой, коль скоро не срабатывает клеточный механизм генной репарации. Экспрессия онкогенов приводит к появлению онкобелков, специфично взаимодействующих с внутриклеточными мишенями. Мишенями действия онкобелков могут быть с одной стороны, рецепторы клеточных мембран, эффекторы митогенных сигналов, а также ядерные белки, регулирующие транскрипцию клеточной ДНК. С другой стороны, онкобелки сами могут имитировать митогенный сигнал, обеспечивая инициированной клетке автономное деление без участия факторов роста (ФР). II фаза - промоция в отличие от стадии инициации на раннем этапе считается обратимой. В течение промоции инициированная ранее клетка приобретает фенотипические свойства трансформированной, опухолевой – (эпигенетический механизм). Однако для возникновения опухоли необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промоторов, влияющих на клеточную дифференцировку, блокирующих межклеточные контакты, способствующих образованию свободных радикалов, стимулирующих экспрессию (силу проявления) ДНК –провирусов и некоторых ретровирусов и т.п., В последнее время большое распространение получила концепция «аутокринной активации» пролиферации клеток, рассматриваемой в качестве ведущего элемента опухолевой трансформации. Предполагается, что возможный механизм туморогенного действия онкогенов заключается в том, что неадекватное появление онкобелка, при наличии рецептора на клеточной мембране или внутри клетки, приводит к аномальной стимуляции роста клеток собственным фактором роста. Следствием же аномальной пролиферации является трансформация клеток, которая при наличии других соответствующих с этим онкобелком факторов и приводит к малигнизации. В целом следует заключить, что центральным звеном канцерогенеза или патогенеза ЗО на сегодня признется концепция происходящей различными способами активации 11 естественных протоонкогенов. Этюд 3.Кинетика злокачественных опухолей При большом числе внешних стимулов, их необычной комбинации или при силе воздействия, превышающей пороговые значения, адекватная реакция любой клетки требует перехода на иной уровень функционирования. При этом могут запускаться различные комплексы программ, надлежащее выполнение которых может вести к развитию гипертрофии, пролиферации или апоптозу. Естественно, что переход клеток на новый режим функционирования определяется не только и не столько потребностями организма и условиями среды, сколько непосредственно свойствами микроокружения и собственного состояния на данный момент. То есть стратегию поведения каждая клетка выбирает в зависимости от наличия в ней энергетических и пластических ресурсов, специализации, а также исходя из характера сигналов извне и, в первую очередь, со стороны микроокружения и своего функционального состояния на данный момент. Такой общий жизнеобеспечивающий принцип соблюдается не только нормальными, но и опухолевыми клетками. Поэтому не следует рассматривать раковую опухоль или саркому как хаотическую, неупорядоченную биологическую систему или сравнивать ЗО с целенаправленно развивающимися эмбриональными, стволовыми и камбиальными клетками с присущей им гармоничной и строгой последовательностью поэтапной дифференцировки. Опухолевый рост следует общебиологическим законам, но его темпоральные характеристики имеют существенные отличия по сравнению с ростом нормальных тканей Любая ЗО представляет собой клеточно-тканевую систему с внутренней организацией, не уступающей по своей сложности здоровым тканям. Эта сложность, по сравнению с привычными нам структурами кажется неупорядоченной или хаотичной, но в основе ее находятся закономерности не менее неуклонные и сильные, нежели в здоровых тканях, но нам попросту неизвестные. В основе ее функционирования – взаимодействие отдельных субпопуляций опухолевых клеток с прилегающими здоровыми тканями и организмом по принципу обратной связи, и основой НАДЁЖНОСТИ такой опухолевой системы служит ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ её клеток, и вытекающая из этого гетерогенность последних с появлением, как минимум, двух крайних клеточных субпопуляций: фракции роста и нефункционирующей фракции, что обеспечивает ЗО чрезвычайную жизнестойкость. При этом частота генетических изменений в быстро метастазирующих опухолях в 5–7 раз выше, чем в неметастазирующих. Здоровые клетки делятся быстрее, чем большинство опухолевых, но в каждый данный момент в стадии деления находится лишь малая их часть, причем индекс пролиферации примерно соответствует уровню клеточных потерь. С другой стороны - медленно растущие 12 опухоли характеризуются очень низким индексом пролиферации (<5%) и уровнем клеточных потерь около 97% или несколько менее, при том что многие быстрорастущие ЗО, например – лейкозы, наряду с высоким индексом пролиферации ˃ 30-40 %, так же характеризуются высоким уровнем потерь - ˃99 %. Кинетика роста роста малигнизированной клетки подобна кинетике роста нормальных клеток, что выражается соответствием функции Гомпертциана: ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ОПУХОЛЕВОЙ МАССЫ ЕЕ РОСТ РЕГУЛИРУЕТСЯ ПОСРЕДСТВОМ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО ЗАМЕДЛЕНИЯ. В частности установлено, что для большинства солидных опухолей время удвоения клеточной популяции – величина непостоянная. По мере увеличения опухоли ее рост постепенно замедляется, что зависит от уменьшения ростовой фракции. Период от появления первой, родоначальной опухолевой клетки до клинического установления диагноза занимает (предположительно) при плоскоклеточном раке легкого от 3 до 29 лет (в среднем 10,8 лет), при недифференцированном - от 3 до 46,6 лет (в среднем 15,9 лет), при аденокарциноме— от 2,4 до 40 лет (в среднем 18,5 лет). Быстрорастущему раку толстой кишки от одной клетки до опухоли в 6 см нужно 6–8 лет, а медленнорастущему около 50 лет. Предполагается, что длительность развития опухоли связана с конкурентной борьбой клеток злокачественной опухоли и системами защиты хозяина опухоли. Как только опухоль нащупывает брешь в защите, она быстро прогрессирует. Однако, с равной степенью вероятности можно полагать, что при неизменном или даже повышенном «уровне защиты» ЗО может существенно интенсифицировать свой рост за счет появления новых, более жизнестойких быстро пролиферирующих субклонов. В конечном итоге решающую роль здесь, с одной стороны, играет соотношение фракций роста и покоя, а с другой – аналогичное соотношение индексов пролиферации и клеточной гибели, что далеко не всегда определяется какими-либо внутренними или внешними противодействиями. Таким образом, всегда имеется «скрытый период» развития опухоли, охватывающий промежуток времени между инициированием канцерогенного процесса и клиническим обнаружением опухоли. Последовательные «многократные толчки», являющиеся ступенями канцерогенеза, происходят в течение первой фазы «скрытого периода», которая может длиться от нескольких лет до 3 или более десятилетий, в результате чего образуется первая неопластическая - злокачественная клетка. Вторая фаза скрытого периода длится еще несколько месяцев или лет. Установлено, что опухоль, развивающаяся (предположительно) из одной первичной клетки диаметром 10 микрон достигает доступного для клинической диагностики размера, равного 1 см (злокачественный клон, состоящий приблизительно из 1 млрд клеток) за время, 13 требуемое примерно для тридцати удвоений (делений). Принято также считать, что при достижении ЗО веса 1,5 кг неизбежна гибель больного. К этому времени осуществляется около 40 удвоений (обычно максимальное время существования опухоли). (Удивительно, что в культуре ткани ЗО может делиться бесконечно долго, а в организме ее эволюция заканчивается на 40-м удвоении, в то время как потолок для нормальных клеток составляет – 50 делений (эффект Хайфлика). С другой стороны, если бы клеточные потери ЗО изначально не были бы столь велики то потомство первичной опухолевой клетки после 40 деления достигало бы величины, примерно равной числу клеток взрослого организма, – 10 в 13-й степени.) То есть до появления первых клинических признаков опухоль проживает большую часть времени – примерно 3/4 периода существования системы человек - злокачественная опухоль. Вообще темпы клеточного деления в разных видах ЗО различны и зависят от целого ряда обстоятельств: локализации, вида опухоли, состояния иммунитета и психики (стрессовые ситуации), особенностей гормонального статуса (например, в период беременности), уровня потребления необходимых пищевых противоопухолевых ингредиентов и т.п. Непосредственно же скорость роста новообразования определяется следующими параметрами: -скоростью пролиферации клеток в популяции, -величиной пролиферативного пула -величиной потери клеток (апоптоз, некроз). Для оценки пролиферативной активности клеток в опухоли наиболее часто используют такой показатель, как митотический индекс, соответствующий доле митозов в исследуемой популяции клеток. В ЗО митотический индекс по своим значениям обычно многократно превосходит аналогичный показатель в нормальных тканях. Однако, при этом часто обнаруживается обилие митозов патологических, при которых дочерние клетки неспособны к дальнейшему делению или же нежизнеспособны вообще. Возможно, что истинный ростовой потенциал ЗО помимо определения митотического индекса можно уточнить с помощью определения отношения числа атипических митозов к количеству типичных или наоборот. В итоге - в процессе роста до 97–99% клеток ЗО и более погибают без всякого терапевтического воздействия на них (апоптоз, спонтанные некрозы участков опухоли и т. д.). Показано, что у больных, радикально оперированных по поводу рака желудка без регионарных метастазов и затем погибших от опухоли, в организме остается после операции 14 в среднем 10 млн до 100 млн опухолевых клеток, у неоперабельных больных таковых имеется около 100 млрд. Во многих случаях даже макроскопически различимая опухоль развивается довольно медленно. Так, Gutman более 20 лет наблюдал рентгенологически изъязвления, злокачественность которых была. в дальнейшем доказана. Yamaha описал 3 случая; раннего рака, прослеженных в течение 17—31 года. Kawai, Miyaoka и Kohli наблюдали 14 больных с язвенными раковыми поражениями желудка около 3 лет, а другие японские авторы - 2 аналогичных случая в течение 8 лет. Установлено также, что если атрофические изменения с метаплазией и дисплазией («предрак») развиваются в оперированном желудке уже через год после операции, то карцинома может появиться не раньше, чем через 10—30 лет. В целом во всех сообщениях указывается на медленное прогрессирование раннего рака. Примечательна отмеченная динамическая закономерность: скорость прогрессирования ЗО обратно пропорциональна распространению начальных или промежуточных форм данного заболевания в популяции в целом. Т.о. широкое распространение ранних форм рака определенного вида и локализации, выявляемое при скрининге, должно указывать на медленное прогрессирование таких состояний, т.е., чем ни более часто выявляется та или иная форма ЗО в данной популяции, тем меньше индивидуальная скорость её роста. Изучение роста опухоли с помощью эндоскопии и авторадиографии показало, что ранняя стадия рака желудка длится от 555 до 3076 дней (от 1,5 до 8,4 лет) но в стадии метастатических поражений ее продолжительность составляет 17—90 дней. Таким образом, скорость роста ЗО желудка в поздних стадиях может более чем в 30 раз превышать таковую на ранних стадиях. Выраженное ускорение роста ЗО по мере ее развития составляет характерную черту динамики этого заболевания. Если прогрессирование заболевания в предзлокачественный (латентный) период может длиться десятилетиями, на ранних стадиях - годами, то на последнем этапе развития – лишь месяцами. Существует определенное соответствие между продолжительностью раннего периода ЗО и периодом жизни эпителиальной клетки: для нормальной эпителиальной клетки это время равно 1 дню, при кишечной метаплазии— 1,5 дня, а для опухолевой клетки — от 4 до 15 дней. Возможно это связано с тем, что в клетках ЗО преобладает менее энергоэффективный анаэробный гликолиз, что ведет к более медленному, по сравнению с нормальными клетками, росту с более поздним достижением «критического объема» клетки, при котором необходимо включаются механизмы деления. Кроме того, установлено, что клетки значительной части новообразований обладают митотическим циклом продолжительности, чем клетки нормальных быстро обновляющихся тканей. большей 15 Наибольшая встречаемость различных форм рака отмечается после 40 лет. Можно предположить, что подобное явление не зависит от возрастного увеличения частоты мутаций, так как по мере старения интенсивность деления клеток уменьшается, и вероятность подобных ошибок, соответственно, падает. Заметим также, отмеченное нами выше снижение уровня метилирования ДНК, ассоциированное с возрастом, что может способствовать «проявлению» ранее блокированных онкогенов. Существует предположение, что с возрастом снижается и эффективность механизмов, разрушающих мутационно измененные клетки. При этом надо также учитывать и сопутствующее уменьшение количества стволовых (и камбиальных?) клеток, что ведет к снижению эффективности физиологического обновления - регенерации тканей. В последнем случае необходимо заметить, что с возрастным уменьшением числа стволовых (камбиальных) клеток со временем должна увеличиваться вероятность активации одной из тех, спящих, что стала «онкоопасной». Первичные компактные (солидные) опухоли, происходящие из родоначальной клетки, обычно возникают в виде бессосудистых агрегатов клеток ЗО. Обмен веществ в эту фазу поддерживается диффузией. При этом полагают, что бессосудистой фазе соответствует carcinoma in situ. Но представляется, однако, что если в отношении плоскоэпителиальных ЗО термин «бессосудистые» является вполне закономерным, по крайней мере на начальных этапах, то в отношении ЗО из железистого эпителия, соединительной и, в частности, кроветворной ткани в виду изначального обилия сосудистых контактов подобное обозначение является достаточно спорным. Т.е. следует уточнять, что, говоря о «бессосудистом» этапе развития, имеют в виду отсутствие сосудов в самом опухолевом зачатке. Количество клеток в бессосудистом опухолевом комплексе обычно не превышает 1 млн, что соответствует объемному образованию диаметром 1-2 мм. Однако, в некоторых случаях (меланома) первичная эпителиальная ЗО распространяется на значительное расстояние в пределах эпителиального пласта (поверхностный рак), занимая участки слизистой (кожи) в десятки квадратных см. Быстрый экспоненциальный рост опухоли может начинаться только после ее васкуляризации. Васкуляризация компактного опухолевого зачатка обычно происходит на 20-м удвоении. В это время опухоль весит около 1 мг представлена примерно 1 млн клеток. Кровоток в опухоли сравнивают с током воды ч/з заболоченную местность, где почва насыщена влагой, но скорость течения очень мала. Среднее время удвоения солидных опухолей весьма вариабельно, но обычно составляет около 90 дней. При лейкозах – около 4 дней. 16 С увеличением размеров узла инвазивного рака скорость роста его замедляется, но вероятность метастазирования увеличивается. Большинство онкобольных выявляется только после достижения опухолью массы 1 г, что примерно соответствует очагу диаметром около 1 см (30 удвоений – около 1 млрд клеток) и более. Метастазы при этом наблюдаются еще достаточно редко. Диагностика микроинвазивной опухоли (диаметром менее 0,5 см) возможна, но достаточно редка на практике. Подобные опухоли могут быть выявлены лишь эндоскопически и гистологически. У 2/3 онкобольных к моменту установления диагноза и началу лечения ЗО уже генерализована, однако метастазы ничем клинически не проявляют себя. Регрессия тяжелой дисплазии или carcinoma in situ наблюдается исключительно редко, но инвазивный рост необязательно происходит через стадию carcinoma in situ и может начаться непосредственно из очага дисплазии I и II степени. Установлено, преимущественно что в центре гипоксические солидных (полностью опухолевых анаэробные) узлов обычно клетки, находятся устойчивые к химиотерапии и облучению. В гипоксических зонах клетки ЗО выходят из режима пролиферации в состояние покоя, которое характеризуется низкой проницаемостью мембран, уменьшенной вторичной активностью хроматина, низким уровнем синтеза макромолекул, высокой скоростью обновления макромолекул, увеличенной активностью ферментов катаболизма. Повышение скорости обновления белка увеличивает адаптацию. Усиленный катаболизм (аутофагия) частично компенсирует недостаточность питания. Ускоренная деградация макромолекул ведет к снижению накопления аберрантных белков. Т.о. пребывание клеток в состоянии покоя фактически «омолаживает» популяцию. Лучевая терапия и многие методы цитотоксических препаратов, практически не затрагивают эту клеточную фракцию, благодаря чему возможна ее активация с продолжением опухолевого роста, спустя некоторое неопределенное время после окончания лечения. Большая часть стволовых клеток опухоли (при хроническом миелоидном лейкозе и раке молочной железы их доля соответственно может составлять всего 0,1–1 и 2–5 % всех неопластических клеток) сосредоточена именно в гипоксических зонах, где доля G0-клеток возрастает по мере увеличения объема новообразования. Сушественно, что даже в «ураганно растущих» опухолях (меланома и т.п.) фракция роста не превышает 20% от общего числа малигнизированных клеток. Крупные опухоли часто бывают малочувствительными к химиотерапии из-за того, что ростовая фракция их невелика. У мелких опухолей последняя более значительна и химиотерапия может оказаться высокоэффективной. Исходя из этого, при наличии крупных 17 опухолей, прибегают к т.н. «адьювантной» химиотерапии, которую проводят после того как масса опухоли уменьшена другими способами. В 60-х годах прошлого века Скиппер с соавт. разработана математическая модель гибели клеток ЗО под действием химиотерапии, хорошо согласуемая с практическими результатами последней. В рамках этой модели рост ЗО описывается экспоненциальной функцией: скорость роста увеличивается до тех пор, пока опухоль не достигает массы, несовместимой с жизнью. При этом увеличение числа опухолевых клеток от 1 млн до 1 млрд (т.е. на 3 порядка) происходит за то же время, что и увеличение их численности от 1 млрд до 1 трлн (также на 3 порядка). Гибель клеток ЗО описывается той же функцией. Это означает, что каждый курс химиотерапии уничтожает ОДНУ И ТУ ЖЕ ДОЛЮ опухолевых клеток, НЕЗАВИСИМО от массы опухоли. Например, если данная доза цитостатика уничтожает 99 % клеток ЗО, их число снижается на 2 порядка, и из 100 млрд клеток жизнеспособными останутся 1 млрд. Далее, если оставшиеся клетки не продолжат столь же бурную пролиферацию (что практически маловероятно для большинства ЗО), то при последующем курсе химиотерапии их число снизится так же на 2 порядка, т.е. с 1 млрд до 10 млн. Опухоль с таким числом клеток практически крайне редко выявляется клинически, и поэтому в подобных случаях считается, что достигнута полная ремиссия. Однако, для того, чтобы были уничтожены все до одной клетки ЗО потребуется еще 4 курса химиотерапии. Отсюда понятны описания случаев поздних метастазов (ч/з 20-30 лет после удаления первичной опухоли). Вблизи опухолевых узлов обычно наблюдается гиперплазия самых различных тканей: эпителиальной, мышечной и т.п (коллатеральная гиперплазия). Некоторые опухоли, равно как и метастазы из них, на ранних стадиях прогрессии не способны использовать в качестве стромы любую соединительную ткань. Им нужна строма родного органа. На поздних стадиях эта зависимость утрачивается. Процесс метастазирования, - отрыв клеток отделение клеток от первичного опухолевого комплекса (узла) по времени своего начала совпадает с васкуляризацией и происходит постоянно следующим образом: 1. Отрыв опухолевых клеток от тканей опухоли. При этом подавляющее большинство отделившихся клеток ЗО – погибает. 2. Транспортировка клеток по кровеносному или лимфатическому руслу. Клетки ЗО в лимфо- и кровотоке способны циркулировать неопределенно долго, нигде не прикрепляясь. До 95 % из них погибает. 3. Фиксация клетки к стенке сосуда. Установлено, что задержка клеток ЗО путем застревания 18 их в сосудах несоразмерно малого калибра (эмболия) ведущей роли в метастазировании не играет. Вместе с тем, наличие любого повреждения интимы (эндотелия) сосуда, как показано в экспериментах, может приводить к фиксации до 85-90% клеток (атеросклеротические, воспалительные, дистрофические изменения, местный тромбоз). На месте фиксации обычно формируется тромб, включающий в себя опухолевые клетки 4. По убыванию в частоте возможны: гибель клетки, переход в состояние покоя, или врастание в подлежащую ткань с формированием метастатического узла. Известный феномен органотропизма метастазов не вполне ясен. Таким образом, и в этом нет ничего нового, основную задачу онкологии, с одной стороны, следует полагать в разработке и широком распространении как можно более ранней диагностики ЗО, - не позднее, чем на стадии бессосудистого опухолевого комплекса, а с другой – в дальнейшей рационализации и совершенствовании контроля результатов противоопухолевой терапии с учетом особенностей динамики роста ЗО. Этюд 4. Физиологические особенности опухолевого роста А. Клеточные и тканевые особенности Структурные изменения, соответствующие функциональной переориентации опухолевой клетки затрагивают все её компоненты. Наиболее обычными изменениями являются: 1. Увеличение размеров ядер, часто гиперхромных, с повышенным содержанием гетерохроматина (функционально неактивного), имеющих изъеденный контур, обладающих крупными ядрышками. Гиперхромность свидетельствует о повышенной плоидности ядра. Появление многоядерных клеток есть также свидетельство повышенной плоидности. Последняя объясняет как накопление гетерохроматина, так и увеличение размеров ядра. Повышенная изъеденность контуров ядра указывает на увеличение площади поверхности ядерной мембраны, контактирующей с цитоплазмой (минимальная площадь ядерноцитоплазматического контакта, при том же объеме, присуща ядрам правильной, сферической формы), что является основой для повышенного уровня ядерноцитоплазматического обмена. Увеличение объема и числа ядрышек – признак интенсификации их функции, заключающейся в синтезе РНК и сборке рибосом. В целом наличие подобной картины – признак усиления как собственно функции ядра, так и ядерно-цитоплазматического обмена. В учебниках и руководствах пишут, правда, что относительное увеличение содержания гетерохроматина на фоне параллельного относительного же (!) снижения эухроматина (активного) свидетельствует, якобы, о том, что «в функциональном 19 отношении опухолевая клетка очень примитивна и требует генетического и метаболического обеспечения, в основном процессов роста и размножения». Но – снижение относительного (!) содержания эухроматина может полностью нивелироваться и многократно перекрываться полиплоидией. Ядрам вполне дифференцированных кардиомиоцитов, особенно гипертрофированных также свойственна полиплоидия и снижение отношения эу/гетерохроматина, что никак не свидетельствует о «примитивизации» этих клеток. Усиление анаэробного гликолиза сопровождается значительнвм уменьшением количества митохондрий в опухолевых клетках (в нормальной клетке их около 1000), а также появлением крупных и гигантских митохондрий с нарушенной ориентацией крист. В то же время имеется небольшое число опухолей с высоким содержанием митохондрий в цитоплазме (онкоцитомы, зернистоклеточный почечно-клеточный рак и др.). Ферменты гликолитического цикла Мейергофа находятся в цитоплазме, из чего становится понятным резкое снижение числа митохлндрий в клетках большинства ЗО. 2. Эндоплазматический ретикулум в опухолевых клетках в зависимости от уровня белковосинтетической функции может быть развит совершенно различной степени. 3. Цитоскелет опухолевой клетки обычно характеризуют как неупорядоченный в расположении его компонентов, но живой (!) клетке ЗО, по всей видимости, просто свойственен СВОЙ оптимальный порядок структурирования, иной по сравнению с нормальными клетками. Так, часто м икротрубочки перинуклеарную сеть, образуют а микрофиламенты в виде пучков локализуются под цитолеммой. С одной стороны подобная перестройка снижает степень адгезии к другим клеткам, с другой – обеспечивает повышенную изменчивость формы и подвижность самой клетки хозяина. Т.о. ничего принципиально нового в ультраструктуре клеток ЗО не наблюдается. Речь идет лишь о некоторых, преимущественно количественных и пространственных, отклонениях или, лучше сказать, перераспределениях исходного набора ультраструктур, имевшихся в родоначальной клетке. К этому имеет смысл добавить, что для любой сложной системы в процессе ее непрерывного функционирования замена любого ее элемента на нечто принципиально новое является попросту неотвратимо гибельной. Общеизвестно, что к числу общих характеристик большинства ЗО относится преобладание в них анаэробного гликолиза. Обычно этот феномен связывают с неадекватным кровоснабжением ЗО. 20 Однако, в экспериментах показано, что повышение уровня глюкозы в трехмерных сферически симметричных клеточных агрегатах приводит к увеличению количества покоящихся клеток (малочувствительных к действию повреждающих агентов), что, с одной стороны ставит под сомнение необходимость введения глюкозы перед проведением противоопухолевой химио- и лучевой терапии, а с другой – выдвигает закономерный вопрос о возможности АКТИВНОГО перехода части клеток ЗО на анаэробный метаболизм, не связанного с уровнем их кровоснабжения. Анализ интенсивности пролиферации опухолевых клеток свидетельствует о том, что клетки значительной части новообразований обладают митотическим циклом большей продолжительности, нежели клетки нормальных быстро обновляющихся тканей. Например, клетки рака молочной железы делятся даже реже, чем клетки нормальной молочной железы в начале беременности, в период максимальной гормональной стимуляции. Избыточное размножение неопластических клеток обусловливается не только их интенсивным и неограниченным во времени делением, но и приобретением ряда других свойств, в частности повышенной жизнеспособности вследствие подавления апоптоза и способности стимулировать образование сосудов или сосудоподобных структур для кровоснабжения растущей опухолевой ткани. Новые сосуды образуются главным образом за счет двух процессов: ангиогенеза — ветвления уже имеющихся в окружающих тканях мелких сосудов и васкулогенеза — формирования сосудов из стволовых клеток, в частности гемангиобластов (общих предшественников кроветворных и эндотелиальных клеток) и ангиобластов (предшественников клеток эндотелия). Предполагается, что в опухолевых тканях сосуды формируются в основном за счет ангиогенеза, хотя ряд новых данных указывает на значительную роль в этом процессе и гемангиобластов, небольшое количество которых постоянно циркулирует в кровеносном русле. Стимуляция ангиогенеза вызывается увеличением содержания в окружении опухолевой ткани специфических ангиогенных цитокинов, которые секретируются неопластическими клетками и стимулируют размножение и миграцию (построение трубчатых структур) эндотелиальных клеток. Наряду с «классическими» сосудами в опухолях могут формироваться так называемые мозаичные сосуды, частично состоящие из нормальных эндотелиальных клеток, а частично — из опухолевых клеток. Для некоторых опухолей, например для меланом, характерно образование сети кровоснабжающих трубчатых структур, полностью состоящих из опухолевых клеток, — так называемая васкулогенная мимикрия неопластических клеток. 21 Приобретение способности формировать такие структуры связано с активацией экспрессии в опухолевых клетках ряда белков эндотелиальной дифференцировки: VE-кадгерина, VEGFR2, CD34 и др. Тонкие молекулярные механизмы индукции васкулогенной мимикрии остаются неясными. Потребность ткани ЗО в кровоснабжении можно проиллюстрировать тем, что участок некроза внутри опухоли нередко идет параллельно кровеносному сосуду и отделяется от него полосой в 1-2 мм из жизнеспособных клеток. Эта зона в 1-2 мм вокруг сосудов и представляет собой максимальную дистанцию, на величину которой могут легко распространяться вне сосуда кислород и другие питательные материалы из кровотока (предельная зона диффузии). Другой важный фактор воздействия неопластических клеток на микроокружение — индукция конверсии стромальных фибробластов в миофибробласты, стимулирующие опухолевый рост. Отличительным свойством миофибробластов служит мощный сократительный аппарат, состоящий из микрофиламентов гладкомышечного актина. Кроме того, они отличаются от нормальных фибробластов повышенной продукцией протеаз, разрушающих белки внеклеточного матрикса, и ряда цитокинов, стимулирующих размножение и миграцию клеток. Физиологическая конверсия фибробластов в миофибробласты происходит в ранах (этот процесс индуцируется секрецией из поврежденных и/или окружающих клеток некоторых цитокинов. Присутствие миофибробластов способствует заживлению ран за счет: а) механического стягивания их границ; б) стимуляции размножения/миграции клеток и ремоделирования ткани. Неопластические клетки вызывают транс-дифференцировку стромальных фибробластов в миофибробласты. Еще одной характерной модификацией микроокружения является привлечение в опухоль макрофагов и других клеток воспаления. Это связано с активацией в неопластических клетках ряда сигнальных путей, стимулирующих продукцию ими ряда провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-8). Предполагается, что присутствие клеток воспаления ускоряет опухолевую прогрессию за счет секреции ими цитокинов, стимулирующих размножение неопластических клеток, ангиогенез и образование миофибробластов, продукции металлопротеиназ, а также повышения содержания активных форм кислорода и азота, индуцирующих мутагенез. К слову сказать, одним из первых признаков малигнизации пигментного невуса является именно появление ощутимых признаков перифокального воспаления! Упрощая, пожалуй, можно говорить о том, что воспаление, само по себе, здесь выступает в роли своеобразного «чистильщика тканевой территории» на окраинах растущего 22 опухолевого комплекса или узла. Во-первых, оно разрушает исходную структуру ткани на своей территории, делая ее «более жидкой» или «более мягкой» и, тем самым – более доступной для опухолевого роста, а во-вторых, само по себе, стимулирует ангиогенез, ведущий к созданию сосудистой базы, облегчающей дальнейший рост и метастазирование ЗО. При контакте между двумя и более клетками изменяются все клетки; при контакте с матриксом изменяется не только матрикс, но и клетка. Поведение клетки в организме определяется средой, непосредственно окружающей эту клетку. Такая микросреда состоит из компонентов трех типов: а) соседних клеток; б) внеклеточных поверхностей, с которыми контактирует клетка, например, поверхностей коллагеновых волокон и других волокон, выделяемых клеткой (так называемого внеклеточного матрикса), и в) жидкой среды: тканевой жидкости, крови и лимфы. Клетки ЗО в процессе роста изменяют предсуществовавшую микросреду или разрушают ее, формируя заново. Тем самым, однако, определенным зональным структурно-функциональным изменениям подвергаются и сами клетки ЗО и если бы мы на основе куда более обширных знаний, нежели те, которыми обладаем, могли бы индуцировать изменения микросреды ЗО в нужном направлении, то, несомненно, острота проблемы остановки и ликвидации опухолевого роста была бы значительно снижена. Б. Системные реакции, связанные со злокачественным ростом I. Общие проявления Наиболее часто наблюдается раковая кахексия, - синдром потери веса, возникающий при утрате жира из жировых депо и при катаболизме мышечных белков. Кахексия может быть связана с недостаточным питанием (рак выходного отдела желудка, пищевода и т.п.), а также с дистантным, медиаторным действием ЗО. В частности предполагается, что медиатором этого синдрома может являеться опухолевый фактор некроза TNF-альфа, вырабатываемый макрофагами, и раковыми клетками на определенной стадии прогрессии. Совместно с ним аналогичное медиаторное действие оказывают цитокины IL-1, IFN-гамма. У больных ЗО нередки и случаи психогенной анорексии, тонкие механизмы развития которой неизвестны. Переход большинства ЗО на анаэробный гликолиз для требуемого результата, достигаемого при окислении, требует в 16-18 раз больше глюкозы на единицу массы ткани опухоли. ЗО становится «ловушкой глюкозы», что по достижении массы опухолевой ткани определенного предела вынуждает организм с нарастающей скоростью расходовать резервы гликогена в печени и мышцах, а также интенсифицировать глюконеогенез, расходуя белки (аминокислоты) и жиры (глицерин). 23 Стимуляция глюконеогенеза обеспечивается гиперфункцией коры надпочечников, развивающаяся в ответ на гипогликемию. Использование больших количеств аминокислот и глицерина для синтеза глюкозы ограничивает возможности здоровых тканей синтезировать белки и липиды для собственных нужд. По мере своего роста ЗО приобретает все большее значение и как ловушка азотистых соединений (белков, аминокислот, азотистых оснований), а также липидов и жирных кислот, используемых для собственных синтетических потребностей. В итоге наблюдается феномен постепенного перепрограммирования метаболизма непораженных органов и тканей в сторону, более характерную для ЗО с развитием некоторого биохимического уподобления последним и снижением чувствительности тканеймишеней к гормонам (относительная автономизация). II. Нервная система. В свое время Г.А.Захарьин полагал, что «процент рака на почве горя так же велик, как процент сухотки на почве сифилиса». До сих пор распространено мнение, что хронические невротические состояния, хронические депрессии значительно повышают риск заболевания ЗО. Но почему-то малоизвестным на фоне подобных заключений остается тот факт, что депрессивные состояния у психических больных, напротив, снижают риск ЗО. Учитывая длительный (годы и десятилетия) латентный период развития ЗО, по всей видимости, логичней было бы рассматривать депрессивные состояния, развивающиеся у психически здоровых дотоле людей, скорее как своеобразный маркер, который может указывать на высокую вероятность наличия у них субклинической ЗО. Т.е., помимо внешних причин, именно клинически не обнаруженная еще ЗО «сигнализирует» о себе неопределенной тормозящей психической деформацией личности. Что же касается ЗО, выявляемых вскорости после перенесенных сильных стрессов и нервных срывов, то подобные пертурбации, очевидно, могут претендовать лишь на роль триггеров клинической манифестации длительно и латентно доселе уже существовавшего опухолевого процесса. Не следует забывать и о том, что изменения психики всегда сопровождаются определенными деформациями гормонального фона, который гораздо более непосредственно способен влиять на темпы роста ЗО, особенно в начальных стадиях последней. III. Эндокринная система В развитии ряда опухолей изменения гормонального фона имеют первостепенное значение. К ним относят – ЗО эндокринных желез, молочной железы, матки, предстательной 24 железы. При этом в большинстве случаев те или иные гормоны или схожие с ними вещества обладают ко-факторной активностью; стимулируя пролиферацию в органах мишенях, сами по себе они не ведут к опухолевой трансформации, но лишь существенно ускоряют ее, если к тому имеются определенные предпосылки. При наличии ЗО иногда развивается паранеоэндокринный синдром (в рамках паранеопластического синдрома). Во-первых, ряд веществ, выделяемых клетками ЗО способны модифицировать функцию желез внутренней секреции, резко усиливая или ослабояя ее. Во-вторых, многие ЗО способны синтезировать как истинные гормоны, так и вещества с гормоноподобной активностью. Среди паранеопластических эндокринопатий наиболее частым вариантом является синдром Кушинга с артериальной гипертензией, остеопорозом и т.д., обусловленный наличием мелкоклеточной карциномы бронха, выделяющей АКТГ и АКТГ-подобные пептиды. Предшественником АКТГ является крупная молекула, известная как проопиомеланокортин (ПОМК). У тех больных раком бронха, у которых есть синдром Кушинга, уровни концентрации ПОМК и АКТГ в сыворотке крови повышены. В то же время больные с возросшим уровнем АКТГ, имеющим другое, гипофизарное происхождение, повышения концентрации ПОМК не обнаруживают. В рамках паранеоэндокринопатии наблюдается и секреция различных гормонов, вырабатываемых нейроэндокринными клетками выстилки бронхов, - АДГ (гипонатриемия), серотонин (карциноидный синдром). Та или иная форма паранеоэндокринопатии наблюдается у 1-10% больных бронхогенным раком. К этому можно добавить, что хорионэпителиома выделяет тиреотропный гормон, опухоли щитовидной железы нередко синтезируют АКТГ, а опухоль из островков Лангерганса может ситезировать до 7 различных гормонов и т.п. IV. Иммунная система Многочисленные генетические и эпигенетические изменения в неопластических клетках ведут к появлению так называемых опухоль-специфических антигенов (TumorSpecific Antigens, TSA) и опухоль-ассоциированных антигенов (Tumor-Associated Antigens, TAA), способных вызывать иммунные реакции, уничтожающие презентирующие их клетки. TSA — мутантные белки и/или пептиды, которые присутствуют в опухолевых клетках, но отсутствуют в нормальных. Это не только детерминанты канцерогенеза, но и «случайно» мутированные (вследствие генетической нестабильности) белки, обладающие сильной иммуногенностью. С другой стороны, многие важные для канцерогенеза мутации (Ras и др.) 25 не создают значимые для отторжения антигены вследствие низкого содержания данных белков и/или их слабой иммуногенности. Известно также, что в ряде случаев пересаженная опухоль у животного предварительно иммунизированного опухолевыми клетками растет быстрее, чем у неиммунного организма (феномен усиления). Вопрос о влиянии иммунной системы (ИС) на рост ЗО и обратной связи этого взаимодействия к настоящему времени серьезно запутан и требует отдельного рассмотрения. Если коротко, то представляется, что иммунная система почти 100% эффективна лишь на первой, бессосудистой стадии роста ЗО. При этом предел максимальной эффективности ИС ориентировочно можно определить наличием не более 1000 опухолевых клеток (минимум – 10-е удвоение), так как известно, что при экспериментальном перевивании опухолей для успеха этой операции необходимо ввести животному материал, содержащий не менее 1000 клеток. В противном случае – результаты перевивания негативны в подавляющем большинстве случаев. По всей видимости, превышение порога численности в 1000 клеток, равно как и дальнейшая васкуляризация первичного опухолевого комплекса, независимо от исходного состояния ИС каким-то образом резко ослабляют или нивелируют возможности иммунного ответа на злокачественный рост. В качестве одной из причин, в частности, можно предполагать, что опухоль постепенно «уходит» от иммунного надзора вследствие генетической нестабильности опухолевых клеток и связанного с ней генного дрейфа,. К тому же, хотя повышенная частота онкозаболеваний у больных с иммунодефицитными состояниями (в 10000 раз более часто при первичном и в 80-100 раз при вторичном) говорит в пользу существования иммунного надзора, сильный аргумент против возможностей (эффективности) такого надзора также базируется на исследованиях иммунодефицитных процессов. Так, самыми частыми формами злокачественных новообразований у лиц с подавленными или недостаточными иммунными реакциями являются лимфомы (более 80 % всех ЗО), особенно иммунобластные В-клеточные лимфомы. Эти поражения могут быть, в частности, и следствием неадекватного иммунопролиферативного ответа на вирус, такой как EBV, или на применявшиеся лекарственные препараты (в последнем случае речь заходит о ятрогенной патологии, доказать которую бывает трудно). Наконец, у иммунологически дефектных лиц можно было бы ожидать повышения частоты более распространенных форм — рака бронха, молочной железы, органов пищеварительного тракта — или множественных новообразований. Однако подобного частотного увеличения данных видов опухолей не отмечается, хотя если они и регистрируются, то преимущественно в первые 20 лет жизни. Приведенные факты дополнительно указывают на то, что если иммунный надзор и 26 существует, то он срабатывает лишь на ранних стадиях канцерогенеза. V. Паранеопластические синдромы. Возникают примерно у 10% онкологических больных. Они могут раньше других признаков информировать о латентной, скрытой опухоли и создать самостоятельный комплекс осложнений, подчас смертельный, наконец, они могут имитировать метастатические поражения и тем самым подталкивать к неправильной терапии. Помимо упомянутых паранеопластических эндокринопатий наиболее частым является синдром кальциемии, причем симптоматическое повышение концентрации кальция в крови гораздо чаще связано с каким-либо злокачественным новообразованием, нежели с гиперпаратиреоидизмом. Гиперкальциемия при злокачественном росте может быть обусловлена остеолизом, вызванным метастатическим, реже первичным поражением кости, например при миеломе, и — более часто выработкой какой-либо вне- костной опухолью гуморальных субстанций, приводящих к поступлению в кровь кальция в повышенных количествах. Одной из подобных субстанций является, в частности, белок, связанный с паратгормоном (так называемый parathyroid hormone-related protein, РТНгР) и напоминающий сам гормон по строению аминотерминала. Он выполняет несколько функций совместно с паратгормоном и действует через его рецепторы. Однако в отличие от этого гормона, РТНгР продуцируется в незначительных количествах многими нормальными клетками: кератиноцитами эпидермиса, мышцами, остеоцитами, клетками яичников. Его значение в нормальных физиологических процессах пока не ясно. Но при различных злокачественных опухолях, например плоскоклеточном раке бронха, продукция РТНгР возрастает и обеспечивает гиперкальциемию. Правда, наряду с этим белком в развитии гиперкальциемии участвуют и такие факторы, как IL-1, TGF-альфа, TNF-альфа и дигидрокси-витамин D. Встречаются и другие более редкие паранеопластические системные проявления (миастенический синдром, периферическая нейропатия, лейкемоидные реакции и др.). В заключение этого, достаточно беглого обзора видимо неуместно ставить точку в виде определенных выводов. На то они и этюды. По ходу изложения выводов, равно как и предположений, а больше вопросов высказано было вполне достаточно. Постскриптум Определений злокачественного опухолевого роста достаточно много, даже официально признанных и широко распространенных. Фактически большинство из них сводится к перечислению ряда признаков (свойств) ЗО. Такая форма 27 определения, независимо от ее полноты, даже в текущей практике патологов создает иной раз значительные трудности в определении того, с чем они имеют дело, - с добром или злом? А ведь именно с решения именно этого вопроса начинает разворачиваться алгоритм патогистологической и цитоморфологической диагностики! Исходя из того, что ядра опухолевых клеток содержат генотип, идентичный тому, которым обладают все остальные соматические клетки данного организма, но поведение ЗО, которые строят, между тем, собственную опорную ткань и стимулируют ангиогенез, - довольно своеобразно (непривычно), невольно приходишь к выводу, что ЗО, по сути, является эволюционно новой реакцией адаптации, формой ПРИСПОСОБЛЕНИЯ (идея не нова и принадлежит И.В.Давыдовскому). Но тут же возникает вопрос: к ЧЕМУ эта адаптация, на ЧТО она направлена? А вот здесь уже мысли растекаются по древу. )) В последнее время появилась интересная гипотеза А.П.Козлова (2009) о возможной высокой значимости опухолей в появлении новых клеточных и, надо полагать, тканевых типов в эволюции. Привожу 2 цитаты: 1. «В ходе эволюции генома постоянно возникают новые гены, но где им проявить себя? Уже имеющиеся ткани для этого не подходят. Число клеточных делений в этих тканях ограниченно, и они не могут снабжать эволюционирующие организмы избытком клеток, да и задачи у них другие. В дифференцированных тканях уже установился баланс между существующими генами, поэтому «новички» там обычно молчат. Для экспрессии «спящих» и/или эволюционно новых генов, возникавших в процессе эволюции генома в клетках зародышевой плазмы (но не в клетках опухолей), организму необходим некий «полигон», на роль которого идеально подходит опухоль.» 2. «В соответствии с концепцией эволюционной роли опухолей они предоставляют условия для экспрессии эволюционно новых и/или спящих генов, которые не экспрессируются в нормальных клетках и потому 28 не подвержены в них действию естественного отбора и не имеют функции. Изменение этих последовательностей ДНК в зародышевых клетках и их экспрессия в опухолях могут привести к возникновению гена с новой функцией, что в свою очередь вызовет дифференцировку опухолевых клеток в соматические клетки нового типа. Очень важно то обстоятельство, что для возникновения нового гена и новой функции недостаточно только эволюции последовательности на уровне ДНК. Необходимы также ее экспрессия и отбор на новую функцию на уровне РНК и /или белка, который должен начаться в определенной момент эволюции новой последовательности.» Автором гипотезы и его сотрудниками действительно доказана опухолевая экспрессия сотен генов, «молчащих» в нормальных клетках. Приведены примеры эволюционно приобретенных, предположительно таким образом, новых тканей и органов у различных животных. Вопрос только в том, как могут передаться новые гены, экспрессированные в ЗО (!) – потомству, если эта патология почти всегда является фатальной для ее носителя? В целом, из приведенных примеров, складывается впечатление, что новая информация может передаваться потомству и закрепляться у него преимущественно лишь от носителей ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ опухолей. В связи с этим, возможно, что первоначальной биологической «целью» онкогенеза является именно «доброкачественный» рост, который в большом числе случаев, в силу неясных нам причин, на раннем этапе прерывается и направляется по другому руслу, губительному для организма-носителя. В связи с употреблением слова «цель», уместно заметить, что, по сути, живая природа – никаких «целей» себе не ставит, но лишь пытается самосохраниться, как в индивидуальной, так и в родовой жизни - любой приемлемой ценой или способом из набора доступных ей. Во всяком случае, основой биологической эволюции является высокая изменчивость и опухоли предоставляют для этого благодатный плацдарм в плане каких-то возможных новых клеточно-тканевых приобретений (новаций). 29 Говоря о ЗО, мы часто подразумеваем хаос, беспорядочный процесс роста, когда ход событий нельзя (или чрезвычайно трудно) спрогнозировать или воспроизвести. Но хаос опухолевого роста обнаруживает, все же, ограниченный порядок, хотя и не всегда понимаемый нами вполне. Критерий порядка – УСТОЙЧИВОСТЬ структур возникших в системе К МАЛЫМ возмущениям. При отсутствии подобной устойчивости детерминированное описание теряет смысл и приходится использовать статистические методы, что часто и происходит при наблюдениях ЗО. Старение организма (системы) сопровождается ПОВЫШЕНИЕМ ПОРОГА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ его главных регуляторов, в частности – гипоталамуса, а также постепенным изнашиванием (истощением) эффекторных органов. Т.о. снижается чувствительность к сигналам передаваемым как по эффекторным каналам, так и по каналам обратной связи (В.М.Дильман, 1987). В результате постепенно нарастает дисбаланс системной регуляции, наряду с ослаблением и замедлением адаптивных реакций со стороны эффекторных органов. Т.е. биологическая система с возрастом постепенно перестает реагировать на МАЛЫЕ возмущения, а вот клетки ЗО, по всей видимости, подобную способность СОХРАНЯЮТ(!). Почему? Вероятно, в силу того, что они исходят из некоторых линий стволовых и камбиальных клеток, не проявляющих видимых признаков старения и сохраняющих свой исходный потенциал на протяжении всей жизни (?). Таким образом, подытоживая все сказанное можно предполагать, что ЗО – есть некая клеточно-тканевая подсистема, возникшая из клеток сохраняющих ВЫСОКУЮ чувствительность к МАЛЫМ возмущениям, и развивающаяся в рамках системы более высокого уровня, клеточные элементы которой подобную чувствительность в значительной мере уже утратили. Возможно, это предположение выглядит чрезмерно общим и в высокой степени абстрактным, но оно способно объяснить: -высокий потенциал изменчивости ЗО, обусловливающий как возможную их эволюционную значимость, так и основные направления опухолевой прогрессии; 30 -характерную для ряда опухолей, длительное время протекавших латентно, бурную экспансивную реакцию на случайные механические и прочие повреждения, эмоционально-гормональные всплески и т.п.; -очаговые некрозы, часто обнаруживаемые в опухолевых узлах и не всегда связанные с недостаточностью кровоснабжения; -видимую «беззащитность» организма перед опухолевой экспансией и т.д. *Недавно в СМИ Д.Хворостовского, появились сообщения связывающие Ж.Фриске, И.Кобзона и др. с развитие ЗО у предшествовавшими «омолаживающими» инъекциями стволовых клеток. Если таковая связь подтвердится, тона вполне укладывается в рамки данной гипотезы. При этом, наблюдаемая «хаотичность» роста ЗО является не внутренне ей присущей, но, скорее, условиями роста и структуризации в рамках системы, уже находящейся в состоянии относительного и медленно прогрессирующего хаоса. Проще говоря, те малые возмущения (сигналы), которые «нормальные» элементы системы перестали уже воспринимать, или же реагируют на них весьма слабо, для клеток ЗО продолжают оставаться достаточно действенными и сильными стимулами для роста, деления и «неадекватного» (в отношении системы, но не самой опухоли) функционирования. Клетки ЗО «теряют ориентиры». Они – легко возбудима и реагирует на сигналы, которые все остальные, «нормальные» клетки давно уже «пропускают мимо ушей». Если подобное предположение верно, то разработка методов, избирательно повышающих порог чувствительности и, тем самым снижающих возбудимость клеток ЗО или же обратно направленных воздействий на центральные регуляторы должна иметь хорошие перспективы. К сожалению, решение подобной проблемы в данном контексте представляется достаточно «сказочным», ибо оно равносильно поиску средств радикального омоложения. )) ЛИТЕРАТУРА 1. Абелев Г.И., Эрайзер Т.Р. На пути к пониманию природы рака // Биохимия. -2008. - № 5. – С. 605-618. 31 2. Альберт А. Избирательная токсичность Т. I. –М., 1989 -400 с. 3. Аничков Н.М., Кветной И.М., Коновалов С.С. Биология опухолевого роста. –М., ОЛМА-ПРЕСС, 2004. -216 с. 4. Гастроэнтерология. В 3 частях. Часть 1. Пищевод, желудок: Пер. с англ./Под ред. Дж.Х. Барона, Ф.Г. Муди. – М.: Медицина, 1988. – 304 с. 5. Календо Г.С. Возможные причины высокой надежности роста популяции опухолевых клеток. В кн.: Надежность биосистем. –Киев, 1985. – С. 127-132. 6. Каудри Е. Раковые клетки. Пер. с англ. –М., Изд-во иностранной литературы, 1958.655 с. 7. Копнин Б.П. Современные представления о механизмах злокачественного роста: сходства солидных опухолей с лейкозами. // Клиническая онкогематология. -2012. -№ 3. – С. 165-185. 8. Кривчик А.А. Патофизиологические аспекты опухолевого роста. –Минск, Вышэйшая школа, 1987. -143 с. 9. Общая патология человека. Том 2. /Ред. А.И.Струков, В.В.Серов, Д.С.Саркисов/ -М., Медицина, 1990. -415 с. 10. Петров Р.Б. Иммунология - М., Медицина, 1987. 11. Ранняя онкологическая патология /Ред. Б.Е.Петерсон, В.И.Чиссова –М., Медицина, 1985. -318 с. 12. Терещенко И.П., Кашулина А.П. Патофизиологические аспекты злокачественного роста. –М., Медицина, 1983. – 256 с. 13. Эмануэль Н.М.Химическая и биологическая кинетика // Успехи химии. – 1981. - № 10. – С. 1721-1809.
