Современные представления о канцерогенезе.

В настоящее время установлено, что злокачественное новообразование — это заболевание генетического аппарата клетки, это длительный хронический процесс, развивающийся в организме десятки лет. Устаревшие представления о скоротечности опухолевого процесса, уступили место современным понятиям.
Процесс превращения нормальной клетки в опухолевую, обусловлен накоплением мутаций, вызванных повреждениями в геноме. Возникновение этих повреждений, происходит как в результате эндогенных причин, таких как ошибки репликации, химическая нестабильность оснований ДНК и их модификация под действием свободных радикалов, так и под влиянием внешних факторов химической и физической природы.
Изучение механизмов опухолевой трансформации клетки, имеет давнюю историю. До настоящего времени было предложено множество концепций, пытающихся объяснить механизмы превращения нормальной клетки в раковую. Большинство из этих теорий имеют лишь исторический интерес или входят как составная часть, в принятую в настоящее время большинством патологов, универсальную теорию онкогенеза — теорию онкогенов.
Онкогенная теория канцерогенеза позволила приблизиться к пониманию того, почему различные этиологические факторы вызывают одно по своей сути заболевание. Она явилась, первой единой теорией возникновения опухолей, включившей в себя достижения в области химического, радиационного и вирусного канцерогенеза.
Основные положения теории онкогенов были сформулированы в начале 1970-х гг. Р.Хюбнером и Г.Тодаро, которые высказали предположение, что в генетическом аппарате каждой нормальной клетки содержатся гены, при несвоевременной активации или нарушении функции которых, нормальная клетка может превратиться в раковую.

В течение десяти последних лет, онкогенная теория рака обрела современный вид и может быть сведена к нескольким принципиальным положениям:

1. онкогенами принято называть гены, которые активируются в опухолях, вызывая усиление пролиферации и подавление гибели клеток; онкогены проявляют трансформирующие свойства в экспериментах по трансфекции;
2. немутированные онкогены действуют на ключевых этапах реализации процессов пролиферации, дифференцировки и программированной гибели клеток, находясь под контролем сигнальных систем организма;
3. генетические повреждения (мутации) в онкогенах, приводят к высвобождению клетки от внешних регулирующих влияний, что лежит в основе ее неконтролируемого деления;
4. мутация в одном онкогене практически всегда компенсируется, поэтому процесс злокачественной трансформации требует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах.

Другая сторона проблемы, касается механизмов сдерживания злокачественной трансформации и связана с функцией так называемых антионкогенов (супрессорных генов), оказывающих в норме инактивирующее действие на пролиферацию и благоприятствующих индукции апоптоза. Антионкогены способны вызывать реверсию злокачественного фенотипа в опытах по трансфекции. Практически каждая опухоль содержит мутации в антионкогенах как в форме делеций, так и микромутаций, причем инактивирующие повреждения супрессорных генов встречаются гораздо чаще, чем активирующие мутации в онкогенах.
Суть молекулярно-генетических изменений составляют следующие три основных компонента: активирующие мутации в онкогенах, инактивирующие мутации в антионкогенах, а также генетическая нестабильность.

В общем плане канцерогенез рассматривают на современном уровне как следствие нарушения нормального клеточного гомеостаза, выражающегося в потере контроля над пролиферацией и в усилении механизмов защиты клеток от действия сигналов апоптоза.
В результате активации онкогенов и выключения функции генов-супрессоров, опухолевая клетка приобретает необычные свойства, проявляющиеся в иммортализации и способности преодолевать так называемое репликативное старение (а также смотрите на biomolecula.ru). Мутационные нарушения в опухолевой клетке касаются групп генов, ответственных за контроль над пролиферацией, апоптозом, ангиогенезом, адгезией, трансмембранными сигналами, репарацией ДНК и стабильностью генома.

В настоящее время в развитии опухоли выделяют несколько стадий.
Первая стадия — стадия трансформации (инициации) — процесс превращения нормальной клетки в опухолевую (раковую). Трансформация является результатом взаимодействия нормальной клетки с трансформирующим агентом (канцерогеном).
В течение I стадии канцерогенеза происходят необратимые нарушения генотипа нормальной клетки, вследствие чего она переходит в предрасположенное к трансформации состояние (латентная клетка). В течение стадии инициации канцероген или его активный метаболит, взаимодействует с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК) и белками. Повреждения в клетке могут иметь генетический или эпигенетический характер. Под генетическими изменениями понимают любые модификации в последовательностях ДНК или числе хромосом. К ним относят повреждения или перестройку первичной структуры ДНК (например, генные мутации или хромосомные аберрации), или изменения в количестве копий генов либо целостности хромосом.
Вторая стадия опухолевого процесса — стадия активации, или промоции, суть которой заключается в размножении трансформированной клетки, образовании клона раковых клеток и опухоли. Эта фаза канцерогенеза в отличие от стадии инициации обратима, по крайней мере, на раннем этапе неопластического процесса. В течение промоции инициированная клетка приобретает фенотипические свойства трансформированной клетки, в результате измененной генной экспрессии (эпигенетический механизм). Появление в организме раковой клетки не приводит с неизбежностью к развитию опухолевой болезни и гибели организма.
Для индукции опухоли необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие промотора.
Промоторы оказывают многообразное влияние на клетки. Они влияют на состояние клеточных мембран, имеющих специфические рецепторы к промоторам, в частности активируют мембранную протеинкиназу, влияют на клеточную дифференцировку и блокируют межклеточные связи.
Растущая опухоль не является застывшим, стационарным образованием с неизменными свойствами. В процессе роста ее свойства постоянно изменяются: какие-то признаки теряются, какие-то возникают. Эта эволюция свойств опухоли получила название «опухолевая прогрессия».
Прогрессия — это третья стадия опухолевого роста.
Наконец, четвертая стадия — исход опухолевого процесса.

Канцерогенез не только вызывает стойкие изменения генотипа клетки, но и оказывает многообразное влияние на тканевом, органном и организменном уровнях, создавая в ряде случаев условия, способствующие выживанию трансформированной клетки, а также последующему росту и прогрессии новообразований. По мнению В.М.Дильмана (В.М.Дильман. Большие биологические часы (введение в интегральную медицину), Издательство "Знание" Москва 1982 (208 стр.), эти условия возникают в результате глубоких нарушений функций нейроэндокринной и иммунной систем. Некоторые из таких сдвигов могут варьировать в зависимости от особенностей канцерогенных агентов, что может быть обусловлено, в частности, различиями в их фармакологических свойствах. Наиболее общими реакциями на канцерогенное воздействие, существенными для возникновения и развития опухоли, являются изменения в уровне и соотношении биогенных аминов в центральной нервной системе, в частности в гипоталамусе, сказывающиеся, среди прочего, на гормонально-опосредованном усилении клеточной пролиферации, а также нарушения углеводного и жирового обмена, изменения функции различных звеньев иммунной системы.

ПОНЯТИЕ О КАНЦЕРОГЕНАХ.

Возникновение опухолей, является результатом взаимодействия канцерогенных факторов и организма. По оценкам Всемирной организации (ВОЗ), эта болезнь на 80—90 % связана с факторами окружающей среды. Воздействие канцерогенов происходит постоянно на протяжении жизни индивидуума.

Представления о специфических агентах, вызывающих опухоли, первоначально возникли в области профессиональной патологии. Они складывались постепенно и прошли значительную эволюцию. Первоначально в период господства идей Р.Вирхова о роли раздражения в развитии рака, к ним относили различные факторы хронических повреждений, как механические, так и химические. Однако с начала XX в. по мере развития экспериментальной онкологии, химии, физики, вирусологии и благодаря систематическим эпидемиологическим исследованиям, возникли четкие конкретные представления о канцерогенных агентах.
Комитет экспертов ВОЗ дал следующее определение понятия канцероген: «Канцерогеном называют агент, способный вызывать или ускорять развитие новообразования, независимо от механизма его действия или степени специфичности эффекта. Канцероген — это агент, который в силу своих физических или химических свойств может вызвать необратимые изменения или повреждения в тех частях генетического аппарата, которые осуществляют гомеостатический контроль над соматическими клетками» (ВОЗ, 1979).
В настоящее время твердо установлено, что опухоли могут вызывать химические, физические или биологические агенты.

Химические канцерогены

Экспериментальные исследования по индукции опухолей различными агентами у животных, начатые в начале XX в. К.Ямагива и К.Ичикави, привели к открытию значительного количества химических соединений различной структуры, получивших общее название бластомогенных, или канцерогенных, веществ.
Одним из выдающихся исследователей этой проблемы был Э.Кэнневей, выделивший в 1930-х гг. бенз(а)пирен — первый из ныне известных химических канцерогенов окружающей среды. В эти же годы Т.Йошида и Р.Киносита открыли группу канцерогенных аминоазосоединений, а У.Хеупер впервые показал канцерогенность ароматических аминов. В 1950-е гг. П.Мэйджи и Дж. Варне (J.Barnes), а следом за ними Г.Дракрей (H.Druckrey) и соавт., выявили группу канцерогенных N-нитрозосоединений. Тогда же была показана канцерогенность некоторых металлов, выявлены канцерогенные свойства отдельных природных соединений (афлатоксинов) и лекарственных препаратов. Эти экспериментальные исследования, подтвердили результаты эпидемиологических наблюдений, над возникновением опухолей у человека.

В настоящее время все известные химические канцерогенные вещества подразделяют на классы в соответствии с химическим строением.

• Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
• Ароматические азосоединения
• Ароматические аминосоединения
• Нитрозосоединения и нитрамины
• Металлы, металлоиды и неорганические соли

В зависимости от характера действия на организм химические канцерогены подразделяют на три группы:

• вещества, вызывающие опухоли преимущественно на месте аппликации
• вещества отдаленного избирательного действия, вызывающие опухоль в том или ином органе
• вещества множественного действия, провоцирующие развитие опухолей разной морфологической структуры и в различных органах

Международное агентство по изучению рака (г.Лион, Франция), которое является специализированным органом ВОЗ, провело обобщение и анализ сведений о канцерогенных факторах. Более 70 томов, изданных агентством, содержат данные, которые свидетельствуют о том, что примерно из 1 000 подозрительных в отношении канцерогенности агентов, только для 75 веществ, производственных вредностей и других факторов доказано, что они могут быть причиной возникновения рака у человека.
Самым надежным доказательством служат результаты многолетних эпидемиологических наблюдений за большими группами людей, проведенные во многих странах, которые показали, что контакт с веществами в производственных условиях вызывал образование злокачественных опухолей. Однако доказательства канцерогенности сотен других веществ в возникновении рака у человека носят не прямой, а косвенный характер. Например, такие химические вещества, как нитрозамины или бенз(а)пирен вызывают рак в опытах на многих видах животных. Под их влиянием культивируемые в искусственной среде нормальные клетки человека могут превратиться в злокачественные. Хотя эти доказательства не подкреплены статистически достоверным числом наблюдений над людьми, канцерогенная опасность таких соединений сомнений не вызывает.

Международное агентство по изучению рака составило подробную классификацию исследованных на канцерогенность факторов. В соответствии с этой классификацией все химические вещества подразделены на три категории.
Первая категория — это вещества, канцерогенные для человека и животных (асбест, бензол, бензидин, хром, винилхлорид и др.).
Вторая категория — вероятно канцерогенные для человека вещества и группы соединений. Эта категория в свою очередь подразделена на подгруппу А (высокой степени вероятности), представленную сотнями веществ, канцерогенных для животных двух или нескольких видов (афла-токсин, бенз(а)пирен, бериллий и др.), и подгруппу В (низкой степени вероятности), характеризующуюся канцерогенными свойствами для животных одного вида (адриамицин, хлорфенолы, кадмий и др.). Третья категория — это вещества или группы соединений, которые невозможно классифицировать из-за недостатка данных.
Названный перечень веществ в настоящее время является наиболее убедительным международным документом, содержащим данные о канцерогенных агентах и степени доказанности их канцерогенной опасности для человека.
Вне зависимости от структуры и физико-химических свойств, все химические канцерогенные соединения обладают рядом общих черт действия.
Прежде всего, для всех канцерогенов характерен длительный латентный период действия. Следует различать истинный, или биологический, и клинический латентный период.
Малигнизация клеток не начинается с момента контакта их с канцерогеном. Химическое канцерогенное вещество подвергается в организме процессам биотрансформации, в результате чего образуются канцерогенные метаболиты, которые, внедряясь в клетку, вызывают глубокие нарушения, закрепляющиеся в ее генетическом аппарате, обусловливая малигнизацию клетки.

Истинный, или биологический, латентный период — это период времени от образования в организме канцерогенных метаболитов до начала неконтролируемого размножения малигнизированных клеток. Обычно используют понятие клинического латентного периода, который значительно длиннее биологического. Он исчисляется временем от начала контакта с канцерогенным агентом до клинического обнаружения опухоли.
Второй существенной закономерностью действия канцерогенов, является зависимость «доза —время —эффект»: чем выше разовая доза вещества, тем короче латентный период и тем выше частота возникновения опухолей.
Другой закономерностью, характерной для действия канцерогенов, является стадийность морфологических изменений, предшествующих развитию рака. Эти стадии включают диффузную неравномерную гиперплазию, очаговые пролифераты, доброкачественные и злокачественные опухоли.
Химические канцерогены подразделяют на две группы, в зависимости от их природы. Подавляющее большинство канцерогенных химических соединений имеют антропогенное происхождение, их появление в окружающей среде связано с деятельностью человека. В настоящее время известны многие технологические операции, при которых могут образовываться, например, наиболее распространенные канцерогены — полициклические ароматические углеводороды. Это прежде всего процессы, связанные со сжиганием и термической переработкой топлива и других органических материалов.
Вторая группа — природные канцерогены, не связанные с производственной или иной деятельностью человека. К ним относятся продукты жизнедеятельности некоторых растений (алкалоиды) или плесневых грибов (микотоксины). Так, афлатоксины являются метаболитами соответствующих микроскопических плесневых грибков, паразитирующих на различных пищевых продуктах и кормах.
Раньше предполагалось, что грибы, продуцирующие афлатоксины, распространены только в тропических и субтропических странах. Согласно современным представлениям, потенциальная опасность появления этих грибов, а следовательно, и загрязнения пищевых продуктов афлатоксинами почти повсеместна, за исключением лишь стран с холодным климатом, таких как Север Европы и Канада.

Физические канцерогены. К ним относятся следующие агенты:

1. различные виды ионизирующей радиации (рентгеновские, гамма-лучи, элементарные частицы атома — протоны, нейтроны, альфа-, бета-частицы и др.)
2. ультрафиолетовое излучение
3. механические травмы тканей

Следует отметить, что еще до открытия химических канцерогенов, в 1902 г. Э.Фрибен (Е. Frieben) описал рак кожи у человека, вызванный рентгеновскими лучами, а в 1910 г. Дж. Клунет (J. Clunet) впервые получил опухоли у животных, с помощью рентгеновского облучения.
В последующие годы усилиями многих радиобиологов и онкологов, в том числе и отечественных, было установлено, что опухолеродными эффектами обладают не только различные виды искусственно вызванного ионизирующего излучения, но и природные источники, включая ультрафиолетовое излучение Солнца.
В современной литературе, к физическим канцерогенным агентам окружающей среды, принято относить лишь радиационные факторы — ионизирующее излучение всех видов и типов и ультрафиолетовое излучение Солнца.
Рассматривая канцерогенез как многостадийный процесс, состоящий из инициации, промоции и прогрессии, установлено, что ионизирующее излучение является слабым мутагеном в активации протоонкогенов, это может иметь значение на ранних стадиях канцерогенеза. В то же время ионизирующее излучение высокоэффективно в дезактивации генов-супрессоров опухолевого роста, что имеет значение для прогрессии опухолей.

Биологические канцерогены. Вопрос о роли вирусов в этиологии опухолей возник в начале XX в.
В 1910 г. П.Роус (P.Rous) впервые перевил бесклеточным фильтратом опухоль у птиц и объяснил это наличием опухолевого вируса, чем подтвердил положение А.Боррела (A.Borrel) и еще более ранних авторов, о вирусах как причине рака.
В настоящее время известно, что 30 % всех онкологических заболеваний вызывают вирусы, в том числе вирусы папилломы человека.
Вирус папилломы человека определяется в 75 — 95% наблюдений плоскоклеточного рака шейки матки. Несколько типов вируса папилломы человека обнаружены в опухоли при инвазивном раке полости рта, ротоглотки, гортани и полости носа.
Вирусы папилломы человека 16-го и 18-го типов играют важную роль в канцерогенезе рака органов головы и шеи, особенно при раке ротоглотки (54 %) и гортани (38 %). Ученые изучают связь вируса герпеса с лимфомами, саркомой Капоши, вируса гепатита В и С с раком печени.

Однако заболеваемость раком на порядок ниже частоты вирусных инфекций. Это заставляет предположить, что для развития опухолевого процесса одного наличия вирусов недостаточно. Необходимо еще наличие каких-то клеточных изменений или изменений иммунной системы хозяина.
Поэтому на современном этапе развития онкологии и онковирусологии, следует думать, что с клинической точки зрения онкогенные вирусы не являются инфекционными. Вирусы, так же как химические и физические канцерогены, служат лишь экзогенными сигналами, влияющими на эндогенные онкогены — гены, контролирующие клеточное деление и дифференцировку.
Молекулярный анализ вирусов, связанных с развитием рака, показал, что их функция, по крайней мере частично, связана с изменением кодирования белков-супрессоров, которые регулируют рост клетки и апоптоз.
С точки зрения онкогенности вирусы условно можно подразделить на «истинно онкогенные» и «потенциально онкогенные». Первые, независимо от условий взаимодействия с клеткой, вызывают превращение нормальных клеток в опухолевые, т.е. являются естественными, природными возбудителями злокачественных новообразований. К ним относятся РНК-содержащие онкогенные вирусы.
Вторая группа, включающая ДНК-содержащие вирусы, способна вызывать трансформацию клеток и образование злокачественных опухолей лишь в лабораторных условиях и у животных, которые не являются естественными, природными носителями («хозяевами») этих вирусов.

К началу 1960-х гг. Л.А.Зильбер в окончательном виде сформулировал вирусогенетическую гипотезу, основным постулатом которой является мысль о физической интеграции геномов вируса и нормальной клетки, т.е. при попадании онкогенного вируса в зараженную клетку/ первый внедряет свой генетический материал в состав хромосомы клетки-хозяина, становясь ее интегральной частью — «геном» или «батареей генов», тем самым индуцируя превращение нормальной клетки в опухолевую.
Современная схема вирусного канцерогенеза заключается в следующем: 1) вирус проникает в клетку; его генетический материал закрепляется в клетке путем физической интеграции с клеточной ДНК; 2) в составе вирусного генома имеются специфические гены — онкогены, продукты которых непосредственно отвечают за превращение нормальной клетки в опухолевую; такие гены в составе интегрированного вирусного генома должны начать функционировать с образованием специфических РНК и онкобелков; 3) онкобелки — продукты онкогенов — воздействуют на клетку таким образом, что она теряет чувствительность к влияниям, регулирующим ее деление, и становится опухолевой и по другим фенотипическим признакам (морфологическим, биохимическим и т.д.).