Теорії патогенезу пухлинного зростання. Етапи канцерогенезу
Московський державний медико-стоматологічний університет ім. А.І. Євдокимова
Кафедра онкології та променевої терапії
Завідувач кафедри: д.м.н, професорВельшер Леонід Зіновійович
Викладач: к.м.н, доцентГенс Гелена Петрівна
Реферат на тему:
Канцерогенез.
Виконала: студентка 5 курсу,
лікувального факультету (дн.від.),
Меньщикова Є.В.
Москва 2013
Згідно з теорією Вірхова, патологія клітини лежить в основі будь-якої хвороби. Канцерогенез – послідовний, багатоступінчастий процес накопичення клітиною змін ключових функцій та характеристик, що призводять до її озлоякісності. Клітинні зміни включають порушення регуляції процесів проліферації, диференціювання, апоптозу та морфогенетичних реакцій. В результаті клітина набуває нових якостей: імморталізацію ("безсмертя", тобто здатність до необмеженого поділу), відсутність контактного інгібування та здатність до інвазивного зростання. Крім того, пухлинні клітини отримують здатність уникати дії факторів специфічного та неспецифічного протипухлинного імунітету організму господаря. В даний час провідна роль в індукції та промоції канцерогенезу належить генетичним порушенням. Близько 1% генів людини асоційовано з канцерогенезом.
4 стадії канцерогенезу:
Стадія ініціації (зміна клітинних онкогенів, виключення генів-супресорів)
Фаза метаболічної активації (перетворення проканцерогенів на канцерогени)
Фаза взаємодії з ДНК (прямий та непрямий генотоксичний ефект)
Фаза фіксації індукованих змін (ушкодження ДНК мають проявитися в потомстві клітин-мішеней, здатних давати проліферативний пул.)
Стадія промоції
I(рання) фаза - перебудова фенотипу, що відбувається внаслідок епігенетичних змін (тобто генної експресії), індукованих пухлинним промотором.
Зміна генної експресії, що дає можливість клітині функціонувати за умов зниженого синтезу генних продуктів.
II (пізня) фаза - являє собою якісно-кількісні зміни, що охоплюють період функціонування клітини в умовах перемикання генної активності, що завершується утворенням неопластично трансформованих клітин (неопластична трансформація - прояв ознак, що характеризують можливість клітин до необмеженої проліферації та подальшої професії, тобто нагромадження). злоякісного потенціалу
Стадія прогресії: розроблена L.Foulds в 1969 р. Відбувається постійне стадійне прогресуюче зростання пухлини з проходженням ряду якісно відмінних стадій у бік підвищення її злоякісності. У ході прогресії пухлини може відбуватися її клональна еволюція, з'являються нові клони пухлинних клітин, що виникають внаслідок вторинних мутацій. Пухлина постійно змінюється: відбувається прогресія, як правило, у бік підвищення її злоякісності, яка проявляється інвазивним зростанням та розвитком метастазів. Стадія інвазивної пухлинихарактеризується виникненням інфільтруючого зростання. У пухлини з'являються розвинена судинна мережа та строма, виражена різною мірою. Межі з прилеглою непухлинною тканиною відсутні через проростання в неї пухлинних клітин. Інвазія пухлини протікає у три фази та забезпечується певними генетичними перебудовами. Перша фаза інвазії пухлинихарактеризується послабленням контактів між клітинами, про що свідчать зменшення кількості міжклітинних контактів, зниження концентрації деяких адгезивних молекул із сімейства CD44 та інших і, навпаки, посилення експресії інших, що забезпечують мобільність пухлинних клітин та їх контакт з екстрацелюлярним матриксом. На клітинній поверхні знижується концентрація іонів кальцію, що призводить до підвищення негативного заряду пухлинних клітин. Посилюється експресія інтегринових рецепторів, що забезпечують прикріплення клітини до компонентів екстрацелюлярного матриксу - ламініну, фібронектину, колагенів. У другій фазіпухлинна клітина секретує протеолітичні ферменти та їх активатори, які забезпечують деградацію екстрацелюлярного матриксу, звільняючи цим шлях для інвазії. У той же час продукти деградації фібронектину та ламініну є хемоаттрактантами для пухлинних клітин, які мігрують у зону деградації в ході третьої фазиінвазії, а потім процес повторюється знову.
Стадія метастазування - заключна стадія морфогенезу пухлини, що супроводжується певними гено- та фенотиповими перебудовами пухлини. Процес метастазування пов'язаний з поширенням пухлинних клітин з первинної пухлини в інші органи з лімфатичних та кровоносних судин, периневрально, імплантаційно, що стало основою виділення видів метастазування. Процес метастазування пояснюється теорією метастатичного каскаду, відповідно до якої пухлинна клітина зазнає ланцюга (каскаду) перебудов, що забезпечують поширення у віддалені органи. У процесі метастазування пухлинна клітина повинна володіти якостями:
проникати у прилеглі тканини та просвіти судин (дрібних вен та лімфатичних судин);
відокремлюватися від пухлинного пласта в потік крові (лімфи) у вигляді окремих клітин або невеликих їх груп;
зберігати життєздатність після контакту в струмі крові (лімфи) зі специфічними та неспецифічними факторами імунного захисту;
мігрувати до венулів (лімфатичних судин) і прикріплюватися до їх ендотелію у певних органах;
інвазувати мікросудини і зростати на новому місці в новому оточенні.
Метастатичний каскад умовно може бути поділений на чотири етапи:
формування метастатичного пухлинного субклону;
інвазія у просвіт судини;
циркуляція пухлинного емболу у кровотоку (лімфотоці);
осідання на новому місці із формуванням вторинної пухлини.
В даний час існує кілька концепцій онкогенезу, кожна з яких переважно впливає на 1 та (або) 2 етап канцерогенезу
Мутаційна теорія канцерогенезуНормальна клітина перетворюється на пухлинну в результаті структурних змін у генетичному матеріалі, тобто. мутацій.Стало аксіомою уявлення про багатоетапність процесу канцерогенезу, вирішальною передумовою якого є нерегульована експресія трансформуючого гена - онкогену, що існує в геномі.
Перетворення протоонкогену на активно діючий онкоген забезпечується наступними механізмами. 1. Приєднання до протоонокгену промотора- ділянки ДНК, з яким зв'язується РНК-полімераза, що ініціює транскрипцію гена, у тому числі і онкогену, що знаходиться безпосередньо за ним. Такі ділянки (промотори) містяться в великих термінальних повторах (LTR)ДНК-копій РНК-вірусів. Роль промотора можуть виконувати і транспозируючі елементи геному- Мобільні генетичні елементи, здатні переміщатися по геному і вбудовуватися в різні його ділянки
2. Вставка в геном клітини енхансеру(enchancer - підсилювач) - ділянки ДНК, здатного активізувати роботу структурного гена, що знаходиться не тільки в безпосередній близькості від нього, але і на відстані багатьох тисяч пар нуклеотидів або навіть вбудованого в хромосому після нього. Властивості підсилювача мають рухливі гени, LTRДНК-копії.
3. Хромосомні абберації з явищами транслокації,роль яких у механізмах пухлинної трансформації клітини можна проілюструвати наступним прикладом. При лімфомі Беркітта кінець q-плеча хромосоми 8, відокремившись від неї, переходить до хромосоми 14: гомологічний фрагмент останньої переміщається до хромосоми 8; а неактивний ген тус(протоонкоген), що знаходився в тому її сегменті, який потрапляє на хромосому 14, вбудовується слідом за активними генами, що кодують важкі ланцюги молекул імуноглобулінів, та активізується. Явлення реципрокної транслокації між 9-ою та 22-ою хромосомами мають місце у 95 % випадків мієлоцитарного лейкозу. Хромосома 22 з укороченим в результаті такої транслокації одним плечем отримала назву Філадельфійської.
4.Точкові мутації протоонкогену,наприклад, C-H-raS,згідно з наявними відомостями, відрізняється від нормального гена (C-H-raS)лише однією амінокислотою, проте, зумовлює зниження гуанозинтрифосфатазной активності у клітині, що може викликати рак сечового міхура в людини.
5. Ампліфікація (множення) протоонкогенів,що володіють у нормі невеликою слідовою активністю, зумовлює збільшення їхньої загальної активності до рівня, достатнього для ініціації пухлинної трансформації. Відомо, що в ікринку шпорцевої жаби близько 5 млн. копій гена тус.Після запліднення та подальшого поділу яйцеклітини число їх прогресуюче зменшується. У кожній клітині майбутнього пуголовка в ембріональний період розвитку міститься не більше 20-50 копій myc-гену, що забезпечують швидкий поділ клітин та зростання ембріона. У клітинах дорослої жаби виявляються лише поодинокі гени тус,тоді як у ракових клітинах тієї ж жаби кількість їх знову сягає 20-50. 6. Трансдукція неактивних клітинних генів (протоонкогенів) в геном ретровірусу та подальше їх повернення в клітину: вважається, що онкоген пухлинного вірусу клітинного походження; при інфікуванні тварин або людини таким вірусом «викрадений» ним ген потрапляє в іншу ділянку геному, що й забезпечує активізацію гена, що колись «мовчав».
Онкобілки можуть:
імітувати дію факторів зростання шляху (синдром «петлі, що самозатягується»)
можуть модифікувати рецептори факторів зростання
діяти на ключові внутрішньоклітинні процеси
Тканинна теорія канцерогенезу
Клітина стає автономною, т.к. порушується тканинна система контролю проліферації клоногенних клітин, що мають активізовані онкогени. Основним фактом, що підтверджує механізм, заснований на порушенні тканинного гомеостазу, є здатність пухлинних клітин нормалізуватися при диференціюванні. генетично не закріплена і не успадковується дочірніми клітинами, як це передбачалося мутаційною гіпотезою та молекулярно-генетичною теорією. Добре відомі експерименти з пересадки ядер пухлинних клітин у попередньо енуклейовані зародкові клітини: у цьому випадку розвивається здоровий мозаїчний організм. Таким чином, всупереч уявленню про нібито збереження трансформованих онкогенів у нормалізованих пухлинних клітинах при диференціюванні, є підстави поставити під сумнів зв'язок генетичних порушень із механізмом трансформації як безпосередню причину.
Вірусна теорія канцерогенезу
Щоб стати злоякісною, клітина повинна придбати принаймні 6 властивостей як результат мутації генів, відповідальних за поділ клітини, апоптоз, репарацію ДНК, внутрішньоклітинні контакти і т.д. Зокрема, на шляху до придбання злоякісності клітина, як правило: 1) самодостатня щодо сигналів проліферації (що може бути досягнуто активацією деяких онкогенів, наприклад, Н-Ras); 2) нечутлива до сигналів, що пригнічують її зростання (що відбувається при інактивації гена пухлинного супресора Rb); 3) здатна послабити або уникнути апоптозу (що відбувається в результаті активації генів, що кодують фактори зростання); 4) формування пухлини супроводжується посиленим ангіогенезом (що може бути забезпечене активацією гена VEGF, що кодує ростові фактори ендотелію судин; 5) генетично нестабільна; 6) не піддається клітинному диференціюванню; 7) не піддається старінню; 8) характеризується зміною морфології та локомоції, що супроводжується придбанням властивостей до інвазії та метастазування. Оскільки мутації генів є випадковими подіями і досить рідкісними, їх накопичення для ініціації клітинної трансформації може тривати десятиліттями. Трансформація клітини може статися набагато швидше у разі високого мутагенного навантаження та/або дефектності (слабкості) механізмів захисту геному (генів p53, Rb, ДНК репарації та деяких інших). У разі інфікування клітини онкогенними вірусами, кодовані вірусним геномом білки, які мають трансформуючим потенціалом, порушують номальні клітинні сигнальні зв'язки, забезпечуючи умови для активної клітинної проліферації.
Відомо, що виникнення приблизно 15-20% новоутворень людини мають вірусне походження. Серед найпоширеніших вірусом індукованих пухлин можна назвати рак печінки, рак шийки матки, рак носоглотки, лімфому Беркітта, лімфому Ходжкіна і багато інших. В даний час експертами Міжнародного Агентства з Вивчення Раку (МАІР) такі віруси розглядаються як онкогенні для людини:
Віруси гепатиту В та С (Hepatitis B virus та Hepatitis C virus, HBV/HCV), що викликають рак печінки; Внаслідок генетичних перебудов відбувається делеція гена X та деякі гени PreS2 При цьому клітини печінки стають HBsAg-негативними і остаточно йдуть з-під імунологічного контролю. Далі відбувається селекція клітин, в яких інтегрована ДНК HBV і які містять 3 основних трансактиватора, а саме: HBx, LHBs та/або MHBs(t). Трансактиватори активують клітинні гени, відповідальні за проліферацію клітин, синтез цитокінів (IL-6) і т.д. Цитокіни, що секретуються клітинами, що містять транс-активатори, створюють мікрооточення з прилеглих фібробластів, ендотеліальних клітин та ін., у свою чергу, що виділяють інші ростові фактори, що стимулюють за паракринним типом проліферацію гепатоцитів. Посилена проліферація гепатоцитів може призвести до генетичних поломок, які сприятимуть селекції клітин із прискореною проліферацією та придбання ними ознак злоякісної трансформації. У пухлинних клітинах печінки часто має місце інактивація пухлинних супресорів р53, Rb, BRCA2 та Е-кадхерину. Відзначено також активацію теломерази в печінкових клітинах на стадії їх перетворення на злоякісні та порушення функціонування низки важливих сигнальних систем.
Певні типи (16 та 18) папаломавірусів людини (Human papillomavirus, HPV)- є етіологічним агентом раку шийки матки та деяких пухлин ано-генітальної сфери; Встановлено, що трансформуючими генами є переважно гени. Е6 та Е7, в меншій мірі Е5. Механізм функціонування генів Е6 та Е7зводиться до взаємодії продуктів цих генів з продуктами 2-х генів супресорів р53 і Rb і подальшої інактивації останніх, що призводить до неконтрольованого зростання інфікованих клітин. робить свій внесок у порушення сигнальних шляхів клітини, збільшення її проліферативної активності та накопичення додаткових генетичних змін. Слід зазначити, що створені терапевтичні та профілактичні вакцини проти ВПЛ. Які стимулюють імунну систему проти Е6 та/або Е7 ранніх вірусних білків (пухлинних антигенів), що перешкоджають входу інфікованих клітин в апоптоз і фазу старіння, а також генерують вірус-нейтралізуючі антитіла, специфічні для капсиду HPV.
Вірус Епштейна-Барр (Epstein-Barr virus, EBV), що бере участь у виникненні цілого ряду злоякісних новоутворень; Механізм канцерогенезу складний і мало вивчений. Зокрема, білок LMP1, локалізуючись у мембрані, імітує функцію конститутивно активованого рецептора CD40 і частково замінює цю функцію. Залучаючи адаптерні молекули TRAF через домени активації CTAR1 та CTAR2 активує транскрипційні фактори AP-1 та NFkB і таким чином індукує експресію генів, регульовану цими факторами (рецептор епідермального фактора росту, EGFR, CD40, поверхневі активаційні маркери, молекули). . Крім того, LMP1 взаємодіє з Jak3-кіназою і таким чином активує STAT-сигнальні шляхи, що стимулюють розмноження та пересування клітин. LMP2A активує кіназу Akt/PBK, викликаючи ряд ефектів, найбільш яскравим з яких є пригнічення апоптозу. EBNA2 імітує транскрипційну функцію процесованої форми Notch (трансмембранний білок, що перетворює контакти з оточуючими клітинами на генетичні програми, що регулюють долю клітини), конститутивна активність якого веде до розвитку лімфоїдних та епітеліальних пухлин. Основна функція EBNA1 полягає у забезпеченні реплікації та підтримки епісомального стану геному ВЕБ.
Герпесвірус людини 8-го типу (Human herpesvirus type 8, HHV-8)що грає важливу роль у виникненні саркоми Капоші, первинної випотної лімфоми, хвороби Кастельмана та деяких інших патологічних станів;
Вірус Т-клітинного лейкозу людини (Human T-cell leukemia virus, HTLV-1), що є етіологічним агентом Т-клітинного лейкозу дорослих, а також тропічного спастичного парапарезу та ряду інших неонкологічних захворювань. HTLV-1 клітин. Білок Тах може і транс-репресувати транскрипції певних генів, діючи через транскрипційний коактиватор р300. Тах також інактивує чекпоїнти (звіряльні точки) клітинного циклу та ДНК-полімеразу (DNApol), знижуючи активність всіх 3-х систем репарації ДНК і викликаючи цим генетичну нестабільність, що в кінцевому підсумку призводить до виникнення пухлинної клітини.
Вірус імунодефіциту людини (Human immunodeficiency virus, HIV)- не володіє генами, що трансформують, але створює необхідні умови (імунодефіцит) для виникнення раку.
Незважаючи на різну організацію онкогенних вірусів людини, неоднаковий спектр їх клітин-мішеней, вони мають низку загальних біологічних властивостей, а саме: 1) віруси лише ініціюють патологічний процес, посилюючи проліферацію та генетичну нестабільність інфікованих ними клітин; 2) у інфікованих онкогенними вірусами осіб виникнення пухлини, як правило, подія нечаста: один випадок новоутворення виникає серед сотень, інколи тисяч інфікованих; 3) після інфікування до появи пухлини має місце тривалий латентний період, що триває роками, іноді десятиліттями; 4) у більшості інфікованих осіб виникнення пухлини не є обов'язковим, але вони можуть скласти групу ризику з більш високою можливістю її виникнення; 5) для злоякісної трансформації інфікованих клітин необхідні додаткові фактори та умови, що призводять до селекції найбільш агресивного пухлинного клону.
Теорія хімічного канцерогенезу.
Більшість «сильних» канцерогенів мають і ініціюючі, і промоторні властивості, а всі промотори, за рідкісними винятками, проявляють канцерогенну активність, якщо їх застосовувати у високих дозах і досить довго. Поділ на ініціатори та промотори певною мірою відповідає поділу канцерогенів 1. Генотоксичні
Канцерогени прямої діїпри розчиненні розпадаються з
утворенням високоактивних похідних, що містять надлишковий позитивний заряд, що взаємодіє з негативно зарядженими (нуклеофільними) групами молекули ДНК, утворюючи стабільний ковалентний зв'язок. При реплікації нуклеотид, пов'язаний з залишком канцерогену, може бути неправильно рахований ДНК полімеразою, що призводить до мутації.
Канцерогени непрямої діїє малореакційноздатними сполуками, що активуються за дією ферментів.
ДЕТОКСИКАЦІЯ ХІМІЧНИХ КАНЦЕРОГЕНІВ (окислення проканцерогену ізоформами цитохрому Р-450)
МЕТАБОЛІЧНА АКТИВАЦІЯ (Деякі проканцерогени активуються, перетворюючись на безпосередні канцерогени - високореактивні похідні, що ковалентно зв'язуються білками з клітинами і нуклеїновими кислотами.
2. Негенотоксичні
До них відносять сполуки різної хімічної
структури та різного механізму дії: промотори двостадійного канцерогенезу, пестициди, гормони, волокнисті матеріали, інші сполуки (потрібно помітити, що і пестициди, і гормони можуть бути промоторами канцерогенезу). Негенотоксичні канцерогени часто називають канцерогенами промоторного типу. Промотори, як говорилося, повинні впливати у високих дозах, тривало, і, що дуже важливо, безперервно. Більш менш тривала перерва в їх застосуванні супроводжується
зупинкою канцерогенезу (нові пухлини більше не з'являються) або навіть регресією пухлин, що виникли. Вони спричиняють клітинну проліферацію, гальмують апоптоз, порушують взаємодію між клітинами. Відомі такі механізми дії негенотоксичних канцерогенів:
а) промоція спонтанної ініціації;
б) цитотоксичність із стійкою клітинною проліферацією (мітогенний ефект);
в) оксидативний стрес;
г) утворення комплексу канцероген-рецептор;
д) гальмування апоптозу;
ж) порушення міжклітинних щілинних контактів.
КАНЦЕРОГЕННОНЕБЕЗПЕЧНІ КЛАСИ ХІМІЧНИХ СПОЛУКІВ:
Поліциклічні ароматичні вуглеводні.
Ароматичні аміни.
Аміноазосполуки.
Нітроарени.
Нітрозосполуки.
Афлатоксин.
Метали (нікель, хром, берилій, кадмій, кобальт, миш'як, свинець, ртуть.)
Волокнисті та неволокнисті силікати.
Гормональна теорія канцерогенезуСамостійне існування гормонального канцерогенезу у людини протягом тривалого часу заперечували. Вважали, що гормони відіграють роль факторів ризику, що спричиняють розвиток провідних неінфекційних захворювань, включаючи злоякісні новоутворення.
З вивченням так званих аддуктів - комплексів ДНК з відповідною сполукою, у тому числі гормональної природи у дослідах in vivoхарактер одержуваних результатів, відповідно і висновків, став змінюватися. Істотну роль у визнанні здатності деяких гормонів (типу діетилстильбестролу та природних естрогенів) викликати ушкодження ДНК зіграли дослідження групи І.Ліір спільно з Дж.Вейс - однією з провідних фахівців у галузі вивчення метаболітів класичних естрогенів - катехолестрогенів, зокрема 2- та 4-гідр та 2- та 4-гідроксіестрадіолу. Результатом цієї тривалої роботи стала оригінальна концепція, суть якої така: класичні естрогени можуть у тій чи іншій мірі перетворюватися на катехолестрогени, які залучаються до реакції обмінно-відновного циклу з утворенням хінонів, семіхінонів та інших вільнорадикальних метаболітів, здатних пошкоджувати ДНК, формувати її аддукт. призводити до мутацій, а отже, ініціювати неопластичну трансформацію. Основні заперечення проти цієї концепції зводяться до того, що катехолестрогени дуже нестійкі, їх концентрація в крові та тканинах відносно низька і що у згаданій моделі ніяк не враховується гормон-індукована посилена проліферація. Проте прямі експерименти показали, що з усіх вивчених естрогенних похідних найбільш канцерогенні 4-гідроксипохідні, які одночасно і генотоксичні. У 2-гідроксиметаболітів майже немає бластомогенного ефекту, але вони можуть пригнічувати активність катехол-О-метилтрансферази (КОМТ) і відповідно - перешкоджати інактивації 4-гідроксипохідних, що має важливе практичне значення. За даними групи Х.Адлеркрейц, отриманим методом газової хроматографії та мас-спектрометрії, рівень катехолестрогенів у крові та особливо їх екскреція з сечею далеко не настільки низька. Цікаво, що на підставі цих результатів встановлено суттєві відмінності між азіатськими та європеоїдними популяціями, що відрізняються і частотою виявлення онкологічних захворювань органів репродуктивної системи.
Є всі підстави вважати, що можливі два основні типи гормонального канцерогенезу: промоторний чи фізіологічний, коли дія гормонів зводиться до ролі своєрідних кофакторів, що посилюють клітинний поділ (стадію промоції); і генотоксичний, коли гормони або їх похідні безпосередньо впливають на ДНК, сприяючи індукції мутацій та ініціації пухлинного росту. Про реальність першого говорять і класичні спостереження, і уявлення про фактори ризику та гормонально-метаболічної схильності до розвитку пухлин, та численні епідеміологічні та лабораторні дані. На користь другого свідчить дедалі більше робіт, де демонструється здатність гормонів (поки - переважно естрогенів) пошкоджувати ДНК: утворювати аддукти, посилювати розплетення її ланцюгів, формувати розриви тощо., що може призводити до інших, специфічнішим (пробластомогенним) змін на рівні клітинного геному.
Антибластомна резистентністьАнтибластомною резистентністю називається стійкість організму до пухлинного зростання. Розрізняють три групи механізмів антибластомної резистентності.
Антиканцерогенні механізми,діють на етапі взаємодії канцерогенного агента з клітинами: інактивація хімічних канцерогенів у мікросомальній системі; їх елімінації з організму у складі жовчі, сечі, калу; вироблення антитіл до відповідних канцерогенів; інгібування вільнорадикальних процесів та перекисного окислення ліпідів (антирадикальні та антиперекисні реакції), що забезпечується вітаміном Е, селеном, супероксиддисмутазою та ін; взаємодія з онкогенними вірусами інтерферону, антитіл та ін. Антитрансформаційні механізми:підтримання генного гомеостазу з допомогою процесів репарації ДНК; синтез інгібіторів пухлинного росту, що забезпечують пригнічення розмноження клітин та стимуляцію їх диференціювання (функція антионкогенів).
Антицелюлярні механізми,спрямовані на інгібування та знищення окремих пухлинних клітин, на запобігання утворенню їх колонії, тобто. пухлини. До них відносяться імуногенні механізми – неспецифічні (реакція ЕК) та специфічні (реакція імунних Т-кілерів; імунних макрофагів), – неімуногенні фактори та механізми (фактор некрозу пухлин, інтерлейкін-1, гальмування алогенне, контактне, кейлон гормональний вплив - та ін).
Таким чином, вивчення процесів канцерогенезу є ключовим моментом як для розуміння природи пухлин, так і для пошуку нових і ефективних методів лікування онкологічних захворювань.
1. Індукція (ініціація) полягає в мутації одного з генів, що регулюють клітинне розмноження (протоонкоген перетворюється на онкоген) → клітина стає потенційноздатної до необмеженого поділу; ініціюючими факторами є різні канцерогени .
2. Промоція (прискорення) - стимуляція клітинного поділу промоторами, завдяки якій створюється критична маса ініційованих клітин Промотори - це хімічні речовини, що не викликають пошкодження ДНК, які не є канцерогенами. Свою діяльність розпочинають онкогени → синтезуються онкобілки → кількість ініційованих клітин збільшується.
3. Прогресія - поряд із збільшенням маси пухлини вона постійно набуває нових властивостей, «озлоякісне» - все більшої автономності від регулюючих впливів організму, деструктивного зростання, інвазивності, здатності до утворення метастазів (зазвичай відсутньої на ранніх етапах) і, нарешті, пристосовуваності до мене умов.
Пухлина є потомством (клон) однієї первинної клітини, яка в результаті багатостадійного процесу набула здатності нерегульованого зростання. Первинна трансформована клітина передає свої властивості лише нащадкам, тобто. "вертикально". При цьому навколишні пухлина нормальні клітини в процес переродження не залучаються. Це уявлення отримало назву положення про клональному походження пухлини.
Клональна гетерогенність пухлинирозвивається через генетичну нестабільність пухлинної клітини. Це призводить до появи нових клонів, що різняться генотипно та фенотипно. В результаті селекції відбираються і виживають злоякісні клони. Після хіміотерапії залишається всього 0,1% клітин пухлини, але так як клітинний цикл дорівнює 24 годин, пухлина може відновлюватися через 10 діб і бути резистентною до колишньої хіміотерапії.
Властивості пухлинного зростання. Атипізми. Вплив пухлини на організм.
Атипізм(Від а + грецьк. typicos - зразковий, типовий) - сукупність ознак, що відрізняють пухлинну тканину від нормальної, і складових біологічні особливості пухлинного росту.
Анаплазіяабо катаплазія(від ana – зворотне, протилежне, kata – вниз + грец. plasis – формування) – зміна структури та біологічних властивостей пухлини, що робить їх схожими на недиференційовані тканини.
Термін введений через певну формальну схожість пухлинних клітин з ембріональними (інтенсивне розмноження, посилений анаеробний гліколіз). При цьому пухлинні клітини принципово відрізняються від ембріональних. Вони не дозрівають, здатні до міграції та інвазивного зростання в навколишні сусідні тканини зруйнуванням їх і т.д.
Лекція з патологічної фізіології
тема Канцерогенез.
Канцерогенез – це процес розвитку пухлин будь-якого типу. Остання стадія пухлинного росту, з видимими проявами, маніфестація отримала назву малігнізації (озлокочествування). Загальні ознаки малігнізації:
1. Клітина набуває здатності до безконтрольного, нестримного розмноження, поділу
2. Гіперплазія паралельно з безконтрольним розподілом клітин, спостерігається порушення диференціювання, залишається незрілою, молодою (ця властивість називається анаплазією).
3. Автономність (незалежний від організму), від контролюючої, що регулює процеси життєдіяльності стимулів. Чим швидше росте пухлина, тим зазвичай менш диференційовані клітини і більше виражена автономність пухлини.
4. Доброякісна пухлина характеризується порушенням проліферації, немає порушення диференціювання, при зростанні доброякісної пухлини клітини просто збільшуються у кількості, розсовуючи або стискаючи навколишні тканини. А для злоякісних пухлин характерний так званий інфільтративний ріст, пухлинні клітини проростають (як клітини раку), руйнуючи навколишні тканини.
5. Здатність до метастазування. Метастази - це клітини, які можуть гематогенним, лімфогенним шляхом розноситися по всьому організму і утворювати вогнища пухлинного процесу. Метастази – це ознака злоякісної пухлини.
6. Пухлинна тканина має на організм в цілому негативний вплив: інтоксикація, викликана продуктами метаболізму пухлини, розпаду пухлини. Крім того, пухлина позбавляє організм необхідних поживних речовин, енергетичних субстратів, пластичних компонентів. Сукупність цих факторів називається раковою кахексією (виснаження всіх систем життєзабезпечення). Пухлинний процес характеризується патологічною проліферацією (безконтрольним розподілом клітин), порушенням диференціювання клітин та атипізмом морфологічним, біохімічним та функціональним.
Атипізм пухлинних клітин характеризується як повернення до минулого тобто переходом на більш давні, простіші шляхи метаболізму. існує безліч ознак, що відрізняють нормальні клітини від пухлинних:
1. Морфологічний атипізм. Головним є зміна клітинної мембрани:
У пухлинних клітин зменшується площа поверхні зіткнення, зменшується кількість нексусів - контактів, що забезпечують адгезивність клітинних мембран, змінюється склад мембранних глікопротеїдів - коротшають вуглеводні ланцюги. У клітині починають синтезуватися, невластиві зрілим клітинам ембріональні білки, підвищується кількість фосфотирозинів. Усе це призводить до порушення властивостей контактного гальмування, підвищується лабільність, плинність мембрани. У нормі клітини, вступаючи в контакт один з одним, припиняють поділ (має місце саморегуляція процесу поділу). У пухлинних клітинах відсутність контактного гальмування призводить до нестримної проліферації.
Біохімічний атипізм. Атипізм енергетичного обміну проявляється у переважанні гліколізу - більш давнього шляху метаболізму. У пухлинних клітинах спостерігається негативний ефект Пастера, тобто інтенсивний анаеробний гліколіз при зміні анаеробних умов на аеробні не знижується, а зберігається (посилення гліколізу в пухлинних клітинах зумовлює їх високу виживання в умовах гіпоксії). Пухлина активно поглинає поживні речовини. Спостерігається феномен субстратних пасток, який полягає у підвищенні спорідненості ферменту до субстрату (глюкози), у пухлинних клітинах у 1000 разів підвищується активність гексокіназ. Клітини пухлини є також пасткою для білка, що також призводить до кахексії.
Переважна більшість гліколізу призводить до підвищення концентрації молочної кислоти в клітинах пухлини, характерний ацидоз, що призводить до порушення життєдіяльності самої клітини (зона некрозу розташована зазвичай в центрі пухлини).
Атипізм регуляції росту та диференціювання пухлинних клітин. Процеси зростання, диференціювання поділу у нормі перебувають під контролем центральної ендокринної регуляції, що здійснюється соматотропним гормоном, гормонами щитовидної залози, інсуліном. Крім цих загальних факторів, у кожній тканині існують свої фактори росту та диференціювання (фактор росту епідермісу, тромбоцитарний фактор, інтерлейкін). Індукція росту та диференціювання починається із взаємодії фактора росту з рецептором фактора росту на клітинній мембрані (в пухлинній клітині цей етап може бути порушений). На наступному етапі утворюються вторинні посередники - циклічний аденозин та гуанозинмонофосфат, причому для нормального зростання та диференціювання характерно переважання циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ). Утворення циклічного гуанозинмонофосфату поєднується з посиленням проліферації. У пухлинних клітинах це типова ознака. На наступному етапі утворюються активні протеїнкінази, функція яких – фосфорилювання клітинних білків. У нормі протеїнкінази фосфорилюють білки по серину, треоніну, гістидину. У пухлинній тканині протеїнкінази тирозинзалежні, тобто фосфорилювання білків йде тирозином. Стимуляція проліферації пов'язані з утворенням білків, фосфорильованих по тирозину.
Регуляція росту та диференціювання пухлинної клітини пов'язана також із кальцій-залежною протеїнкіназою. У нормі кальцій-залежна протеїнкіназа виконує функцію модулятора, що врівноважує процеси росту та диференціювання. Для пухлинної клітини завжди характерна гіперреактивність кальційзалежної протеїнкінази, при цьому вона виконує роль індуктора проліферації, стимулює утворення фосфотирозину і посилює безконтрольне розмноження клітин.
Теорії розвитку пухлинного процесу.
У 1755 році англійські вчені опублікували дослідження "Про рак шкіри мошонки у сажотрусів". Рак у цій роботі розглядався як професійне захворювання, яким страждали сажотруси у віці 30-35 років (досі залишається незрозумілим питання про локалізації пухлини саме в мошонці). . Пояснення механізмів розвитку цієї форми раку стало початком нової ери в дослідженні пухлинного процесу. Було з'ясовано 2 основних фактори, що викликають розвиток раку - постійне роздратування, пошкодження; дія певних речовин (сажі), які були названі канцерогенами. Зараз відомо безліч канцерогенних речовин. Ця модель захворювання була відтворена японськими вченими, які протягом року втирали у вухо кролика сажу і отримали спочатку доброякісну (папілому), а потім і злоякісну пухлину.
Канцерогенні речовини, які знаходяться у зовнішньому середовищі називаються екзогенними канцерогенами: бензпірени, фенантрени, поліциклічні вуглеводні, аміноазосполуки, анілінові барвники, ароматичні сполуки, азбест, бойові отруйні речовини та багато ін. Існує група ендогенних канцерогенів. , але за певних умов здатні викликати рак. Це стероїдні гормони (особливо естрагени), холестерин, вітамін Д, продукти перетворення триптофану. Рак навіть був отриманий при введенні таких речовин як глюкоза, дистильована вода за певних умов. Пухлинні процеси відносяться до групи поліетилогічних захворювань, тобто немає одного основного фактора, який сприяв би розвитку пухлини. Воно відбувається при поєднанні множинних умов та факторів, має значення спадкова схильність або природна резистентність. Виведені лінії тварин - нулерів, які ніколи не хворіють на рак.
Дія канцерогенних речовин дуже часто поєднується з дією фізичних факторів - механічним роздратуванням, температурним фактором (в Індії рак шкіри у носіїв чанів з гарячим вугіллям, у північних народів спостерігається більш висока частота захворюваності на рак стравоходу у зв'язку з вживанням дуже гарячої їжі: гарячої риби. курців сприяють розвитку раку легень наступні фактори - висока температура, яка створюється при курінні, хронічні бронхіти - що викликають активну проліферацію, і в тютюні містяться метилхолантрени - сильні канцерогени.У моряків професійним захворюванням є рак шкіри обличчя (вплив вітру, води, ультрафіолетового) , у рентгенологів підвищено частоту лейкозів
Третя етіологічна група – віруси. Одним з основних підтверджень вірусної теорії виникнення раку є щеплення неклітинного фільтрату хворої на пухлину тварини здоровому. Неклітинний фільтрат містив вірус і здорову тварину занедужало. Від хворих курей перевивали здоровим курей лейкоз, вдалося викликати лейкоз майже в 100% курей. Описано понад 20% різних вірусів, здатних викликати майже в усіх експериментальних тварин різні форми пухлинного процесу. Було відкрито передачу вірусів, які викликають рак, через молоко. Нащадки низькоракових мишей підсаджували до високоракової самці. так був відкритий фактор молока вірусної природи, був відкритий вірус, що викликає захворювання і у людини - вірус Епштейна-Барра (викликаємо лімфому).
Отже сформульовані 3 основні теорії канцерогенезу, що відповідають трьом основним етіологічним групам:
1. канцерогенні речовини
2. фізичні фактори
3. біологічні чинники – віруси.
Основні теорії, що пояснюють патогенез раку це:
· Мутаційна теорія канцерогенез, яка пояснює розвиток пухлинного процесу як наслідок мутації. Канцерогенні речовини, випромінювання викликають мутаційний процес – змінюється геном, змінюється структура клітин, йде малігнізація.
· Епігеномна теорія канцерогенез. Спадкові структури не змінено, порушується функція геному. В основі епігеномного механізму лежить дерепресія в нормі неактивних генів та депресія активних генів. Основою пухлинного процесу з цієї теорії є дерепресія древніх генів.
· Вірусна теорія. Віруси довгостроково можуть персистувати в клітинах, перебуваючи в латентному стані, під дією канцерогенів, фізичних факторів відбувається їх активація. Вірус вбудовується в клітинний геном, вносячи додаткову інформацію до клітини, викликаючи порушення геному та порушення життєдіяльності клітини.
Всі ці теорії стали основою сучасної концепції онкогенів. Це теорія експресії онкогенів. Онкогени – це гени, які сприяють розвитку пухлинного процесу. Онкогени були відкриті у вірусах – вірусні онкогени, та аналогічні їм відкриті у клітинах – клітинні онкогени (src, myc, sis, ha-ras). Онкогени - це структурні гени, що кодують білки. У нормі вони неактивні, репресовані, тому називають протонкогены. За певних умов відбувається активація або експресія онкогенів, синтезуються онкобілки, які здійснюють процес перетворення нормальної клітини на пухлинну (малігнізація). Позначаються онкогени літерою Р, далі йде назва гена, скажімо ras і цифра – молекулярна вага білка у мікродальтонах (наприклад Pras21).
Лекція з патологічної фізіології.
Тема лекції: канцерогенез (частина 2).
Класифікація онкобілків.
Онкобілки класифікуються за локалізації на наступні групи: 1. Ядрені, 2. Мембранні, 3. Цитоплазматичні білки.
Стабільна локалізація тільки ядерних онкобілків, а мембранні та цитоплазматичні здатні змінюватися: мембранні переміщуються до цитоплазми і навпаки. За функцією розрізняють 5 груп онкобілків:
1. Ядерні ДНК-зв'язуючі білки – мітогени. Вони виконують функцію стимуляції поділу клітини. До цієї групи належать продукти онкогенів myc, myt.
2. Гуанозин трифосфатзв'язуючі онкобілки. До цієї групи належать продукти онкогенів сімейства ras. Онкобілки гуанозинфосфатзв'язуючі сприяють накопиченню в клітині циклічного гуанозиномонофосфату, що сприяє орієнтації клітини у бік пухлинного росту.
3. Тирозинзалежні протеїнкінази. Сприяють фосфорилювання білків по тирозину, збільшують вміст у клітині фосфотирозинів. Мішенню для онкобілків є вінкулін, фібриноген. При дії онкобілка на ці мішені у них збільшується вміст фосфотирозинів у 6-8 разів. При збільшенні фосфотирозинів у цих білках, що входять до мембранного складу, змінюються властивості клітинної мембрани. Насамперед - властивість адгезивності знижується, порушується контактне гальмування.
4. Гомологи факторів росту та рецепторів факторів росту. Фактори росту утворюються поза клітиною, переносяться гематогенним шляхом, взаємодіють зі специфічними рецепторами. Якщо утворюється онкобілок, що виконує функцію фактора росту, він утворюється в самій клітині в результаті експресії онкогену, потім взаємодіє з рецепторами, що призводять до стимуляції росту (механізм аутокринної стимуляції росту). Прикладом такого онкобілка може бути продукт онкогену sis. Онкобілок Р28sis не що інше, як тромбоцитарний чинник зростання, тобто у нормальних тканинах стимулює утворення тромбоцитів, його мішенями є клітини попередники тромбоцитів. У цьому випадку ген sis слабко експресований, але якщо відбувається експресія онкогенів – усередині клітин починає утворюватися тромбоцитарний фактор росту та стимулює ріст клітини.
Онкобілки можуть виконувати функцію рецепторів росту, вони також утворюються в клітині в результаті експресії онкогену, локалізуються в мембрані клітин, але на відміну від нормального рецептора. Онкобілковий рецептор починає взаємодіяти з будь-яким фактором росту, втрачає специфічність, відбувається стимуляція клітинної проліферації.
5. Видозмінені мембранні рецептори (псевдорецептори). У цій групі представлені білки, що належать до групи тирозинзалежних протеїнкіназ, але є й інші. У псевдорецепторі з'єднані 2 функції – функція фактора росту та рецептора фактора росту. Для того, щоб білки почали виконувати свою функцію, необхідна експресія протоонкогенів в онкогени.
Механізм експресії протоонкогенів.
Експресія протоонкогенів пов'язана з дією різних канцерогенних факторів - іонізуючого випромінювання, хімічних канцерогенів, вірусів. Виділяють 2 типи впливу вірусів:
1. У структурі вірусу онкоген зазвичай не виконує жодної функції. При внесенні вірусного онкогену до клітинного геному відбувається його активація (активує онкоген сам механізм вбудовування), відбувається синтез онкобілка.
2. Вірус може нести у клітину не онкоген, а ген-промотор. Промотором називають фактор, який не має канцерогенної дії, але за певних умов він може цей процес посилювати. При цьому промотор повинен вбудовувати поблизу клітинного протоонкогену.
Хімічні та фізичні канцерогенні фактори стимулюють мутаційний механізм експресії онкогенів. В основі мутаційного механізму лежать соматичні мутації, тобто мутації, що виникають у тканинах, органах, що не передаються у спадок. За своїм характером можуть бути як хромосомними, і генними. До хромосомних мутацій відносяться хромосомні аберації, делеції, транслокації, інверсії - всі варіанти, коли виникає розрив хромосоми, що призводить до експресії онкогенів у місці розриву, оскільки відбувається звільнення онкогену від компенсуючого впливу геному. У процесі хромосомних аберацій може виявитись вплив гена-промотора, який може бути перенесений з однієї хромосоми на іншу, в іншу ділянку хромосоми. При хронічному мієлолейкозі з великою сталістю в лейкоцитах знаходять змінену 22 філадельфійську хромосому. Вона характеризується втратою частини плеча. Встановлено, що ця мутація є наслідком взаємної транслокації 9 і 22 хромосом, причому 9 хромосома отримує надлишок матеріалу, а 22 втрачає частину плеча. У процесі взаємної транслокації з 9 на 22 хромосому переноситься промотор, який вбудовується поруч із онкогеном. Наслідком є стимуляція онкогену мус, утворюється ДНК-зв'язуючий онкобілок – мітоген.
Точкові мутації можуть призводити до експресії онкогенів, причому для деяких онкогенів типовий саме точкові мутації (онкогени сімейства ras). Можлива мутація в самому онкогені або в гені регулятора зі зміною репресора, який регулює активність онкогену, і відбувається активація онкогену. Наступний механізм експресії онкогенів пов'язані з дією транспозонів. Транспозон це рухаються, блукають або стрибають гени. Вони пересуваються вздовж ДНК і можуть вбудовуватись у будь-яку ділянку. Їхня фізіологічна функція - посилення активності того чи іншого гена. Транспозони можуть виконувати функцію та експресії онкогенів, виконуючи функцію промоторів. Помічено, що у процесі канцерогенезу активність мутаційного процесу, активність транспозонів різко зростає, а механізми репарації різко знижуються.
Ампліфікація – це також фізіологічний механізм регуляції активності геному. Це збільшення копій генів, отриманих посилення активності гена, до 5 , максимум до 10 копій. В умовах канцерогену кількість копій онкогенів досягає сотень (500-700 і більше, це епігеномний механізм експресії онкогенів).
Ще один епігеномний механізм – деметилювання ДНК. Під дією хімічних канцерогенів, активних радикалів відбувається процес деметилювання ДНК. деметильована ділянка стає активною.
Для того, що сталося перетворення нормальної клітини на пухлинну повинна активізуватися група онкогенів (від 2 до 6-8 і більше онкогенів. Механізми взаємодії онкогенів зараз вивчаються. Відомо, що взаємна активація онкогенів є ланцюговою реакцією, тобто продукт одного онкогену активує новий онкоген і т.д.
Стадії канцерогенезу:
1. Ініціація
2. Трансформація
3. Пухлинна агресія
Під дією канцерогенів у клітині відбувається активація певної групи онкогенів. На стадії ініціації спостерігається найчастіше експресія онкогенів мус і муt (продукти цих онкогенів відносяться до ДНК-зв'язуючих мітогенів), стимулюється безконтрольна проліферація. Порушення диференціювання не відбувається, функція зберігається. Це тривала прихована – латентна фаза. Тривалість фази ініціації становить приблизно 5% від тривалості життя виду (у людини залежно від виду пухлини – 5,10,12 років, іноді значно коротше). На стадії ініціації відбувається зняття ліміту Хейфліка. Для нормально розвивається клітини характерно здійснювати трохи більше 30-50 мітозів, потім розподіл припиняється і клітина гине. Ось це обмеження числа мітозів і зветься ліміт Хейфліка. У пухлинній клітині цього немає, клітина безперервно, безконтрольно ділиться. Клітина у фазі ініціації називається іммортальною (безсмертною) так як вона безперервно відтворює, фаза ініціації називається фазою імморталізації. Клітина у цій фазі може повернутися на шляху нормального розвитку, а може перейти до наступної фази розвитку - фази трансформації.
Трансформація відбувається, якщо на ініційовану клітину продовжує впливати канцерогенний фактор і відбувається експресія нової групи онкогенів. У культурі клітин із найбільшою сталістю спостерігається експресія характерних для цієї фази онкогенів сімейства ras, продукти цих онкогенів пов'язують гуанозинтрифосфат. на цій фазі відбувається експресія онкогену sis. Експресія цих онкогенів призводить до остаточної малігнізації клітини - порушується диференціювання та проліферація. Утворення одиничних пухлинних клітин ще призводить до пухлинного процесу. Пухлинні клітини мають властивість чужорідності (антигени) для організму. Вважається, що пухлинні клітини утворюються постійно, але при достатньому імунному контролі вони знищуються. Перехід у стадію пухлинної прогресії залежить стану імунологічної реактивності.
Антигенні властивості пухлинної клітини виявляються декількома механізмами:
1. Антигенне спрощення. Особливо важливою є якісна зміна глікопротеїдів - вкорочуються вуглеводні ланцюги.
2. Антигенне ускладнення – поява невластивих компонентів – збільшення фосфотирозинів.
3. Реверсія (повернення до минулого) – поява ембріональних білків у складі мембрани пухлинної клітини. Ембріональні білки - альфа-кетопротеїн та ін.
4. Дивергенція.
З'являються в тканинах антигенні компоненти, невластиві даної тканини. Дивергенція - це обмін антигенними фрагментами. Таким чином немає абсолютно чужорідного антигену, всі антигени є модифікацією власної тканини організму, це слабкі мозаїчні антигени.
Існує кілька рівнів захисту проти пухлинного антигену:
1. Функція природних кілерів (натуральні кілери) - вони створюють основний протипухлинний захист. Вони впізнають пухлинну клітину за негативною інформацією – відсутністю довгих глікопротеїдів тощо. відбувається контакт кілера з пухлинною клітиною та її знищення.
2. Сенсибілізовані Т-кілери також знищують чужорідні клітини. Роль гуморального імунітету спірна. Вважається, що комплекс антитіл на поверхні пухлинних клітин перешкоджає прояву кілерного ефекту.
Показано, що при імунодефіцитах ризик розвитку пухлин збільшується у 1000 разів, а іноді у 10000 разів, а також при тривалому застосуванні імунодепресантів, гліюокортикоїдів.
Етап пухлинної прогресії характеризується вже клінічними проявами – збільшується маса пухлини, спостерігається інфільтративне зростання, метастизування, і закінчується раковою кахексією.
Процес розвитку судин, що в пухлини контролюється онкобілком ангіогеніном (зараз намагаються застосовувати для лікування пухлини блокатори цього білка).
Постійною ознакою пухлинного зростання є збільшення кількості Т-супресорів по відношенню та Т-хелперам (незрозуміло, первинний це механізм або вторинний).
Відомо, що пухлини здатні до зворотного розвитку. У ящірок, тритонів у зоні активної регенерації (хвіст) часто утворюються пухлини, які здатні самі розсмоктуватися. Описано випадки розсмоктування пухлин у людини, але механізм цього явища поки що не вивчений.
В даний час встановлено, що рак, або злоякісне новоутворення – це хвороба генетичного апарату клітини, яка характеризується тривалими хронічними патологічними процесами, або, простіше кажучи, канцерогенезом, які розвиваються в організмі десятки років. Застарілі уявлення про швидкоплинність пухлинного процесу поступилися місцем більш сучасним теоріям.
Процес перетворення нормальної клітини на пухлинну обумовлений накопиченням мутацій, викликаних ушкодженнями в геномі. Виникнення цих пошкоджень відбувається як внаслідок ендогенних причин, таких як помилки реплікації, хімічна нестабільність основ ДНК та їх модифікація під дією вільних радикалів, так і під впливом зовнішніх факторів хімічної та фізичної природи.
Теорії канцерогенезу
Вивчення механізмів трансформації пухлинної клітини має давню історію. До цього часу було запропоновано безліч концепцій, які намагаються пояснити канцерогенез та механізми перетворення нормальної клітини на ракову. Більшість цих теорій мають лише історичний інтерес чи входять як складова частина у прийняту нині більшістю патологів універсальну теорію канцерогенезу - теорію онкогенів. Онкогенна теорія канцерогенезу дозволила наблизитися до розуміння того, чому різні етіологічні фактори викликають одне за своєю суттю захворювання. Вона стала першою єдиною теорією виникнення пухлин, що включила досягнення в галузі хімічного, радіаційного і вірусного канцерогенезу.
Основні положення теорії онкогенів були сформульовані на початку 1970-х. Р. Хюбнер і Г. Тодаро (R. Huebner і G. Todaro), які висловили припущення, що в генетичному апараті кожної нормальної клітини присутні гени, при несвоєчасній активації або порушенні функції яких нормальна клітина може перетворитися на ракову.
Протягом десяти останніх років онкогенна теорія канцерогенезу і раку набула сучасного вигляду і може бути зведена до кількох принципових постулатів:
- онкогени - гени, які активуються в пухлинах, викликаючи посилення проліферації та розмноження та пригнічення загибелі клітин; онкогени виявляють трансформуючі властивості в експериментах з трансфекції;
- немутовані онкогени діють на ключових етапах реалізації процесів проліферації, диференціювання та програмованої загибелі клітин, перебуваючи під контролем сигнальних систем організму;
- генетичні ушкодження (мутації) в онкогенах призводять до вивільнення клітини від зовнішніх регулюючих впливів, що є основою її неконтрольованого поділу;
- мутація в одному онкогені практично завжди компенсується, тому процес злоякісної трансформації потребує поєднаних порушень у кількох онкогенах.
Канцерогенез має й інший бік проблеми, що стосується механізмів стримування злоякісної трансформації та пов'язана з функцією так званих антионкогенів (супресорних генів), які в нормі мають інактивуючу дію на проліферацію та сприяють індукції апоптозу. Антионкогени здатні викликати реверсію злоякісного фенотипу в дослідах трансфекції. Практично кожна пухлина містить мутації в антионкогенах як у формі делецій, так і мікромутацій, причому інактивуючі ушкодження супресорних генів зустрічаються набагато частіше, ніж мутації, що активують в онкогенах.
Канцерогенез має молекулярно-генетичні зміни, які складають такі три основні компоненти: активуючі мутації в онкогенах, інактивуючі мутації в антионкогенах, а також генетична нестабільність.
У загальному плані канцерогенез розглядають на сучасному рівні як наслідок порушення нормального клітинного гомеостазу, що виражається у втраті контролю над розмноженням та у посиленні механізмів захисту клітин від дії сигналів апоптозу, тобто запрограмованої смерті клітини. В результаті активації онкогенів та виключення функції генів-супресорів ракова клітина набуває незвичайних властивостей, що проявляються в імморталізації (безсмертності) та здатності долати так зване реплікативне старіння. Мутаційні порушення у раковій клітині стосуються груп генів, відповідальних за контроль над проліферацією, апоптозом, ангіогенезом, адгезією, трансмембранними сигналами, репарацією ДНК та стабільністю геному.
Які стадії має канцерогенез?
Канцерогенез, тобто розвиток раку, проходить у кілька стадій.
Канцерогенез першої стадії – стадія трансформації (ініціації) – процес перетворення нормальної клітини на пухлинну (ракову). Трансформація є результатом взаємодії нормальної клітини з агентом, що трансформує (канцерогеном). Протягом І стадії канцерогенезу відбуваються незворотні порушення генотипу нормальної клітини, внаслідок чого вона переходить у схильне до трансформації стан (латентна клітина). Протягом стадії ініціації канцероген або його активний метаболіт взаємодіє з нуклеїновими кислотами (ДНК та РНК) та білками. Пошкодження у клітині можуть мати генетичний чи епігенетичний характер. Під генетичними змінами розуміють будь-які модифікації в послідовностях ДНК або хромосом. До них відносять пошкодження або перебудову первинної структури ДНК (наприклад, генні мутації або хромосомні аберації), або зміни кількості копій генів або цілісності хромосом.
Канцерогенез другої стадії - стадія активації, або промоції, суть якої полягає у розмноженні трансформованої клітини, утворенні клону ракових клітин та пухлини. Ця фаза канцерогенезу на відміну стадії ініціації оборотна, по крайнього заходу, на ранньому етапі неопластичного процесу. Протягом промоції ініційована клітина набуває фенотипічних властивостей трансформованої клітини в результаті зміненої генної експресії (епігенетичний механізм). Поява в організмі ракової клітини не призводить з неминучістю до розвитку пухлинної хвороби та загибелі організму. Для індукції пухлини потрібна тривала і відносно безперервна дія промотора.
Промотори мають різноманітний вплив на клітини. Вони впливають на стан клітинних мембран, що мають специфічні рецептори до промоторів, зокрема активують мембранну протеїнкіназу, впливають на клітинну диференціювання та блокують міжклітинні зв'язки.
Зростаюча пухлина не є застиглим, стаціонарним утворенням з постійними якостями. У процесі зростання її властивості постійно змінюються: якісь ознаки губляться, якісь виникають. Ця еволюція властивостей пухлини отримала назву «пухлинна прогресія». Прогресія – це третя стадія пухлинного росту. Нарешті, четверта стадія – результат пухлинного процесу.
Канцерогенез не тільки викликає стійкі зміни генотипу клітини, але й надає різноманітний вплив на тканинному, органному та організмовому рівнях, створюючи у ряді випадків умови, що сприяють виживанню трансформованої клітини, а також подальшому зростанню та прогресії новоутворень. На думку деяких учених, ці умови виникають унаслідок глибоких порушень функцій нейроендокринної та імунної систем. Деякі з таких зрушень можуть змінюватись в залежності від особливостей канцерогенних агентів, що може бути обумовлено, зокрема, відмінностями в їх фармакологічних властивостях. Найбільш загальними реакціями на канцерогенез, суттєвими для виникнення та розвитку пухлини, є зміни в рівні та співвідношенні біогенних амінів у центральній нервовій системі, зокрема в гіпоталамусі, що позначаються, серед іншого, на гормонально-опосередкованому посиленні клітинної проліферації, а також порушення вуглеводного та жирового. обміну, зміни функції різних ланок імунної системи.
Питання
Пухлина -це типове порушення тканинного росту, що виявляється у безконтрольному розмноженні клітин, що характеризуються атипізмами, або анаплазією.
Під атипізмамирозуміють сукупність ознак, що відрізняють пухлинну тканину від нормальної та складових біологічні особливості пухлинного росту.
Анаплазія -термін, що підкреслює схожість пухлинної клітини з ембріональною (посилене розмноження, інтенсивний процес гліколізу та ін.). Але пухлинні клітини не тотожні ембріональним: вони ростуть, але не дозрівають (не диференціюються), здатні до інвазивного зростання в навколишні тканини з руйнуванням останніх і т.д.
Причинами розвитку пухлин є різні фактори, здатні викликати перетворення нормальної клітини на пухлинну. Вони називаються канцерогенними чи бластомогенами. Це агенти хімічної, фізичної та біологічної природи, а головною умовою, що сприяє реалізації їхньої дії (фактором ризику), є зниження ефективності механізмів протипухлинного захисту організму. Значною мірою це визначається генетичною схильністю. Властивості канцерогенних факторів, що забезпечують пухлинну трансформацію клітин, є мутагенність (здатність прямо або опосередковано впливати на геном клітини, що в результаті призводить до мутацій), здатність до проникнення через зовнішні і внутрішні бар'єри і дозування дії, яка забезпечує незначне пошкодження клітини, що дозволяє вижити.
Поряд з канцерогенними факторами, існує ціла низка речовин, які не викликаючи самі мутацій, є обов'язковими учасниками канцерогенезу. коканцерогениі синканцерогени. Коканцерогени – немутагенні фактори (промотори), що підсилюють ефект канцерогенних агентів. Коканцеогенез – посилення мутагенної дії канцерогену сполуками, що стимулюють проліферацію клітин, інактивуючи білки продукти антионкогенів або посилюючи передачу ростостимулюючих сигналів. Синканцерогени - канцерогенні фактори, що викликають посилене утворення пухлин при комбінованому дії кількох відомих концерогенів.
ХІМІЧНІ КАНЦЕРОГЕНИ
За даними ВООЗ, понад 75% випадків злоякісних пухлин людини спричинено впливом хімічних факторів зовнішнього середовища. Потенційно канцерогенні речовини власними силами не викликають пухлинного зростання. Тому їх називають проканцероген, або преканцероген. В організмі вони піддаються фізико-хімічним перетворенням, у яких стають істинними, кінцевими канцерогенами. Кінцевими канцерогенами є алкілуючі сполуки, епоксиди, діолепоксиди, вільнорадикальні форми низки речовин.
До виникнення пухлин призводять переважно фактори згоряння тютюну (приблизно 40%); хімічні агенти, що входять до складу їжі (25-30%) та сполуки, що використовуються в різних сферах виробництва (близько 10%). Відомо більше 1500 хімічних сполук, які мають канцерогенний ефект. З них не менше 20 є причиною пухлин у людини. Найбільш небезпечні канцерогени належать до кількох класів хімічних речовин (рис. 1).
Мал. 1. Основні класи хімічних канцерогенів.
Органічні хімічні канцерогени
Поліциклічні ароматичні вуглеводні.
Найбільшу канцерогенну активність серед них мають 3,4-бензпірен, 20-метилхолантрен, диметилбензантрацен. Щороку в атмосферу промислових міст викидаються сотні тонн цих та подібних до них речовин.
Гетероциклічні ароматичні вуглеводні.
До цієї групи входять дибензакридин, дибензкарбазол та інші сполуки.
Ароматичні аміни та аміди.
До них відносяться 2-нафтіламін, 2-амінофлюорен, бензидин та ін.
Нітрозосполуки. Найбільш небезпечні серед них - діетилнітрозамін, ді-метилнітрозамін, нітрозометилсечовина.
Аміноазосполуки.
Високоефективними канцерогенами серед них вважаються 4-диметил-ноазобензол і ортоаміноазотолуол.
Афлатоксини - продукти метаболізму (похідні кумаринів) цвілевих грибів, в основному аспергіл Aspergillus flavus (звідси назва вироблених ними речовин).
Інші органічні речовини з канцерогенною активністю: епоксиди, пластмаси, уретан, чотирихлористий вуглець, хлоретиламіни та інші.
Неорганічні канцерогени
Екзогенні: хромати, миш'як та її сполуки, кобальт, окис берилію, азбест та інших.
Ендогенні. Ці сполуки утворюються в організмі внаслідок фізико-хімічної модифікації продуктів нормального обміну речовин. Вважають, що такими потенційно канцерогенними речовинами є жовчні кислоти, естрогени, деякі амінокислоти (тирозин, триптофан), ліпопероксидні сполуки.
Питання
ФІЗИЧНІ КАНЦЕРОГЕННІ ФАКТОРИ
Основними канцерогенними агентами фізичної природи є:
- Іонізуюче випромінювання
а). α-, β- і γ-випромінювання, джерелом яких є радіоактивні ізотопи (Р 32 , I 131 , Sr 90 та ін),
б). рентгенівське випромінювання,
в). потік нейтронів,
- ультрафіолетове випромінювання.
У осіб, які хронічно, періодично або одноразово піддавалися впливу зазначених агентів, часто виникають різні злоякісні новоутворення. У пацієнтів, які лікувалися препаратами, що містять радіоактивні речовини, з більш високою частотою, ніж у загальній популяції, виникають новоутворення (наприклад, пухлини печінки у пацієнтів, яким неодноразово вводили радіоактивну рентгеноконтрастну речовину торотраст). Частота раку щитовидної залози різко підвищилася в осіб, які зазнали впливу радіоактивного йоду під час аварії на чорнобильській АЕС.
Питання
Види онкогенних вірусів
За типом вірусної нуклеїнової кислоти онкогенні віруси поділяють на ДНК-містять і містять РНК.
ДНК-віруси
Гени ДНК-онковірусів здатні безпосередньо впроваджуватися в геном клітини-мішені. Ділянка ДНК-онковіруса (власне онкоген), інтегрована з клітинним геномом, може здійснити пухлинну трансформацію клітини. Не виключають також, що один із генів онковіруса може грати роль промотора клітинного протоонкогену.
Вірусні онкогени та контролюючі клітинний цикл та проліферацію клітинні гени мають як схожість, так і важливі відмінності. У зв'язку з цим говорять про протоонкогени та онкогени.
Протоонкоген- ген нормального геному людини; бере участь у регуляції проліферації клітин. Продукти експресії протоонкогенів у багатьох випадках важливі для нормального диференціювання клітин та міжклітинних взаємодій. Внаслідок соматичних мутацій протоонкоген може стати онкогенним. У цьому випадку до імені протоонкогену може бути додана приставка з-(від cellular - клітинний), вірусні гомологи маркують приставкою v-(від viral - вірусний).
Онкоген- один з генів, у звичайних умовах (тобто як протоонкоген) кодуючий білок, що забезпечує проліферацію та диференціювання клітинних популяцій (протеїнкінази, ядерні білки, фактори росту). У пухлинних ДНК-вірусів онкоген кодують нормальні вірусні білки; онкогени, проте, можуть спровокувати – у разі їх мутацій чи активації ретровірусами – злоякісне зростання. Ідентифіковано безліч онкогенів (наприклад, ras [пухлини сечового міхура]); р53, мутантний ген хромосоми 17 (нормально бере участь у репарації викликаних ультрафіолетом генних дефектів). Мутації р53 відповідальні за розвиток раку молочної залози, шийки матки, яєчника, легені; малігнізуючі ефекти онкогенів можуть бути посилені ретровірусами, так званими стрибаючими генами, мутаціями. Онкогени знайдені в деяких ДНК пухлинних вірусах. Вони необхідні реплікації вірусу (трансформуючий ген). До онкогенів належать також гени вірусу або ретровірусу, що викликають злоякісне переродження клітини-господаря, але необов'язкові для реплікації вірусу.
Онкосупресори
Трансформовані (пухлинні) клітини діляться безконтрольно та необмежено довго. Онкосупресори або антионкогени (наприклад, р53) гальмують їх проліферацію. Кодований цим геном білок р53- один із найважливіших регуляторів клітинного циклу. Цей білок специфічно зв'язується з ДНК та пригнічує ріст клітин у фазі G1.
Білок Р53 реєструє різні сигнали при впливах на клітину (вірусна інфекція, гіпоксія) та стан її геному (активація онкогенів, пошкодження ДНК). При несприятливій інформації про стан клітини р53 блокує клітинний цикл, поки порушення не будуть усунені. У пошкоджених клітинах вміст р53 зростає. Це дає клітині шанси відновити ДНК шляхом блокування клітинного циклу. При грубих ушкодженнях р53 ініціює самогубство клітини – апоптоз. Пухлини (майже 50%) супроводжуються мутаціями гена р53. При цьому, незважаючи на можливі порушення геному (включаючи зміни у кількості хромосом), клітини не входять до апоптозу, а вступають у безперервний клітинний цикл. Репертуар мутацій гена Р53 широкий. Вони призводять до безконтрольного розмноження клітин при раку товстої кишки, печінки, легені, стравоходу, молочної залози, гліальних пухлинах мозку, пухлинах лімфоїдної системи. При синдромі Лі-Фромені уроджений дефект р53 є причиною високої частоти розвитку карцином.
Важливу регулюючу роль також грає білок р27зв'язується з цикліном та білками циклін-залежної протеїнкінази та блокує входження клітини у S-фазу циклу. Зниження рівня р27 є прогностично несприятливою ознакою. Визначення р27 використовують при діагностиці раку молочної залози.
Етапи хімічного канцерогенезу.Самі собою потенційно канцерогенні речовини не викликають пухлинного росту. Тому їх називають проканцерогенами або преканцерогенами. В організмі вони піддаються фізико-хімічним перетворенням, у яких стають істинними, кінцевими канцерогенами.
Вважають, що кінцевими канцерогенами є:
♦ алкілуючі сполуки;
♦ епоксиди;
♦ діолепоксиди;
♦ вільнорадикальні форми низки речовин.
Очевидно, вони викликають такі зміни у геномі нормальної клітини, які ведуть її трансформації в пухлинну.
Виділяють 2 взаємопов'язані етапи хімічного канцерогенезу:
1) ініціації;
2) промоції.
Етап ініціації.На даному етапі відбувається взаємодія кінцевого канцерогену з локусами ДНК, що містять гени, що контролюють поділ і дозрівання клітини (такі локуси ще називають протоонкоген).
Можливі 2 варіанти взаємодії:
1) геномний механізм полягає у точковій мутації протоонкогену;
2) епігеномний механізм характеризується дерепресією неактивного протоонкогену. Під дією хімічних канцерогенів протоонкоген перетворюється на онкоген, який і забезпечує в подальшому процес пухлинної трансформації клітини. І хоча така клітина ще не має пухлинного фенотипу (її називають латентною пухлинною клітиною), процес ініціації вже необоротний.
Ініційована клітина стає імморталізованою (безсмертною, від англ. immortality – вічність, безсмертя). Вона позбавляється так званого ліміту Хайфліка: строго обмеженого числа поділів (у культурі клітин ссавців зазвичай близько 50).
Етап промоції.Процес промоції індукують різні канцерогенні агенти, і навіть клітинні чинники зростання. На етапі промоції:
1) здійснюється експресія онкогену;
2) відбувається необмежена проліферація клітини, що стала генотипно та фенотипно пухлинною;
3) формується новоутворення.
Канцерогени біологічної природи.До них відносять онкогенні (пухлинно-рідні) віруси. Роль вірусів у канцерогенезі привертає увагу, з одного боку, як самостійна проблема, а з іншого боку тим, що велика кількість клітинних протоонкогенів подібні до онкогенів ретровірусів.
Етапи фізичного канцерогенезу
Мішенню канцерогенних агентів фізичної природи також є ДНК. Допускається або їхня пряма дія на ДНК, або через посередники - своєрідні медіатори канцерогенезу. До останніх відносять вільні радикали кисню, ліпідів та інших органічних та неорганічних речовин.
Перший етап фізичного канцерогенезу – ініціація пухлинного росту. Він полягає у прямому чи опосередкованому впливі агентів фізичної природи на ДНК. Це викликає або ушкодження її структури (генні мутації, хромосомні аберації), або епігеномні зміни. Як перше, так і друге може призвести до активації протоонкогенів та подальшої пухлинної трансформації клітини.
Другий етап – промоції. На цьому етапі канцерогенезу здійснюється експресія онкогену та модифікація нормальної клітини у ракову. Внаслідок послідовних циклів проліферації формується пухлина.
