WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«А.Е.Черезов ОБЩАЯ ТЕОРИЯ РАКА ТКАНЕВЫЙ ПОДХОД ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1997 УДК 616-006 ББК 55.6 4-46 Черезов А. Е. Общая теория рака: тканевый подход. - М. ...»

-- [ Страница 3 ] --

А — основные системы гомеостаза организма В — тканевый гомеостаэ гормонозависимого органа Контур А символизирует основные гомеостатические системы организма, нарушение которых приводит к гормональному дисба лансу, в результате чего на малый контур падает нагрузка, вызыва ющая интенсивную хроническую пролиферацию. Контур В симво лизирует тканевый гомеостаз гормонозависимого органа. В резуль тате дисбаланса в контуре А, в контуре В возникает гиперстимуля ция хронической пролиферации. Следующий этап опухолеобразо вания реализуется в рамках тканевого гомеостаза. Для нормально го функционирования тканевого гомеостаза необходимо постоянное воспроизводство структуры гомеостаза, т.е. количественное и каче ственное пропорциональное соотношение между стволовыми, ком митированными и дифференцированными клетками должно вос производиться. Это связано с тем, что синтезируемые дифференци рованными клетками кейлоны, выполняющие функцию отрица —, тельной обратной связи, и выделяемые малодифференцированны ми клетками факторы роста удерживаются в определенном равно весии, что определяет стабильный баланс гомеостаза. Поэтому про грессирующая эмбрионализация, развивающаяся в результате по вышенной пролиферации, постепенно разрушает структуру, а за тем и функцию тканевого гомеостаза.

Основные положения новой теории гормонального рака хорошо подтверждаются экспериментальными данными. Очевидно, если нарушение тканевого контроля является достаточным условием для развития неконтролируемого роста стволовых клоногенных кле ток, то изолированные стволовые клетки при трансплантации будут проявлять злокачественный рост без какого-либо канцерогенного воздействия. Первое положение следует из второго, и наоборот, т.е.

они взаимообусловлены. Это и будет свидетельствовать в пользу новой теории, основанной на нарушении тканевого контроля.

Эксперименты Шпемана (Speman, 1942), которые воспроизво дились многими учеными, однозначно подтвердили злокачествен ность изолированных стволовых клеток. Он трансплантировал недетерминированные клетки бластулы в полость тела взрослой лягушки — они делились без дифференцировки и прорастали в окружающие ткани.

Согласно данным Н.Топтиклиса (Toptiklis, 1969), нормаль ные клоногенные клетки могут инвазивно прорастать в чужерод ные ткани: например, диссоциированные клетки щитовидной же лезы мышей, интенсивно продуцирующие тиреоглобулин, при введении в легкие животным пролиферировали, подобно метаста зирующим клеткам.

Американский ученый I.Damjanov (1991) с целью получения те ратокарцином привил мышиные эмбрионы на стадии прегаструлы под капсулу почки сингенным взрослым мышам. Организм реципи ента не регулировал пролиферацию таких клеток, которые приоб ретали свойства злокачественных опухолей. Автор сделал вывод, что злокачественность может развиваться без участия механизмов вирусного или химического канцерогенеза и не сопровождаться ге нетической трансформацией, т.е. злокачественность может разви ваться, минуя необратимые генетические изменения. Рассмотрен ные данные доказывают, что тканевая теория гормонального рака имеет достаточно хорошую экспериментальную обоснованность, в частности это относится к данным о проявлении злокачественности изолированных стволовых клеток, неподвергаемых канцерогенно му воздействию. К этой группе примыкает такое явление, как спон танная малигнизация in vitro, где также отсутствует какой-либо канцероген. Две группы данных коррелируют между собой и под тверждают положение о достаточности нарушения тканевого конт роля в качестве условия и причины трансформации.

4. Роль эмбрионализации ткани в механизме опухолеобразования Картина морфологических изменений ткани в процессе канце рогенного воздействия характеризуется закономерными стадиями тканевой деградации. С. Bruni (1973) дает такое описание реак ции клеток печени в процессе канцерогенеза, индуцированного диэтилнитрозамином. Первой реакцией (3 — 5 дней) на канцеро ген было возникновение некрозов и волны митотической активно сти. Один тип клеток напоминал нормальные гепатоциты, другой резко отличался от них небольшим размером, ничтожным содер жанием гладкой цитоплазматической сети и не имел полигональ ной формы. На 98-й день они уже почти не имели гладкой и зер нистой цитоплазматической сети и в них преобладали свободные, не связанные с мембранами рибосомы. Подобные клетки встреча ются только в эмбриональной печени, и из них впоследствии формируются опухолевые узлы. Автор сделал вывод, что в дан ном случае имеет место не дедифференцировка, а, наоборот, за держанная дифференцировка, сохранение состояния морфологи ческой незрелости.

Точку зрения, согласно которой омоложение ткани связано не с обратным развитием дифференцированных клеток, а с блоки ровкой нормальной дифференцировки, обосновывает также Д.С.Саркисов (1977). Хорошо известны ставшие классическими результаты Г.И.Абелева (1971). Он показал, что в регенерирую щей печени мышей возобновляется синтез -фетопротеина, ха рактерного для эмбриональной печени. Данный факт подтверж дает положение тканевой модели о том, что опухолевые клетки происходят из клоногенных низкодифференцированных клеток при нарушении тканевого контроля.

Согласно В.С.Шапоту (1975), химические канцерогены дейст зуют двояко. На первом этапе они выступают как токсические агенты, выводящие из строя большую или меньшую группу высо кодифференцированных клеток. В ответ возникает волна митозов в соседних зонах, и тут же канцероген или его метаболит пора жает делящиеся, относительно незрелые клетки, вызывая их нео пластическую трансформацию.

Сходные данные описывает Iwasaki с соавт. (1972), изучав ший канцерогенез в печени, вызванный З-метил-4-диметиламино азобензолом. Вначале отмечались дегенерация и исчезновение ге патоцитов, замещавшихся пролиферирующими овальными клет ками уже через 2 недели после введения канцерогена, которые затем сменялись мелкими гепатоцитами, образующимися в пери портальной области, но постепенно распространившимися к цент ральной вене большинства печеночных долей. Эта острая фаза гепатоканцерогенеза совпадала по времени с обнаружением а-фе топротеина в сыворотке крови. Описанные мелкие гепатоциты характеризовались редуцированной гладкой цитоплазматической сетью и преобладанием свободных рибосом.

Таким образом, в процессе хронической пролиферации проис ходит постепенная репопуляция клеточного состава: дифферен цированные клетки заменяются на недифференцированные. Нор мальное функционирование гомеостаза обеспечивается при усло вии поддержания правильной структуры — т.е. определенной пропорции между стволовыми, коммитированными и дифферен цированными клетками. Эта пропорция может колебаться до ка кого-то предела, превышение которого приводит к нарушению отрицательной обратной связи, контролирующей деление стволо вых клеток, поскольку соотношение ФР/ кейлоны зависит от соотношения стволовых и дифференцированных клеток. Эмбрио нализация ткани выступает в качестве негативного, деструктив ного фактора, прогрессия которого в ходе канцерогенного воз действия и повышенной пролиферации выводит тканевую регу ляцию из строя. Этот механизм имеет динамическую количест венную сторону, которая прогрессирует при высокой пролифера ции, соответствующей канцерогенному профилю. Какие-либо специфические признаки начальных стадий оказываются размы тыми, неотличимыми от неопухолевых регенераторных процес сов, поскольку накопление количественных изменений долгое время может не сказываться на функционировании гомеостаза.

Это обусловливает незаметность, неспецифичность перехода от одного качественного состояния к другому. В данном случае ка чественный скачок определяется количественным накоплением низкодифференцированных клеток.

5. Концепция иммунологического надзора и ее критика Насколько оправданно представление о раковой клетке как о чужеродном элементе в организме? Очевидно, назрела необходи мость в связи с накопившимися новыми данными пересмотреть роль иммунитета в механизме канцерогенеза.

Концепция иммунологического надзора, выдвинутая лауреа том Нобелевской премии Ф.Бернеттом, исходила из того, что причина трансформации обусловлена мутациями соматических клеток (либо раковая клетка возникает за счет внесения чуже родных генов вирусами). Иначе говоря, раковые клетки — это мутировавшая порода клеток, поэтому возникновение рака зави сит от состояния иммунной системы, которая в норме постоянно уничтожает эти клетки в организме.

Одно из достижений теории онкогена — выявление того, что ра ковые гены присущи каждой нормальной клетке, а концепция «до зы гена» говорит о количественном изменении онкобелка. Этот факт разрушает основание теории иммунологического надзора Бер нетта, поскольку изменение дозы гена не делает его чужеродным.

Если онкогены, их проявление не являются чужеродными для нор мальных клеток, то иммунная система и не должна опознавать эти клетки. Исчезает противоопухолевая функция иммунитета, по скольку отсутствуют чужеродные гены и их продукты.

Многочисленные экспериментальные данные показали: при сравнении опухолевых клеток с недифференцированными клоно генными клетками отличия не обнаруживаются. Если говорить о необратимых повреждениях онкогенов с позиции концепции «до зы гена», которая основывается на увеличении активности онко гена без изменения структуры синтезируемого белка, продукта этого онкогена, то, по существу, в ней разбивается старая основа, т.е. представление о чужеродности раковых клеток, на которой базировалась теория Бернетта. Иначе говоря, если отсутствует измененный онкобелок, то иммунитет не срабатывает (предпола гаемая роль в канцерогенезе аннулируется), в этом смысле кон цепция «дозы гена» опровергает основание концепции «иммуно логического надзора» Бернетта.

Аргументы против теории иммунного контроля вносят экспе риментальные и клинические данные. Ж.Матэ (1983) прямо формулирует вопрос: «Если иммунитет защищает организм от раковых клеток, то почему же все-таки люди болеют раком?» Можно было бы предположить, что болеют лишь те, у кого ос лабла иммунная система, но в эксперименте рак можно вызвать у организма независимо от силы иммунной системы.

Образно выражаясь, на шахматной доске оказалось несколько лишних фигур, не имеющих отношения к игре. Одной из них яв ляется представление о специфической противоопухолевой роли иммунитета в опухолеобраэовании. Если учесть, что фенотип стволовой клетки идентичен фенотипу опухолевой, то иммунитет должен был бы уничтожать стволовые клетки, что парадоксаль но. Ситуация заключается в следующем: вначале в круг подозре ваемых факторов вводится лишняя фигура, затем ее никак не из влечь, хотя аргументов против найдено много.

Основным доводом, подкрепляющим традиционное представ ление, служит следующий аргумент: если иммунодепрессант сни жает компетентность иммунной защиты, то закономерно происхо дит усиление канцерогенного воздействия и увеличение роста опухоли. Однако, как заметил французский онколог Ж.Матэ (1980), «многие иммунодепрессанты являются канцерогенными факторами». Этот факт позволяет по-иному интерпретировать данные, которые, как предполагалось, подтверждали концепцию иммунологического надзора. А именно: введение иммунодепрес санта-канцерогена усиливает опухолеобразование прямым обра зом, усиливая пролиферацию, а не действует опосредованно, че рез иммунитет.

Затрагивая этот вопрос, Ю.М.Соловьев и др. (1988, с.8) пи шут: «Еще совсем недавно, казалось бы, достаточно убедительно аргументировалась концепция иммунного надзора. Но уже полу чены данные, свидетельствующие против важной роли иммуноло гического надзора в возникновении опухолей». Представление о том, что активизация онкогенов делает опухолевую клетку чуже родной для иммунитета, опровергается на основе молекулярно генетических данных. По этому вопросу И.М.Чумак (1986, с.286) пишет: «Онкогенами могут быть только те регуляторные гены, которые при аномальной экспрессии не слишком сильно меняют набор иммунных детерминант на поверхности клетки».

Этот довод вполне справедлив, поскольку сильное изменение им мунных детерминант, которое опознается иммунной системой, приведет к уничтожению опухолевых клеток.

К фактам, свидетельствующим против представлений о защит ной роли иммунитета в опухолеобразовании, добавляется еще один.

Следовало ожидать, что у тех организмов, у которых отсутствует тимус в связи с наследственной аномалией, чаще должен был бы развиваться рак. Однако у бестимусных мышей отсутствуют спон танные опухоли, а частота рака не выше, чем у имеющих полную систему иммунитета (Быковская, Грутенко, 1982).

Давая общую оценку роли иммунитета в опухолеобразовании, Т.И.Авдеева и др. (1985, с.4) пишут: «Теория «иммунного над зора» в том виде, в котором была предложена Бернеттом, под вергалась справедливой критике и сейчас в значительной мере пересмотрена. По-видимому, господствующим стало представле ние о весьма слабой иммуногенности (или ее отсутствии) боль шинства спонтанных опухолей».

Рассмотрим ряд факторов, заставляющих усомниться в верно сти положений концепции иммунного надзора. По мере развития представлений стало известно, что основной функцией Т-лимфо цитов является реакция на опухолевые трансплантаты, которая носит двойственный характер: наряду с цитотоксическим дейст вием было обнаружено стимулирующее рост опухоли действие (Prehn, Lappe, 1971;

Prehn, 1972).

Иммунное распознавание опухолевых клеток, содержащих специфический трансплантационный опухолевый антиген, воз можно при введении довольно значительного числа опухолевых клеток (обычно больше 105 клеток). Однако в литературе описа но (Old et al., 1962) парадоксальное явление «проскальзывания» («sneaking through») опухоли, которое состоит в том, что иногда меньшие дозы введенных животным опухолевых клеток привива ются лучше, чем несколько большие дозы тех же клеток. Крити ки концепции иммунологического надзора считают феномен «проскальзывания» опухоли серьезным аргументом против воз можности эффективного надзора в отношении небольшого числа или единичных опухолевых клеток (опухоли in situ) (Mller, 1976;

Prehn, 1976).

Вопреки ожиданию частота спонтанных опухолей у бестимус ных мышей оказалась такой же низкой, как и у нормальных (Stutman, 1974,1975;

Rygaard, Poulsen, 1976).

Если остановиться на точке зрения, что иммунитет — это сис тема, которая обеспечивает контроль за раковыми клетками, то такие процессы, как ускоренная длительная пролиферация, омо ложение ткани, проблема предрака, а вместе с ней клиническая картина опухолеобразования, не попадают в поле внимания в те оретическом плане, поскольку это процессы тканевого уровня.

Выяснить роль предрака в механизме канцерогенеза с позиции иммунного надзора также не удается. И наоборот, если принять во внимание тканевые изменения, роль хронической пролифера ции, омоложение клеток, то обращение к особой роли иммуните та для объяснения механизма рака становится излишним. Пред полагаемый контроль иммунитета за появлением раковых клеток на самом деле осуществляется механизмом тканевого контроля.

Как теоретически обосновать переход от одного механизма к дру гому? Контролируя качественный аспект постоянства организма, иммунитет не предназначен для контроля количественного соста ва ткани. Такие изменения для иммунитета незаметны, образно говоря, у него нет датчиков, реагирующих на количественный параметр, но, накапливаясь, эти изменения приводят к качест венным скачкам — нарушению контроля пролиферации.

Тканевая теория делает переориентацию на количественное постоянство, которое определяет качественное состояние тканей, контролируемое тканевым гомеостаэом. Качественному измене нию контроля пролиферации предшествует длительный период накопления количественных изменений в виде замены дифферен цированных клеток на недифференцированные. Если вспомнить о закономерности перехода количественных изменений в качест венные, то перед нами еще один пример. Здесь уместно ввести понятие «критической массы», используемое в ядерной физике.

При накоплении определенной массы недифференцированных клоногенных клеток в процессе прогрессирующей эмбрионализа ции тканевый гомеостаз выходит из строя, что приводит к некон тролируемому опухолевому росту.

Таким образом, чтобы сохранить иммунологическую концеп цию, надо сохранить старую схему трансформации, в которой пред полагаются мутации как причина рака, если же перейти к тканевой модели, то это приводит к отказу от представлений о противоопухо левой роли иммунитета в канцерогенезе. Такова альтернатива вы бора моделей, поскольку существует логическая сцепленность, кор реляция между фактами и теоретическими положениями.

С позиции тканевой модели эффект «проскальзывания» опу холи можно объяснить следующим образом. Необходимость вве дения большого числа клеток обусловлено очень незначительным числом стволовых клоногенных клеток, которые определяют ус пех прививания опухоли, причем часть из этих клеток находится в неактивном состоянии. Если же взять фракцию, обогащенную стволовыми активизированными клетками, то число клеток, ко торые необходимо ввести, резко сократится, т.е. пересчет надо вести не по отношению к абсолютному числу вводимых опухоле вых клеток, а по отношению к доле активизированных, клоно генных стволовых клеток.

6. Неспецифический характер вирусного канцерогенеза В рамках тканевой модели удается по-новому объяснить меха низм вирусного канцерогенеза, в частности такой не поддающий ся объяснению феномен, как отсутствие в ряде случаев вирусного генома в опухолевых клетках. В тканевой модели предполагает ся, что клетки, подвергающиеся деструкции, и клетки, выходя щие из-под контроля, — это разные пулы клеток. В ответ на ги бель клеток усиливается пролиферативная реакция, которая в конечном итоге приводит к разрушению тканевого гомеостаза и развитию опухолеобразования. Такой механизм трансформации не предполагает, чтобы в раковых клетках находился вирусный геном, встроенный в ДНК. Известно, что многие вирусы вызыва ют цитопролиферативный эффект, следовательно, вирусы вызы вают опухолеобразование опосредованно, путем нарушения тка невого гомеостаза и неконтролируемого роста клоногенных кле ток, т.е. неспецифично. Почему не все вирусы вызывают рак?

Очевидно, в рамках тканевого подхода ответ можно дать один: цитопролиферативный эффект должен соответствовать канцерогенному профилю, если он ниже необходимого уровня, то рак не возникает либо не переходит в злокачественный.

Аргументом, подтверждающим данную точку зрения, может быть тот факт, что один и тот же вирус способен вызывать раз ные виды опухолей. Например, вирус Эпштенна — Бара при снижении иммунитета (Schwartz, 1979) и стимуляции деления В лимфоцитов (вследствие перенесения малярии) вызывает лимфо му Беркита. При наличии генетической предрасположенности он же индуцирует возникновение рака носоглотки. При определен ной же степени иммунологической реактивности под его воздей ствием возникает доброкачественный пролиферативный самоог раничивающийся процесс — инфекционный мононуклеоз.

Способность одного и того же вируса вызывать разные формы опухолеобразования подтверждает концепцию канцерогенного профиля.

Имеется еще ряд данных по вирусному канцерогенезу, гово рящих в пользу тканевой модели. У некоторых вирусов отсутст вуют трансформирующие гены, однако они вызывают рак.

Иногда вирус присутствует в цитоплазме, не внедряясь в ге ном опухолевых клеток, в то время как предполагаемый меха низм основан на другом способе трансформации. В этом ряду фактов следует рассматривать такое парадоксальное явление, как отсутствие вирусного генома в ряде случаев при вирусном канце рогенезе в раковых клетках. Этот факт опровергает вирусогене тическую теорию и теорию онкогена, поскольку они предполага ют обязательное присутствие вируса в опухолевых клетках. И, наоборот, эти факты подтверждают тканевую теорию.

7. Проблема тканевой регуляции пролиферации Вопрос о регуляции размножения клеток в механизме канце рогенеза занимает центральное место. Это обусловлено тем, что пролиферация является важнейшим процессом, обеспечивающим воспроизводство тканей и органов, а ее нарушение приводит ко многим патологиям, одной из которых является рак. Обычно ак цент делается при выяснении причин канцерогенеза на поврежде нии онкогенов, однако регуляция размножения и дифференци ровки клеток осуществляется на тканевом уровне механизмом го меостаза. Управление клеточным размножением осуществляется стимуляторами митоза (ФР) и ингибиторами (кейлонами) проли ферации. Основным механизмом регуляции по принципу обрат ной связи является кейлонный механизм.

Кейлонная система ткани является важнейшим звеном управ ления делением клеток, через которую реализуется действие ре гулирующих факторов. Различные ткани характерируются нео динаковым уровнем пролиферативных процессов, что проявляет ся в изменении интенсивности размножения клеток в онтогенезе и при репаративной регенерации. Пролиферативный ответ на действие стимуляторов репродукции клеток, например гормонов, также варьирует в разных тканях. Обнаружены различия в пара метрах митотического цикла клеток в быстро и медленно обнов ляющихся тканях. Количественные соотношения между популя циями пролиферирующих и покоящихся клеток также оказались неодинаковыми. Ткани отличаются по параметрам суточных рит мов пролиферативных процессов. Это свидетельствует о присут ствии в тканях механизмов регуляции размножения клеток, кото рые обладают тканеспецифичностью.

В результате решения вопроса о биологической регуляции стали широко использоваться идеи кибернетического и системного подхо да. Основным элементом такой регуляции является наличие отри цательной обратной связи, что делает всю систему замкнутой на са му себя, позволяет удерживать постоянство через взаимную корре ляцию частей относительно друг друга. Идея регуляции размноже ния клеток на основе принципа отрицательной обратной связи по лучила развитие в работах ряда ученых (Weiss, Kavanau, 1957;

Iversen, 1960). Основным итогом этих исследований явился вывод, что в тканях должны присутствовать вещества, участвующие в ре гуляции пролиферации клеток путем ее ингибирования.

Жизнь организма, функционирование различных систем, ор ганов, клеток — все многообразие реакций сопровождается заме ной старых структур новыми, их обновлением, или регенера цией. Регенерацию следует рассматривать в качестве основы ком пенсаторно-приспособительных процессов, обеспечивающих со хранение гомеостаза. Согласно Д.С.Саркисову (1977), все много образие уровней развертывания регенерации у млекопитающих может быть представлено в следующем виде: 1) молекулярная регенерация;

2) внутриорганоидная регенерация;

3) органоидная регенерация (увеличение числа органоидов и гиперплазия ядер ного аппарата);

4) клеточная регенерация (деление клеток).

Какова доля внутриклеточных и клеточных регенаторных процессов?

Например, в кишечном эпителии, в кроветворных органах и других тканях физиологическая и репаративная регенерация обес печивается за счет клеточного размножения. В миокарде и в некото рых отделах нервной системы гибель одних клеток восполняется за счет наращивания числа ультраструктур в сохранившихся клетках (гиперплазия), т.е. органоидного типа внутриклеточной регенера ции. Можно выделить три основные группы тканевых структур ор ганизма в зависимости от особенностей регенераторной реакции. В первую входят органы и ткани, в которых регенераторная реакция выражается в форме новообразования клеток. Это эпителий кожи, костный мозг, костная ткань, эпителий тонкой кишки, лимфатиче ская система и др. Ко второй группе, занимающей промежуточное положение, относятся органы, в которых физиологические и осо бенно репаративные регенераторные процессы развертываются как в форме клеточной, так и внутриклеточной регенерации;

к ним от носятся печень, легкие, почки, надпочечники, скелетная мускула тура и др. В третью группу включаются органы, в которых домини рует внутриклеточная регенерация, — это миокард, центральная нервная система. Для третьей группы злокачественные новообразо вания нехарактерны.

Принципиальное значение имеет скорость регенераторных процессов и длительность процесса, поскольку они определяют прогрессию эмбрионализации. Регенераторные процессы сопро вождаются омоложением клеток. Смысл понятия дедифференци ровки передается такими выражениями, как «видимое упрощение или утрата структур», •«омоложение», приобретение клетками «эмбриональных признаков», «утрата клетками ряда морфологи ческих признаков», «утрата ряда признаков специализации».

Согласно точке зрения Д.С.Саркисова (1977), дедифференци ровку можно объяснить тем, что происходит блокировка созрева ния клеток, а не возврат зрелых клеток к эмбриональному состо янию. Анализируя этот вопрос, Д.С.Саркисов (1977, с. 155) пи шет: «...возможность «дедифференцировки» зрелых клеток ста новится весьма сомнительной, а возникновение структурно-функ циональных аномалий различных клеточных элементов должно рассматриваться как результат тех или иных «отклонений» по пути к их окончательной дифференцировке».

Еще Г.Рибберт (1905) отмечал, что «иногда прежние клетки погибают, а их место путем регенерации занимают более простые образования, и при неблагоприятных условиях остающиеся таки ми же простыми». Структурная перестройка слизистой оболочки желудка после ожогов ее, при хроническом гастрите (Арушанов, 1971;

Шаров, 1971;

Зуфаров, 1974) свидетельствует о том, что основным процессом, обусловливающим развитие хронического гастрита, является нарушение физиологической регенерации сли зистой оболочки желудка, и в частности замедление и искажение дифференцировки интенсивно пролиферирующих камбиальных клеток. Таким образом, «омоложение» тканей (в частности, сое динительной, крови, различных эпителиев) происходит на основе блокировки дифференциации делящихся камбиальных элемен тов, а не «дедифференцировки» зрелых клеточных форм, этот вывод получил экспериментальное подтверждение.

Применительно к опухолевому росту проблема «дедифферен цировки» имеет принципиальное значение. Клетки опухолей ха рактеризуются известным упрощением строения и обеднением на бора ферментов по сравнению с их физиологическими прототипа ми. Значение эмбрионализации ткани состоит в том, что она на рушает структуру клеточных популяций, а это отражается на функции контроля гомеостаза, накопление низкодифференциро ванных клеток нарушает тканевый контроль, в результате чего развивается опухоль.

8. Проблема конвергенции и дивергенции опухолевых признаков Повышенная гибель клеток при канцерогенном воздействии приводит к интенсивной пролиферации, которая блокирует диффе ренцировку, что обусловливает омоложение клеток. Степень омо ложения постепенно увеличивается, поэтому в далеко продвинутом опухолевом процессе клетки разных тканей приобретают сходство.

Однако против концепции «конвергенции»· выступил ряд авто ров, ссылаясь на обнаруженное увеличение разнообразия опухоле вых признаков, дивергенцию их в противоположность конверген ции. Нет ли здесь противоречия? Можно предположить следующее разрешение этой проблемы. Очевидно, что конвергенция призна ков является более поздним этапом — она характерна для далеко продвинутых стадий опухоли, характеризующихся значительной степенью эмбрионализации. Однако для промежуточных, переход ных состояний характерно увеличение разнообразия признаков (дивергенция). Процесс дифференцировки напоминает процесс эм бриогенеза: чтобы достичь зрелой формы, организм проходит про граммы предшествующих форм. Очевидно, промежуточное состоя ние дифференцировки клетки иногда представляет собой этапы, при которых используются программы дифференцировки другой ткани. Поэтому в опухоли можно обнаружить нередко клетки, ха рактерные для других тканей. Наличие таких переходных состоя ний дифференцировки и доля таких клеток в ткани создают широ кий спектр возможных сочетаний опухолевых признаков.

Таким образом, противоречие между концепцией «конверген ции» опухолевых признаков и фактами, свидетельствующими в пользу «дивергенции» признаков, разрешается, поскольку эти состояния присущи разным фазам опухолевой прогрессии: для промежуточных характерна дивергенция, для поздних стадий опухолевой прогрессии — конвергенция.

9. Кейлоны и механизм регуляции пролиферации Тканевую регуляцию пролиферции на основе обратной связи необходимо рассматривать с точки зрения функций, которые она выполняет в ткани. Среди них важнейшей функцией является со хранение и восстановление клеточного гомеостаза тканей. Как же осуществляется регуляция пролиферации?

Взаимоотношения между пролиферирующими и дифференци рованными, неспособными к пролиферации клеточными популя циями ткани были рассмотрены в модели регуляции роста, пред ложенной R.Weiss и J.Kavanau в 1957 г. Согласно этой модели, ткань состоит из двух компонентов: генеративного (пролифери рующие клетки) и дифференцированного (специализированные клетки, неспособные к делению). Генеративные клетки содержат специфические внутриклеточные вещества — матрицы, стимули рующие их новообразование. Дифференцированные клетки выра батывают антиматрицы, которые, будучи комплементарны матри цам, нейтрализуют их действие и замедляют рост ткани.

Согласно рассматриваемой модели, рост ткани регулируется пу тем взаимодействия дифференцированного и генеративного компо нентов по принципу отрицательной обратной связи. Изменениями в соотношении количества матриц и антиматриц авторы объясняют рост тканей в онтогенезе, баланс между приростом и убылью ткани в отсутствие ее роста, а также процесс регенерации ткани.

Концепция роли отрицательной обратной связи в регуляции клеточного размножения получила дальнейшее развитие в работах W.S.Bullough и E.B.Laurence (I960), а аткже O.H.Iversen (I960).

Согласно W.S.Bullough и Т. Rytmaa (1965), в ткани имеют ся четыре группы клеток: 1) размножающиеся;

2) незрелые;

3) зрелые;

4) необратимо дифференцированные, находящиеся на пути к отмиранию. Тканевый гомеостаз регулируется отрицатель ной обратной связью — эту роль выполняют кейлоны, которые вырабатываются в дифференцированных клетках и действуют на размножающиеся клетки.

V.Bond и соавт.(1965) в состав обновляющейся клеточной си стемы включают четыре категории клеток: 1) стволовые;

2) клет ки, характеризующиеся параллельно протекающими процессами размножения и дифференцировки;

3) созревающие (коммитиро ванные);

4) функционирующие.

Если зрелые и незрелые клетки отнести к резервной части, то система будет включать в себя три компонента. Трехкомпонент ная модель была впервые предложена В.И.Прилуцким и Ю.А.Романовым (1968). Согласно точке зрения этих авторов, в ткани можно выделить следующие группы: 1) собственно проли ферирующий пул — совокупность клеток, которые находятся в митотическом цикле;

2) фиксированный пул — совокупность клеток, потерявших способность к пролиферации;

3) баллотиру ющийся пул — совокупность клеток, которые могут переходить или в пролиферативный пул с вероятностью Р, или в фиксиро ванный пул с вероятностью I-P при тех же условиях существова ния, в каких находятся клетки первого и второго пулов.

При различных состояниях системы гомеостаз определяется значением P (возможность клеток вступать в пролиферацию или переходить в фиксированный пул) и величиной клеточных потерь.

Модель предсказывает состояние системы: гомеостаз, рост, вырож дение. Формализованное, модельное описание функционирования тканевого гомеостаза дает представление о тканевой регуляции как механизме, основанном на принципах саморегуляции, свойствен ных кибернетическим системам. Такой механизм может работать в определенном диапазоне нагрузок. Следовательно, правомерен вопрос о допустимых нагрузках на тканевый гомеостаз и условиях, при которых механизм контроля нарушается. Подход к проблеме рака с позиции нарушения тканевого гомеостаза совершенно по-но вому объясняет суть нарушения деления и дифференцировки кле ток. Например, почему различные по природе канцерогенные фак торы вызывают один и тот же конечный результат. Важно отме тить, что величина P в трехкомпонентной модели клеточной систе мы, определяющая соотношение между количеством клеток, выхо дящих из баллотирующего пула в пролиферативный и фиксирован ный пулы, зависит от состояния баллотирующихся клеток (разли чия в степени их чувствительности к инициаторам пролиферации или дифференцировки), а с другой стороны, от соотношения в тка ни концентраций факторов, инициирующих пролиферацию или дифференцировку клеток.

Таким образом, независимо от различия в подходах общим усло вием равновесия между стволовыми, коммитированными и диффе ренцированными клетками является поддержание обратной связи между дифференцированными и стволовыми клетками, где кейло ны выполняют функцию обратной связи. Однако рассмотренные модели регуляции пролиферации не учитывают основной фактор нарушения системы гомеостаза: при интенсивной, длительной про лиферации увеличивается степень омоложения клеток, что резко изменяет условие функционирования гомеостаза. Поэтому вопрос о механизме рака с позиции тканевого контроля в этих моделях оста вался открытым либо не поднимался. Рассмотренные модели ткане вой регуляции не изменили концептуальной основы представлений о канцерогенезе и не ставили такой цели. Механизм трансформа ции по-прежнему связывался с нарушением генов, а не тканевого гомеостаза. Иначе говоря, концепции тканевой регуляции не соста вили конкуренции основным теориям рака. В отличие от рассмот ренных концепций в тканевой теории механизм канцерогенеза кон кретизируется на новой основе. В основе нарушения контроля про лиферации лежит разрушение тканевого гомеостаза в результате прогрессирующей эмбрионализации. Система тканевой регуляции работает как интегратор: на ее вход оказывают воздействие различ ные патогенные факторы, возмущающие работу, на выход — ком пенсаторное усиление пролиферации. Следовательно, тканевый го меостаз представляет собой механизм общего знаменателя, поиски которого длительное время велись на уровне клетки. Поскольку ме ханизм интерграции, унификации канцерогенных воздействий, об наружен, то вопрос о построении общей теории рака приобретает конкретизацию и сводится к нескольким проблемам: как нарушает ся гомеостаз и каким должен быть уровень воздействия, чтобы вы звать опухолеобразование. Ускоренная пролиферация вызывает обратимую блокировку дифференцировки, что приводит к эмбрио нализации ткани, процесс накопления, аккумулирования недиффе ренцированных клеток постепенно искажает структуру тканевого гомеостаза, от которого зависит нормальное функционирование контроля пролиферации. Нарушение тканевого контроля приводит к неконтролируемому злокачественному росту клоногенных мало дифференцированных клеток, обладающих активизированными онкогенами и злокачественным фенотипом.

Таким образом, в тканевой модели объединены динамические параметры тканевого гомеостаза (относящиеся к проблеме кине тики клеточных популяций, динамики воспроизводства тканей) со структурными характеристиками гомеостаза;

количественного соотношения между клеточными пулами, образующими контур обратной связи. При этом обнаружилась закономерность: посто янство структурного компонента зависит от динамических пара метров. Такая взаимозависимость структуры и функции в ткане вом гомеостазе является фундаментальным свойством биологиче ских систем. То, что эта закономерность определяет сущность и механизм опухолевого роста, говорит о том, что канцерогенез за трагивает основу жизни, сущность биологической организации, как это и указывалось видными учеными.

Многие авторы подчеркивают, что возникновение рака тесно связано с ускоренной пролиферацией нормальных клеток (Ба лаж, 1987). Элерт в своем обзоре (Oehlert, 1973) указал, что в опухолях постоянно обновляется свыше 80% исходной ткани. Со гласно А.Балажу, это означает, что между ускорением пролифе рации клеток и возникновением рака существует прямая связь. В тканевой модели отмеченная закономерность впервые получила рациональное объяснение как с теоретической точки зрения, так и с точки зрения эмпирических данных.

Отметим, что в рамках тканевой модели получает объяснение проблема поликлональности опухолей, опухолевого поля, пробле ма множественности фокусов трансформации in vitro. Учитывая наличие стволовых клеток, которые обладают фенотипом, подо бным опухолевым клеткам, а также активизированными онкогена ми, проблема поликлональности получает рациональное объясне ние, поскольку речь идет об условиях, при которых стволовые клетки активизируются, становятся клоногенными и переходят к неконтролируемому росту. При этом имеют место в ряде случаев переходные доброкачественные формы опухолеобразования. В рамках одного опухолевого поля часто обнаруживаются участки с различной степенью развития опухолевого процесса. С позиции тканевой модели эти факты получают рациональное обоснование — опухолевая прогрессия ставится в прямую зависимость от степени эмбрионализации того или иного участка ткани.

Опухолевое поле — это измененный участок ткани с изменен ным режимом пролиферации, т.е. это начальная фаза опухолеоб разования. Обширность поражения и продвинутость процесса за висит от степени нарушения тканевого гомеостаза и определяет, сколько фокусов пролиферации возникнет в данном участке тка ни. Количество же фокусов трансформации in vitro определяется количеством активизировавшихся стволовых клеток. Таким обра зом, эти проблемы получают рациональное обоснование с пози ции роли стволовых клеток при опухолеобразовании в результа те нарушения тканевого гомеостаза. Стволовые клоногенные клетки являются потенциальным источником опухолевых клеток.

Перейдем теперь к анализу природы и функции кейлонов.

Какова природа веществ, осуществляющих тканевый контроль, что является носителем обратной связи?

Наиболее полно свойства кейлонов описаны Iversen (1976). Эти вещества продуцируются и присутствуют в тех тканях, на которые они селективно влияют;

они могут действовать местно, путем диф фузии через ткань или посредством систем циркуляции;

кейлоны водорастворимы;

обладают тканеспецифичностью, но не видоспе цифичностью;

действуют в поздней Gi-фазе клеточного цикла, предотвращая вступление клеток в синтез ДНК, или в поздней G2 фазе, контролируя митотическую активность;

действие кейлонов кратковременно и обратимо;

они не повреждают клетки или клеточ ные мембраны. Кратковременность действия кейлонов объясняют присутствием антагонистов-антикейлонов. Можно полагать, что эту роль выполняют факторы роста (ФР), т.е. кейлоны реализуют отрицательную обратную связь, а ФР — положительную.

В 1965 r. W.S.Bullough предположил, что кейлоны, будучи веществами, влияющими на геном клетки, могут одновременно индуцировать дифференцировку и ингибировать митотическое деление клеток. Он обратил внимание на то, что эпидермоциты шиповатого и зернистого слоев, находящиеся в зоне повышенной концентрации эпидермального кейлона, не пролиферируют, но именно эти клетки активно синтезируют кератины. Одним из по казателей степени дифференцированное™ клеток является их способность синтезировать тканеспецифические белки. Показано (Attalloh, Houck, 1976), что под влиянием кейлонов изменяется интенсивность включения аминокислоты и уридина в культиви руемые лимфоциты в условиях их стимуляции лектинами.

J.С.Houck и соавт.(1973) показали, что добавление в культуру лимфоцитов соответствующего кейлона приводит не только к блокированию пролиферации клеток, но и к уменьшению выхода из них фактора, ингибирующего миграцию макрофагов.

H.B.Benestad и T.Rytmaa (1973) привели данные об ускорении созревания мышиных гранулоцитов под влиянием кейлонов. Со гласно точке зрения Ю.А.Романова и др.(1984), тканеспецифиче ские ингибиторы клеточного деления могут усиливать дифферен цировку клеточных элементов ткани.

Наряду с кейлонами предполагается действие антикейлонов, которые оказывают влияние, маскирующее эффект кейлонов.

Одна из гипотез относительно антикейлонов рассматривается в работе R.Bjerkness и О.H. Iversen (1974). Согласно этой гипоте зе, антикейлон является химическим веществом, блокирующим действие кейлонов или связывающим их. Он локализуется в кам биальных клетках и, возможно, является одним из лизосомных ферментов. То, что антикейлон связан с ферментами лизосом, очевидно, имеет определенный биологический смысл: поскольку повышенная гибель клеток стимулирует пролиферацию, а гибель клеток связана с ферментами лизосом, то опосредованно они ин гибируют действие кейлона. Более простое, рациональное объяс нение состоит в том, что роль антикейлона выполняют факторы роста, синтезируемые клоногенными клетками.

Регуляция размножения клеток не ограничивается механизма ми, действующими на уровне ткани. Важная роль в осуществле нии контроля за пролиферацией принадлежит внетканевым уров ням регуляции, действие которых реализуется через внутритка невые механизмы.

Участие кейлонов в механизме тканевого контроля пролифе рации подтвержается обнаруженным ритмическим изменением пролиферативных процессов. Это предположение было высказа но W.S.Bullough в 1969 г. Согласно автору, суточный ритм мито тической активности зависит от состояния в тканях комплекса кейлон — адреналин, причем основное значение отводится рит мичности колебаний в тканях концентрации адреналина. Соглас но этой гипотезе, ведущая роль в регуляции ритма митозов при надлежит организменному, а не тканевым факторам.

Ю.М.Романов и др.(1984) пришли к выводу, что созревание эпидермиса приводит к становлению функциональной активности клеток и что комплекс рецептор — кейлон может участвовать также в организации пространственной структуры ткани (например, эпи дермально-пролиферативных единиц), выполняя при этом функ ции контактинов (Маленков, Ямскова и др., 1977) или адгезивных факторов. Данное предположение подтверждается тем, что незна чительное повреждение эпидермиса приводит к массовому переме щению клеток в верхние слои, при котором утрачиваются контакты между клетками и наступает пространственная дезорганизация эпи дермиса, Через определенное время происходит восстановление структуры эпидермиса за счет клеток ростового слоя. Сходство процессов морфогенеза и регенерации отмечается многими автора ми, что указывает на общность их реализации. Для обоснования этой картины S.Bertsch и F.Marks (1974) выдвинули гипотезу, со гласно которой в процессе гистогенеза тканей камбиальные клетки (клетки — мишени для кейлонов) представлены в основном плюри потентными стволовыми эпидермоцитами, нечувствительными к действию кейлонов. В процессе развития происходит замена этой популяции клеток на другую — чувствительную к ингибитору. При регенерации, согласно авторам, обратная замена популяции являет ся следствием дедифференцировки.

В противовес приведенной гипотезе Ю.А.Романов и др.

(1984) выдвинули гипотезу, которая исходит из того, что веду щим в организации пространственной структуры, появлении чув ствительности эпидермоцитов к кейлонам и повреждению целост ности ткани является отсутствие или наличие у клеток мембран ных рецепторов к кейлонам. В случае гистогенеза должно проис ходить их становление, при регенерации же тканей рецепторы не утрачиваются, а наступает диссоциация ксйлона и рецептора, что способствует удалению ингибитора из ткани и последующей про лиферации. Представление о кейлонах как об адгезивных факто рах высказывалось и раньше, но в основу было положено пред ставление об их сходстве. Согласно гипотезе Ю.А.Романова и др.

(1984), основную роль играет кейлонспецифический рецептор, который появляется на мембране клетки в процессе гистогенеза позже, чем кейлоны, и имеет, по-видимому, определенную ско рость обновления. Этот рецептор изменяется или отсутствует в определенные периоды клеточного цикла, а также в трансформи рованных клетках. С нашей точки зрения, необходимо учесть, что степень дифференцировки клеток определяет зрелость мор фогенетической картины, поэтому при регенерации в силу омоло жения клеток появляется пространственная дезорганизация эпи дермиса, которая по мере созревания нормализуется. Кейлоны синтезируются дифференцированными клетками, поэтому омоло жение приводит к снижению содержания кейлонов и разруше нию отрицательной обратной связи между дифференцированны ми и недифференцированными клетками. Данные показывают, что молекулы адгезии появляются в результате дифференциров ки клеток. Согласно Ю.А.Романову и др., включение кейлонного механизма происходит после того, как программа гистогенеза ис черпывается и ткань переходит на саморегуляцию поддержания постоянства клеточных элементов, из которых она состоит.

Делая обобщение, Ю.А.Романов и др. (1984, с. 140) пишут:

«В общем виде предлагаемая нами гипотеза сводится к тому, что в процессе гистогенеза клетки приобретают способность синтези ровать кейлон, а после окончания развития ткани — отвечать на его действие, что связано с развитием в клетках рецепторов, спе цифически реагирующих на эндогенные ингибиторы. С этой ги потезой не согласуются данные, полученные на птицах и низших позвоночных, которые свидетельствуют о существовании чувстви тельности эмбриональных клеток печени, миокарда, кишки и пронефроса к действию соответствующих кейлонов, полученных из тех же органов взрослых животных».

Противоречие между гипотезой и фактами опровергает предло женную гипотезу. Факты же в данном случае подтверждают поло жение о том, что в тканевой системе существует отрицательная об ратная связь между дифференцированными и незрелыми, низко дифференцированными клетками. Можно предложить такую мо дель. По мере дифференцировки клеток, в процессе гистогенеза ткани, при достижении определенного численного состава и степе ни дифференциации они выделяют определенную дозу кейлона, митозингибирующий эффект которого достигает необходимой силы для удержания пролиферации клоногенных клеток под контролем.

Иначе говоря, количество дифференцированных клеток определя ет количество кейлона и его митозингибирующий эффект. Такая взаимосвязь между количеством дифференцированных, недиффе ренцированных клеток и дозой кейлонов и факторов роста позволя ет удерживать тканевый гомеостаз и воспроизводить его.

Положение о том, что кейлоны появляются в результате диф ференцировки клеток (т.е. синтезируются зрелыми клетками) и, наоборот, исчезают при омоложении ткани, подтверждается мно гочисленными данными. Во многих экспериментах показано, что кейлонная активность исчезает в регенерирующей ткани и в опу холевых узелках. В одном из экспериментов для повреждения эпидермиса использовали три типа воздействия: удаление диф ференцированных слоев с помощью липкой ленты, аппликации кротонового масла и MX. Во всех трех экспериментах Огкейлон ная активность исчезала (Rohrbach et al., 1976). Уменьшение концентрации (или активности) кейлонов обнаружено также при гепатоканцерогенезе (Volm et aL, 1969).

В ряде экспериментов было показано (Barbason et al., 1976, 1977, 1979), что на ранних этапах канцерогенеза еще сохранен кей лонный механизм регуляции, но на стадии формирования опухоле вых узелков этот механизм нарушается. На основании данных по изменению кейлонной активности при канцерогенезе Ю.А.Романов и др. (1984, с. 158) делают следующий вывод, они пишут: «Данные о корреляции между нормальным функционированием гомеостати ческого механизма и синтезом биологически активного гепатоциар ного кейлона в различные периоды канцерогенеза позволяют пред положить первопричинность изменений в системе кейлонной регу ляции деления клеток при злокачественном росте. Например, неод нократно высказывалось предположение о том, что канцерогенный фактор избирательно повреждает кейлоны».

В данной гипотезе, с нашей точки зрения, верно отмечается корреляция между опухолеобразованием и биологической актив ностью кейлона, но из данных не следует, что механизм рака обусловлен повреждением молекул кейлонов канцерогенами. С позиции тканевого подхода имеющиеся данные позволяют выдви нуть следующую концепцию. Стимуляция хронической пролифе рации в ткани в результате канцерогенного воздействия вызывает омоложение ткани, однако молодые клетки не синтезируют кей лоны, поэтому концентрация кейлона в регенерирующих и опу холевых тканях резко снижается.

Отметим, что отдельные положения тканевой теории в виде род ственных гипотез встречаются в литературе. Однако ни в одной из гипотез нет решения проблемы механизма общего знаменателя. Со гласно взглядам Г.И.Абелева (1988), мишенью канцерогенов явля ется тканевый гомеостаз, а источником опухолевых клеток — ство ловые клетки, поскольку они обладают способностью к самопод держанию (аутокринный механизм стимуляции митоза). Однако в этой гипотезе не указывается, каков механизм повреждения ткане вого гомеостаза, в частности неизвестным остается роль эмбриона лизации ткани, роль генотоксического фактора также неясна. Эти проблемы и ряд других получили рациональное решение в ткане вой теории рака (Черезов, 1987, 1990, 1993).

Представляет интерес гипотеза (Robinson et al., 1971), соглас но которой резкое снижение в крови и кроветворных органах больных острым миелоидным лейкозом количества зрелых эле ментов миелоидного ряда может быть причиной дефицита факто ров, выделяемых для продолжения созревания молодых миело идных клеток.

Группа канадских авторов (Phipps et al., 1990) выдвинула но вую модель канцерогенеза. Модель основана на плюрипотентных стволовых клетках (ПСК), которые взаимодействуют, воспроизво дят себя, поддерживают пространственную организацию межкле точных связей (MC). Тканевый гомеостаз обеспечивается тем, что клетки поддерживают зрелый фенотип благодаря сигналам, пере дающимся через MC от соседних клеток и влияющим на экспрес сию генов. При нарушении MC (в результате повреждения ткани или некроза) клетки восстанавливают способность к пролифера ции, при восстановлении MC пролиферация возвращается к норме.

При постоянном нарушении MC в результате действия физиче ских, генетических или химических факторов возникает постоян ная пролиферация, что приводит к неоплазии. Такая ситуация воз никает в случае извращения метаболической кооперации благодаря «положительным обратным связям», возникающим под действием паракринных или аутокринных факторов. В результате клетки ока зываются «запертыми» в постоянно пролиферирующей системе. В пользу такой модели, как считают авторы, свидетельствуют данные о роли MC, осуществляемых через щелевые контакты, в регуляции метаболизма пролиферации и дифференцировки клеток и об изме нениях MC при опухолевом росте.

С нашей точки зрения, в данной концепции нащупывается но вый подход к механизму канцерогенеза, но, исходя из модели, неясно, что происходит в результате длительной интенсивной пролиферации, каков механизм общего знаменателя, какова роль омоложения клеточного состава ткани, отсутствует привязка к кейлонному механизму: какова роль его в механизме опухолеоб разования? Можно сказать, что краеугольной проблемой при вы движении новых концепций рака является проблема механизма общего знаменателя — без определенности по этому вопросу трудно говорить о построении новой теории и ее продвинутое™ по сравнению с конкурирующими концепциями.

Согласно многочисленным данным, тканевый гомеостаз во взрослом организме поддерживается кейлонами, осуществляющи ми функцию отрицательной обратной связи, и положительными индукторами, факторами роста, стимулирующими пролиферацию (Bullough, 1967;

Lajtha, Schfield, 1974).

На примере птиц и низших позвоночных установлено, что кей лоны из тканей взрослых особей оказывают отчетливый ингибиру ющий тканеспецифический эффект на размножение эмбриональ ных клеток (Романов и др., 1984). Это означает, что обратная связь нарушается на уровне клеток, синтезирующих кейлон, а не клеток, воспринимающих его, т.е. нарушается передача сигнала. Следова тельно, введение дополнительных доз кейлона должно приводить к нормализации ткани, что подтверждается данными.

Представление о том, что химические канцерогены специфи чески блокируют кейлоны (путем связывания их), было в даль нейшем опровергнуто. Серьезным доводом против представлений об избирательном блокировании кейлонов является тот факт, что исчезновение кейлонной активности наблюдали после острого лу чевого (Elgjo, Devik, 1978) и механического (Rohebach et al., 1977) повреждений эпидермиса, после аппликации канцерогенно го (Rohrbach et al., 1972, 1974;

Rohrbach, Laerum, 1974;

Iversen, 1975) и неканцерогенного (Rohrbach et al., 1976) соединений.

Согласно тканевой модели неспецифичность реакции на по вреждающий фактор связана с компенсаторной пролиферацией, т.е. вторичной реакцией и омоложением клеток, что приводит к дефициту кейлонов. Данная точка зрения согласуется с выводом R.Rohrbach (1975) о том, что повреждения дифференцирован ных клеток, синтезирующих кейлон, вызывают дефицит ингиби торов, поэтому необходимо время для того, чтобы клеточная по пуляция, восполняющая дефект ткани, дифференцировалась и начала синтезировать кейлон.

Насколько рассмотренные факты, касающиеся кейлонного ме ханизма, подтверждают тканевую теорию рака? Исходя из ткане вой модели, можно ожидать, что поскольку опухолеобразование сопровождается омоложением, а кейлоны синтезируются диффе ренцированными клетками, то их активность должна снижаться в процессе канцерогенеза, а также при регенераторных процессах.

Синтез биологически активных кейлонов обнаружен во многих экспериментальных онкологических моделях, в подавляющем большинстве случаев авторы отмечают снижение активности ин гибиторов в опухолях. Так, имеются данные (Rohrbach et al., 1977) о том, что в индуцированных папилломах и раке кожи мы шей активность кейлонов снижена на 10 — 20% по сравнению с та ковой в нормальной коже. W.S.Bullough (1975) показал, что концентрация кейлонов в опухолях составляет 10% от нормаль ной. Меньшая концентрация кейлонов, чем в исходной нормаль ной ткани, была обнаружена в гепатомах крыс, клетках хрониче ского миелолейкоза людей.

Согласно точке зрения Ю.А.Романова и др.(1984, с.164), низ кая активность опухолевых экстрактов кейлонов объясняется скорее снижением содержания кейлонов в опухолях, а не умень шением их активности. Альтернативное предположение заключа ется в том, что кейлоны утрачиваются опухолевыми клетками в результате нарушения проницаемости наружных мембран и вы хода их в кроветок. Делая заключение, Ю.А.Романов и др.

(1984, с.166) пишут: «Таким образом, нельзя признать справед ливым утверждение, что в опухолях отсутствует кейлонная само регуляция по принципу обратной связи. Однако очевидно, что по сравнению с нормальными тканями кейлонная регуляция проли ферации малигнизированных клеток ослаблена и осуществляется на качественно другом уройне».

Если положение относительно тканевого механизма канцероге неза и участия в нем кейлонов верно, то кейлоны из опухолевых тканей и кейлоны из нормальных тканей должны быть идентичны.

Такие эксперименты были выполнены с опухолями кожи крыс, индуцированными многократньшч смазываниями раство ром ДМБА (Окулов, 1979). При определении в них концентра ции Ог-кейлона иммунодиффузионным методом оказалось, что этот показатель в 4 раза ниже, чем в нормальном эпидермисе.

Однако при введении мышам спиртовых экстрактов, выделенных из нормальной кожи и плоскоклеточного рака, в дозах, содер жавших эквивалентное количество эпидермальных О2-кейлонов (по 33 мкг), обнаруженный митозингибирующий эффект был одинаковым. Биохимический анализ иммунохимически чистых кейлонов, выделенных из нормальных и опухолевых тканей с по мощью антител, показал отсутствие различий в молекулярной массе, изоэлектрической точке, электрофоретической подвижно сти и первичном строении молекул в обеих тканях.

Таким образом, снижение активности кейлонов в регенериру ющих и опухолевых тканях обусловлено количественным сниже нием синтезируемых кейлонов ввиду омоложения ткани. Просле живается определенный параллелизм между характером измене ний кейлонов в регенерирующей ткани и опухолях. Полученные результаты говорят о хорошей согласованности между тканевой теорией и экспериментальными данными. С позиции тканевой модели кейлонный механизм регуляции нарушается не в резуль тате генетических изменений или повреждений кейлонов канце рогенами, а в результате прогрессирующей эмбрионализации.

Ряд ученых подходили к идее нарушения тканевой регуляции как причины рака, но идея не была конкретизирована, поэтому эти концепции остались в стороне от ведущего направления моле кулярно-генетической теории и предшествующих ей мутацион ной, вирусной, вирусогенетической концепций. Но в концепциях, не получивших широкого признания, связывающих рак с ткане выми изменениями, имеется рациональная основа, которая при развитии на современном материале в рамках тканевой теории вбирает в себя теорию онкогена. Речь идет о двух направлениях — одно из которых доминировало, а второе оставалось в зача точном состоянии. Необходимо объединить их на новой основе тканевого подхода, при этом все ценные идеи, в каждом направ лении, войдут в общую теорию опухолеобразования.

Рассмотрим ряд идей, приближающихся к тканевой модели.

Еще в 1936 г. Murphy J.B. предположил, что развитие опухолей может быть вызвано нарушением равновесия между стимуляторами и ингибиторами. В других работах подчеркивается, что при разви тии опухолей нарушается дифференцировка. Согласно Pierce G.B.

(1970), нарушение, вызываемое канцерогенезом, заключается в из менении регуляции дифференцировки. Sachs L. (1978) указывает на одновременное нарушение пролиферации и дифференцировки, он пишет: 4...непрерывное размножение клеток при лейкозе обус ловлено блокированием клеточной дифференцировки, что ведет к прекращению образования ингибитора, действующего по принципу обратной связи». На этом же принципе основана гипотеза Pedersen В. (1975), согласно которой на начальной стадии хронического ми елоидного лейкоза (ХМЛ) возникает гиперплазия гранулопоэтиче ских клеток, вызванная нарушением гормональной регуляции.

Предполагается, что на этом этапе образуется меньше стимулятора (колониестимулирующего фактора) и поэтому клетки задержива ются на стадии недифференцированных коммитированных кле ток — прародителей гранулоцитов и моноцитов. Тот факт, что в клетках ХМЛ, культивируемых в геле, можно индуцировать нор мальную дифференцировку гранулоцитов-моноцитов путем добав ления указанного стимулятора, Педерсен рассматривает как дока зательство выдвинутой гипотезы.

Хотя приведенные гипотезы подтверждают идею тканевого подхода, остается не выясненным до конца, каков же механизм рака. Однако факт появления таких гипотез говорит о том, что авторы опирались на данные, которые не вошли в традиционный генетический подход и могут быть интерпретированы иначе — с позиции нарушения тканевого контроля.

При молекулярно-генетическом подходе в рамках теории онко гена факты, касающиеся роли тканевого контроля, остаются за скобками. Именно эти факты стали основанием концепций, акцен тирующих внимание на нарушении дифференцировки, ускоренной пролиферации, эмбрионализации, снижении активности кейлонов, т.е. процессах, затрагивающих уровень тканевой регуляции и его нарушение. Существование таких концепций говорит о том, что тканевая теория возникла не на пустом месте, она обобщила группу идей и концепций, не вписавшихся в доминирующее направление.

Однако задача тканевой теории состоит в объединении двух на правлений теоретической онкологии, в установлении связи измене ний тканевого уровня с клеточным и генетическим (неконтролируе мым опухолевым ростом, активизацией онкогенов).

Давая общее осмысление канцерогенеза, Лео Сакс отмечает ос новную закономерность (1986, с. 14), он пишет: «Клетки тела про исходят из предшественников, называемых стволовыми клетками.

Стволовые клетки могут быстро делиться, но их потомки, превра тившись в результате созревания и дифференцировки в специали зированные формы, обычно прекращают деление... процессы раз множения и дифференцировки находятся в гармонии: размноже ние стволовых клеток обеспечивает образование и рост новых тка ней и восполнение отмерших, при этом прекращение деления кле ток после достижения ими конечной стадии своего развития держит их размножение под контролем. При раке эта гармония разрушает ся: появляется слишком много незрелых размножающихся кле ток». Хотя это описание дает общую картину процесса, оно верно акцентирует внимание на нарушении гармонии между дифферен цированными и недифференцированными клетками в структуре тканевого гомеостаза. Важно отметить, что первая фаза нарушения тканевой гармонии обратима: прекращение канцерогенного воздей ствия приводит к нормализации ткани — гармония восстанавлива ется. Нарушение дифференцировки обратимо и связано с увеличе нием скорости компенсаторной пролиферации, поэтому снижение уровня пролиферации до нормы приводит к нормализации диффе ренцировки, т.е. блокировка дифференцировки при раке обратима, следовательно, блокировка дифференцировки не связана с необра тимыми изменениями генома. Во второй стадии опухолеобразова ния теряется способность к спонтанной нормализации, процесс опу холеобразования приобретает необратимость, если не вмешиваться извне. Это связано с устройством тканевого гомеостаза: длительное накопление количественных изменений в виде эмбрионализации ткани приводит к искажению тканевой структуры, лежащей в осно ве механизма саморегуляции. Можно сказать, структура гомеоста за «течет» или «плавится» при длительных повышенных режи мах пролиферации. Таким образом, причину неконтролируемого злокачественного роста можно объяснить, не прибегая к представ лениям о деструктивном (мутационном) нарушении онкогенов, хромосом.

Нарушением традиционных представлений о канцерогенезе являются эпигенетические концепции рака, которые можно рас сматривать как промежуточный переходный этап на пути к тка невой модели.

Так, Heidelberger С. (1975) и другие авторы не рассматривают онкогенез как результат генетических мутаций;

они подчеркивают, что многие канцерогены не вызывают мутаций, а большинство сильных мутагенов не онкогены. Согласно точке зрения этих авто ров, онкогенез возникает вследствие обратимого изменения экс прессии генов, которое по теории Jacob F., Monod J. (1963, 1961) можно объяснить взаимодействием между канцерогеном и репрес сорным белком. В этих концепциях наблюдается отход от идеи не обратимого нарушения генома (онкогенов), поскольку опухолевые клетки, как показывают экспериментальные данные, способны к нормализации, с другой стороны, сохранилась идея «клеточности».

согласно которой механизм рака реализуется на уровне клетки. Зь метим, что данные по нормализации опухолевых клеток в результа те дифференцировки позволяют отказаться от этой идеи.

Как можно доказать, что нарушение тканевого контроля при на личии клоногенных клеток, обладающих активными онкогенами, является достаточным условием для развитгч опухолеобразова ния? Об этом свидетельствуют данные, показывающие, что клоно генные стволовые клетки, не будучи подвергнутыми канцерогенно му воздействию, проявляют злокачественный инвазивный рост при трансплантации в другой организм либо они малигнизируются при длительном культивировании in vitro (Speman H., 1942;

Уоддинг тон, 1947). Данные Toptiklis (1969) также показали, что нормаль ные клоногенные клетки инвазивно прорастают в чужеродные тка ни;

например, диссоциированные клетки щитовидной железы мы шей, интенсивно продуцирующие тиреоглобулин, при введении в легкие экспериментальных животных пролиферировали, подобно метастазирующим раковым клеткам. Эти факты коррелируют с данными по спонтанной малигнизации in vitro.

Тканевая модель канцерогенеза по-новому интерпретирует данные, многие из которых не имели объяснения, при этом не происходит логических нарушений и обнаруживается разносто ронняя согласованность с экспериментальными данными.

Характерно, что новая теория опирается на те факты, кото рые «неудобны», так как не имеют объяснения с точки зрения молекулярно-генетической теории. Целый ряд данных впервые получил объяснение, в частности факты, относящиеся к проблеме «канцерогенности» повышенных доз гормонов и механизму гор монального рака. Как соотносятся старая и новая теории, может ли тканевая теория вобрать в себя, снять молекулярно-генетиче скую теорию? Задача новой теории — не противопоставлять од но направление другому, а объединить их, т.е. основная идея те ории онкогена должна органично войти в тканевую теорию. Для этого надо произвести идентификацию и отождествление двух идей с позиции активизации онкогенов.

Очевидно, что идея выхода из-под контроля стволовых кле ток (данные показывают, что они обладают полным набором фенотипических злокачественных свойств и активизированными онкогенами) и есть альтернативная идея, способная заменить концепцию, основанную на мутационной гипотезе. В теоретиче ском плане если стволовые клетки обладают потенциально зло качественными свойствами, то нарушение тканевого контроля является необходимым и достаточным условием канцерогенеза.

И в первом и во втором варианте альтернативных подходов ре зультат (активизация онкогенов и неконтролируемость деления) один и тот же. Совпадение конечного результата позволяет го ворить о правомерности замены, т.е основная идея теории он когена органично вошла в тканевую теорию, но достигается ко нечный результат иным путем, за счет нарушения тканевого ме ханизма контроля пролиферации. Следовательно, тканевая тео рия вбирает в себя (снимает) теорию онкогена, являясь синте тической моделью.

L 10. Стволовые клетки в системе тканевого гомеостаза Тканевый гомеостаз обеспечивает поддержание постоянства обшей массы клеток каждого типа, т.е. удерживает в постоянстве соотношение между стволовыми, коммитированными, дифферен цированными клетками.

Стволовые клетки образуют самоподдерживающуюся популя цию, потомки их дифференцируются в нескольких направлениях под влиянием факторов дифференцировки, образуя клетки-пред шественники и далее дифференцированные формы.

При вступлении стволовой клетки на путь дифференцировки возникают полустволовые, затем дифференцированные клетки со специфической функцией. Выход стволовой клетки из популя ции служит сигналом для деления другой стволовой клетки по типу некоммитирующегося митоза. Общая численность стволо вых клеток в условиях нормальной жизнедеятельности сохраня ется постоянной.

Совокупность клеток, развивающихся из одной стволовой клетки, составляет стволовый дифферон. Контур обратной связи образуется между дифференцированными клетками ткани, кото рые синтезируют кейлоны, и стволовыми. Кейлоны ингибируют деление стволовых клеток. Степень торможения деления зависит от концентрации кейлона, которая определяется численностью дифференцированных клеток. Возникает зависимость между чис ленностью дифференцированных клеток, концентрацией кейлона и митозингибирующим эффектом. Экспериментальные данные показывают, что омоложение клеток приводит к снижению кон центрации кейлона и соответственно уменьшению ингибирующей силы кейлонов.

Возникает вопрос: что общего между гибелью клеток при канце рогенном воздействии, ускоренной пролиферацией, омоложением клеток, нарушением структуры тканевого гомеостаза и неконтроли руемым опухолевым ростом? Эти кажущиеся разнородными, не связанные между собой проявления опухолеобразования в ткане вой теории соединились в одну взаимоувязанную систему, в кото рой последовательность событий каждого из составляющих звеньев детермирована предыдущим процессом. Выявленная в тканевой модели взаимообусловленность процессов и составляет ту логику событий, которая приводит к раку. Цепь взаимосвязанных факто ров включает не только процессы, проходящие в клетке на уровне генома, как считали раньше, но и тканевые изменения.

Характерно, что процессы, определяющие опухолеобразова ние, являются неспецифическими. Это означает, что на началь ных этапах опухолеобразования различие между регенераторным и опухолевыми процессами чисто количественное, поэтому пере ход от предрака к раку зависит от степени эмбрионализации и деградации тканевого гомеостаза, что определяется канцероген ным профилем. Одна из особенностей тканевой теории состоит в том, что она позволяет объяснить многие факты, не получившие до сих пор объяснения в других концепциях, в частности почему поиски принципиальных отличий раковых клеток от нормальных (низкодифференцированных) не дали ожидаемого результата.

Многие исследователи приходили к выводу после длительных поисков, что такие отличия отсутствуют.

Какие экспериментальные данные подтверждают тканевую модель?

Поскольку условием трансформации в новой теории является нарушение тканевого контроля в результате прогрессирующего омоложения ткани, то отсюда вытекают следствия, которые можно проверить. Первое следствие состоит в том, что поскольку транс формация клетки не связана с повреждением генома, то при диффе ренцировке раковые клетки должны нормализоваться. Отметим, что способность раковых клеток нормализоваться при дифферен цировке разрушает теорию онкогена, а также эпигенетические кон цепции. Второе следствие сводится к тому, что поскольку обнару живается подобие опухолевых и стволовых клеток, то это также можно проверить: следует ожидать, что стволовые клетки при изо ляции и трансплантации должны проявлять злокачественный рост.

И первое, и второе следствия получили экспериментальное под тверждение (Уоддингтон, 1947;

Speman, 1942;

Toptiklis, 1969, Ды бан, 1988). Если ввести мышам под кожу полипотентные клетки (Evans, Kaufman, 1983;

Doetchman et ai., 1985), полученные от нормальных зародышей, то у мышей возникают солидные терато карциномы. Если же ввести эти клетки внутрибрюшинно, образует ся асцитная форма тератокарциномы.

Анализируя эти факты, А.П.Дыбан (1988, с. 35) пишет: «Таким образом, хотя эти клетки были выделены из нормальных зароды шей, а не из тератокарциномы, они образуют тератокарциному (т.е.

злокачественную опухоль), если попадают в эктопические места.

Наряду с этим они способны участвовать в эмбриогенезе и осущест влять нормальную цитодифференцировку, если попадают в состав тела зародыша....Не только ЕС-клетки (стволовые клетки терато карциномы), но и ЕК-клетки (стволовые клетки нормальных заро дышей) в одних условиях проявляют себя как нормальные эмбрио нальные клетки, а в других условиях служат источником злокаче ственной опухоли». Таким образом, наше предположение о том, что опухолевые клетки — это стволовые клоногенные клетки, вышед шие из-под контроля в результате нарушения тканевого гомеостаза, подтверждается экспериментальными данными. С одной стороны, это подтверждают известные данные по нормализации опухолевых клеток, с другой стороны, об этом свидетельствует проявление зло качественных свойств у стволовых клеток при трансплантации без канцерогенного воздействия.

Действительно, практически все известные маркеры рака обна руживаются в эмбриональных тканях на определенных стадиях развития эмбриона (Биология маркеров рака и беременности. Ки ев, 1990), что доказывает идентичность опухолевых и стволовых клоногенных клеток. Иначе говоря, трансформация клоногенных стволовых клеток не результат генетических повреждений (онкоге нов), а результат нарушения тканевого контроля.

Поскольку тканевый гомеостаз играет ведущую роль в меха низме канцерогенеза, необходимо выяснить механизм воспроиз водства тканевой системы. Что же такое ткань с позиции саморе гуляции, воспроизводства?

Обратимся вначале к определению понятия ткани. Согласно точке зрения А.А.Клишова (1975), под тканью следует понимать специализированную для выполнения определенной функции си стему клеток и их производных, характеризующихся специфиче ской дифференцировкой и интеграцией, которые обусловлены однотипной фило- и онтогенетической детерминацией.

По мнению В.П.Михайлова и Г.С.Катинаса (1977), это опреде ление «должно быть отнесено к числу наиболее удачных, отражаю щих современные представления, так как под однотипной фило- и онтогенетической детерминацией следует понимать программиро вание всего развития тканей, которое включает и синтез определяю щих ее свойства белков». С нашей точки зрения, определение, предложенное А.А.Клишовым, является недостаточным, посколь ку не отражает динамический характер ткани и тип тканевой систе мы. Самоорганизующиеся (гомеостатические) системы основаны на механизме обратной связи, что позволяет им выдерживать боль шие нагрузки патогенных воздействий, поэтому в определение дол жно войти понятие тканевого гомеостаза, что важно при анализе за болеваний, связанных с нарушением регенерации. Иными словами, ткань — это не только структура, но процесс в системе гомеостаза.

Динамический аспект воспроизводства ткани является второй сто роной ее структурной определенности, поскольку стабильность структуры зависит от динамики воспроизводства.

С нашей точки зрения, под тканью следует понимать надклеточ ную систему, выполняющую ту или иную функцию в составе орга на, элементом которой являются клетки, характеризующиеся спе цифической дифференцировкой и интерграцией (обусловленными фило- и онтогенетической детерминацией), в основе которой лежит саморегулирующаяся система — тканевый гомеостаз, — обеспечи вающая процесс воспроизводства ткани.

Достижения в изучении системно-структурной организации и биохимизма клеток отражены в определении ткани, которое дает А.А.Заварзин (1976), он пишет: «Под тканью в широком смысле понимают систему клеток и межклеточных структур, имеющих об щие признаки морфобиохимической и системной организации и вы полняющих общую функцию» (с. 23). В данном определении также отсутствует динамический аспект процесса воспроизводства.

Согласно В.П.Михайлову и Г.С.Катинасу (1977), -«ткань — частная система организма, относящаяся к особому уровню его иерархической организации и включающая в себя в качестве ве дущих элементов клетки, которые происходят от обладающих об щей исторически сложившейся эпигеномной наследственностью стволовых клеток. Каждой ткани свойственны специфические функции»·. Хотя это верное определение, но подход к тканям с точки зрения понятия гомеостаза является более конкретным вы ражением функциональных свойств тканей.

Между клеточным уровнем и тканью можно выделить проме жуточный уровень объединения клеток, называемый дифферо ном. Изучение гистогенеза ряда тканей позволило уточнить структурную организацию клеток, составляющих линии цито дифференцировки, на основе чего получило развитие учение о клеточных дифферонах.

Согласно А.А.Клишову (1984), клеточный дифферон — это со вокупность клеточных форм, составляющих ту или иную линию дифференцировки. Его образуют клетки возрастающей степени зрелости одного гистогенетического ряда. Исходной формой линии клеточной дифференцировки (или клеточного дифферона) являет ся стволовая клетка. Следующую стадию гистогенетического ряда образуют субстволовые (или коммитированные) клетки-предшест венники, которые могут дифференцироваться (в отличие от стволо вых) лишь в каком-то одном направлении. Дифферон (или гистоге нетический ряд клеток) заканчивается стадией зрелых функциони рующих клеток. Знание структуры ткани, ее организации важно с точки зрения механизма опухолеобразования. В процессе длитель ной стимуляции пролиферации появляются две тенденции измене ния тканевой системы: увеличение количества дифферонов и иска жение структуры дифферона — нарушается соотношение между стволовыми и дифференцированными клетками. Если первая тен денция характерна для доброкачественной стадии, то вторая харак теризует злокачественные опухоли.

Следовательно, опухоль можно удержать в стабильном, до брокачественном состоянии, не давая перейти в злокачественную фазу путем повышения степени дифференцировки клеток и соот ветственно повышения концентрации кейлона. Имеющиеся дан ные показывают, что такие воздействия на опухоль в ряде случа ев приводят к полному излечению (Белоусова, 1993). Почему же не во всех случаях удается достичь успеха? Ответ можно дать в рамках концепции канцерогенного профиля. Положительный ре зультат зависит от «пролиферативной нагрузки», т.е. имеет ли место канцерогенное воздействие, вызывающее пролиферацию, и какова сила этого воздействия. Параметры канцерогенного про филя, т.е. источника повышенной пролиферации, определяются также продолжительностью действия. За счет функциональных перестроек в организме источник пролиферации может исчез нуть, усилиться или стабилизироваться на одном уровне. Это из менчивое поведение источника повышенной пролиферации будет отражаться на поведении опухоли, определяя: 1) дальнейшую прогрессию;

2) регрессию;

3) доброкачественное состояние, т.е.

стабилизацию на одном уровне. Данное положение о динамиче ском характере источника пролиферации и влиянии этого факто ра на опухолеобразование является новым аспектом, имеющим прямое отношение к терапии опухолей.

Как же ткань реагирует на внешние патогенные воздействия и функциональные нагрузки?

Согласно А.А.Клишову (1984, с.151), с гистогенетических по зиций «под реактивностью тканей следует понимать изменения основных закономерных процессов гистогенеза (пролиферации, дифференцировки и интеграции клеток), происходящие под дей ствием внешних для ткани факторов».

При самых разнообразных воздействиях (травмы, стрессовые ситуации и т.п.) ткани реагируют прежде всего понижением или повышением пролиферативной активности клеток. Угнетение ми тотической активности или, наоборот, ее «вспышки» — непре менные показатели реактивности тканей, наблюдаемые при дей ствии ингибиторов или стимуляторов клеточных делений. В не которых тканях признаком реактивного изменения пролифера ции клеток является эндомитоз, приводящий к полиштоидизации.

Реактивность тканей, кроме изменения степени пролиферации клеток, проявляется в изменении темпов и характера дифферен цировки клеток. Например, механические воздействия на эпидер мис вызывают явления гиперкератоза. Изменение соотношения клеточных дифферонов можно наблюдать в кишечном эпителии, в эпителии дыхательных путей и в других тканях при длитель ном воздействии на них повреждающих факторов. Реактивность тканей при таких воздействиях характеризуется явлениями де дифференцировки клеток.

При изменении функциональных нагрузок на ткань реактивно приспособительные изменения клеток проявляются в метаболиче ских сдвигах, трофических нарушениях типа гипертрофии, дист рофических нарушениях, дистрофий, атрофии, гипо- или гипер секреций и т.д. При гипертрофии наблюдается гиперплазия внут риклеточных структур (митохондрий, эндоплазматической сети, специальных органелл) как морфологический эквивалент повы шенной функциональной активности.

Реактивные изменения тканей во многом зависят от силы по вреждающего фактора. Каждая ткань отличается генетически де терминированным диапазоном пластичности и изменчивости кле ток. Например, при постоянных механических воздействиях на эпителиальную ткань она утолщается и ороговевает, а в тех уча стках, где клетки слущиваются вследствие постоянного давления или трения, клеточное деление происходит с очень высокой ско ростью, так что утраченные клетки замещаются быстро.

Вывод о том, что должен существовать гомеостатический ме ханизм, приводящий скорость размножения клеток в соответст вие с их численностью, хорошо обоснован экспериментально и теоретически. Даже в медленно обновляющихся тканях неболь шой, но постоянный дисбаланс между образованием и утратой клеток привел бы к необратимым последствиям. Например, если удалить у крысы две трети печени, то оставшаяся часть регенери рует до нормальных размеров за неделю. Сигнал для регенера ции можно обнаружить в крови. Если у двух крыс хирургиче ским путем создать перекрестное кровообращение и у одной уда лить две трети печени, то митотическая активность будет индуци рована и в неповрежденной печени второй крысы.

Постоянство ткани обеспечивается за счет постоянного клеточ ного воспроизводства, регулируемого тканевым гомеостазом. У позвоночных большинство популяций дифференцированных кле ток подвержено обновлению. В некоторых случаях дифференци рованные клетки просто делятся, образуя дочерние клетки. При мером могут служить гепатоциты печени или эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды.

Для быстро обновляющихся тканей характерно обновление за счет деления стволовых клеток. Эти клоногенные клетки являют ся главным действующим лицом в процессе канцерогенеза. Ство ловым клеткам присущи следующие свойства:

1) стволовая клетка не является терминально дифференцирован ной, она не прошла дифференцировку до конца;

2) она способна к неограниченному делению, т.е. является им мортализованной;

3) при ее делении каждая дочерняя клетка стоит перед выбором:

остаться стволовой или встать на путь, необратимо ведущий к полной дифференцировке;

L· 4) обладает автономией при делении (аутокринная стимуляция митоза);

5) содержит активизированные онкогены.

Стволовые клетки нужны в тканях, где постоянно возникает по требность в новых дифференцированных клетках, а сами диффе ренцированные клетки делиться не могут. Клоногенные клетки предназначены не для исполнения специализированных функций ткани, а для того, чтобы производить клетки. В этом их специализа ция. Поэтому стволовым клеткам часто несвойствен какой-либо ха рактерный внешний вид и их трудно опознать (Альберте и др., 1987). Отсутствие специфической дифференцировки объясняет, почему в процессе канцерогенеза возникает конвергенция опухоле вых признаков, потеря тканеспецифичности. Это связано с тем, что стволовые клетки в процессе опухолевой прогрессии постепенно вытесняют, замешают дифференцированные клетки, т.е. происхо дит аномальная репопуляция, вызывающая эмбрионализацию тка ни. Не будучи дифференцированы, стволовые клетки тем не менее детерминированы и производят при делении клетки своей ткани.

Типичная схема воспроизводства ткани характерна для эпи дермального слоя кожи и эпителиальной выстилки пищевари тельного тракта. Эти ткани подвержены прямым повреждающим внешним воздействиям. Зрелые дифференцированные клетки бы стро снашиваются и замещаются (в результате пролиферации стволовых клоногенных клеток) менее дифференцированными. В эпидермисе имеется несколько слоев клеток. Самый глубокий из внутренних слоев образован базальными (стволовыми) клетками.

Именно эти клетки делятся путем митоза.

Динамика воспроизводства ткани заключается в следующем.

При делении центральной базальной клетки дочерние клетки, также поделившись, двигаются к периферии. Периферические базальные клетки выталкиваются в слои шиповатых клеток. Ши поватые клетки уплощаются и в конце концов преобразуются в ороговевшие чешуйчатые клетки, теряющие ядра по мере при ближения к поверхности. В различных слоях эпидермиса синте зируются разные виды кератинов. Кератин шиповатых клеток от личается от кератинов чешуйчатых клеток. По мере того как стволовая клетка, находившаяся в основании колонки, превраща ется в чешуйку наверху, она последовательно экспрессирует раз личные группы всего набора гомологичных Карагановых генов (Альберте и др., 1987). Этот процесс повышения дифференци ровки объясняет, почему при эмбрионализации последовательно изменяется спектр белков и ферментов, вплоть до полного исчез новения части из них. В основе этого явления лежит процесс омоложения клеточного состава ткани за счет репопуляции, где стволовые и коммитированные клетки синтезируют более обед ненный спектр белков из того набора, который присущ диффе ренцированным клеткам. Спектр белков, синтезируемых диффе ренцированными клетками, и спектр белков стволовых клеток сильно отличаются друг от друга, поэтому омоложение ткани приводит к искажению количественного и качественного состава синтезируемых белков, молекул адгезии, рецепторов на мембране клетки. Такая смена спектра синтезируемых белков, ферментов решает проблему, поставленную О.Варбургом и до сих пор ни кем не решенную, — каков механизм и причина изменения типа энергетики в опухолевых клетках.

В глубине каждой пролиферативной единицы (дифферона) лежит базальная клетка, являющаяся иммортализованной, от ко торой происходят все клетки этой единицы. На пути своего раз вития каждая смертная дочерняя клетка, образовавшаяся при де лении бессмертной стволовой клетки, проходит точку, после ко торой обратного пути нет (Альберте и др., 1987). Это означает, что эмбрионализация возникает не за счет омоложения диффе ренцированных клеток, а за счет замены дифференцированных на все менее дифференцированные, т.е. в процессе репопуляции, когда скорость репаративной пролиферации (регенерации) уве личивается и нарушается процесс дифференцировки, т.е. насту пает блок дифференцировки.

Если внешние слои эпидермиса удалить, скорость деления ба зальных клеток увеличивается, что приводит к восстановлению нормальной толщины эпидермиса. В результате скорость деления в базальном слое снова падает. Это говорит о том, что дифферен цированный слой ингибирует митотическую активность стволо вых клеток. Осуществляется этот контроль с помощью эпидер мального нейлона, который подавляет митозы базальных клеток так, чтобы скорость образования дифференцированных клеток соответствовала потребности. Как и любая система с обратной связью, несмотря на большую устойчивость, тканевзй гомеостаз имеет предел допустимых нагрузок,' связанный с продолжитель ностью и силой воздействия. Превышение предела приводит к нарушению тканевого контроля, следствием чего является выход из строя гомеостаза и неконтролируемый злокачественный рост.

11. Ранние стадии опухолеобразования В теоретическом плане в рамках молекулярно-генетической теории проблема предрака осталась нерешенной, неясно, какова его роль в механизме трансформации. С клинической точки зре ния предрак всесторонне изучен и выступает как необходимый этап в развитии опухолеобразования. Однако его участие в меха низме трансформации осталось загадкой, тайной механизма кан церогенеза.

Многие авторы обращают внимание на зависимость развития спонтанных и индуцированных опухолей от пролиферативного ста туса ткани и интенсивности клеточного размножения (Jeney, Lapis, 1984;

Oehlert, 1973). У человека 80 — 90% опухолей возникает в органах и тканях с обновляющимся клеточным составом и довольно высоким уровнем пролиферации. Это органы кроветворной систе мы, покровные эпителии кожи, желудочно-кишечного тракта, тра хеобронхиальной и урогенитальной систем. В опухолях с низким числом пролиферирующих клеток развитию опухолей способству ют предшествующие гиперплазии ткани при регенераторных и вос палительных процессах. Таким образом, между канцерогенезом и интенсивной пролиферацией имеется положительная корреляция.

Согласно точке зрения И.В.Урываевой (1990), «роль пролифе ративного цикла в акте инициации не всегда ясна, хотя эмпириче ски твердо установлена зависимость эффективности канцерогенеза от размножения клеток, во всяком случае для митотически стабиль ных и медленно обновляющихся тканей». Одна из точек зрения за ключается в том, что митотическое деление и особенно репликации ДНК необходимы для фиксации индуцированных канцерогеном повреждений ДНК. С нашей точки зрения, такое объяснение еще нуждается в подтверждении того, насколько репликация ДНК спо собствует фиксации мутаций, т.е. это не более чем гипотеза.

Необходимым компонентом фазы промоции, согласно клиниче ским наблюдениям, является непрерывная пролиферация клеток.

Примечательно, что морфологические изменения в предраке не от личаются от таковых, связанных с неспецифическими токсически ми воздействиями, что хорошо согласуется с тканевой моделью.

Клиническая картина опухолеобразования довольно типична и закономерна в своем развитии стадий. Цепь явлений, предше ствующих раку пищевода, начинается с хронического воспаления и гиперплазии эпителия, переходящей в дисплазию и в рак. Со гласно данным Crespi M. и соавт. (1979), эзофагоскопия и био псия, проведенная на 430 больных в возрасте от 15 до 70 лет, выявили в 85% хронический эзофагит, сопровождающийся про лиферацией, а также расширением кровеносных сосудов подсли зистого слоя. При эндоскопическом исследовании слизистая обо лочка пищевода выглядела неровной, рыхлой, набухшей, гипере минированной, с рассеянными или сливающимися очагами лей коплакии, но без изъязвления. Согласно клиническим выводам, дисплазия эпителия является предраковым состоянием.

Данные Соггеа и соавт. (1970), занимавшихся изучением за болеваемости раком желудка, говорят о положительной корреля ции между распространенностью кишечной метаплазии желудка и увеличением риска развития рака желудка, В ряде случаев отмечено сочетание шистосомоза и колорек тального рака (Ch'en et al., 1965) и подчеркивается, что рак раз вивался на месте хронических шистосомных полипов или псевдо полипов и пролиферации эпителия, сочетающейся с полипами.

В исследованиях по раку кожи показано, что в результате влияния масла, дегтя, смолы в местах воздействия отмечаются множественные очаги гиперкератоза вплоть до развития рака.

Среди предраковых изменений кожи отмечают: гиперкератоз, ак тинический кератоз, множественный кератоз, фиброз, рубцы, ра диодерматит и другие заболевания.

Хронические бактериальные инфекции, приводящие к фибро зу и постоянному «регенераторному стрессу», сочетаются с повы шенным риском развития злокачественного новообразования.

Опухоли кожи развиваются вслед за остеомиолитом, варикозны ми и трофическими язвами (Templeton, 1975).

Многие исследователи пришли к заключению, что сама по се бе типичная кишечная метаплазия не является предраком. Но ее эпителий, как и эпителий желудочных ямок и шеек желез, спосо бен приобретать предраковое значение в случае развития диспла зии в очагах кишечной метаплазии. При всех формах заболева ний рак развивается в очагах дисплазии, которая рассматривает ся как маркер повышенного риска развития рака.

К нарушениям дифференцировки относятся уменьшение, из менение или исчезновение секреции желудочного эпителия (глав ным образом покровно-ямочного). В очагах кишечной метапла зии отмечается уменьшение числа или полное исчезновение бока ловидных и панетовских клеток. Отмечается, что фазу «слабая дисплазия» трудно отличить от регенераторной гиперплазии эпи телия. Установлена обратимость процесса.

Согласно С.-Ч. Мингу (Ming, 1984, с. 210 — 254), когда развива ется рак при хроническом гастрите и кишечной метаплазии, обна руживается незрелый и зачастую измененный эпителий. Такой эпи телий называется дисплазированным или анаплазированным.

Анаплазированный эпителий построен из недифференцированных или плохо дифференцированных клеток. Злокачественные измене ния редко встречаются в гиперпластических полипах, образован ных зрелыми железами, но нередки в аденомах, образованных дис плазированными клетками. В дисплазированном эпителии отмеча ется различной степени выраженность патологической пролифера ции, от регенерации эпителия в области воспаления до тяжелой анаплазии. В незрелом, или анаплазированном, эпителии метапла зированной слизистой оболочки синтез ДНК распространяется на поверхностный эпителий, время обновления значительно уменьше но. В то время как в норме пролиферация эпителия желудка воз можна только в зоне перехода от ямочного к шеечному эпителию.

Незрелые клетки могут распространяться на всем протяжении же лудочных ямок, которые становятся извитыми;

поверхностный и ямочный эпителий может давать мелкие сосочковые пролифераты.

При тяжелой дисплазии изменения выражены более резко. В очагах кишечной метаплазии тяжелая дисплазия характеризуется резкой атипией клеток и нарушением их дифференцировки. Тяже лая дисплазия, как и средняя, может оставаться длительное время в стабильном состоянии, иногда регрессирует, но чаще переходит в рак.

Атрофия также выступает в качестве фактора повышенной пролиферации ткани. Согласно данным Liavag I. (1968), кото рый изучал связь атрофии мелкоацитарной пролиферации и рака предстательной железы на материале 340 вскрытий умерших в возрасте 40 лет и старше, атрофические изменения обнаружены во всех предстательных железах, пораженных раком. Liavag на блюдал мелкоацитарные пролифераты в атрофичной предста тельной железе. Автор расценивал это как признак регенерации, представляющей собой замещение зон атрофии пролиферирую щими клетками. Отмечена существенная корреляция между атро фическими изменениями, мелкоацитарной пролиферацией и раз вивающимся раком.

Таким образом, клиническая картина предрака подтверждает, что причиной опухолеобразования является повышенная пролифе ративная нагрузка на ткань. Развернутое обоснование этого поло жения дается в тканевой теории. Факторы стимуляции пролифера ции различны, но последующие изменения типичны и укладывают ся в тот порядок закономерных событий, который описывает ткане вая модель. В рамках тканевой модели клиническая картина опухо леобразования получает теоретическое обоснование и объяснение.

В тканевой теории показывается, что развитие опухоли — предрак, доброкачественная, злокачественная — зависит от кан церогенного профиля, коррелирующего с уровнем пролифератив ной нагрузки на ткань.

Многочисленные работы по исследованию нарушения метабо лизма в опухолевых клетках не обнаружили никаких специфиче ских нарушений метаболизма, а обнаружение в них эмбриональных белков и белков, в норме специфических для тканей, негомологич ных опухолевым, может наблюдаться при таких процессах, как ре генерация и воспаление. Как подчеркивает G.B.Pierce (1972), в фе нотипе опухолевых клеток не обнаружено никаких признаков, ко торые бы не были запрограммированы в нормальном геноме.

12. Данные молекулярно-генетических исследований, свидетельствующие в пользу тканевой теории Все ли молекулярно-генетические данные говорят в пользу те ории онкогена или часть из них подтверждает тканевую модель?

Некоторые следствия тканевой модели хорошо подтверждают ся молекулярно-генетическими данными по активизации онкоге нов. Очевидно, если тканевая модель верна, то должна обнару житься корреляция между активизацией онкогенов в стволовых клетках и их фенотипическим проявлением;

и наоборот — ре прессия активности онкогенов должна быть связана с дифферен цировкой клетки. Известно, что дифференцировка нормализует опухолевые клетки, поэтому возникает вопрос: насколько имеет место корреляция между трансформированным состоянием, ми тотической активностью стволовых клеток и активизацией онко генов? Экспериментальные данные подтверждают, что такая кор реляция действительно имеет место. Например: 1) экспрессия он когена c-myb выражена в гемопоэтических тканях и примитив ных гемопоэтических опухолевых клетках (Gonda et al., 1982);

2) c-mys экспрессируется в самых разнообразных клетках, хотя в гемопоэтических клетках эта экспрессия выражена более сильно;

3) экспрессия c-myb и с-тус резко падает в клетках промиело цитной лейкемии, которые были стимулированы к дифференциа ции в более зрелые формы;

4) c-erb А и c-erb В транскрибируют ся дифференциально, первый — в костномозговых клетках, вто рой — в эмбриональных фибробластных;

5) шдарипотентная ге мопоэтическая клетка, полученная из мышиного костного мозга, содержит исключительно большие количества белка, кодируемо го c-ras Кирстена;

6) в ходе эмбриогенеза мыши экспрессия c-ras Харвея поддерживается на высоком уровне, экспрессия с-аЫ, с fos и некоторых других — варьирует. Как отмечают И.Ф.Сейц и П.Г.Князев (1986), во многих случаях экспрессия онкогенов варьирует коррелятивно с дифференциацией. О чем это говорит?

Известно, что нормализация опухолевых клеток происходит в результате их дифференцировки, следовательно, данные по акти визации онкогенов и их репрессии при дифференцировке под тверждают данную закономерность. Характерно, что дифферен цированные клетки не способны трансформироваться в связи с потерей либо снижением способности размножаться.

Второй аргумент, подкрепляющий эту позицию, связан с фено меном аутокринной стимуляции митоза. Если тканевая теория справедлива, то этот феномен должен быть присущ в равной мере как опухолевым клеткам, так и стволовым. Данные, которые при водят А.Д.Алыитейн и Е.А.Черепанцева, подтверждают этот вы вод. Согласно точке зрения А.Д.Альштейна и Е.А.Черепанцевой (1986), феномен аутокринной стимуляции характерен не только для клеток с выраженным трансформированным фенотипом. Так, гладкомышечные клетки молодых животных, имеющие рецепторы к ТФР, продуцируют этот фактор, то же происходит при ранении гладких мышц. Эндотелиальные клетки аорты быка в культуре продуцируют митогенный ФР, чувствительны к нему, но остаются нормальными клетками. Делая вывод относительно «трансформи рующих» факторов роста, А.Д.Альштейн и Е.А.Черепанцева (986, с. 264) пишут: «Критического отношения заслуживает тер мин «трансформирующий фактор роста». Этот термин подразуме вает деление ФР на трансформирующие и нетрансформирующие.

Для такого деления сегодня нет серьезных оснований. По-видимо му, все ФР, образуемые трансформируемыми клетками, принципи ально не отличаются от соответствующих факторов, выявленных в нормальных тканях»·. Отсутствие различия между факторами рос та в нормальных и трансформированных клетках подтверждает, что источником опухолевых клеток являются стволовые клетки при нарушении тканевого контроля.

Обнаружено также, что довольно много биологических и хи мических агентов вызывает реверсию опухолевого фенотипа in vitro. Примером такого действия является нормализующее воз действие стероидных гормонов. Показано, что дексаметазон инги бирует синтез ДНК и клеточную пролиферацию в культуре кле ток гепатомы Reuber (Bsze, Venetianer, 1985).

На модели гепатомы человека PLC (PRF) 5 показано, что об работка культуры этим веществом приводит к ингибированию скорости роста, изменению морфологии клеток, увеличению сек реции альбумина (Nakagawa et al., 1985). Как полагают, в этом случае происходит истинная индукция дифференцировки и на блюдаемые изменения не обусловлены снижением скорости про лиферации клеток, поскольку обработка этой культуры ингиби тором орнитиндекарбоксилазы (при этом снижается уровень про лиферации) не вызывала увеличения синтеза сывороточного аль бумина. Дифференцировку клеток опухолей в культуре часто вызывают высокополярные соединения (Вядро, 1983). Диметил сульфоксид индуцировал реверсию опухолевого фенотипа ряда культур клеток гепатом человека, которая прямо зависела от до зы диметилсульфоксида и выражалась в уменьшении плотности насыщения клеток в культуре, образовании фокусов, стимуляции синтеза тканеспецифических белков и увеличении количества белка на клетку (Higgins, 1981, 1982;

Higgins, O'Donnel, 1982).

Существует точка зрения, что факты по нормализации опухо левых клеток говорят о фенотипической нормализации, которая не затрагивает генетические дефекты, ставшие причиной транс формации. В теоретическом плане этот аргумент — последняя надежда на спасение теории онкогена, поскольку если удается доказать, что нормализация опухолевых клеток путем дифферен цировки является не только фенотипической, но генетической, то это разрушает общепризнанную точку зрения на роль мутаций в трансформации. Относительно этого вопроса Ю.М.Васильев (1986, с. 258) пишет: «Наряду с фенотипической трансформа цией генетически нормальных клеток существует и фенотипиче ская нормализация генетически трансформированных клеток...

обратимую нормализацию большинства клеток популяции можно вызвать, определенным образом изменяя среду». Приведем точку зрения Л.Сакса (1986, с. 22). Он пишет: «Мы задались вопро сом: восстанавливается ли нормальное состояние хромосом в лей кемических клетках, в которых искусственно вызваны диффе ренцировка и прекращение деления? Происходит коррекция ге нетических дефектов или же развитие клетки переключается со злокачественного на нормальное «в обход» этих нарушений? Мы обнаружили, что в лейкемических миелоидных клетках, принуж денных к дифференцировке, аномалии хромосом сохраняются.

Следовательно, с помощью индукции дифференцировки останов ка злокачественного роста достигается «в обход» тех генетиче ских дефектов, которые нарушили нормальный ход событий дифференцировки и размножения».

С нашей точки зрения, здесь есть спорное постулируемое допу щение, которое состоит в том, что хромосомные дефекты, мутации в онкогенах связываются с механизмом трансформации. Тот факт, что удается нормализовать раковые клетки «в обход» генетическим нарушениям, которые, как предполагается, являются причиной трансформации, опровергает предположение о причинной связи между мутациями и трансформацией. Имеется несколько групп данных, подтверждающих это положение. В ряде случаев генетиче ские дефекты в онкогенах и их продуктах не обнаруживаются, в ча стности молекулы рецепторов и ФР, которые являются продуктами онкогенов, не несут каких-либо дефектов. Имеются данные по пере несению ядра опухолевой клетки в предварительно энуклеирован ную нормальную яйцеклетку. При этом развивался нормальный мозаичный организм. В этих экспериментах проверяется не отдель ный онкоген или группа онкогенов, а злокачественность или нор мальность всего генома раковой клетки. В теоретическом и логиче ском плане это означает, что постулируемая теорией онкогена при чинная, прямая связь между необратимыми генетическими дефек тами онкогенов (хромосом) и трансформацией клетки является ошибочной и экспериментально опровергается.

Основное условие доверия к тем или иным положениям в экспе риментальной науке может основываться только на эмпирическом подтверждении этих положений. Наряду с основной линией разви тия процессов опухолеобразования, которые приводят к раку, па раллельно идут мутационные изменения ДНК, возникает спектр линий, направлений деградации клеток, часть из этих изменений имеет приспособительный характер. Данные по нормализации опу холевых клеток позволяют отдифференцировать события, которые связаны с трансформацией, от параллельно протекающих процес сов, различных проявлений деградации генома. Способность опу холевых клеток включаться в нормальный гистогенез и онтогенез и производить нормальный организм является убедительным фак том, подтверждающим данную точку зрения, т.е. нормализация опухолевых клеток в результате их созревания является фактом, опровергающим представление о необратимости трансформации в результате мутаций и других повреждений генома.

13. Теория онкогена Выдвижению новой идеи, положенной в основании молеку лярно-генетической теории, предшествовали работы, ведущиеся в двух направлениях. Первое направление работ свидетельствовало о том, что частым предшественником трансформации являются генетические повреждения. Другая информация пришла из виру сологических лабораторий, где изучались ДНК-содержащие опу холевые вирусы (SV40 или вирус полиомы, трансформирующие ретровирусы, например вирус саркомы Рауса). Вирусологи обна ружили, что опухолевый вирус способен переводить культуру клеток в трансформированное состояние (Вайнберг, 1987).

Решающее открытие было сделано в 1910 г. П.Раусом, кото рый показал, что не содержащий клеток фильтрат опухолей цып лят может индуцировать саркому у других цыплят. В 1966 г. в возрасте 85 лет Раус был удостоен Нобелевской премии.

До открытия онкогенов список фенотипических опухолевых свойств был слишком велик. Поэтому возникла насущная потреб ность выяснить, какие свойства являются первичными, а какие производными, т.е. надо было найти гены плейотропного дейст вия. В связи с этим открытие вирусных генов, обладающих плей отропным эффектом, т.е. способностью небольшого числа генов вызывать многочисленные фенотипические изменения в раковых клетках, и явилось спасательным кругом в море несвязанных проявлений раковых клеток.

В некоторых вирусах есть всего один ген, ответственный за способность индуцировать опухоли, иногда таких онкогенов не сколько. Вирус саркомы, открытый Раусом, относится к группе ретровирусов. Среди опухолевых вирусов это единственные РНК-содержащие вирусы. Для размножения этих вирусов их РНК должна транскрибироваться «обратно» с образованием ДНК. Этот процесс обслуживается ферментом обратной транс криптазой. В 1970 г. Д.Балтимор, С.Мицутани и Т.Темин обна ружили этот фермент в частицах вирусов типа вируса саркомы Рауса (Бишоп, 1983).

Впервые экспериментально исследовать удалось вирус сарко мы Рауса. В 1970 г. Г.Мартин идентифицировал температурочув ствительные «условные» мутации, изменявшие способность виру са трансформировать клетки в культуре. При рестриктивной (ог раничивающей) температуре мутантный ген инактивируется. Ген, открытый Мартином (Калифорнийский университет), называют геном src.

Каким же образом продукт гена src вызывает злокачествен ный рост? Обнаружилось, что белок -src является протеин киназой, т.е. ферментом, который присоединяет ионы фосфата к аминокислотным остаткам белков в реакции фосфорилирования.

Т.Хантер и Б.Сефтон (Институт биологических исследований Солка) показали, что белок pp60v-src присоединяет ионы фосфа та только к аминокислоте тирозину. Как оказалось, фосфорили рование тирозина — общее свойство ферментов — продуктов он когенов. Важно отметить, что оно характерно и для регуляции роста нормальных клеток. Фосфорилирование белков — одно из основных средств регуляции активности ферментов.

В случае с белком pp60v-src было предложено два механиз ма. Фермент может фосфорилировать один белок, включая кас кад событий, ведущих к злокачественному перерождению, либо фермент фосфорилирует несколько белков, что вызывает собы тия второго порядка. Хантер и его коллеги показали, что в ре зультате трансформации клетки геном src количество фосфори лированного тирозина увеличивается в десять раз. Однако ни од на гипотеза не могла объяснить неограниченный рост опухолей, индуцированных геном src (Бишоп, 1983).

В 1972 г. Д.Стахелин, Г.Вармус и М.Бишоп начали изучать «гипотезу онкогена», которую предложили Р.Хьюбнер и Дж.То даро. Согласно авторам, онкогены ретровирусов являются частью генетического багажа клетки и приобретены посредством вирус ной инфекции в ходе эволюции. Онкогены не опасны, пока нахо дятся в состоянии покоя. Активированные канцерогенным факто ром, они могут превратить нормальную клетку в раковую.

Исследования методом молекулярной гибридизации выявили, что ген, родственный гену src, имеется у всех позвоночных, т.е.

гипотеза Хьюбнера — Тодаро близка к истине. Более глубокие исследования показали, что ген, который был обнаружен у по люночных, не является геном ретровирусов. Этот клеточный ген назвали c-src. Проблема гена c-src стала еще более загадочной, когда было обнаружено, что ген активен в нормальных клетках, т.е. транскрибируется с образованием информационной РНК, а затем РНК транслируется с образованием белка.

Пытаясь объяснить сходство между онкогенами ретровирусов и их родственными аналогами из нормальных клеток, большин ство ученых считают, что онкогены ретровирусов являются копи ями клеточных генов. Выяснилось, что все клеточные онкогены обладают злокачественным потенциалом.

Являются ли ретровирусные онкогены просто копиями генов из нормальных клеток и как объяснить действие вирусных генов в инфицированных клетках? Были предложены две гипотезы.

По мутационной гипотезе отличия вирусных онкогенов от клеточ ных предков небольшие и возникли в результате мутаций, проис ходящих во время копирования клеточных генов с образованием геномов ретровирусов. Гипотеза дозы гена предполагает, что он когены ретровирусов перегружают клетку, по существу, нормаль ными белками. С этой точки зрения развитие рака зависит от до зы трансформирующего вирусного белка. Как считает М.Бишоп (1983), клеточные онкогены входят в тонко сбалансированную систему регуляции роста и развития -нормальных клеток. Повы шенная активность одного из генов системы может нарушить ре гуляцию и сдвигать состояние равновесия в сторону неограничен ного роста. Заметим, что гипотеза «дозы гена» разрушает основу концепции «противоопухолевого иммунологического надзора» (Бернетта), поскольку исчезает «чужеродность» онкогенов, как предполагается, появляющаяся в результате мутаций, но если нет мутаций, то отсутствует и предполагаемая чужеродность, а иммунитет остается в бездействии.

Таким образом, попытки ответить на вопрос, как поврежден ная ДНК может вызвать злокачественный рост, породили кон цепцию «раковых генов». Раковые гены — это компоненты нор мального генома клетки, регуляция которых выходит из-под кон троля и усиливается под действием канцерогенов. Канцерогены повреждают онкоген либо другой ген, который в нормальных ус ловиях регулирует активность раковых генов.

Постепенно гипотеза онкогена изменилась: главную роль в ней стали играть клеточные, а не вирусные гены. Как считает М.Бишоп (1983), то, что удалось открыть, может удивить — «оказалось, что процессы, приводящие клетку к раку, в принци пе неотличимы от тех, что действуют в нормальной клетке... Бес полезно изобретать средства, угнетающие процессы, которые приводят к злокачественному росту клетки, если те же самые процессы необходимы для их нормального существования». Это замечание очень важно, но в тканевой модели рака оно приняло другую форму выражения, раковые клетки — это стволовые кло ногенные клетки, обладающие активизированными онкогенами, которые выходят из-под контроля в результате нарушения ткане вого гомеостаза.

В настоящее время известно более двух десятков онкогенов (Weiss et al., 1982), выявленных в геноме различных ретровиру сов. Предполагают два возможных механизма включения инород ной генетической информации в состав вирусного генома: 1) при соединение дополнительного участка к уже имеющимся реплика ционным вирусным генам;

2) замещение части вирусного генома фрагментом, несущим иную функцию. В первом случае ретрови рус сохраняет способность самостоятельно реплицироваться, но приобретает новые свойства (онкогенность в случае присоедине ния онкогена). Во втором случае появление онкогенных свойств у ретровируса сопровождается утратой возможности самостоя тельно реплицироваться (Киселев и др., 1990).

В последние годы появились работы, посвященные анализу ро ли онкобелков — продуктов онкогенов в различных опухолях чело века. Основываясь на этом анализе, были сделаны следующие вы воды (Киселев и др., 1990): 1) прямой зависимости между повы шенной экспрессией онкогенов и определенным типом опухоли не существует;

2) исследованные онкогены по частоте экспрессии в опухолях человека делятся на несколько групп — а) «молчащие» или редко регистрируемые онкогены (c-abl, c-src, c-mos, c-erb B), б) умеренно экспрессируемые онкогены (c-myb, c-fms, c-sis), в) ча сто экспрессируемые онкогены (c-Ki-ras, c-Ha-ras, c-fos) и г) онко гены, активные в большинстве клеток (с-тус);

3) в низкодиффе ренцированных опухолях экспрессируется большое число онкоге нов и с большей эффективностью;

4) спектр экспрессируемых онко генов в первичных опухолях и метастазах различный.

Как считают Ф.Л.Киселев и соавт. (1990), в настоящее время экспериментальные данные, однозначно подтверждающие появле ние опухоли у человека вследствие повышенной экспрессии онкоге нов, отсутствуют. Существует ряд причин, объясняющих неодно значность полученных результатов. Во-первых, еще не все онкоге ны использованы в анализе, во-вторых, в природе могут существо вать не идентифицированные пока онкогены. В-третьих, экспрес сия онкогенов играет ключевую роль на определенных этапах трансформации, возможно на самых ранних, в то время как опу холь человека становится доступной для анализа на поздних стади ях В-четвертых, не исключено, что экспрессия клеточных онкоге нов отражает лишь определенный уровень дифференцировки или роста и не имеет прямого отношения к канцерогенезу.

Отметим, что при лейкозных заболеваниях экспрессия опре деленных онкогенов в некоторых клетках коррелирует с уровнем их дифференцировки.

Оценивая клинический выход анализа экспрессии онкогенов, Киселев Ф.Л. и соавт. (1990, с. 200) пишут: «... может ли иметь тестирование экспрессии онкогенов какое-либо практическое зна чение для онкологии, в частности для диагностики?.. Следует от метить, что, несмотря на то что надежды на быстрое выяснение роли этих генов в канцерогенезе в какой-то мере не оправдались, исследования последних лет показали, что работы в этой области могут иметь определенное значение для диагностики и прогноза раковых заболеваний».

В ходе дальнейшего изучения онкогенов были обнаружены ге ны с противоположной функцией. Их действие в нормальных клетках состоит в том, чтобы подавлять пролиферацию. Если клетка утрачивает их либо они повреждаются, снимаются ограни чения роста и размножения клетки. Ключом к механизму дейст вия антионкогенов стали исследования ретинобластомы — рака, поражающего глаза (Вайнберг, 1988). Ретинобласты — это пред шественники клеток сетчатки на задней стороне глаза. Как толь ко ретинобласт достигает определенной стадии дифференциров ки, он перестает делиться, при раке нормальное созревание кле ток нарушается.

В 1971 г. А.Кнудсон (Институт рака в Филадельфии) предло жил гипотезу, согласно которой мутантные гены у индивидуума могут появляться двумя — путями по наследству или в результа те соматических мутаций. Кнудсон заключил, что все опухолевые клетки содержат не один мутантный ген, а два. При семейной ре тинобластоме первая из двух мутаций присутствует в гене-мише ни с момента зачатия. Вторая необходимая мутация может быть соматической. В противоположность этому при несемейной рети нобластоме обе необходимые мутации возникают локально в од ной клетке сетчатки.

Дальнейшие исследования Й.Юниса (Миннесотский универ ситет) с помощью микроскопического изучения хромосом дали новые результаты. Обнаружилось, что в длинном плече (q-пле че) одной из хромосом, а именно 13, часто бывают делеции: от сутствует та или другая полоса. Корреляции между изменениями в области 13ql4 и ретинобластомой наблюдались слишком часто.

К 1983 г. были получены результаты, свидетельствующие о том, что вторая генетическая мишень находится на парной хромосоме 13. Ген хромосомы 13, который, очевидно, участвует в процессе опухолеобразования, был назван Rb (Вайнберг, 1988).

Логично было предположить, что, если вначале в клетке сетчат ки имелся один нормальный ген и один мутантный вариант Rb, это могло иногда заканчиваться появлением двух мутантных копий ге на. Гипотеза Кнудсона могла быть сформулирована иначе. Мише нями двух «выстрелов», необходимых для возникновения рака, яв ляются две копии гена Rb. Каждое попадание выводит из строя од ну копию гена. Дети* получившие от родителей мутантный ген Rb, нормальны, но у них повышен риск возникновения рака. Эта мута ция рецессивна, поэтому она проявляется, только если уцелевший аллель гена утрачивается в той или иной клетке сетчатки.

Методом гибридизации была исследована структура хромосом ного участка гена Rb. Для 30% препаратов были получены данные, свидетельствующие, что структура одной или обеих копий клони рованного гена значительно изменена из-за делеций. Результаты исследований, подтверждающие существование генов — подавите лей пролиферации, делятся на 2 группы (Klein, 1987): 1) во многих опухолях с генетической предрасположенностью были обнаружены делеций в хромосомах;

2) в соматических гибридах нормальных и опухолевых клеток преобладал нормальный фенотип. Таким обра зом, функционирование гена Rb, а именно подавление его функ ций, связано с возникновением таких опухолей, как ретинобласто ма, остеосаркома и саркома мягких тканей.

Кроме описанных опухолей существует еще несколько опухо лей, ассоциированных с гомозиготной потерей специфического хромосомного локуса, но в которых пока какого-либо супрессор ного гена идентифицировать не удалось. К ним относятся (Friend et al., 1988): множественные эндокринные неоплазии типа 2 и хромосома 1, меланома языка и хромосома 2, карцинома почки и карцинома легких — хромосома 3, карцинома кишечника, семей ный полипоз — хромосома 5, множественная эндокринная нео плазия типа 2а — хромосома 10, опухоль Вильмса, гепатобласто ма, рабдомиосаркома — хромосома 11, рак протоков молочной железы — хромосома 13, карцинома кишечника — хромосома 17, нейрома слухового прохода и менингиома — хромосома 22.

Таким образом, теперь известны 3 группы генов, участвующие в процессах злокачественного превращения согласно теории он когена: 1) онкогены, 2) вирусные гены, 3) гены-супрессоры (по давители пролиферации). Однако многие вопросы пока остались без ответа.

Касаясь нерешенных проблем, Ф.Л.Киселев и соавт. (1990, с. 113) пишут: «К сожалению, данные, касающиеся коканцероген ных факторов, носят в основном эпидемиологический характер и практически ничего не известно о механизме действия этих фак торов... Даже при наличии в клеточной ДНК... интегрированно го вирусного генома, содержащего трансформирующий ген... зло качественный фенотип проявляется только при нарушении рабо ты генов, контролирующих дифференцировку и пролиферацию клеток... Основные вопросы, которые остаются неясными для по нимания роли вирусов в этиологии рака, сводятся к вопросам:

почему не всегда персистирующий вирусный геном способен осу ществить злокачественное перерождение клеток, почему это пре вращение занимает столь длительный период... какие механизмы контролируют переход от первичной поликлональности к конеч ной моноклональности?» Итак, мы рассмотрели основные проблемы молекулярно-гене тической теории. Как уже говорилось, ряд данных, по существу, разбивают теорию онкогена. Проанализируем аргументы и фак ты, свидетельствующие против теории онкогена, которые разби вают основу — представление о механизме трансформации. Ха рактерно, что предложенные в теории онкогена механизмы трансформации основаны на необратимых изменениях генома клетки, что предполагает необратимость трансформации. Однако представлению о необратимости трансформации противоречат из вестные факты, касающиеся нормализации раковых клеток в ре зультате дифференцировки. Даже в самой опухоли часть клеток проходит стадии дифференцировки, включая терминальную диф ференцировку, теряя в результате этого злокачественные призна ки. Это положение доказывают и другие факты. При пересадке ядра опухолевой клетки в нормальную энуклеированную яйце клетку или в зародышевые клетки на самых ранних стадиях раз вития возникает нормальное химерное потомство, что подтверж дает способность к нормализации опухолевого генотипа.

Механизм трансформации в теории онкогена основан либо на генотоксическом действии канцерогенов, либо на интеграции ви русного генома в геном клетки. Однако трансформирующие фак торы роста и гормоны не обладают генотоксичностью, но вызыва ют трансформацию.

Поскольку все канцерогены обладают либо двойным эффектом (генотоксическим и промоторным), либо только промоторным, то отсюда следует, что общим трансформирующим свойством канце рогенов является не генотоксический эффект, а промоторный.

С другой стороны, изолированные и трансплантированные стволовые клетки, не будучи подвергнуты канцерогенному воз действию, проявляют злокачественный рост. С этой группой фактов коррелируют данные по спонтанной малигнизации клеток при длительном культивировании in vitro, где также отсутствуют канцерогенные воздействия. В теории онкогена эти факты явля ются парадоксом, и они не имеют рационального объяснения в рамках старой схемы трансформации. С позиции тканевой тео рии рака приведенные факты получают рациональное объясне ние: поскольку стволовые клоногенные клетки обладают полным набором злокачественных свойств, нарушение тканевого контро ля приведет к злокачественному росту. При этом активизация он когенов в стволовых клетках не является результатом генотокси ческого действия канцерогенов на геном.

Установление тождества между раковыми и стволовыми кло ногенными клетками при нарушении тканевого контроля позво ляет принципиально изменить основу теории рака. Речь идет о новой парадигме опухолеобразования, в основу которой положе на тканевая теория канцерогенеза. Мы назвали это изменение ос нов теории рака парадигмой в том смысле, что оно также касает ся изменения клинических подходов к терапии опухолей. По су ществу, тканевая модель является выходом из тупика, в который зашла теория онкогена, например в объяснении механизма гор монального рака или трансформирующих факторов роста. В но вой тканевой модели данные хорошо коррелируют между собой, что создает логическую сцепленность между всеми группами дан ных. Идею необратимого нарушения генома клетки онкогенов как причины рака заменила новая идея — нарушения тканевого контроля, что является причиной неконтролируемого деления стволовых, клоногенных клеток. При рассмотрении альтернати вы причины неконтролируемого опухолевого роста — нарушения тканевого контроля или необратимые изменения онкогенов — имеющиеся факты свидетельствуют в пользу тканевой модели.

Новая теория позволяет объяснить, почему раковые клетки нор мализуются при дифференцировке. Это свидетельствует о том, что механизм трансформации разворачивается по сценарию тка невой теории, т.е. трансформация клетки не обусловлена необра тимыми нарушениями онкогенов.

Несмотря на критику теории онкогена в вопросе механизма трансформации, ее заслуга в открытии онкогенов и развитии на правления молекулярной онкологии является неоспоримой и со ставляет революцию в изучении природы канцерогенеза. Учиты вая, что центральная идея молекулярно-генетической теории от носительно активизации онкогенов как причины злокачественных свойств трансформированной клетки сохраняется в тканевой тео рии, но в иной форме, можно сказать, что между двумя теория ми существует глубокая преемственность относительно централь ной идеи. В новой теории сохранилась идея активизации онкоге нов, но изменился механизм трансформации;

если в теории онко гена она связана с необратимым действием генотоксических фак торов, то в тканевой модели трансформация связана с выходом из-под контроля стволовых клоногенных клеток, обладающих ак тивизированными онкогенами и злокачественным фенотипом при нарушении тканевого гомеостаза.

Оценивая современную ситуацию в развитии теории онкогена, И.Ф.Сейц (1990, с.14 — 16) пишет: «В настоящее время мино вал пик оптимизма, вызванный открытием онкогенов, исчезли иллюзии... что возможно простое и легкое объяснение онкогенеза как следствия активности одиночных уникальных генов».

Непременным условием как нормальной жизнедеятельности, так и опухолеобразования являются пролиферация и дифферен цировка. Результаты исследований указывают на способность большинства онкогенов модулировать рост и на их участие в раз витии эмбрионов и тканей. Многие продукты c- с-генов уда лось идентифицировать, доказано их участие в регуляции роста.

Некоторые из них оказались рецепторами факторов роста (на пример, c-erb-B — рецептор эпидермального фактора роста (EGF);

c-fmc — рецептор колониестимулирующего фактора;

(CSF-I);

c-erb-A — рецептор тиреоидного гормона (ТЗ) или са мими факторами роста (например, c-sis-B — цепь тромбоцитар ного фактора роста (PDGF). Сейц, 1990).

Проанализируем представление о возможной дефектности как причине трансформации и попытаемся найти аргументы против такого представления. Очевидно, тот факт, что факторы роста дей ствуют опосредованно, через рецепторы на мембране, делает невоз можным дефектность самой молекулы ФР, поскольку ФР должен «подойти» к своему рецептору — наподобие взаимодействия между ферментами и субстратом. Иначе говоря, если дефектный ФР вы зывает реакцию рецептора, то дефект никак не проявится. Меха низм рецепторного связывания, очевидно, действует по принципу «все или ничего», т.е. либо он узнается рецептором или рецептор не реагирует на него. Это напоминает радиоэлектронные схемы защи ты от помех и шумов, где лишняя часть сигнала вырезается. К тео ретическому обоснованию следует добавить экспериментальные данные, свидетельствующие об отсутствии различий между ФР нормальных и трансформированных клеток (Карпентер, Коэн, 1987;

Альштейн, Черепанцева, 1986;

Белоусова, 1993).

Открытие трансформирующих факторов роста не является подтверждением теории онкогена, а скорее опровергает ее, по скольку они не генотоксичны, следовательно, ни один из меха низмов трансформации в теории онкогена не подходит, так как они основаны на мутациях. С другой стороны, ФР действуют че рез специализированные, эволюционно выработанные механиз мы, что противоречит представлению о некоем чужеродном пере рождении в результате изменения ДНК. Это ставит проблему пе реосмысления принципа механизма трансформации — старое по нимание трансформации не объясняет новые факты и входит в противоречие с ними. Если трансформация осуществляется за счет трансформирующих ФР, то отсутствует «чужеродность» ра ковых клеток, которая должна была бы появиться в результате мутаций, следовательно, разрушается концепция «иммунологиче ского надзора», выдвинутая Ф.Бернеттом, которая в настоящий момент разделяется многими авторами. Предполагаемая «чуже родность» раковых клеток может появиться в результате мута ций, следовательно, для трансформации необходим генотоксиче ский фактор как условие перерождения клетки — негенотоксич ность и гормонов разрушает эту версию.

Решение проблемы плейотропного эффекта трансформирую щих генов в тканевой теории связано с решением проблемы «конвергенции» опухолевых признаков в результате прогрессии.

Одно и то же решение удовлетворяет критериям двух разных концепций, которые, как показано в новой модели, связаны меж ду собой. Решение состоит в следующем: поскольку стволовые, клоногенные клетки выходят из-под контроля в результате нару шения тканевого гомеостаза, а они обладают унифицированными признаками, идентичными раковым клеткам, и лишены тканеспе цифических свойств, то это удовлетворяет, с одной стороны, критериям концепции «конвергенции», а с другой — достигается плейотропный эффект трансформации, т.е. появляется набор злокачественных признаков раковых клеток. Таким образом, в рамках тканевой модели решаются эти две проблемы, одна из ко торых была поставлена при открытии онкогенов как возможный механизм, объясняющий плейотропный эффект. Однако только в тканевой теории этот эффект получает рациональное объяснение.

Г Л VI МЕТАСТАЗИРОВАНИЕ ОПУХОЛИ 1. Молекулярные основы метастазирования клеток Исходя из общей картины постепенного выхода из строя тка невого гомеостаза, обнаруживаются промежуточные стабильные состояния опухолевой прогрессии, называемые доброкачествен ными опухолями. Теоретически можно представить следующие стадии развития опухоли. Первая ступень деградации связана с доброкачественным ростом опухоли, с сохранением до опреде ленной степени нормальной структуры ткани. Вторая ступень де градации тканевого гомеостаэа характеризуется разрушением тка невой структуры и потерей равновесия (баланса) между стволо выми и дифференцированными клетками. При этом нарушается обратная связь, т.е. контроль пролиферации. Таким образом, злокачественность опухоли зависит от стадии деградации ткане вой структуры, что коррелирует со степенью дедифференциров ки клеток, ее целостность определяет нормальное функциониро вание тканевого контроля. Можно сказать, что в данном случае структура тканевого гомеостаза определяет функцию контроля пролиферации.

Степень дифференцировки клеток определяет силу адгезии между ними и служит барьером для проникновения их в другие ткани, который при эмбрионализации клеток исчезает. Это связа но с исчезновением в результате дедифференцировки молекул адгезии на мембране, обусловливающих адгезию в дифференци рованных клетках. Иначе говоря, существует закономерная кор реляция между пролиферацией клетки, активизацией онкогенов, степенью дедифференцировки, исчезновением молекул адгезии на мембране и метастазированием.

Развитие опухоли принято характеризовать как неустойчивое равновесие между ней и организмом, которое в любой момент мо жет быть нарушено. Неустойчивость такого равновесия, согласно общепринятой точке зрения (Грех, 1971), зависит от ряда факто ров, среди которых наиболее изучены: злокачественность, прису щая опухоли, степень пассивности среды, в которой она развивает ся, и выраженность противоопухолевых защитных механизмов.

В тканевой теории этот вопрос получает иное решение: равно весие между опухолью и организмом ставится в зависимость от равновесия, имеющего место внутри опухоли между дифферен цированными и стволовыми клетками, которые представляют как бы два полюса полярности тканевой системы. Иначе говоря, рав новесие непосредственно зависит от стабильности тканевого гоме остаза, его структуры. Следовательно, взаимоотношение между опухолью и организмом можно описать как отношение между тканевым гомеостазом, находящимся в процессе разрушения, и теми влияниями, которые оказывает организм на него, а именно нагрузкой на тканевый гомеостаз, которая инициирует повышен ную пролиферацию.

Характерно, что низкодифференцированные мелкоклеточные формы рака (и особенно крайне анаплазированный их вариант) характеризуются чрезвычайно бурным метастазированием.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.