WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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 4 ] --

Согласно принятой точке зрения, способность к метастазирова нпю клетки приобретают не сразу, а постепенно, что соответствует представлению о последовательности 3 — 4 мутаций в онкогенах. С позиции тканевой теории потенциальная способность к метастази рованию стволовых клеток имеется изначально, что связывается со «злокачественным» фенотипом клоногенных низкодифференциро ванных клеток. Если выделить клетки из пролиферирующих узлов на начальной стадии канцерогенного воздействия и трансплантиро вать, то они проявляют типичный злокачественный рост. Однако при прекращении канцерогенного воздействия ткань нормализует ся, и опухоль не возникает. Становится ясно, что стволовые клетки обладают злокачественностью при изоляции, т.е. при нарушении тканевого контроля. С этих позиций потенциальная злокачествен ность стволовых клеток является обратной стороной их характери стик — клоногенности, аутокринного митоза, активных онкогенов.

Анализируя молекулярные основы метастазирования, М.Фель дман и Л.Эйзенбах (1989) подчеркивают, что главной проблемой в лечении рака остается метастазирование, которое заключается в том, что раковые клетки мигрируют по кровеносной и лимфатиче ской системе и дают начало новым опухолям в различных тканях.

Первые указания на то, что клетки одной и той же опухоли мо гут различаться по способности к образованию метастазов, были получены в 1970-х годах А.Фидлером и М.Крипке, работавшими в Национальном институте рака США (Фельдман, Эйзенбах, 1989).

Оказалось, что некоторые клоны образовывали гораздо больше ме тастазов, чем другие, а некоторые вообще не приводили к раку.

Поиск различий между метастазировавшими и неметастазиро вавшими клетками прошел несколько этапов. Вначале подозре ние пало на фермент коллагеназу типа IV, который «прогрыза ет» стенки кровеносных сосудов, осуществляя деградацию глав ного структурного компонента — коллагена IV. Однако выяви лось, что типы клонов, различающихся по метастазированию, ма ло чем различались по уровню синтеза коллагеназы.

Основная версия М.Фельдмана и Л.Эйзенбах состояла в том, что метастазирующие и неметастазирующие клетки в различной степени распознаются иммунной системой — Т-киллерами. Дан ная гипотеза учитывает разницу другой группы молекул, распо лагающихся на поверхности клеток и участвующих в обычном иммунном распознавании. Это так называемые молекулы главно го комплекса гистосовместимости МНС (от англ, major histocompatibility complex). Молекулы МНС — это гликопротеи ны, играющие роль отпечатков пальцев, поскольку их структура уникальна. Однако является ли этот фактор единственным? Что бы получить ответ, понадобилось сравнить количество метаста зов, возникающих у мышей с подавленной иммунной системой после трансплантации им клеток метастазирующих и неметаста зирующих клонов. Если соотношение различных молекул МНС является единственным фактором, определяющим способность к образованию метастазов, то количество метастазов в обоих случа ях должно быть одинаковым. Действительно, неметастазирующие клетки образовали метастазы в легких, однако метастазирующие клетки у тех же животных давали больше метастазов. Авторы сделали вывод, что потенциальная способность к метастазирова нию зависит еще от какого-то другого свойства клетки.

Поиск ответа перешел в другое русло: к исследованию про дуктов онкогенов. Так, онкогены туе в клетках карциномы при сутствовали в необычайно большом числе копий (до 60 копий на клетку), однако степень амплификации в метастазирующих и в неметастазирующих клетках оказалась близкой и поэтому не бы ла связана с различиями.

Другой онкоген, называемый fos, вызвал большой интерес. В не метастазирующих и в слабо метастазирующих клонах его экспрес сия наблюдалась, а в активно метастазирующих — нет. Выясни лось, что активность гена fos связана с изменениями молекул МНС.

При индуцировании созревания лейкозных клеток человека, так что они превращались в макрофаги, происходила экспрессия гена fos и вслед за этим на поверхности появлялись антигены МНС. Та ким образом, были установлены связи между экспрессией генов МНС, онкогенами fos и способностью клеток к образованию мета стазов. Однако авторы поставили задачу определить специфиче ские свойства метастазируюших клеток, не связанные с их иммуно генностью. И в конце концов это удалось. Нашелся неидентифици рованный ген, который экспрессируется преимущественно в мета стазирующих клонах карциномы 3LL и саркомы ТЮ.

С помощью ДНК-зонда, позволяющего выделить экспрессию онкогена fms, который кодирует расположенный на поверхности клетки рецептор фактора роста, стимулирующего созревание кле ток крови, было обнаружено, что этот ген кодирует белок более крупный, чем продукт онкогена fms, но близкий по структуре к не му. Может быть, неидентифицированный ген кодирует рецептор фактора роста? Исследование мембран метастазирующих клеток показало, что они действительно обладают биохимическими свойст вами, типичными для поверхностных рецепторов факторов роста.

В дальнейшем было показано, что в метастазирующих клетках экс прессируется ген, близкий к онкогену fms. Авторы предполагают, что этот ген кодирует рецептор фактора роста специально для ткани легкого. Становится понятным, почему одни клетки лучше, чем другие, образуют опухоли: они несут рецептор для фактора роста, что способствует их пролиферации. Учитывая, что клоногенные стволовые клетки обладают аутокринным митозом, наличие рецеп тора к означает автономность деления.

Таким образом, на основе длительных экспериментов авторы пришли к выводу, что степень метастазирования зависит от проли феративных (клоногенных) свойств клеток. Данная идея хорошо вписывется в тканевую модель, поскольку клоногенность клеток связана со степенью дифференцировки, низкодифференцирован ные клетки обладают высокой клоногенностью. В экспериментах было показано: при дифференцировке лейкозных клеток происхо дила экспрессия онкогена, характерного для зрелых клеток, и од новременно наблюдалось снижение метастазирующих свойств. Ус тановлена зависимость между активностью онкогена fms и наличи ем рецептора фактора роста. Следовательно, получило подтверж дение положение, согласно которому злокачественность определя ется пролиферативным потенциалом клетки, коррелирующим с низкой степенью дифференцировки, наблюдаемой у стволовых клеток, и наличием рецепторов к факторам роста.

Вывод о том, что злокачественность коррелирует с низкой степенью дифференцировки, подтверждают следующие данные.

Изучая клетки экспериментальных опухолей (спонтанный рак молочной железы у мышей), дававших метастазы и неметастази ровавших, Хайсман (1980) показал, что в клетках опухолей, дав ших метастазы, более выражен неспецифический синтез белка, т.е. синтез белка в свободных рибосомах (полирибосомах), пред назначенный для внутренних нужд клетки. В отличие от этого, в клетках неметастазировавших опухолей преобладал синтез белка, происходящий в связанных рибосомах и отражающий специфи ческую деятельность клетки (продукция антител, различного ро да секретов). Таким образом, данные подтверждают, что злока чественность выражена у низкодифференцированных клеток.

2. Нарушение адгезии у опухолевых клеток Установлено, что нарушение адгезии при злокачественной трансформации носит сложный характер (Терещенко, Кашулина, 1983). Отмечается, что снижение сцепленности между опухоле выми клетками сочетается у них с повышением способности при липать к чужеродному субстрату. Ряд авторов подчеркивает раз ницу между физико-химическими процессом, составляющим суть явления «адгезии» как связи между однородными клетками, и «прилипаемостью» — способностью фиксироваться к другим клеткам или структурам. Это обозначают соответственно как го мо- и гетерологическую адгезию, или когезию и адгезию (Winkelhake, Nicolson, 1976). Изменение адгезивности опухоле вых клеток в сторону уменьшения гомологического и повышения гетерологического компонентов становится одним из существен ных факторов, обеспечивающих диссементацию злокачественных элементов по организму (Терещенко, Кашулина, 1983). Высво бождение отдельных клеток из опухолевого узла предполагает ослабление их связей друг с другом, тогда как успех поступа тельного движения в окружающих тканях будет зависеть от спо собности устанавливать кратковременные контакты с прилежа щими образованиями, выполняющими в данном случае функцию опоры.

С нашей точки зрения, поскольку опухолевые клетки входят в контакт с разными тканями, то клетка должна либо обладать боль шим набором специфических свойств, либо не обладать специфи кой. В последнем случае это означает, что она должна быть недиф ференцированной. Учитывая другие данные, показывающие, что метастазирующие свойства характерны для низкодифференциро ванных клеток, можно заключить, что вывод сделан верно.

В качестве одной из причин разобщения в опухоли на протя жении многих лет рассматривается нарушение метаболизма каль ция. Однако имеются работы, в которых не обнаружена корреля ция между содержанием Са++ в опухолевой ткани и наличием ме тастазов.

Сопоставление метастазирующих и неметастазирующих опу холей выявило определенные различия, касающиеся структур, ответственных за образование межклеточных контактов, в част ности десмосом, количество которых меньше в опухолях, склон ных к метастазированию (Лейкина, 1970).

Делая заключение, И.Т.Терещенко и А.П.Кашулина (1983, с.144) пишут: «Таким образом, в основе ослабления межклеточных связей в опухолевом узле могут лежать различные механизмы, включающие, наряду с повреждениями структуры и функции поверхностных мемб ран, изменения состояния интерстициальной ткани».

Однако в перечисленных множественных проявлениях наруше ния адгезии необходимо найти то, которое интегрирует эти прояв ления в определенную систему, что является основанием. Наша концепция, вытекающая из тканевой модели, состоит в том, что раз личные проявления злокачественности имеют общую основу и яв ляются производными от прогрессирующего омоложения ткани в процессе опухолеобразования. Нормальные адгезивные свойства характерны для дифференцированных клеток, эмбрионализация же ткани приводит к снижению адгезивных свойств клеток. Это можно объяснить тем, что молекулы, осуществляющие функцию межклеточных контактов, синтезируются в процессе дифференци ровки, поэтому по мере созревания адгезивные свойства будут уве личиваться, а по мере эмбрионализации уменьшаться. В приведен ных работах отмечены отдельные проявления изменений адгезив ных свойств клеток, но необходимо выявить взаимосвязь между от дельными проявлениями. В тканевой концепции выявлена корре ляция между снижением адгезивных свойств и эмбрионализацией ткани. Данный процесс объединяет в одну систему различные при знаки опухолеобразования: изменение энергетического обмена, ис чезновение рецепторов и молекул адгезии, изменение спектра фер ментов и т.д. Данная закономерность опровергает положение тео рии Foulds о независимости развития опухолевых признаков в про цессе опухолевой прогрессии.

Повышение способности опухолевых клеток к установлению контактов с гетерогенными структурами в организме можно объяс нить эмбрионализацией клетки, в результате которой она становит ся дедифференцированной. Это изменение обозначают тенденцией к конвергенции, монотении опухолевых клеток в процессе прогрес сирующего омоложения. Отмечено, что для метастазирующих но вообразований характерно большее антигенное упрощение по срав нению с аналогичными неметастазирующими. L.L.Ghast и соавт.

(1981) показали снижение содержания гликокаликса и поверхност ных антигенов в клетках метастазов рака молочной железы челове ка животных по сравнению с первичными опухолями. Таким об разом, данные свидетельствуют о том, что изменение злокачествен ности опухолевых клеток напрямую коррелирует со степенью де дифференцировки клетки, поэтому она может не только повышать ся, но и снижаться, такое изменение злокачественности трудно объ яснить с позиции необратимых мутаций, поскольку они предпола гают изменение только в одну сторону.

3. Фибронектины Как было показано с позиции тканевой модели, адгезивные свойства опухолевых клеток изменяются в ходе прогрессирующего омоложения ткани при канцерогенном воздействии, т.е. закономер но уменьшается синтез белков и других молекул, осуществляющих функцию межклеточного контакта. Что это за молекулы, какова их молекулярная природа? Согласно Ричарду О. Хайнсу (1986), ста бильная и вместе с тем динамическая организация клеток обеспечи вается разнообразными гликопротеинами — белками с присоеди ненными к ним углеводными цепями. Эти белки связывают клетку с неклеточным матриксом. Лучше всего из гликопротеинов изучено семейство белков, называемых фибронектинами.

Молекулы фибронектина могут собираться в волокна (фиб риллы), связываться с клетками и прикреплять клетки к фиб риллам другого типа во внеклеточном матриксе. Фибронектин играет важную роль во внутренней организации клеток. Кроме того, благодаря своим адгезивным свойствам фибронектин явля ется одним из компонентов, участвующих в процессе свертыва ния крови и в обеспечении путей, по которым мигрируют клетки.

Первое указание на значение фибронектина в организации пове дения клеток было получено в 1973 г. при исследовании рака.

Р.О.Хайнс, занимаясь сравнением поверхностей опухолевых кле ток и нормальных клеток, «привязывал» к поверхностным клеточ ным белкам радиоактивную метку и затем анализировал белки с по мощью метода гель-электрофореза. Оказалось, что на поверхности нормальных клеток в большом количестве присутствует белок, ко торого совсем нет на поверхности опухолевых клеток. К.Ямада и А.Пастан со своими коллегами в Национальном институте рака (США), а также И.Али, работавший в Массачусетском технологи ческом институте, подтвердили значение фибронектина для клеточ ной адгезии. Оказалось, что, если к культивируемым опухолевым клеткам добавить фибронектин, выделенный из нормальных кле ток, адгезия резко улучшается. В обработанных фибронектином опухолевых клетках изменяется внутренняя структура. Форма клетки определяется цитоскелетом — внутриклеточным каркасом, образованным структурными и сократительными белками. В опу холевых клетках цитоскелет дезорганизован. Добавление фибро нектина приводит к восстановлению нормального высокоупорядо ченного распределения одного из основных элементов цитоскеле та — сети филаментов, состоящих из белка актина.

Как исчезновение фибронектина связать с проблемой рака?

Согласно Р.О.Хайнсу (1986), опухолевые клетки перестают син тезировать фибронектин или производят его значительно мень ше, чем нормальные. В свою очередь, уменьшение синтеза фиб ронектина влияет на трансмембранный комплекс — многомолеку лярную структуру, включающую ответственный за связывание с клеткой домен фибронектина. Нарушение в этом комплексе в связи с нехваткой определенного компонента приводит к появле нию особенностей, характерных для злокачественной трансфор мации: отсутствию наружного фибронектина, потере способности к адгезии и дезорганизации цитоскелета. Эти особенности, на блюдаемые in vitro, имеют отношение к нарушению механизма, регулирующего расположение клеток, и их перемещению. Могут ли все эти факты пролить свет на причину утраты фибронектина опухолевыми клетками? Как считает Р.О.Хайнс, ответ на этот вопрос мог бы раскрыть механизм рака. Согласно его точке зре ния, простейшее объяснение такой утраты состоит в том, что опу холевые клетки перестают синтезировать фибронектин. Однако с нашей точки зрения, остается невыясненной причина резкого снижения синтеза молекул фибронектина. Окончательный ответ на этот вопрос дает тканевая модель канцерогенеза: в процессе эмбрионализации ткани адгезивные свойства резко снижаются в результате того, что недифференцированные клетки не синтези руют фибронектины, как и другие адгезивные молекулы. Это ук ладывается в более общую закономерность изменения состава синтезируемых белков, часть из которых исчезает из клетки в ре зультате прогрессирующего омоложения.

4. Гликосфинголипиды Другим классом молекул, представляющих интерес с точки зрения молекулярных механизмов, определяющих поведение опухолевых клеток, являются Гликосфинголипиды. В последние годы стало известно, что они располагаются в клеточной мембра не и регулируют взаимодействия клетки с ее окружением.

Согласно Сен-Итиро Хакомори (1986), Гликосфинголипиды служат маркерами и таким образом участвуют в процессах узнава ния и контактов клеток. Экспрессия молекул на клеточной поверх ности изменяется при делении и дифференцировке клеток, что ука зывает на важную роль гликосфинголипидов в процессах роста и развития организма. Предполагаются два механизма их участия в регуляции роста клеток. Реагируя на плотность расположенных в непосредственной близости друг от друга клеток, гликосфинголи пиды могут стимулировать или подавлять деление клеток. С другой стороны, взаимодействуя с рецепторными белками на клеточной поверхности, они могут ингибировать ответ клеток на действие фак торов роста, находящихся в окружающей среде.

Эксперименты свидетельствуют об изменении количественного состава гликосфинголипидов в процессе канцерогенеза. Более 90% всех раковых заболеваний у людей начинается с перерожде ния эпителиальных клеток. Иммунохимический анализ глико сфинголипидов опухолевых клеток показал, что многие опухо леспецифические антигены представляют измененные формы ан тигенов групп крови.

Согласно исследованиям Т.Ямакава (1952) из Токийского университета, характер распределения ганглиозидов — важной группы гликосфинголипидов — связан с типом клетки и зависит от вида животных.

В лаборатории Сен-Итиро Хакомори было показано, что не которые гликосфинголипиды присутствуют на поверхности кле ток определенных типов только в течение коротких промежутков времени, отвечающих конкретным стадиям эмбрионального раз вития. Результаты позволили Хакомори предположить, что гли косфинголипиды имеют самое близкое отношение к механизмам деления и дифференцировки клеток.

Сложилось представление о двух аспектах участия сфинголипи дов в жизнедеятельности клеток. Они могут как модулировать ак тивность белков, находящихся на клеточной мембране, так и слу жить наряду с белками в качестве поверхностных маркеров, необ ходимых для межклеточных взаимодействий и их регуляции.

Рецепторные белки, находящиеся в плазматической мембране, часто выступают в роли важного звена цепи событий, которая приводит к митозу. Э.Бремер из лаборатории Хакомори в со трудничестве с Д.Буэн-Поупом, Э.Рэйне и Р.Россом из Вашинг тонского университета показали, что некоторые гликосфинголи пиды могут разрывать цепь событий, оказывая влияние на рецеп торы, и таким образом подавлять деление клеток.

Обычно клетки животных делятся путем митоза и пролифери руют только в присутствии факторов роста, которые связывают ся с рецепторами на клеточной мембране. После этого рецепторы вместе со связавшимися с ними молекулами факторов роста пере ходят внутрь клетки.

Э.Бремер обнаружил, что добавление гликосфинголипидов GM1 или GM3 к пролиферирующим клеткам останавливает их деление. Рецепторы клеток, пролиферация которых была оста новлена таким образом, хуже присоединяют фосфатную группу.

Эти эффекты специфичны для данного типа гликосфинголипида.

С.Хакомори (1986) считает, что функционирование рецептора за висит от его гликосфинголипидного окружения в составе мембра ны. Когда клетки трансформируются в некоторых видах злокаче ственных опухолей, они характеризуются резко сниженным со держанием GM3, а в других видах опухолей — пониженным со держанием GM1. Предполагается, что эти изменения коррелиру ют с потерей контроля над размножением клеток, который осу ществляется при участии гликосфинголипидов.

Как считают авторы, не всегда гликосфинголипиды связаны с подавлением деления и дифференцировки клеток. Исследования Й.Нагаи и его коллег из Токийского университета показали, что добавление другого сфинголипида GQlb к раковым эмбриональ ным клеткам нервной ткани, напротив, индуцирует образование зрелых нервных клеток. Согласно авторам, гликосфинголипиды участвуют в механизме пролиферации и дифференцировки, на правление которых они сами не определяют. С нашей точки зре ния, можно иначе интерпретировать эти данные: поскольку оста новка деления клеток сопряжена с повышением дифференциации клетки, то между данными, полученными ранее, и новым резуль татом нет противоречия.

Я.Фукуси и К.Абе из лаборатории Хакомори получили моно клональные антитела, избирательно взаимодействующие с эмбрио x нальными антигенами Le и Ley, которые имеют прямое отношение к гликосфинголипидам. К антителам присоединялась метка, вызы вающая окрашивание клеток, с которыми они связывались. Была x выявлена значительная экспрессия димерной формы Le в клетках эпителия желудка 35 —45-дневных эмбрионов, а у 100-дневных эм брионов этот антиген обнаруживался только в глубинных слоях эпителия пищевода и желудка. У новорожденных и взрослых анти ген «FH» практически исчезает.

Онкоэмбриональные антигены обнаружились примерно в рав ных количествах в раковых клетках и в нормальных клетках оп ределенных типов на некоторых кратковременных стадиях эмб риогенеза.

Антитела FH6 окрашивают эмбриональные ткани, но не окра шивают ткани желудочно-кишечного тракта взрослых. В то же время антитела FH6 вызывают специфическое интенсивное окра шивание клеток раковых опухолей пищевода и желудка.

Согласно Хакомори (1986), эти результаты являются весьма сильным подтверждением точки зрения, согласно которой рако вые клетки по своим свойствам похожи на недифференцирован ные клетки, характерные для ранних стадий эмбрионального раз вития. Этот вывод, с нашей точки зрения, имеет принципиальное значение, он получен на основе молекулярно-генетических дан ных и хорошо коррелирует с данными относительно подобия ра ковых и стволовых клоногенных клеток.

В нормальных тканях взрослых организмов также выявляются эмбриональные антигены, но они находятся в глубине ткани и в го раздо меньших количествах Такая ситуация хорошо укладывается в представление о функционировании стволовых клеток в тканях кишечника. Получается, что одним антигеном окрашиваются эмб риональные клетки, стволовые клетки зрелых тканей и опухолевые клетки. Этот тройной параллелизм является убедительным под тверждением положения тканевой модели о том, что раковые клет ки — это стволовые клетки, которые перешли к неконтролируемо му росту в результате нарушения тканевого контроля.

5. Топобиология тканей и нарушение адгезии при раке Адгезия клеток играет важную роль в формировании тканей и органов в процессе эмбриогенеза. При эмбриональном развитии происходит дифференцировка клеток, их сортировка в организо ванные скопления сходных клеток, транслокация клеток в окон чательно сформированные органы. Эти процессы зависят от спе цифического межклеточного узнавания и избирательной адгезии клеток (Хьюз, 1985).

Интегральный результат опухолеобразования связан с наруше нием формы, топологической структуры ткани в результате избы точного, неконтролируемого роста клеток. Очевидно, к проблеме опухолеобразования можно подойти с точки зрения нарушения контроля формообразования и структуры ткани, т.е. рак — это на рушение топобиологии ткани, т.е. пространственной организации ткани. Лауреат Нобелевской премии Дж.М.Эдельман (1984, 1989) предложил назвать направление эмбриологии и гистологии, изуча ющее взаимодействия, проходящие на поверхности клеток и осуще ствляющие регуляцию их жизнедеятельности, топобиологией. Ис следования этих проблем привели к открытию молекул клеточной адгезии — САМ (от англ, cell-adhesion molecules), которые пред ставляют собой белки, опосредующие взаимодействия клеток в за родыше. В адгезии клеток участвуют несколько семейств молекул.

Это молекулы адгезии к субстрату — SAM (от англ, substrate adhesion molecules), молекулы клеточных контактов — SJM (от англ, cell junctional molecules) и молекулы САМ.

САМ находятся на клеточной поверхности и опосредуют меж клеточные взаимодействия;

SAM секретируются в межклеточную среду, где входят в состав сложного матрикса, к которому клетки могут прикрепляться;

SJM участвуют в формировании сложных структур, соединяющих клетки в тканях, в частности так называ емых плотных контактах, щелевых контактах и адгезионных контактах. Почти все известные САМ взаимодействуют друг с другом по гемофильному механизму: САМ одной клетки связы вается с САМ того же типа соседней клетки.

Рассмотрим вначале генетический аспект эмбриогенеза, а за тем фенотипический и топобиологический. Любой орган взросло го организма образован специализированными тканями и выпол няет определенную задачу. В клетках проявляется лишь неболь шая часть генетического потенциала, имеющегося в оплодотво ренной яйцеклетке. За последнее время удалось идентифициро вать некоторые гены-регуляторы, принимающие участие в управ лении развитием (Геринг, 1985). В ходе развития эмбриона вре мя различных событий и пространственная организация должны быть точно отрегулированы. Такие гены были идентифицирова ны у прозрачных круглых червей Caenorhabditis elegans — эти гены включаются в определенные моменты дифференцировки.

В экспериментах на плодовой мушке Drosophila melanogaster было обнаружено, что многие гены, контролирующие пространст венную организацию, содержат один и тот же сегмент ДНК, кото рый был назван гомеобоксом. Гены этого сегмента регулируют ак тивность других генов. При трансляции гомеобокса образуется по липептид, который, как полагают, связывается с ДНК, в результа те чего соответствующие гены «включаются» или «выключаются».

Если в одной из групп эмбриональных клеток включается специфи ческий набор генов, эти клетки направляются по пути развития крыла;

активация иного набора генов формирует ноги и т.д. Гомео бокс выявлен у многих организмов — от червей до человека.

При образовании специализированных структур взрослого ор ганизма С.elegans в точно определенное время происходит раз ветвление клеточной родословной. Гены, изменяющие характер своей деятельности по достижении клетками определенной пози ции, получили название хроногенов. В результате анализа мута ций было выяснено, что функция хроногена lin-14 состоит в обеспечении дифференцировки клеток, образующих кутикулу, в результате чего клетки образуют кутикулу, характерную для взрослого организма. Сейчас известны многие другие хроногены, оказывающие влияние на дифференцировку клеточных линий.

В последнее время наблюдается прогресс в понимании дея тельности генов сегментации и гомеозисных генов. Каждая мута ция сегментации определенным образом влияет на упорядоченное разделение эмбриона на повторяющиеся сегменты. Одна из мута ций сегментации — мутация fushi tarazu, что по-японски означа ет «недостаточное число сегментов». У таких эмбрионов в опре деленных сегментах не хватает некоторых частей, и такие сегмен ты соединены с соседними сегментами.

В случае гомеозисных мутаций вместо одних частей тела раз виваются другие, расположенные в норме в иных сегментах. На месте глаз у них вырастают крылья, там, где должен быть хобо ток, развиваются ноги, вместо ног — антенны и т.д.

Все изученные гомеобоксы могут транслироваться в аминокис лотные последовательности, и поэтому предположили, что гомео бокс кодирует домен-фрагмент белковой молекулы (его назвали «гомеодомен»). Гены, содержащие гомеобокс, регулируют мно жество других генов, но тем не менее они должны как-то регули ровать самих себя. Выявление механизма регуляции регуляторов было еще одним достижением на пути идентификации факторов яйцеклетки, участвующих в определении позиционной информа ции. Согласно Герингу (1985), открытие гомеобокса у самых раз личных видов дает основание полагать, что механизмы, лежащие в основе развития, гораздо более универсальны.

Процессы эмбриогенеза очень сложны, они регулируются не только взаимодействием генов, но и сопутствующими эпигенети ческими событиями, которые не определяются непосредственно индивидуальными генами, Адгезию и дифференцировку можно назвать фенотипическим проявлением генетической детермина ции. Адгезия обусловлена молекулами белков, а белки кодируют ся генетически. Эти белки находятся на поверхности клеток и представляют собой гликопротеиды, т.е. белки с ковалентно при соединенными остатками Сахаров. Наиболее изученные из них — фибронектины — относятся к SAM.

На всех нейронах центральной и периферической нервной си стемы присутствуют молекулы клеточной адгезии (-МАК). Для уточнения вопроса, как влияет содержание МАК на агрессию клеток, были проведены эксперименты с искусственными липосо мами;

оказалось, что, когда липосомы содержали вдвое больше -МАК, скорость слипания возрастала в 30 с лишним раз. Та ким образом, варьирование содержания МАК на поверхности клетки и замена эмбриональной формы на взрослую могут суще ственно влиять на темп агрегации клеток. Регуляция количества МАК и смена их форм происходят плавно, поэтому возможны промежуточные состояния с различной эффективностью связыва ния клеток (Эдельман, 1984).

На основе изучения динамики синтеза МАК Эдельман (1984) показал, что экспрессия их проходит в динамике: распределение и количество МАК меняются как при первичных, так и при вто ричных индукциях. При превращении эпителия в мезенхиму МАК, по-видимому, исчезают с поверхности.

Мы подошли к главному вопросу, который связан с опухоле образованием. Находятся ли процессы межклеточной адгезии в регуляторной обратной связи с цитодифференцировкой и клеточ ным делением? Согласно Эдельману, это пока неизвестно. А между тем это принципиальный вопрос в свете проблемы про грессирующего омоложения при опухолеобразовании. С нашей точки зрения, имеющиеся факты позволяют дать положительный ответ на него, т.е. констатировать, что клеточная адгезия напря мую зависит от состояния молекул адгезии на мембране, а они зависят от эмбрионализации ткани. Так, Р.Брэкенбери, М.Грин берг и Дж.М.Эдельман показали, что -МАК исчезают из нерв ных клеток, трансформированных вирусом (Эдельман, 1984).

Фибронектины, относящиеся к SAM при невирусных формах ра ка, постепенно исчезают с поверхности опухолевых клеток (Фул тон, 1987;

Хайнс, 1986). Накопились многочисленные данные, показывающие, что прогрессирующее омоложение ткани при кан церогенезе приводит к резкому сужению спектра синтезируемых белков (ряд белков исчезает) и количественному уменьшению их содержания, что сближает трансформированные клетки с эмбри ональными клетками (Ходосова, 1988), с позиции тканевой моде ли это получает объяснение, поскольку источником опухолевых клеток являются стволовые клетки.

Для объяснения связи тканеспецифических белков и молекул адгезии Эдельман предложил морфорегуляторную гипотезу. Со гласно этой гипотезе, клетки управляются механохимическими циклами экспрессии САМ и окружающими SAM. Экспрессия этих генов определяет форму клеток и их реакцию на внешние сигналы, регулируя образование групп клеток, обменивающихся между собой сигналами, и влияет на другие гены тканеспецифи ческих белков. Согласно концепции Эдельмана, механохимиче ские силы, создающие группы клеток, регулируются взаимодей ствием клеточных поверхностей. Образование таких групп кле ток сопровождается изменением сигналов, подаваемых клеткам, и их уровня дифференцировки. Такое влияние со стороны САМ и SAM должно играть важнейшую роль в формообразовании жи вого организма и в пространственной организации тканей.

Значительным открытием является обнаружение структурной гомологии между N-CAM и молекулами антител. На основании обнаруженной закономерности в 1969 году Эдельман сформули ровал «доменную» гипотезу. В дальнейшем гипотеза полностью подтвердилась. Обнаружились новые члены постулированной им группы родственных молекул, названной суперсемейством имму ноглобулинов: рецепторы факторов роста и антигены тканевой совместимости. Эдельман предположил, что вся адаптивная им мунная система, характеризующаяся наличием суперсемейства иммуноглобулинов, возникла из более древней системы клеточ ной адгезии. В качестве основания он приводит тот факт, что адаптивная иммунная система есть лишь у позвоночных, т.е. сло жилась на поздних этапах эволюции, а система клеточной адге зии распространена гораздо шире.

Мы касаемся не всех проблем и деталей, поскольку нас интере сует проблема под определенным углом зрения: как изменяется ад гезия клеток в процессе опухолеобразования и какую роль в этом играет эмбрионализация тканей? Морфорегуляторная гипотеза Эдельмана хорошо дополняет и конкретизирует тканевую модель канцерогенеза. И наоборот, тканевая теория дополняет и конкрети зирует морфорегуляторную гипотезу Эдельмана, в частности уточ няет, каким образом связана межклеточная адгезия с цитодиффе ренцировкой и клеточным делением. Согласно данным других ав торов (Хайнс, 1986;

Фултон, 1987), фибронектины, относящиеся к SAM, в опухолевых клетках резко уменьшаются и исчезают с по верхности. Следовательно, с позиции тканевой теории снижение количества молекул адгезии в результате эмбрионализации ткани должно привести к нарушению адгезивных свойств трансформиро ванных клеток, что и наблюдается при опухолеобразовании. Эта картина дополняется и такими данными, что замена эмбриональной формы МАК на взрослую усиливает агрегацию клеток. Следова тельно, процесс прогрессирующей эмбрионализации клеток приве дет к ухудшению адгезионных свойств.

С позиции тканевой модели опухолеобразования возникает простое объяснение закономерности изменений адгезионных свойств опухолевых клеток. Поскольку форма, структура ткани определяется состоянием клеточной поверхности (ведущую роль в этом играют молекулы клеточной адгезии), а повышенная, ус коренная пролиферация вызывает прогрессирующее омоложение, эмбрионализацию ткани, то в том месте, где происходит стимуля ция пролиферации, клетки постепенно будут терять молекулы адгезии. На каком-то этапе прогрессирующей эмбрионализации возникает потеря контроля над формой: появляются выпячива ния (папилломатоз, полипоз) и разрастания, переходящие при дальнейшей прогрессии в инвазивный рост и метастазирование.

Как известно, чем ниже степень дифференцировки клеток (что коррелирует с высокой пролиферативной активностью, клоноген ностью), тем выше злокачественность.

Таким образом, имеются две взаимосвязанные системы конт роля постоянства ткани: 1) тканевый гомеостаз и 2) топобиологи ческие, адгезионные свойства, которые определяют межклеточ ные контакты, сцепленность клеток, что связано с состоянием молекул адгезии на поверхности мембран. Длительная хрониче ская пролиферация постепенно нарушает и первую, и вторую си стемы. Можно сказать, на пути опухолеобразования стоят две преграды, которые преодолеваются в ходе прогрессирующего омоложения, вызванного длительной избыточной пролифера цией. Следует отметить, что не только белки мембран, осуществ ляющие функции адгезии, исчезают при опухолеобразовании, но и другие белки также изменяются в количественном и качествен ном отношении (Ходосова, 1988).

С нашей точки зрения, изменение спектра синтезируемых бел ков в опухолевых клетках связано не с генетическими поврежде ниями онкогенов, что предполагается в теории онкогена, а явля ется следствием прогрессирующего омоложения ткани. Это поло жение можно аргументировать тем, что прогрессирующее омоло жение свойственно не только опухолеобразованию, но и длитель ным регенераторным процессам, связанным с различными по вреждениями ткани.

6. Факторы метастазирования и проблемы гетерогенности опухолевых клонов Факторы, стимулирующие пролиферацию, которые вызывают трансформацию, определяют также и характер метастазирования опухоли. Основным механизмом действия половых гормонов на развитие рака, как считают многие авторы, является их митоген ный эффект (Терещенко, Кашулина, 1983). Бурная пролифера ция опухолевых клеток, в основе которой лежит избыточный уровень половых стероидов, служит одной из предпосылок инва зивного роста первичной опухоли.

В тканевой теории эти проблемы получают новое освещение, поскольку рассматриваются не в контексте «гормон — клетка», а в системе «гормон — тканевый гомеостаз». В этом контексте свя зей ткань рассматривается как саморегулирующаяся относитель но автономная система, находящаяся в системе регуляции орга низма. Поэтому независимо от природы канцерогенных факторов результат воздействия на ткань проявляется в виде того или ино го уровня функциональной нагрузки, определяющей пролифера тивный режим ткани. Ответные реакции ткани на изменения внешних воздействий более однотипны, чем характер воздейст вия различных канцерогенных факторов. При этом эндогенное канцерогенное воздействие функционального характера осущест вляется через те связи, которые действуют также и в норме. Сле довательно, канцерогенные воздействия, которые явились причи ной опухолеобразования, сохраняют свое канцерогенное действие на стадии прогрессии опухоли вплоть до злокачественной фазы.

Что касается влияния иммунитета, то многие авторы констати руют иммунологическую несостоятельность организма при раке, что способствует диссеминтации опухоли. Под иммунологической несостоятельностью понимают не только недостаточный уровень иммунных реакций организма, но и способность опухолевых кле ток «ускользать» от их повреждающего действия. В большей мере такой возможностью обладают слабоантигенные анаплазированные элементы опухоли. Хотя иммунологическая несостоятельность при раке и признается многими авторами, однако в теоретическом плане проблема до конца не решена. В тканевой модели эта проблема по лучает новое освещение и решение. Поскольку из-под контроля вы ходят стволовые клоногенные клетки, которые обеспечивают в нор ме тканевое воспроизводство, то проблема их чужеродности в отно шении иммунитета снимается. С позиции новой модели тканевый контроль осуществляет функцию контроля пролиферации, кото рую раньше связывали с иммунной системой. Следовательно, нару шение контроля деления клеток связано с состоянием тканевой сис темы, а не вызвано мутацией онкогенов.

Распространенной точкой зрения является представление, со гласно которому опухолевая прогрессия отражает постоянную ка риотипическую изменчивость популяции опухолевых клеток и по явление в пределах опухоли субпопуляции с новыми фенотипиче скими свойствами (Лобко, Порубова, 1989). Исходя из нового по нимания механизма трансформации, согласно тканевому подходу, опухолевая прогрессия представляет собой процесс прогрессирую щей эмбрионализации, в результате которой нарушается тканевый контроль, а стволовые и коммитированные клетки переходят к зло качественному росту. Степень злокачественности клетки определя ется степенью клоногенности или пролиферативным потенциалом, который максимален у стволовых и минимален у дифференциро ванных клеток. По мере дифференцировки опухолевых клеток их злокачественность исчезает у дифференцированных форм.

Первые убедительные доказательства гетерогенности популя ций опухолевых клеток в отношении метастатических потенций бы ли представлены в работах Fidler и Kripke (1977). Авторы пришли к заключению, что в пределах первичной опухоли предсуществуют субпопуляции опухолевых клеток с различным метастатическим потенциалом. Метастатическая гетерогенность клеток первичных опухолей была затем подтверждена во многих экспериментах.

Как считают Fidler, Poste (1985), для возникновения метаста тической гетерогенности в популяции опухолевых клеток не тре буется длительного латентного периода. Создается впечатление, что гетерогенность клонов имеется в ткани еще до канцерогенно го воздействия. Это предположение можно корректно обосновать тем, что при изоляции и трансплантации стволовые клетки про являют злокачественный рост в силу имманентных свойств.

Процесс метастазирования начинается с локальной инвазии стромы хозяина клетками первичной опухоли. Процесс может происходить под действием механического давления, в результа те повышения подвижности опухолевых клеток либо вследствие продукции опухолевыми клетками специфических белков, нару шающих строму опухоли.

Усиленное прорастание в опухоль кровеносных сосудов обычно способствует процессу метастазирования. Стимуляция роста сосу дов происходит, очевидно, согласно тому же механизму, который обеспечивает их рост в норме. Для кровеносных сосудов опухоль — это дополнительная масса клеток, которая требует снабжения кровью и поэтому роста дополнительных сосудов. Очевидно, суще ствует определенное соответствие между клеточной массой и разви тием кровеносных сосудов. Нарушение такого соответствия форми рует сигнал, стимулирующий развитие сосудов.

Как проверить, какая из концепций относительно наличия в опухоли клеток с различным потенциалом метастазирования вер на? Если верна мутационная концепция, то выделенные клетки с большой метастатической потенцией и клетки с низкой потенцией должны давать клоны с теми же признаками, как это следует из клонально-селекционной концепции рака. Если же верна ткане вая модель, то каждая стволовая клетка создает клон, в котором клетки различаются степенью дифференцировки, что проявится в их различной метастатической способности. Согласно имею щимся фактам, опухолевые клетки не теряют способности к диф ференцировке (Белоусова, 1993;

Швембергер, 1987).

Клетки колоний эмбриональных фибробластов, трансформи рованные in vitro вирусом саркомы мышей, вводили внутривенно мышам сингенной линии (Fidler, Poste, 1985). Установлено, что исследованные линии образуют различное количество фокусов в легких. Затем клоны из двух колоний (с низким и высоким мета статическим потенциалом) были реклонированы, и их метастати ческие возможности были исследованы. Оказалось, что каждый из исследованных клонов давал гетерогенную картину по количе ству фокусов в легких. Причем клоны с высокими метастатиче скими потенциями проявили большую вариабельность, чем слабо метастазирующие клоны. Авторы делают вывод, что, несмотря на уницеллюлярное происхождение трансформированных клонов, каждый клон уже содержит субпопуляции клеток с различными метастатическими свойствами. Таким образом, результаты иссле дований подтвердили выводы, сделанные на основании тканевой модели, и разрушили представления, сделанные на основании мутационной гипотезы.

Показано, что через 24 часа после попадания клеток в кровь только 1% из них сохраняет жизнеспособность, и только 0,1% об наруживает способность давать метастазы (Fidler, 1970). Очевид но, это. можно объяснить тем, что такое процентное содержание соответствует количеству активизированных стволовых клеток в ткани, поскольку именно стволовые клетки являются источником раковых при трансформации.

В настоящее время метастазирование рассматривается как многоступенчатый процесс. Выделяются последовательные эта пы: 1) местная инвазия опухоли;

2) разрушение внеклеточного матрикса протеазами;

3) передвижение опухолевых клеток в из мененном внеклеточном матриксе. Обнаружена система регуля ции активности протеолитических ферментов, затрагивающая синтез и выделение ферментов из клеток.

Широко распространена гипотеза о положительной корреляции между показателями нестабильности генома, мутациями и злокаче ственностью. Выше мы попытались показать, что злокачествен ность опухолевых клеток имеет другую основу, связанную со свой ствами стволовых клеток. Еще одним доводом, подкрепляющим на шу позицию, служат данные (Кравцов и др., 1990), которые позво лили авторам утверждать, что связь между злокачественностью и некоторыми показателями нестабильности генома не является обя зательно положительной. Высказывается предположение, что, воз можно, чрезмерно высокие частоты генетической изменчивости приводят к снижению жизнеспособности клеток и как следствие этого — к снижению их способности метастазировать.

Таким образом, в понимание процесса метастазирования ткане вая теория вносит ряд принципиально новых положений: 1) она ме няет представление о природе злокачественных клеток, показывая, что злокачественность обусловлена не мутациями, а клоногенно стью стволовых и коммитированных клеток, обладающих активи зированными онкогенами, при нарушении тканевой регуляции;

2) новую трактовку получает проблема нарушения адгезии опухоле вых клеток, что связывается со снижением дифференцированности клеток в результате эмбрионализации ткани при ускоренной проли ферации и снижением синтеза молекул адгезии;

3) новое освещение получила проблема гетерогенности клонов с различными потенция ми к метастазированию, она связывается со структурой дифферона и степенью дифференцированности клеток клона.

7. Дедифференцировка и изменение ферментативного спектра при раке Тканевая модель исходит из того, что основные составляющие факторы и проявления канцерогенеза в начальной стадии носят неспецифический характер. Однотипный характер изменения ферментов в ответ на воздействие различными канцерогенами, сходство этих изменений с таковыми при воздействии неканцеро генными изомерами свидетельствуют о том, что специфичность определяется особенностями реагирования ткани, а не особенно стями химического агента (Колосова, 1976).

При рассмотрении изменений активности ферментов в опухо лях привлекает внимание тот факт, что имеются упорядоченные изменения, повторяющиеся, как правило, в разных опухолях и коррелирующие со скоростью роста опухоли. К последним мож но отнести черты дедифференцировки, появление эмбриональ ных белков и сдвиг изозимных спектров ряда ферментов в сторо ну состава, характерного для эмбриональной ткани.

На ранних стадиях гепатоканцерогенеза изменения активно сти ферментов, регистрируемые при анализе целого гомогената печени, заключаются в снижении уровней активности тканеспе цифических ферментов и появлении изозимов, характерных для эмбриональной печени. При введении крысам гепатоканцероге нов (ДАВ, 3-МЕ-ДАБ, ДЭНА, афлатоксина В) в печени отмече но падение активности тканеспецифических ферментов (глкжозо 6-фосфатазы, глюкокиназы, аргиназы, пируваткиназы L) и уве личение активности эмбрионального изозима пируваткиназы (К), а также ГК, преобладание которой по сравнению с глюкокиназой характерно для низкодифференцированных гепатом и эмбрио нальной печени (Салямон, 1974;

Кильдема, 1978;

Yanagi et al., 1984). С позиции тканевой теории рака эти явления можно объ яснить репопуляцией клеточного состава ткани, в результате чего он обновляется и омолаживается.

В результате повреждения гепатоцитов токсическими метабо литами канцерогенов происходит частичная гибель дифференци рованных клеток и их замена обновленными гепатоцитами, воз никающими вследствие овальноклеточной пролиферации (Ogawa et al., 1974a, 1974b и др.).

При скармливании крысам диеты, содержащей 0,06% 3-МЕ ДАБ, самыми ранними изменениями в составе клеток печени бы ла дегенерация предсуществующих дифференцированных гепато цитов, которые заменялись клетками овальноклеточных проли фератов, через 11 недель исходные гепатоциты были почти пол ностью заменены обновленными, при этом наиболее резкое паде ние активности глюкозо-6-фосфатазы в гомогенате печени прихо дилось на первые 2 — 3 недели опыта, когда происходили дегене рации исходных гепатоцитов;

параллельно с овальноклеточной пролиферацией наблюдалось увеличение в печени активности эм брионального изозима альдолазы (A) (Iwasaki et al., 1972;

Ogawa et al., 1974a, 1974b).

Регистрируемые в гомогенате ткани печени крыс снижение ак тивности ферментов, специфичных для дифференцированных ге патоцитов (аргиназа, глюко-б-фосфатаза, альдолаза В), и увеличе ние активности фермента (альдолаза А), характерного для низко дифференцированных клеток печени, после воздействия как канце рогеном, так и его неканцерогенным аналогом свидетельствуют о независимости наблюдаемых изменений от канцерогенных свойств агентов. Одной из причин этого явления, согласно И.А.Ходосовой (1988), могут быть вызванные повреждающим действием агентов дегенеративные изменения дифференцированных гепатоцитов и увеличение доли низкодифференцированных клеток. Однонаправ ленность выявленных морфологических и биохимических измене ний отражает снижение уровня дифференцированности ткани.

Наблюдаемые на ранних стадиях гепатоканцерогенеза измене ния активности маркерных ферментов являются обратимыми.

Более или менее стабильные изменения наблюдаются в энзимоде фицитных областях, гиперпластических очагах или узелках, по являющихся через достаточно отдаленное время после начала хронического введения животным канцерогенов (Farber, 1976).

Клетки большей части гиперпластических узелков со време нем подвергаются дифференцировке и становятся неотличимыми от нормальных гепатоцитов. Важно отметить, что в то же время имеются работы, в которых доказывается образование гепатокар цином из части узелков (Roomi et al., 1985). Если рассматривать зти данные с позиции традиционного подхода, то из двух выше приведенных положений надо исключить одно: либо справедлива первая точка зрения, согласно которой гиперпластические узелки способны нормализоваться, если снять канцерогенное воздейст вие, и поэтому не имеют отношения к канцерогенезу, основанно му на мутациях, либо надо признать вторую точку зрения, т.е.

что из узелков формируется опухоль. В рамках тканевой теории такого противоречия не возникает: справедливы и первая, и вто рая точка зрения, все зависит от уровня канцерогенного профи ля, от фазы продвинутое™ опухолеобразования. Первая фаза канцерогенеза обратима, поэтому прекращение канцерогенного воздействия приводит к нормализации — опухолевой регрессии.

Если же канцерогенное воздействие не прекращается, то опухо левый процесс приобретает спонтанность, неконтролируемый рост. Отметим, что положение об обратимости опухолеобразова ния в начальной фазе имеет клиническое значение: опухоль мож но лечить путем устранения (нейтрализации) источника повы шенной пролиферации. Один из аспектов клинического значения тканевой теории заключается в том, что она конкретизирует при роду канцерогенного фактора, выявляя «эквивалент» (т.е. общий знаменатель) канцерогенного воздействия.

В процессе канцерогенного воздействия происходит изменение реагирования на гормональную регуляцию, появляется сходство с таковой в эмбриональных тканях. В ряде случаев это выражается в нечувствительности к гормонам тканей взрослого организма.

С нашей точки зрения, потерю способности опухоли реагиро вать на гормоны можно объяснить следующим образом. Необхо димо принять во внимание, что рецепторы к гормонам синтезиру ются дифференцированными клетками, поэтому омоложение кле ток приведет вначале к частичной, а затем к полной потере ре цепторов и, как следствие, потере чувствительности к гормональ ной регуляции. Отметим, что данный механизм не представляет генетических нарушений ДНК.

На основании изучения изменений активности ферментов и изозимного состава в опухолях был сделан вывод о происходя щей в ходе малигнизации дисдифференцировке клеток. На осно ве этих фактов была создана концепция, рассматривающая рак как болезнь дифференцировки (Фель, Швембергер, 1968;

Ашма рин и др., 1972;

Markert, 1968;

Sugimura et al., 1972).

Таким образом, тканевая теория — это иной «архитектур ный» принцип механизма трансформации, включающий в себя основные конструктивные подходы, она интегрирует их в единую теорию, в которой находит место как идея молекулярно-генетиче ского подхода, связывающая рак с ненормальной активизацией онкогенов, так и идея, основанная на нарушении дифференци ровки клеток, эпигенетические модели и другие концепции.

8. Теория лейкоза Считается, что 60 — 90% злокачественных новообразований у людей обусловлены влиянием факторов окружающей среды. Од ним из сильнейших факторов, вызывающих лейкоз, является ра диация. Онкогенный эффект лучевого воздействия общепризнан.

Его считают этиологическим фактором в увеличении новообразо ваний разной локализации — гемобластозов и рака кожи у рабо тающих с -облучением, рака легкого у шахтеров урановых и других рудников, остеосарком при работе с радием, лимфом при действии урана. Взрыв атомной бомбы в Хиросиме привел к ши рокому распространению лейкозов и привлек внимание обще ственности к этому виду рака крови. Такая же трагедия про изошла в Чернобыле и ряде других мест.

Рак крови начинается с симптомов, кажущихся безобидными:

катаральные поражения слизистых оболочек, кровоточивость, не значительное повышение температуры, утомляемость, малокровие.

Особое место занимают острые лейкозы — наименее излечимые он кологические заболевания, поражающие кроветворную систему.

Частота возникновения острых лейкозов во всем мире растет.

По мнению Л.А.Стрелкова (1992), на сегодня нет полной, окончательной концепции, объясняющей возникновение и разви тие лейкозного процесса.

При лейкозе в кровь попадают молодые незрелые или частично недифференцированные лейкоциты, недифференцированные гра нулоциты, моноциты или клетки — предшественники эритроцитов.

Имеется несколько видов лейкоза: миелоидный, лимфоидный, мо ноцитарный лейкоз и лейкоз плазматических клеток. Считается, что форма лейкоза определяется тем, в каких форменных элемен тах развивается патология. Согласно точке зрения Балажа (1987), лейкоз возникает вследствие патологической пролиферации клеток костного мозга — самого важного органа кроветворения.

Хронический лейкоз характеризуется тем, что в крови одновре менно появляются клетки почти на всех стадиях созревания. Так, при хроническом миелоидном лейкозе в крови обнаруживаются ми елобласты, промиелоциты, миелоциты, метамиелоциты и грануло циты. Различают две формы лейкоза — острую и хроническую.

При острой форме в крови и костном мозге появляется большое ко личество молодых бластов. Это могут быть миелобласты, тогда это определяется как острый миелоидный лейкоз, лимфобласты — ост рый лимфоидный лейкоз, моноцитобласты и т.д. Остальные клетки крови представляют зрелые формы. Для хронического лейкоза ха рактерно медленное появление в крови клеточных форм всех степе ней зрелости. В крови такого больного можно обнаружить миело бласты, промиелоциты, миелоциты, метамиелоциты и дифферен цированные конечные клетки — гранулоциты.

Чтобы разобраться в механизме лейкоза, необходимо проана лизировать теоретические основы нарушения гомеостатических систем. Защитно-приспособительные реакции органов и тканей организма, обеспечивающие постоянство их функций, сформиро вались в процессе эволюции. На тканевом уровне таким механиз мом неспецифической защиты является тканевый гомеостаз. При избыточных длительных патогенных, канцерогенных или функ циональных воздействиях, превышающих норму «изнашиваемо сти клеток», в ткани развивается компенсаторный процесс в виде регенерации внутриклеточных структур либо усиления пролифе рации клеток. Таким образом, канцерогенное воздействие вызы вает повышенную пролиферацию клеток, биологический смысл которой состоит в компенсации отмирающих клеток.

Рассмотрим, как развивается лейкоз при воздействии радиа ции и бензола. При длительном воздействии радиации и бензола (Захаров и др., 1990) через несколько лет от начала воздействия наблюдаются признаки гипопластического состояния кроветвор ной ткани, проявляющиеся в умеренной цитопении в сочетании с компенсаторным напряжением в системе крови. При более интен сивном хроническом лучевом воздействии (ЛВ) и воздействии бензола (ВБ) развивается выраженная гипоплазия костного моз га и стойкая цитопения в крови.

При хроническом воздействии бензола отмечается уменьшение доли зрелых и дозревающих клеток — палочко- и сегментоядер ных нейтрофилов, полихромофильных и оксифильных нормо бластов — и относительное увеличение молодых форм — мие лобластов, промиелоцитов, миелоцитов, проэритробластов, базо фильных и полихромных эритробластов (Фраш, 1972). По мне нию В.Н.Захарова и др. (1990), обнаруженные изменения в со зревании кроветворных клеток, по-видимому, имеют определен ное значение в развитии нарушений кроветворения, обусловлен ных длительным Л В и ВБ.

Рассмотрим развитие лейкоза с иных позиций — не как ре зультат мутаций стволовой кроветворной клетки, а как результат нарушения саморегулирующейся гомеостатической системы с об ратной связью. В последние годы появились новые направления исследования динамических систем, где используется аппарат те ории динамических систем. В ряде работ система крови рассмат ривается как сложный осциллятор (Егармин, 1982;

Morleyetal, 1970;

Kazarinoff, Driesche, 1979), причем параметры осцилля ции — размах и частота — отражают качество регулирования си стем. Показано, что начальные стадии угнетения пролиферации в костном мозге при введении цитостатиков сопровождаются уве личением осцилляции, т.е. размаха колебаний нейтрофилов. В период выраженной депрессии костного мозга средний уровень нейтрофилов и размах их колебаний уменьшаются.

Согласно Л.Глассу и М.Мэки (1991), подход к заболеваниям кроветворения с позиции циклического функционирования по зволяет выявить новые аспекты развивающейся патологии. При многих заболеваниях нормальная организация нарушается и за меняется аномальной динамикой. Заболевания, в основе которых лежит нарушение ритмического характера, Л.Гласе и М.Мэки (1991) предложили назвать динамическими болезнями. Во мно гих клинических ситуациях, в которых встречается аномальная динамика, ей предшествуют патологические структурные наруше ния и изменения параметров физиологического регулирования.

Исследования клеточного цикла и систем регуляции содержа ния клеток в крови привели к ряду предположений. Клиниче ские данные и изучение динамики систем с обратной связью в ре гуляции гемопоэза привели к выводу, что у пациентов с заболе ваниями крови можно ожидать появления колебаний и хаотиче ской динамики. В исследованиях периодического гемопоэза (цик лической нейтропении) Mackey (1973) установил связь динами ческих изменений, обнаруживаемых в популяциях кровяных кле ток у больных, с бифуркацией в динамическом поведении попу ляции полипотентных стволовых клеток (ППСК), предсказав пе риод колебаний, а также ряд других характеристик. Им была высказана гипотеза о том, что бифуркация возникает в результа те аномальной гибели клеток во время пролиферативной фазы в популяции ППСК. Эта гипотеза была подтверждена. Полагают, что больные с апластической анемией страдают этой патологией и у некоторых возникают колебания в численности стволовых клеток и более зрелых гемопоэтических клеток во время восста новления. Установлено, что у пациентов с заболеваниями крови часто возникает цикличность. В отсутствие терапии у больных с ХМЛ обнаруживается заметное колебание уровней белых кровя ных клеток. Тот факт, что цикличность может быть либо регу чярной, либо хаотической, осложняет лечение.

Как известно, лечение лейкозов не всегда приносит успех.

Как считают Л. Гласе и М.Мэки (1991, с.196), «некоторые паци енты умирают из-за того, что подверглись терапии, гораздо ско рее, чем если бы их оставили в покое, в то время как у других жизнь продлевается». Возникает необходимость в использовании подходов нелинейной динамики в терапии лейкозов. Например, один из выводов состоит в том, что у больных с гипоплазией ко стного мозга различного происхождения чем больше снижать по требность в продуцировании дифференцированных клеток попу ляции ППСК, тем более выгодным это оказывается для восста новления ППСК и их костномозговых потомков. Иными слова ми, снижение пролиферативной нагрузки способствует нормали зации тканевого гомеостаза.

Рассмотрим кратко систему крови с позиции воспроизводства тканевого гомеостаза. Кровь содержит разные типы клеток, выпол няющие функции транспорта кислорода, выработку антител и дру гие функции. Время существования у всех клеток ограничен, но, поэтому их воспроизводство осуществляется за счет общей стволо вой клетки. Гемопоэтическая, или кроветворная, стволовая клетка является плюрипотентной, т.е. дает начало всем типам терминально дифференцированных клеток. Красные кровяные клетки — эрит роциты — переносят гемоглобин. Белые кровяные клетки — лейко циты — борются с инфекциями, осуществляют санитарную функ цию Тромбоциты регулируют свертывание крови, помогают вос станавливать поврежденные участки кровеносных сосудов. Различ ные клетки крови образуются в различных количествах, и образо вание каждого их типа регулируется отдельно в соответствии с по требностями. Из этого следует, что в гемопоэзе действуют сложные управляющие механизмы. Клетки всех типов для замены погибших должны создаваться с нужными скоростями. Когда клетка диффе ренцировалась как эритроцит, гранулоцит и т.д., обратный путь для нее закрыт: состояние дифференцировки необратимо (Албертс и др., 1987). Как же происходит регуляция нужных количеств кле ток? Недостаток эритроцитов после каких-либо повреждений по буждает клетки почек к синтезу эритропоэтина, а избыток эритро цитов снижает секрецию гормона. Поскольку поступление в кровь новых эритроцитов происходит через один-два дня после повыше ния уровня эритропоэтина, то, очевидно, он действует на очень близких предшественников зрелых эритроцитов. Клетки эритроид ного ряда, путь дифференцировки которых определился, должны пройти несколько последовательных циклов деления, во время ко торых они становятся все более и более чувствительными к эритро поэтину. Помимо эритропоэтина существует ряд аналогичных гор монов, вырабатываемых в ответ на возникающую потребность в лейкоцитах разного рода. Очевидно, для каждого вида коммитиро ванных клеток-предшественниц нужен специфический гликопроте иновый фактор, действие которого определяет размножение пред шественников и продуцирование дифференцированного потомства (Албертс и др., 1987). Данные позволяют предполагать, что в про цессе развития общего предшественника гранулоцитов и макрофа гов имеется стадия, на которой осуществляется выбор одного из двух направлений более узкой специализации и этот выбор опреде ляется концентрацией особого фактора (granulayte/maurphage colony-stimulating factor, GM-CSF) в среде.

Согласно Л.Глассу и М.Мэки, гормональное регулирование гомеостаза нейтрофилов происходит на уровне между циркули рующей нейтрофильной массой и миелоидными стволовыми клетками. Уменьшение числа циркулирующих нейтрофилов при водит к образованию и высвобождению гормона гранулопоэтина, который действует на популяцию стволовых клеток, увеличивая пролиферацию и поток клеток в популяцию предшественников миелоцитов. Математическая модель, которая отражает динамику такой системы, учитывает корреляцию между скоростью распада клеток и скоростью их образования, а также варианты значений параметров, при которых достигается устойчивость.

Однако математические модели динамики системы крови — это все же не сама теория лейкозов, а лишь определенный ас пект, срез качественного явления, биологическая сущность кото рого сформулирована специалистами, занимающимися природой рака крови. Появление таких моделей позволяет по-новому по дойти к природе рака и убеждает, что механизм канцерогенеза реализуется не в отдельной клетке, а представляет собой наруше ние тканевой системы регуляции гомеостаза. Причина нарушения контроля пролиферации не связана прямым образом с мутациями онкогенов или иными необратимыми изменениями генома. Даже в случае наследственных генетических дефектов лейкозогенез ре ализуется по схеме, описываемой тканевой теорией, где мутации выполняют роль неспецифических факторов, усиливающих про лиферативный режим тканевого гомеостаза.

Существуют ли объективные критерии, на основании которых можно обосновать, что механизм лейкоэогенеза развивается со гласно тканевой модели? Если механизм лейкоза осуществляется согласно тканевой модели, то это должно обнаруживаться по ха рактерным признакам: 1) механизм трансформации должен быть неспецифичен в том смысле, что огромное число канцерогенов способно вызвать трансформацию;

2) действие канцерогенов дол жно вызывать длительную повышенную пролиферацию, соответ ствующую канцерогенному профилю, в качестве компенсаторной реакции;

3) хроническая пролиферация должна инициировать прогрессирующую эмбрионализацию, поскольку она связана с обратимой блокировкой дифференциации;

4) если тканевая мо дель справедлива в целом, то в качестве следствия из нее вытека ет положение, согласно которому результат трансформации дол жен носить обратимый характер, т.е. в результате дифференци ровки лейкозные клетки теряют злокачественные свойства. Аль тернативная модель, теория онкогена, приходит к противополож ному результату — необратимой трансформации и соответствен но необратимой блокировке дифференцировки в результате мута ций и иных изменений генома.

Отличие тканевой теории в том, что она связывает различные по природе проявления канцерогенеза в логически стройную систему последовательности событий, которые приводят к неконтролируе мой пролиферации. Она связывает динамику пролиферации с про цессом воспроизводства тканевой структуры клеточных популя ций, т.е. структуры гомеостаза, от состояния которого зависит кон троль деления клеток. Прогрессирующая эмбрионализация клеток постепенно нарушает воспроизводство тканевого гомеостаза, поэто му выходит из строя контроль пролиферации, т.е. структура и фун кция органично взаимосвязаны в системе тканевого гомеостаза.

Анализ предлейкозных состояний, проведенный И.Г.Акоевым (1987), позволил сделать ряд интересных принципиальных выво дов, которые подтверждают тканевый подход к механизму лейко за: 1) процессу малигнизации клеток в абсолютном большинстве случаев предшествует период активной пролиферации;

2) в усло виях измененного режима пролиферации клетки приобретают черты эмбриональных клеток, вследствие недостатка времени на полноценное прохождение этапов дифференцировки;

3) появле ние и закрепление злокачественности происходит, по-видимому, не путем генных и хромосомных мутаций, а путем принципиаль но обратимого фиксирования на уровне генетической регуляции;

4) вероятность злокачественного заболевания определяется состо янием организма и его физиологических систем, которое зависит от возраста, наследуемых конституционных и психофизиологиче ских особенностей организма.

Следует отметить, что распространенная точка зрения на меха низм лейкоза как результат мутаций стволовой кроветворной клет ки содержит в себе противоречие, поскольку наряду с этим призна ется способность лейкозных клеток проходить стадии дифференци ровки, теряя злокачественность. Известно, что и нормальные ство ловые кроветворные и опухолевые лейкозные стволовые клетки об ладают способностью к длительному самоподдерживанию и дают потомство более дифференцированных клеток при воздействии ин дуцирующих факторов (Бутенко, 1983). S.L.Sach (1981) показал, что неопластические клетки при ХМЛ обладают признаком стволо вых клеток и способны дифференцироваться как в гранулоциты, так и в B-клетки. Представление о трансформации в результате му тации стволовой клетки и данные по нормализации лейкозных кле ток в результате созревания противоречат друг другу. Столкнове ние этих положений невольно ставит вопрос о доверии к экспери ментальным данным и теоретическим выводам, сделанным на их ос нове. По существу, необходимо сделать выбор и отбросить как оши бочное либо первое положение, либо второе. В рамках теории онко гена это противоречие неразрешимо, поскольку заключение о прин ципиальной обратимости трансформации означает опровержение молекулярно-генетической теории, в основе которой лежит мутаци онная концепция. Следовательно, в рамках теории онкогена это противоречие не поддается решению. В рамках тканевой теории об наруженный парадокс получает рациональное объяснение, что оп ровергает теорию онкогена.

Особое место в ряду онкологических заболеваний крови зани мает острый лейкоз. Известно, что процесс острого лейкоза (ОЛ) сопровождается гемодепрессией и дисгемопоэзом. Как считает Л.А.Стрелков (1992), формирование лейкозной опухоли сопря жено с дисбалансом иммунной и кроветворной систем. Существу ющий в норме баланс миелоидной и лимфоидной ткани, опреде ляемый нормальным функционированием Т-лимфоцитов, в зна чительной степени предупреждает развитие лейкоза. Сбой в им мунной системе связан с дисфункцией Т-лимфоцитов, нарушени ем баланса и провоцирует развитие лейкозных клеток. При ОЛ характерно ослабление или извращение функции Т-лимфоцитов, появляются незрелые их формы, т.е. нарушена дифференциров ка. С другой стороны, известно, что зрелые Т-лимфоциты прояв ляют противоопухолевую активность, а незрелые усиливают опу холевый рост. По мнению Л.А.Стрелкова (1992), «синдром угне тенного кроветворения не только обязательный признак ОЛ (и ОМЛ): он может быть ведущим патологическим фактором, опре деляя развитие рака крови».

Проанализируем ряд закономерностей при лучевом и бензоль ном воздействии малой интенсивности. Ранние реакции системы крови представляют комплекс изменений отдельных ростков кро ветворной ткани, в которой преобладают неспецифические реак ции: нейтрофильный лейкоз, лимфопения, эозинофилопения, ре тикулоцитоз, различные качественные изменения клеток крови.

Более специфическим проявлением являются гиперклеточные реакции в периферической крови — лейкоцитоз, ретикулоцитоз, тромбоцитоз, эритоцитоз. Такие гиперклеточные реакции считают признаком активации соответствующих ростков под воздействием канцерогенов. Как считают Захаров и др. (1990), причина гиперци тозов связана с компенсаторно-приспособительной реакцией, В ус ловиях уменьшения продукции клеток в костном мозге компенса торно-приспособительные реакции организма направлены на под держание уровня клеток в крови. Это достигается за счет ускорен ного выхода клеток из костного мозга и регистрируется в виде «омоложения» состава крови. При радиационном и бензольном воздействии отмечается уменьшение доли зрелых и дозревающих клеток, связанное как со снижением продукции, так и с усилением выброса клеток в кровь. Показано, что повышение пролифератив ного пула стволовых клеток является ранней компенсаторной реак цией на лучевое воздействие (ЛВ) и воздействие бензола (ВБ).

Нарушение контроля пролиферации и дифференцировки кле ток является общим проявлением канцерогенеза. Каковы причи ны блокировки дифференцировки клеток крови? Согласно Иста мановой и др. (1973), гематологическая картина гипоплазии за висит от уровня кроветворения, на котором происходит задержка созревания. Если поражаются родоначальные кроветворные клет ки, то возникает панмиелопатия, если же поражаются более диф ференцированные клетки, то возникают соответствующие виды гипоплазии. Согласно Бахтину и др. (1987), «...механизм дейст вия вирусов и невирусных лейкемогенных факторов — актива ция клеточных протоонкогенов и превращение их в трансформи рующие онкогены. Это может быть связано с внутриклеточными процессами — точечными мутациями, генными перестройками и амплификацией генов...». С позиции другой группы авторов, ги поплазия обусловлена чрезмерным хроническим раздражением и гиперфункцией гемопоэза, что приводит к снижению продукции клеток, затем к истощению кроветворной ткани (Данилов и др., 1969;

Moeshlin, 1958;

Benestad, 1975). Эта последняя точка зре ния, связывающая лейкоз с хроническим усилением распада кле ток периферической крови и истощением гомеостаза, в тканевой теории получила дальнейшее развитие.

У больных острым лейкозом в стадии предлейкоза выявлены:

резкое снижение колониеобразующей и колониестнмулирующей активности костного мозга и периферической крови;

угнетение пролиферации и извращение созревания мпелопдной ткани, ане мия, цитопения. В начальной стадии ОЛ происходит сбой «диф ференцировочных программ» гемопоэза, который характерен для гипопластической анемии (Стрелков, 1992). Основным поражаю щим фактором в механизме гемодепрессии при ОЛ считается вы теснение и замещение нормального гемопоэза опухолевой тканью (Воробьев, Бриллиант, 1974), Эту тенденцию определяют также как прогрессирующую эмбрионализацию клеток в процессе опу холевой прогрессии.

Отмечается, что при развитии ОМЛ исчезает активность фак тора созревания лимфокинина, ответственного за дифференци ровку лейкозных бластов в зрелые моноциты/макрофаги (Chiao, 1987;

Chiao, 1986;

Leung, Chiao, 1985). Таким образом, угнете ние гемопоэза определяется дисфункцией Т-лимфоцитов, что со провождается спадом активности всех основных лимфокининов.

В пользу этого говорят факты участия лимфокининов в реакциях иммунной системы и процессах гемопоэза, а также то, что обра ботка лейкозных бластов лимфокининами вызывает их диффе ренцировку (Стрелков, 1992).

Важно подчеркнуть, что при восстановлении гемопоэза сохра няется способность лейкозных бластов к дифференцировке как in vivo, так и in vitro (Алексеев, Воронцов, 1988;

Афанасьев, Алма зов, 1985;

Владимирская, Торубарова, 1985). Учитывая меха низм тканевой теории ленкозогенеза появляется возможность сформулировать новую идею принципа «золотой пули», т.е.

принципа, положенного в основу создания идеального противо опухолевого препарата. Такой препарат должен не убивать рако вые клетки, а нормализовать их путем снятия «блокировки днф ференцировки» и стабилизировать тканевый гомеостаз за счет выравнивания структуры клеточных популяций, что определяет нормализацию баланса в системе гомеостаза, восстановление об ратной связи, контролирующей деление клоногенных клеток.

Проанализируем концепцию лейкоза, предложенную Л.А.Стрелковым (1992, с.738). Он пишет: «Целесообразно... под ходить к этому заболеванию с позиции указанной проблемы, т.е.

оценивать ОЛ как нарастание дисбаланса иммунной и кроветвор ной систем. Такой подход определяет возможный механизм лейкоз ного процесса, в основе которого лежит сбой иммунной системы, а главный итог — жизненно критическое угнетение гемопоэза».

С нашей точки зрения, данная концепция не объясняет ряд принципиальных моментов: 1. Почему происходит блокировка днфференцнровки? 2. Как влияет изменение режима пролифера ции на лейкозогенез? 3. Какую роль играет прогрессирующая эм брпонализация клеток? 4. Связан ли лейкоз с мутациями в ство ловой кроветворной клетке или имеет иную природу?

Что касается баланса иммунной и кроветворной систем, то по скольку клетки этих систем имеют общий родоначальный ствол, т.е. происходят от общих стволовых клеток, то при канцероген ном воздействии повышенный режим пролиферации может быть инициирован одновременно с двух сторон. Изменение режима пролиферации за счет ускоренной гибели или потребления конеч ных форм этих систем неизбежно за счет прогрессирования эмб рионализации разрушает систему тканевого гомеостаза.

Таким образом, механизм развития лейкоза получает объясне ние в рамках тканевой теории рака. Как было показано, основ ные этапы развития рака крови совпадают с аналогичными про цессами других форм канцерогенеза. Отличие рака крови в том, что отдельные ростки кроветворения представляют собой относи тельно автономные контура саморегуляции, поэтому вначале кан церогенная нагрузка может повреждать отдельные конечные сис темы гомеостазов и какое-то время компенсироваться за счет бу ферных свойств самовосстановления локальных гомеостазов. На следующем этапе эта нагрузка начнет падать на более низкий уровень системы кроветворения и так постепенно доходя до плю рипотентных стволовых клеток. Различие в клинической картине разрушения кроветворной системы может определяться тем, сколько конечных ветвей кроветворения охватывает канцероген ное воздействие, поражает ли оно избирательно только один вид клеток или несколько. Поражение контуров саморегуляции мо жет происходить в различном порядке в зависимости от канцеро генного профиля и избирательности повреждения различных групп клеток и от потенциала контура. При слабых воздействиях канцерогенного фактора может возникнуть эффект стабилизации, что соответствует доброкачественной опухоли, когда уровня кан церогенного воздействия недостаточно, чтобы довести прогрессию до злокачественного состояния. Таким образом, в тканевой тео рии лейкоза рассматривается поведение и механизм разрушения тканевого гомеостаза крови в результате длительного повышенно го режима пролиферации. Несмотря на внешнее различие систе мы крови от других тканей организма сущность механизма лей козогенеза не отличается от других форм опухолеобразования, что говорит об универсальности тканевой теории.

Тканевый гомеостаз системы кроветворения более развит и лучше изучен, поэтому вопросы тканевой регуляции и ее наруше ния, которые недостаточно описаны на примере других форм канцерогенеза, могут быть уточнены и дополнительно обоснова ны. Например, наличие обратных связей между дифференциро ванными клетками и низкодифференцированными в системе тка невой регуляции кроветворения убеждает в том, что механизм контроля пролиферации реализуется на уровне тканевой систе мы, поэтому нарушения, приводящие к раку, связываются с ней.

Соответственно изменился предмет теории канцерогенеза: анали зируется механизм нарушения тканевого гомеостаза. Другим при мером является такое свойство лейкозных клеток, как способ ность проходить дифференцировку, теряя злокачественность.

Для лейкозных клеток этот факт хорошо известен и общеприз нан. Из этого следует, что представление о необратимых измене ниях генома (онкогенов) в качестве причины и механизма транс формации является ошибочным, что опровергает основу молеку лярно-генетической теории.

9. Концепция взаимосвязи основных элементов механизма контроля пролиферации и его нарушения при раке На сегодняшний день выявлены основные молекулярно-гене тические детали механизма контроля пролиферации и его нару шения при опухолеобразовании. Но несмотря на глубокие разра ботки по каждому направлению изучения контроля пролифера ции, механизм опухолеобразования с позиции теории онкогенеза еще до конца не известен. Чтобы представить, как этот процесс работает в целом с позиции тканевого подхода, необходимо выя вить корреляцию между данными по факторам роста и кейлонам, онкогенам и антионкогенам (протекторам), дифференцировкой клетки и ее блокированием при раке, поведением рецепторов на клеточной мембране. Все эти отдельные группы данных должны найти свое место в целостной картине, должны быть увязаны с другими составляющими механизма канцерогенеза.

Наша концепция интеграции этих данных основывается на выявлении внутренней логики взаимосвязи между компонентами путем сопоставительного анализа нескольких направлений иссле дования. Одновременно такой анализ выступает в качестве дока зательства того или иного положения. Задача состоит в том, что бы состыковать феноменологическое описание контроля проли ферации и поведения клетки в системе тканевого гомеостаза с экспериментальными данными по ФР, кейлонам, рецепторам, а также с данными об активности онкогенов и антионкогенов.

Открытие антионкогенов можно оценить как последний шаг в понимании недостающего звена механизма трансформации. Одна ко если исходить из уже известных данных относительно противо положности между пролиферацией и дифференцировкой, между митогенным действием факторов роста и митозцнгибирующим эф фектом кейлонов, между стволовыми клоногеннымп клетками и дифференцированными клетками, то этот антагонизм обнаружива ется на уровне генов с противоположными функциями, что в кон тексте вышеприведенных противоположностей вполне закономер но и выступает в качестве их продолжения и конкретизации.

Обнаруженный антагонизм, а также другие данные, рассмат риваемые с этих позиций, должны коррелировать с феноменоло гическим описанием поведения клетки в ткани. С точки зрения различия пролиферативной активности и степени дифференци ровки клеток тканевую систему можно разделить на два поляр ных полюса, которые замкнуты друг на друга контуром обратной связи (кейлонный механизм контроля пролиферации), составля ющим основу механизма гомеостаза. Один полюс составляют низкодифференцированные клоногенные клетки — стволовые и коммитированные, второй полюс — зрелые, дифференцирован ные клетки. Особое значение для понимания механизма рака с позиции тканевой модели имеет тот факт, что клоногенные ство ловые клетки обладают тем же набором свойств, которые ранее идентифицировались в качестве злокачественных признаков ра ковых клеток, — они низкодифференцированны, иммортализова ны, обладают аутокринным митозом, имеют активизированные онкогены, на клеточной мембране имеются рецепторы к ФР, и они сами синтезируют ФР.

Когда стволовые клетки дифференцируются, переходя к по люсу дифференцированных клеток, то перечисленные злокачест венные признаки теряются: активность онкогенов репрессирует ся, исчезают рецепторы к ФР, клетки перестают синтезировать ФР и начинают синтезировать кейлоны, способность к делению теряется. Это означает, что гены, определяющие дифференци ровку клетки, и гены, отвечающие за синтез кейлонов, противо положны онкогенам и продуктам их экспрессии (ФР, рецепто рам), — с этой точки зрения их можно определить в качестве ан тионкогенов. Таким образом, можно сделать вывод, что антион когены представляют собой гены, связанные с дифференциров кой, а также гены, связанные с синтезом кейлонов, различие между ними состоит в том, что гены дифференцировки вызывают необратимую депрессию онкогенов, а гены, связанные с кейлона ми, вызывают обратимую блокировку митоза.

Известно, что кейлоны синтезируются дифференцированными клетками, а митозингибирующее действие оказывают на низко дифференцированные клоногенные клетки. Факторы роста син тезируются низкодифференцированными клетками и действуют на клетки, у которых имеются рецепторы на клеточной мембра не. Таким образом, в системе тканевого гомеостаза устанавлива ется баланс между определенной дозой ФР и концентрацией кей лонов. Этот баланс коррелирует с численностью дифференциро ванных клеток и клоногенных, поэтому в результате прогресси рующей эмбрионализации баланс сдвигается в сторону увеличе ния ФР. Кейлоны осуществляют функцию отрицательной обрат ной связи, а ФР —функцию положительной связи. Антагонизм между ФР и кейлонами находит свое отражение на генетическом уровне в виде онкогенов и антионкогенов.

Таким образом, устанавливается корреляция между несколь кими группами данных, которые необходимо состыковать с дан ными о поведении рецепторов на клеточной мембране. Поведение рецепторов ФР на клеточной мембране, их исчезновение и появ ление, хорошо объясняет митотическую активность клетки и кор релирует с другими данными. Так, в исследовании М.Фельдмана и Л.Эйзенбаха (1989) изучались молекулярно-генетические осно вы метастазирования. Было выявлено, что метастазирование бо лее выражено у тех раковых клеток, которые на клеточной мемб ране имели рецепторы к факторам роста, — в метастатических клетках экспрессируется ген, близкий к онкогену fms, который кодирует рецептор фактора роста. Следовательно, способность к метастазированию зависит от митотической способности и проли фератпвного потенциала, что связывается с наличием рецептора к ФР и продуцированием ФР.

Этот факт коррелирует с известными данными о том, что в процессе дифференцировки опухолевых клеток и нормальных клоногенных клеток активность онкогенов репрессируется, а ре цепторы к ФР исчезают. Корреляция между дифференцировкой и репрессией онкогенов выявлена для нормальных стволовых и опу холевых клеток и продемонстрирована на множестве примеров (Швембергер, 1987). Такая же закономерность характерна для лейкозных клеток. В процессе миелоидной дифференцировки экспрессия с-тус и c-myb постепенно снижается, вплоть до пол ного исчезновения в гранулоцитах (Блинов, 1990). Как известно, не только факторы роста, но и рецепторы к ним кодируются кле точными протоонкогенами (Иващенко, Быкорез, 1990), поэтому в результате дифференцировки рецепторы к ФР также исчезают.

Поляризация в системе тканевого гомеостаза между диффе ренцированными и малодифференцированными клетками обнару живается также и для состава рецепторов на клеточной мембра не. Так, по данным Gallo-Payet и Hugon (1985), наибольшее ко личество ЭФР-рецепторов имеют энтероциты из глубоких отде лов крипт (в 2 — 3 раза больше, чем энтероциты поверхностных отделов крипт и ворсинок). Для рецепторов инсулина характер распределения противоположный — наибольшее их количество имеют зрелые энтероциты крипт н ворсинок. В эпидермисе кожи ЭФР-Р преимущественно обнаруживаются в глубоколежащих, менее дифференцированных кератиноцитах (Nanney et al., 1984).

Важным моментом механизма контроля пролиферации явля ется дозозависимость митозингибирующего и митогенного эффек тов, что позволяет точно контролировать массу клеток, их мито тическую активность в каждом пуле тканевого гомеостаза, при этом достигается соответствие между числом дифференцирован ных клеток и дозой выделяемого кейлона, количеством делящих ся клеток и концентрацией ФР, т.е. контролируются основные количественные и качественные параметры тканевого гомеостаза.

Второе значение открытия антионкогенов состоит в том, что этот факт в определенной мере противоречит теории онкогена, посколь ку в ней постулируется ненормальная активизация онкогенов в ре зультате деструктивных мутаций. Установление того, что имеются специализированные антионкогены, способные переключать, ре прессировать активность онкогенов, входит в противоречие с тео рией. Но появляется новая версия, связывающая причину транс формации с мутациями в антионкогенах. Однако и первая, и вторая версии механизма трансформации опровергаются тем фактом, что опухолевые клетки способны проходить дифференцировку, теряя при этом злокачественные свойства, т.е. трансформация не носит характера необратимых деструктивных изменений онкогенов.

К такому же выводу можно прийти на основании анализа дейст вия трансформирующих факторов роста, которые не обладают ге нотоксичностью, действуя через рецепторы на мембране и которые можно выделить как из нормальных, так и из опухолевых клеток (Альтштейн, Черепанцева, 1986;

Карпентер, Коэн, 1987). Посколь ку трансформирующие ФР выделяются также из нормальных кле ток, то исключается генотоксический эффект и мутации. А учиты вая, что трансформирующие ФР действуют через рецепторы к ФР на мембране, получается, что клетка обладает специализированным механизмом трансформации. Данный факт разрушает прежнюю идею трансформации, основанную на деструктивном, генотоксиче ском действии и мутациях, в результате чего, предполагалось, по являются чужеродные для иммунитета раковые клетки. Открытие трансформирующих факторов роста, не обладающих генотоксично стью, разрушает представление о мутационном механизме транс формации и тем самым опровергает теорию онкогена.

Механизм трансформации в тканевой теории не связывается с мутациями в онкогенах, а является результатом постепенного раз рушения тканевого баланса, т.е. контролирующих механизмов тка невой системы, что реализуется при прогрессирующей эмбрионали зации, разрушающей полярность между двумя полюсами в структу ре гомеостаза, и соответственно прекращении функционирования отрицательной обратной связи. В результате этого стволовые кло ногенные клетки, обладающие активизированными онкогенами, выходят из-под контроля, определяя опухолевый рост ткани.

Таким образом, удается состыковать, логически связать основ ные данные о компонентах механизма пролиферации и его нару шения. С этой точки зрения онкогены представляют собой гены, определяющие митотическую активность клетки. Различие между стволовыми и нестволовыми клетками состоит в том, что первые сами производят ФР и имеют рецепторы к ним, а нестволовые клетки (кроме дифференцированных) имеют рецепторы к ФР, но сами не производят ФР. Антионкогены относятся к двум группам: генам обратимой блокировки митоза (кейлонный меха низм) и к группе генов, вызывающих необратимую репрессию онкогенов (гены, определяющие дифференцировку). Таким обра зом, можно сделать новый вывод о том, что в клетках нет каких либо особых трансформирующих генов, кроме тех, которые обес печивают пролиферацию в стволовых и нестволовых клетках. Но возникают условия, связанные с нарушением тканевого гомеоста за, при которых эти клоногенные клетки, обладающие потенци ально злокачественными свойствами и имеющие активизирован ные онкогены, выходят из-под контроля. Следовательно, те ге ны, которые были идентифицированы в качестве раковых, на са мом деле являются нормальными генами митоза. Аутокринный митоз, как было показано во многих работах, характерен также для нормальных стволовых клоногенных клеток. Основной факт, подтверждающий данный вывод, состоит в том, что опухолевые клетки обладают обратимой блокировкой дифференцировки, в результате снятия которой, т.е. прохождения дифференцировки, они теряют злокачественные признаки.

ГЛАВА VII ТЕОРИЯ ОПУХОЛЕВОЙ ПРОГРЕССИИ И РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАРУШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ КЛЕТОК 1. Критика учения Foulds о прогрессии опухолей Учение о прогрессии опухолей, выдвинутое I. Foulds (1969), по признанию ведущих специалистов, оказалось одной из наибо лее глубоких концепций, развиваемых в современной онкологии (Напалков, Бохман, 1989). По мнению B.C. Шапота (1969), уче ние Foulds следует признать одним из самых глубоких и плодо творных обобщений в онкологии за последние 20 — 25 лет. Одна ко отмечаются некоторыми авторами отдельные несоответствия теории с фактами.

Прогрессия выражается в качественном изменении свойств опухолевой ткани, что приводит к увеличению различий между ней и исходной тканью. Основным признаком является возраста ние автономности, нерегулируемости опухолевого роста. С мор фологической точки зрения основной признак прогрессии прояв ляется в утрате опухолью органотипического и гистотипического строения и в снижении дифференцировки. Согласно теории про грессии (Foulds, 1969), процесс структурно-функциональной пе рестройки развивается в различных направлениях, независимых друг от друга. В процессе прогрессии происходит упрощение ферментного спектра опухоли, что коррелирует с прогрессирую щей дедифференцировкой.

Для гормонозависимых опухолей в ходе прогрессии отмечает ся утрата специфических рецепторов: гормоно-зависимые опухо ли становятся независимыми.

По мнению Foulds (1976), прогрессия зависит более от прису щих малигнизирующим клеткам свойств, чем от влияния окруже ния, в котором они находятся. Не отрицается и роль внешних стимулов, которая сводится лишь к ускорению или задержке проявления прогрессии.

С нашей точки зрения, это положение нуждается в уточнении, а в чем-то и в опровержении. Так, прекращение канцерогенного воздействия на ткань в начальной стадии развития приводит к регрессии опухолей и нормализации ткани. При гормональных опухолях снижение гормонального профиля до нормы приводит к регрессии опухоли. Это означает, что для развития опухоли не обходим постоянно действующий источник, инициирующий по вышенную пролиферацию. Очевидно, что без уточнения стадии прогрессии положение Foulds не совсем точно отражает зависи мость опухолеобразования от внешнего окружения.

Один из самых важных постулатов учения Foulds (1969) со стоит в представлении о полной независимости возникновения и развития признаков прогрессии, что предопределяет неповтори мую индивидуальность сочетаний различных факторов, характе ризующих биологические свойства опухоли (анаплазия, способ ность к метастазированию, гликолиз, скорость роста, ответы на различные внешние воздействия, цитологическая и гистологиче ская структура). Foulds полагал, что для этих признаков харак терна не ассоциация, а диссоциация, т.е. строение и развитие опухолей определяется большим числом независимо варьирую щих признаков. Согласно автору, развитие опухоли, ее прогрес сия характеризуется рядом постепенных необратимых измене ний, которые возникают индивидуально в каждой опухоли.

Несмотря на широкое признание, учение Foulds, концептуаль ное ядро учения — положение о независимости развития опухоле вых признаков, с нашей точки зрения, нуждается в пересмотре. Не зависимость опухолевых признаков означает, что между ними нет корреляции, связи. С нашей точки зрения — это ошибочное воззре ние. За последнее время накопились новые данные, позволяющие обосновать диаметрально противоположное положение о корреля ции и синхронизации признаков опухолевой прогрессии. Появле ние и изменение опухолевых признаков ассоциировано с развиваю щейся дедифференцировкой, т.е. коррелирует с процессом эмбрио нализации. Процесс нарастающей, прогрессирующей эмбрионали зации, вызванный повышенным режимом пролиферации, приводит к разрушению структуры и функции тканевого гомеостаза и одно временно к исчезновению рецепторов и молекул адгезии с клеточ ной мембраны, т.е. вызывается двойной эффект.

С этой точки зрения убывание признаков дифференцировки коррелирует с разрушением обратной связи (кейлонного меха низма), достижением той стадии деградации, при которой обрат ная связь не функционирует, т.е. кейлонный механизм контроля митотической активности выходит из строя.

В основе процесса прогрессирования эмбрионализацип лежит механизм репопуляции клеточного состава, который приводит к постепенной замене дифференцированных клеток на все менее дифференцированные. Блокировка процесса дифференцировки связана с увеличением скорости митоза и характерна также для неопухолевых регенераторных процессов. В ходе омоложения признаки дифференцированных клеток меняются на свою проти воположность и приближаются к свойствам малодифференциро ванных стволовых клеток. Процесс репопуляции, лежащий в ос нове прогрессирующей эмбрионализации, позволяет понять, по чему опухолевые признаки хорошо коррелируют между собой и имеют общую тенденцию направленности изменений, зависящую от прогрессии дедифференцировки, т.е. они не развиваются неза висимо, как полагает теория Foulds.

Если эмбрионализация зависит от режима пролиферации и при водит к развитию злокачественных свойств, то, очевидно, должно соблюдаться и обратное условие — повышение дифференцировки опухолевых клеток должно приводить к их нормализации. Под тверждение этого обратного утверждения выступает в качестве до казательства и проверки правильности первого положения.

В своих работах И.Н. Швембергер (1987) обратил внимание на способность опухолевых клеток не только к утрате, но и повыше нию дифференцировки. Описано несколько десятков клинических наблюдений спонтанной регрессии нейробластом вплоть до образо вания зрелых ганглиозных клеток (Dyke, Mulkey, 1967). При час тичном повышении дифференцировки нейробластома трансформи руется в ганглионейробластому;

при дальнейшем увеличении диф ференцировки — в доброкачественную ганглионейрому Попытаемся опровергнуть положение о том, что злокачествен ные свойства — результат мутаций и отбора. Проблема унифика ции «конвергенции» ферментного спектра злокачественных опу холей, независимо от их тканевого происхождения, опровергает известное представление о мутациях и отборе как механизме трансформации и повышения злокачественности. При действии мутационного механизма на поздних стадиях прогрессии обнару жился бы еще больший разброс признаков. Но происходит схож дение признаков. Это не единственный аргумент. Если допу стить, что действует эволюционный механизм мутаций и отбора, т.е. создаются новые виды (породы) клеток, то трудно объяс нить, почему в конце концов появляются клетки с теми же свой ствами, какими обладают активизированные стволовые клетки Наличие в ткани стволовых клеток с активизированными онкоге нами, иммортализованных, с аутокринным митозом, т.е. свойст вами, идентичными свойствам раковых клеток, свидетельствует о механизме трансформации, идущей согласно тканевой теории.

Возникает вопрос о правомерности и корректности примене ния механизма эволюции к клеткам многок неточного организма Дело в том, что в ходе эволюции меняется единица отбора и уро вень организации, на котором действуют законы эволюционного развития. Пройдя фазу эволюционного развития, одноклеточные образовали многоклеточные организмы, при этом действие зако нов развития как бы поднялось на следующий уровень организа ции, а для предыдущего уровня — эволюция заканчивается.

Иначе говоря, эволюция не распространяется равномерно на все уровни организации, а действует поступательно, переходя ко все более высоким уровням Например, отобранные эволюцией типы биохимических реакций в ходе дальнейшего процесса развития больше не эволюционируют, они достигли лучшего из возможно го и исчерпали свой потенциал развития. Это говорит о том, что существует предел развития для живых организмов (предел ви дообразования), т.е. эволюция жизни уже закончилась для боль шинства или для всех биологических организмов, т.е. эволюцио нируют самые молодые виды и образования, т.е. только социаль ные формы. Отмеченную особенность можно с полным правом назвать законом неравномерности и исчерпаемости эволюции.

Проанализируем более детально корреляцию инвазивности клеток со степенью дедифференцировки. Различные данные по казывают, что инвазивность, метастазирование зависят от состоя ния клеточной мембраны, исчезновения молекул адгезии, нару шения межклеточных контактов, пропадания рецепторов. Так, согласно Kellner (1971), наибольшее значение для инфильтратив ного роста и дальнейшего метастазирования имеет «дизъюнкция» клеток опухоли — нарушение межклеточного контакта, способ ность клеток к разъединению.

По мнению И.Н. Швембергер (1976), такая важная функция, как способность к контактному ингибированию, свидетельствует о ненарушенных межклеточных контактах и является важным фак тором в формообразовательных процессах. Поэтому способность клеток к контактному ингибированию, согласно И.Н. Швембергер, следует рассматривать как функциональный признак дифференци ровки. Образно говоря, клетки не рождаются «альтруистами и кол лективистами»;

только пройдя дифференцировку, их мембраны по крываются молекулами, которые делают их «социально пригодны ми» для жизни в клеточном сообществе. Обратный процесс — де дифференцировка — усиливает злокачественные свойства.

В настоящее время изучено поведение нескольких классов моле кул на поверхности мембраны, состояние которых коррелирует со злокачественностью клеток. Как показал С.И. Хакомори (1986), располагаясь на клеточной мембране, молекулы гликосфинголипиды различными путями регулируют взаимодействие клетки с ее окру жением. Экспрессия гликосфинголипидов на мембране изменяется в ходе деления и дифференцировки клеток. Когда клетки транс формируются, они характеризуются резким снижением количества гликосфинголипидов ОМз и GMi. По мнению Хакомори, это явле ние коррелирует с потерей контроля над размножением. Исследо вания показали, что характерный состав гликосфинголипидов на мембране раковых клеток подобен недифференцированным клет кам, находящимся на ранних стадиях эмбрионального развития.

Поведение другого класса молекул рассмотрено в работе Р.О.Хайнса (1986). Он показал, что такие свойства, как способность к адгезии, дезорганизация цитоскелета, нарушение регуляции распо ложения клеток в ткани, связаны с исчезновением фибронектина и других адгезивных гликопротеинов и связанных с ними компонен тов клеточной поверхности, удерживающих клетки на своем месте.

Согласно Хайнсу, простейшее объяснение состоит в том, что «опухолевые клетки перестают синтезировать фибронектин или производят его значительно меньше». Однако остается невыяс ненной причина прекращения синтеза фибронектина опухолевы ми клетками — то ли это результат предполагаемых мутаций, трансформирующих клетку, то ли нечто иное.

Объяснение исчезновения или уменьшения адгезивных моле кул с поверхности мембран опухолевых клеток дает тканевая те ория. Явление снижения синтеза белков, участвующих в межкле точных взаимоотношениях, следует рассматривать с более широ ких позиций. Исчезают не только белки на мембране — в ходе опухолевой прогрессии спектр синтезируемых ферментов посте пенно искажается, — некоторые из белков исчезают совсем, а эм бриональные белки появляются. В основе этого явления лежит процесс репопуляции, т.е. замены зрелых клеток на всё менее дифференцированные, в результате блокировки дифференциров ки, наступающей при высоких скоростях митоза. Механизм объ ясняет исчезновение белков, молекул адгезии на мембранах, ре цепторов — он неспецифичен и не предполагает необратимых на рушений онкогенов;

это доказывается тем, что омоложение кле ток наблюдается также и при неопухолевых регенеративных про цессах. Степень продвинутости процесса к переходу в опухоле вый процесс зависит от продолжительности и интенсивности про лиферации, т.е. от канцерогенного профиля.

Таким образом, в рамках тканевой теории удалось выявить корреляцию признаков опухолевой прогрессии, зависимость опу холевых признаков от степени дедифференцировки, что опровер гает основное положение учения Foulds — правило независимо сти развития признаков опухолевой прогрессии.

Рассмотрим еще один аспект, связанный с положением Foulds, о необратимости стадий опухолевой прогрессии. Меха низм трансформации, основанный на нарушении тканевого гоме остаза, позволяет пересмотреть основной постулат молекулярно генетической теории и предшествующих концепции о необрати мости трансформации в результате повреждения онкогенов. Со гласно этому постулату, раковые клетки происходят либо из нор мальных клеток в результате необратимой трансформации, либо возникают при делении опухолевых клеток, т.е. злокачествен ность связана с повреждением молекулы ДНК (онкогенов) и пе редается по наследству. Молекулярно-генетическая теория допу скает только одно направление трансформации: происхождение раковых клеток от нормальной клетки к раковой и от опухолевой при ее делении к опухолевой. Обратное направление — от опу холевой клетки к нормальной — не допускается в силу необрати мости мутаций. Изобразим эти направления схематично:

1, Нормальная клетка трансформация Опухолевая клетка 2. Опухолевая клетка деление Опухолевая клетка В тканевой теории получают обоснование многочисленные факты по нормализации опухолевых клеток, т.е. законность об ратного направления, на которое долгие годы было наложено та бу Изобразим его схематично.

Хотя эти факты как эмпирические данные известны давно, но в рамках прежних концепций они носили статус противозакон ных либо игнорировались, не вписываясь в официальную версию канцерогенеза. В новой теории подтверждается и обосновывается их законность. Под воздействием специфических и неспецифиче ских индукторов дифференцировки опухолевые клетки созрева ют, теряя при этом злокачественные свойства, а активизирован ные онкогены репрессируются.

Таким образом, положение о необратимости стадий опухолевой прогрессии, постулируемое Foulds, не совсем точно, а в ряде случа ев, если брать спонтанную регрессию, оно ошибочно и противоре чит данным. Объяснить обратимость или необратимость опухолеоб разования можно с позиции концепции канцерогенного профиля.

Если уровень канцерогенного профиля высок, то прогрессия опухо ли идет необратимо. Канцерогенный профиль зависит от многих факторов и систем организма, которые способны изменяться в ходе процесса опухолеобразования. Если канцерогенный профиль сни жается, опухолеобразование может остановиться на стадии добро качественной опухоли либо происходит спонтанная регрессия. Сле довательно, процесс опухолеобразования отражает динамику изме нения канцерогенного профиля;

с этих позиций получают объясне ние случаи опухолеобразования, когда развитие опухоли останав ливается либо идет в обратную сторону, регрессирует. Наглядным примером такого поведения служат гормональные опухоли, разви тие которых может идти в сторону прогрессии или, наоборот, в сто рону регрессии, в зависимости от повышения или снижения гормо нального профиля.

2. Проблема нарушения энергетики опухолевых клеток и ее решение в тканевой теории Концепция О. Варбурга, одна из самых известных биохимиче ских теорий рака, была популярной несколько десятилетий назад.

Варбург обнаружил, что злокачественное перерождение тка ней сопровождается значительным усилением аэробного и ана эробного гликолиза. Согласно его концепции, причина малигни зацип состоит в нарушении дыхания и компенсаторного усиления гликолиза в тех клетках, которые выживают после повреждения дыхания. Способность получать энергию за счет «молочнокислой ферментации» гликолиза и расти за счет энергии этого процесса является, согласно Варбургу, главной биохимической характери стикой опухолевых клеток. В 1927 г. Нобелевский комитет оце нил эту работу как достойную Нобелевской премии.

Таким образом, О. Варбург (Warburg, 1926) пришел к заклю чению, что раковые клетки отличаются от нераковых, включая растущие эмбриональные, неспособностью подавлять гликолиз в присутствии кислорода.

По мнению И.Ф. Сейца и П.Г. Князева (1986, с. 24), «в био химии... как и вообще во всей теоретической онкологии, до само го последнего времени не было столь глубоко и всесторонне раз работанной теории, которая могла бы с учетом всех имеющихся фактов объяснить не только особенности обмена веществ, но и само происхождение злокачественных опухолей».

Интерес к проблемам изменения энергетики раковых клеток то угасал, то вновь повышался. В последнее десятилетие получено много данных о нарушении в раковых клетках структуры и функ ции митохондрий — органелл, осуществляющих функцию дыха ния Эти данные, согласно выдвинутой митохондриальной теории (Зотин, 1991), в какой-то мере подтверждают теорию Варбурга.

Рассмотрим кратко основные теории, касающиеся механизма усиления гликолиза в раковых клетках. С позиции мембранной теории С.А. Нейфаха, особенность энергетики раковых клеток определяется дефектом мембран митохондрий и повышением синтеза и каталитической мощности гексокиназы, лимитирующей скорость гликолиза в клетках (Нейфах, Монахов, 1967).

Согласно изозимной гипотезе (Шапот, 1968, 1975), биохимиче ские особенности опухоли зависят не от появления новых фермен TOB в клетках, а от расстройства последовательности синтеза изо ферментов, которые присутствуют и в нормальных клетках. В ре зультате изменяется соотношение некоторых изоферментов, что приводит к усилению скорости гликолиза и изменению его взаимо действия с другими процессами метаболизма. Показано, что разли чие в изоферментном составе нормальных и опухолевых клеток ка сается таких ферментов, как гексокиназа, альдолаза, пируваткина за, лактатдегидрогеназа, аденилаткиназа, и других.

Продолжение идей О. Варбурга нашло отражение в митохон дриальной теории канцерогенеза (Зотин, 1991). Концепция исхо дит из ранее выдвинутой идеи о том, что возникновение злокаче ственных опухолей связано с появлением в клетках мутантных, дефектных митохондрий. Как отмечает автор, дело не в полном нарушении дыхания клеток, а лишь в нарушении воспроизводст ва и строения митохондрий, повреждении их наружной мембра ны, увеличении проницаемости последней и, как следствие, нару шении регуляторных механизмов дыхания и гликолиза. Возника ет проблема: как изменения митохондрий, приводящие к возник новению энергетического метаболизма ракового типа, связаны с активацией онкогенов трансформированных клеток? Иными сло вами, какова связь между теорией Варбурга и теорией онкогена?

Согласно митохондриальной теории (Зотин, 1991), это сопря жение происходит так: поврежденные свободными радикалами, тепловыми флуктуациями или канцерогенами, участки митохонд риальной ДНК (митДНК), попадая в ядро и встраиваясь в ядер ную ДНК (яДНК), служат промоторами, превращающими прото онкогены в онкогены. Меняется и энергетический метаболизм: в ре зультате повреждения митДНК и митохондриальных мембран про исходит торможение воспроизводства митохондрий, усиление аэробного и анаэробного гликолиза, нарушение некоторых регуля торных механизмов окислительного и гликолитического обмена.

Однако, по признанию самого автора, «в митохондриальной теории еще много неясного как в деталях, так и в целом» (Зо тин, 1991, с. 810).

С позиции тканевой теории канцерогенеза недостаток мито хондриальной концепции заключается в том, что она исходит из необратимых мутационных повреждений ДНК и митДНК. Одна ко предположение о необратимости трансформации не согласует ся с многочисленными данными по нормализации трансформиро ванных клеток в результате дифференцировки. Другое предполо жение, что канцерогены повреждают ДНК опосредованно, через повреждение митДНК, необоснованно, поскольку они могут дей ствовать прямым способом, повреждая ДНК-клетки.

Проанализируем проблемы, порожденные теорией Варбурга.

Изменение энергетики в раковых клетках по-иному называют на рушением «эффекта Пастера». Все живые ткани, являющиеся метаболически активными, способны к анаэробному гликолизу, однако большинство их не гликолизирует в аэробных условиях.

Этот эффект блокирования гликолиза со стороны дыхания полу чил название «эффект Пастера». Варбург пришел к заключению, что раковые клетки отличаются от нераковых неспособностью по давлять гликолиз в присутствии кислорода.

Выяснению причин, лежащих в основе ослабления реакции Пастера в опухолях, посвящено много исследований. Механизм пастеровской реакции пытались объяснить на основании конку ренции между системами гликолиза и дыхания за неорганиче ский фосфат (Lynen, 1940) и АДФ (Lynen e.a., 1958;

Chance, 1959;

Сейц, 1961;

Ельцина и др., 1961), лабильностью митохонд риальных мембран и выделением в гиалоплазму из митохондрий, стимулирующих гликолиз факторов (Нейфах и др., 1961), а так же особенностями регуляции фосфофруктокиназной реакции (Энгельгардт, Соков, 1943;

Нейфах и др., 1961;

Wu, 1965).

Анализируя эту проблему, P.E. Кавецкий (1977, с. 39) пишет:

«Несмотря на большие усилия, вопрос, поставленный Луи Пасте ром 100 лет назад, нельзя считать до конца решенным. Ни конкурент ные теории, ни факт секреции митохондриями киназина, стимулиру ющего активность фосфоглицераткиназы, не могут объяснить всей со вокупности накопившихся к настоящему времени фактов».

B.C. Шапот (1975, с. 16) также считает, что причина наруше ния «пастеровской реакции» пока осталась без ответа, он пишет:

«Как ни удивительно, но помимо представлений о лучшей при способленности опухолей к гипоксии, других предположений о возможной связи между высокой интенсивностью гликолиза и аг рессивными свойствами малигнизированных клеток в литературе не высказывалось».

Следует согласиться с точкой зрения Р.Е.Кавецкого и В.С.Ша пота и признать принципиально важной для построения общей тео рии рака проблему взаимосвязи нарушения энергетики опухолевых клеток с механизмом трансформации. К сожалению, в теории онко гена эта проблема прямо не ставится и поэтому ряд данных, обнару женных еще на этапе развития биохимических концепций, не полу чил объяснения в рамках молекулярно-генетической теории. Таким образом, в новой теории необходимо объяснить связь нарушения энергетики в раковых клетках с нарушением структуры и функции митохондрий и как эти явления связаны с механизмом трансформа ции.

Попытаемся ответить на поставленные проблемы с позиции тканевой теории опухолеобразования. Проанализируем следую щие данные. В серии экспериментов Варбург с сотрудниками (см.: Сейц, Князев, 1986) показали, что способность раковых клеток перевиваться тесно связана с гликолизом. Утрата раковы ми клетками гликолитической активности приводит к потере ими способности перевиваться. Чтобы правильно оценить этот факт, необходимо учесть, что способность перевиваться зависит от сте пени дифференцировки опухолевых клеток. Пройдя дифферен цировку, раковые клетки теряют способность перевиваться и другие злокачественные свойства. Отсюда следует, что способ ность к гликолизу определяется степенью дифференцировки клетки — она максимальна в недифференцированных (малодиф ференцированных) клетках и постепенно снижается по мере дифференцировки. Этот вывод подтверждается следующими дан ными. Так, D. Burk (см.: Сейц, Князев, 1986) скармливал кры сам в течение 200 дней канцероген, в результате чего возникла карцинома печени. Было показано, что гликолитическая актив ность при этом медленно увеличивалась на протяжении 200 дней до уровня, характерного для рака. Данный факт становится по нятным, если учесть, что процесс опухолеобразования связан с прогрессирующей эмбрионализацией клеток.

С другой стороны, Варбург показал, что гликолиз клеток макси мален на наиболее ранних стадиях эмбрионального развития, но постепенно падает по мере дифференцировки клеток эмбриона. Это означает, что независимо от того, нормальные это клетки или рако вые, обнаруживается общая закономерность: проявление гликоли за коррелирует со степенью дифференцировки клеток.

Уже Варбург установил, что аэробный гликолиз присущ клет кам и некоторых здоровых тканей (сетчатка, лимфатические же лезы, зародышевый эпителий, слизистая и др ). В исследовании других авторов было показано, что аэробный гликолиз характе рен для многих здоровых тканей: пролиферирующих тканей, ко стного мозга, лейкоцитов (Сейц, Луганова, 1967).

Варбург пришел к выводу, что дыхание с использованием кислорода, донора энергии у растений и животных, в раковых клетках заменяется на другой тип энергетики — ферментацию глюкозы, свойственную низшим формам жизни.

С нашей точки зрения, решение проблемы изменения энергети ки опухолевых клеток, поставленной Варбургом и его последовате лями, состоит в следующем. Сопоставляя данные о дифференци ровке нормальных эмбриональных клеток (это же относится и к тканям с высокой пролиферативной активностью) и процесс де дифференцировки, эмбрионализации в процессе опухолеобразова ния, выявляется прямая зависимость гликолиза от степени диффе ренциации клеток. Эту закономерность можно объяснить в свете данных о том, что в процессе опухолеобразования и наблюдающей ся эмбрионализации происходит постепенное изменение спектра синтезируемых клетками ферментов: некоторые из них пропадают вообще. И наоборот, дифференцировка молодых клеток сопровож дается появлением у них новых ферментов, специфичных данной ткани.

Следовательно, объяснение состоит в том, что недифференци рованные нормальные клетки, как и «недифференцированные» раковые клетки, не имеют того набора ферментов, который осу ществляет дыхание в дифференцированных клетках, эти фермен ты синтезируются и появляются в клетке в процессе дифферен цировки. Это положение подтверждают следующие данные. Как показал Aiseebery (1961), в раковых клетках снижено содержа ние цитохрома С, цитохромоксидазы и сукцинатдегидрогеназы Следующий аспект состоит в том, что степень гликотической ак тивности в ткани зависит от количественного соотношения между дифференцированными и малодифференцированными клетками.

Развитие опухоли связано с постепенным сдвигом в сторону эмбри онализации. Этот процесс происходит постепенно, поэтому добро качественные опухоли, как показал Варбург, имеют среднее значе ние отклонения в сторону гликолитической активности Структура и функция митохондрий в клоногенных малодиффе ренцированных клетках отличаются от состава митохондрий в диф ференцированных клетках, они неразвиты и малочисленны, поэто му в рамках тканевой теории удается связать вместе три факта: «на рушение» структуры и функции митохондрий, повышение глико литической активности и нарушение контроля пролиферации.

В тканевой теории была выявлена последовательность собы тий, приводящая к злокачественной трансформации. Усиление пролифератнвного режима в результате генотоксического или ми тогенного воздействия на ткань приводит к развитию компенса торной пролиферации. Увеличение скорости деления неизбежно приводит к блокировке дифференцировки клеток — этот же ме ханизм омоложения ткани наблюдается и в случае регенератор ных процессов. Следовательно, онкологический смысл канцеро генного воздействия на ткань появляется при длительном хрони ческом травмировании определенной интенсивности. Эти пара метры травмирования ткани определяют канцерогенный про филь, который вызывает определенный режим пролиферации, способный инициировать опухолеобразование.

Таким образом, нарушение энергетики в опухолевых клетках связано с процессом эмбрионализации ткани, поскольку изменя ется состав синтезируемых ферментов в низкоднфференцирован ных клетках, а развитие эмбрионализации приводит к наруше нию тканевого контроля пролиферации и дифференцировкн кле ток, т.е. это сопряженные между собой процессы.

ГЛАВА VIII ТКАНЕВАЯ ТЕОРИЯ СПИДа, РАКА ИММУННОЙ СИСТЕМЫ, ЛЕЙКОЗА 1. Общие.черты рака иммунной системы и их объяснение в тканевой теории Что общего между синдромом приобретенного иммунного де фицита (СПИДом), раком иммунной системы и лейкозами и описываются они одной теорией или для каждого заболевания нужна своя теория? Как отмечают большинство ученых, раковые заболевания кроветворной и иммунной систем относятся к наибо лее сложным для понимания процессам опухолеобразования, на многие вопросы пока нет ответа.

Идентифицировать СПИД в качестве вирусного рака иммун ной системы можно на основании тех характерных проявлений иммунодефицитов, которые аналогичны и другим видам рака лимфоидной ткани, вызванным радиацией или химическими кан церогенами. Специфичность канцерогенного фактора нивелирует ся неспецифической реакцией иммуногематологической системы тканевого гомеостаза.

Иммунологическая недостаточность — одно из самых частых последствий злокачественного роста лимфоидной ткани. Соглас но А. Ройту (1991, с. 172 — 177), «причины этого явления еще недостаточно ясны, но, похоже, злокачественные клетки мешают развитию, нормальных клеток Быть может, они выделяют ка кие-то клеточно-специфнческпе кейлоны, или трансформирую щие супрессорные факторы... При различных лимфоидных зло качественных новообразованиях созревание опухолевых клеток остановлено на разных стадиях дифференцировки.. Часто опу холевые клетки подавляют развитие аналогичных нормальных клеток и вызывают иммунологическую недостаточность». Мы привели точку зрения крупного специалиста, иммунолога А Рой та, и хотим подчеркнуть в связи с этим один аспект нарушение созревания клеток иммунной системы выделяется в качестве ха рактерного признака рака иммунной системы. Так, лимфосарко ма формируется из незрелых лимфоидных клеток и относится к лимфопролиферативным заболеваниям кроветворной ткани, име ет B-клеточное происхождение;

лимфогранулематоз, болезнь Ходжкина, характеризуется злокачественной гиперплазией лим фоидной ткани. Патогенез состоит в подавлении клеточного им мунитета: нарушении функции Т-лимфоцитов, угнетении способ ности к развитию аллергических реакций гиперчувствительности замедленного типа. Капсула лимфатических узлов нарушается в конечной стадии, при этом наблюдается инфильтрация окружаю щих органов и тканей. В основе лимфопролиферативных заболе ваний, по мнению исследователей, лежат нарушения функцио нальной активности иммунной системы (Касьяненко, Пинчук и др., 1992). При вовлечении в эти процессы иммунокомпетентных клеток нарушается их функция в формировании иммунных реак ций по клеточному или гуморальному типу. Согласно этим авто рам, этиология лимфопролиферативных заболеваний неясна.

Анализируя этот аспект проблемы, А. Роит (1991, с. 211) пишет:

«При нарушении процесса дифференцировки общего предшествен ника лимфоидных клеток ни В-, ни Т-лимфоциты не образуются, что сопровождается тяжелым иммунодефицитом, затрагивающим как клеточные, так и гуморальные иммунные реакции». С нашей точки зрения, блокировка дифференцировки клеток причинно свя зана с нарушением их функции, т.е. иммунодефицитом.

Чтобы понять, что происходит при вирусных инфекциях, по ражающих иммунную систему, необходимо проанализировать аьалогичные поражения иммунитета при радиационном и бензо льном воздействии. В процессе длительного облучения происхо дит снижение количества клеток миелоидного ряда, что вызывает компенсаторные процессы, проявляющиеся в ускорении жизнен ного цикла и усилении пролиферации миелоидных элементов (Ильюхин и др., 1982). Наблюдалось снижение костномозговой продукции гранулоцитов, а вышедшие в кровоток клетки были функционально неполноценны, что приводило к иммунной недо статочности. Прекращение лучевого воздействия сопровождалось нормализацией пролиферации и восстановлением функциональ ной полноценности зрелых грану лоцитов.

Развитие событий, ведущих к иммунной недостаточности при радиационном воздействии, является общим и для других видов канцерогенных воздействий. Повышенная гибель клеток иниции рует ускоренную пролиферацию, которая становится причиной на рушения дифференцировки клеток. Низкодифференцированные клетки синтезируют другой состав белков и ферментов, чем зрелые, поэтому клетки перестают выполнять специфические функции, по являются множественные проявления иммунодефицита.

Тканевую модель развития иммунодефицита подтверждают дан ные о состоянии рецепторов на мембране эритроцитов. Как извест но, при эмбрионализации количество рецепторов, характерных зрелым клеткам, снижается. Изучение поведения рецепторов эрит роцитов и обусловленных ими иммунных функций показало (Ка ральник, 1992), что эритроциты больных системной красной вол чанкой (СКВ) не связываются сорбентом, конъюгированным с ком плементом, что обусловлено уменьшением количества CRI на эрит роцитах. Снижение экспрессии CRI на эритроцитах отмечается при аутоиммунной гемолитической анемии, ревматоидном артрите, пер вичном синдроме Сьергена, параксизмальной ночной гемоглобину рии, а также при лепроматозной форме лепры и СПИДе. Автор считает, что уменьшение экспрессии CRI на эритроцитах является ключевым патогенетическим механизмом СКВ. Вместе с тем эти данные свидетельствуют о том, что клетки крови выполняют также иммунологические функции в организме.

При синдроме Чедиака — Хигаси (Stossel, 1983), к которому от носятся нейтропения, тромбоцитопения, приступы лихорадки, пе риферическая нейтропатия и лимфогистиоцитарная пролиферация в печени, селезенке и костном мозге, отмечается, что пролиферация усугубляет панцитопению и это связано с частыми бактериальными и вирусными инфекциями. Однако автор не уверен, что обнаружи ваемые «лимфоцитарные» инфильтраты в печени, селезенке и лим фатических узлах имеют опухолевую природу.

Несмотря на быстрое поглощение частиц и активный метабо лизм кислорода, нейтрофилы при синдроме Чедиака — Хигаси не достаточно эффективно воздействуют на проглоченные микроор ганизмы, что объясняется уменьшением поступления миелоперок сидазы в вакуоли фагоцитов, так как гранулы с миелопероксида зой плохо сливаются с фагосомами. Кроме ненормальной дегра нуляции, нейтрофилы слабо отвечают на хемотоксические стиму лы. Функциональные расстройства, характерные для нейтрофи лов, обнаруживаются также и у моноцитов. Как отмечает автор, причины этой недостаточности неясны.

Развитие механизма недостаточности можно понять на примере применения кортикостероидов. Известно, что применение этих пре паратов вызывает усиленное размножение гранулоцитов в организ ме. Продолжительное применение кортикостероидов в высоких до зах угнетает миграцию нейтрофилов, снижает их адгезивность и по давляет способность фагоцитов к поглощению. С нашей точки зре ния, эти эффекты связаны с тем, что ускоренная пролиферация вы зывает эмбрионализацию клеток, при этом они перестают синтези ровать специфические белки и ферменты, лишаясь функциональ ных свойств, У больных с гематологическими отклонениями, как, например, упорные анемии или миелопролиферативные наруше ния, наблюдается недостаточность миелопероксидазы нейтрофи лов. При различных болезненных состояниях бактерицидная функ ция фагоцитов нарушается. Автор отмечает, что большей частью не возможно установить причину или оценить значение данных фак тов. Описанные отклонения были найдены у больных после облуче ния, при остром лимфобластном лейкозе, у больных разными вида ми лейкозов, у больного с белковыми истощениями, хроническим миелогенным лейкозом и лимфомами. Такие же изменения харак терны при инфекции ВИЧ.

По мнению А. Ройта (1991), наиболее частая форма иммуно дефицита гипогаммаглобулинемия характеризуется гнойными ин фекциями. Это объясняется следующим. Костный мозг содержит нормальное число незрелых B-клеток, но у трети больных в кро ви отсутствуют B-клетки с поверхностными иммуноглобулиновы ми рецепторами, а еще у трети их число ниже нормы. Такие лим фоциты либо не способны дифференцироваться в плазматические клетки, либо секретировать антитела. Изменения затрагивают и Т-лимфоциты. У них снижено содержание поверхностной S-нук леазы. TIgM-клетки не дают характерного окрашивания на не специфическую эстеразу. У 30% больных снижена реакция Т клеток на поликлональный активатор фитогемаглютинин. Синд ром Вискотта —Олдрича сопровождается снижением продукции Ig M и слабой выработкой антител на многие полисахариды. По казано, что причина болезни заключается в нарушении способно сти макрофагов презентировать антиген.

При воздействии на организм ионизирующей радиации и бензо ла отмечают повышенное разрушение лимфоцитов (Хансон, 1979).

С увеличением дозы лучевого воздействия (ЛВ) снижается клеточ ность тимуса и доля в нем зрелых клеток. Ряд авторов считают ос новным патогенетическим фактором бензольной лимфопении угне тение созревания лимфоцитов в результате цитотоксического эф фекта бензола (Алешин и др., 1947;

Murakamy, 1959a;

Matsuchita, 1966). Наряду с угнетением специфических реакций и факторов иммунитета при Л В обнаружилось усиление аутоиммунного про цесса. В формировании картины радиационных и бензольных гемо патий определенное значение имеют свойства радиации и бензола как неспецифических раздражителей (Захаров, 1990).

Каков же механизм компенсаторной реакции кроветворной ткани? Первыми развиваются реакции, противодействующие сни жению количества клеток в циркулирующей крови в условиях угнетения пролиферативной активности кроветворной ткани. Од на из таких реакций — повышение пролиферативного пула поли потентных стволовых клеток. Следующим фактором является ус корение выхода недозрелых клеток из костного мозга в кровь (Захаров, 1990). Факты свидетельствуют о наличии довольно мощных компенсаторных механизмов, обеспечивающих гомеоста тическую регуляцию состава периферической крови.

Как отмечают В.Н. Шабалин и Л.Д. Серави (1988), рецепто ры и антигены клеточной поверхности злокачественных клеток при различных лейкемиях и лимфомах имеют характеристики нормальных клеток различных уровней дифференцировки. В процессе канцерогенеза угнетается пролиферация стволовых кле ток и их дифференцировка в Т- и B-лимфоциты. Нарушается также продукция медиаторов клеточного и гуморального иммуни тета. Отмечается понижение способности больных вырабатывать антитела. Согласно авторам, факт снижения иммунных реакций при лейкозах еще не нашел убедительного объяснения.

2. СПИД — вирусный рак иммунной системы Характерные проявления поражения иммунитета при ВИЧ-ин фекции не отличаются от рассмотренных проявлений иммунодефи цитов. Причины иммунных дефицитов (Хаитов, Османов, 1991), развивающихся в результате ВИЧ-инфекции, еще недостаточно изучены. ВИЧ-инфекция приводит к широкому спектру иммуноло гических аномалий, поражению и нарушению функций как клеточ ного, так и гуморального звеньев иммунной системы. Наряду с уменьшением количества Т-лимфоцитов наблюдается нарушение их функций: угнетение реакции гиперчувствительности замедлен ного типа, способность лимфоцитов к пролиферации бывает сниже на;

реакция пролиферации Т-лимфоцитов в ответ на стимуляцию растворимым антигеном также снижена;

реакция на аллоантиген по мере прогрессирования заболевания значительно снижается. В хо де развития ВИЧ-инфекции происходит гиперплазия лимфоидной ткани и стимуляция B-клеток в зародышевых зонах лимфатических узлов, появляется выраженная гипергаммаглобулинемия с преоб ладанием продукции IgGi. Данная аномалия связана с поликло налъноп стимуляцией B-лимфоцитов и плазматических клеток лим фопдных тканей и неспособностью их адекватно реагировать на специфические антигенные сигналы.

Согласно P.P. Редфилду и Д.С. Берке (1988), критерием для диагноза «СПИД» служат оппортунистические инфекции (вызы ваемые условно-патогенными микробами). Саркома Капоши эту роль играть не может, поскольку причиной этого заболевания, как считают авторы, не является подавление иммунитета и оно бывает на ранних стадиях инфекции. С одной лишь этой опу холью больные живут дольше, чем с тяжелыми нарушениями им мунной системы. При инфекции HIV у человека практически ис чезают Т-лимфоциты. Причем поголовная гибель Т4-клеток про исходит несмотря на то, что только ничтожная их часть заражена HIV. С нашей точки зрения, можно полагать, что не вирус раз рушает Т-лимфоциты, а сама иммунная система в результате по явления на зараженных клетках вирусных белков, т.е. вирус вы зывает прогрессирующий аутоиммунный процесс, поскольку он является эволюционно новым вирусом для иммунной системы.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.