дят к трансформации клеток. Инактивация р105 Rb происходит под действием многих ДНК-содержащих вирусов: аденовирусов; вирусов полиомы и папилломы, SV-40.
Химические канцерогены в основном вызывают точечные мутации
испособствуют активации промоторов, что приводит к превращению протоонкогенов в активные онкогены. В качестве классических канцерогенов можно назвать N-ацетиламинофлюорен, нитрохинолин-1-оксид, полициклические углеводороды типа 3,4-бензапирена, винилхлорид. К проканцерогенам, превращающимся уже в организме в канцерогены, относятся диметилсульфат, β-пропиолактон, метилметансульфонат, азотистый иприт, диалкилнитрозамин, циказин, этионит, уретан и четыреххлористый углерод.
Активация химических проканцерогенов может протекать двумя путями [8]. Первый тип реакций – окислительные реакции, катализируемые монооксидазами (гидроксилазами). Ферменты локализованы в ЭПР гепатоцитов, в результате катализируемых реакций гидроксилирования возникают гидрооксидериваты и эпоксиды, которые под действием эпоксигидроксилаз превращаются в еще более опасные диолэпоксиды. Второй тип реакций осуществляют ферменты, катализирующие реакции превращения нерастворимых проканцерогенов в растворимые формы, что увеличивает их канцерогенную активность.
Канцерогены реагируют со структурами молекул ДНК, образуя с пиримидиновыми и пуриновыми основаниями ковалентные связи: алкилирующие – с N-7 и О-6 атомами остатков гуанина, с N-1, N-3, N-7 атомами остатков аденина и N-7 группой цитозина. Ароматические ариламины
иариламиды чаще связываются с С-8 атомами гуаниновых остатков. Полициклические углеводы могут внедряться в пространства между основаниями в молекулах ДНК или взаимодействовать с теми структурами ДНК, которые не принадлежат азотистым основаниям. Не исключена возможность реакции между канцерогенами и регуляторными белками или информационной РНК [8].
Процесс химической трансформации достаточно продолжителен, латентный период составляет до 50 дней. Это свидетельствует о том, что трансформация не возникает за счет одноразового воздействия на структуру ДНК. В пользу последнего утверждения следует рассматривать и способность клеток к восстановлению поврежденной ДНК.
Среди физических факторов, воздействие которых приводит к злокачественному перерождению клеток, наибольшее значение имеют ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение, инородные тела, гипертермия. Первичной причиной трансформации при действии ультрафиолетового излучения и ионизирующей радиации является их мутагенное воздействие. Трансформация так же, как и в случае химического мутагенеза, происходит только при большом количестве результативных повреждающих
186
действий, направленных на одни и те же клетки, и характеризуется следующими закономерностями:
-появление опухоли зависит от вида и дозы облучения;
-длительная экспозиция малых доз опаснее, чем кратковременное воздействие больших доз или повторное прерывистое действие;
-опухоли преимущественно появляются в тканях, непосредственно подверженных облучению;
-радиация вызывает опухоли там, где под ее воздействием произошла гибель клеток или их повреждение.
Действие инородных тел (протеазы различного типа, внутриматочные контрацептивные средства и т.п.) сопровождается с небольшой частотой возникновением опухолей по типу саркомы. Инородные тела, контактирующие с тканями более 4-8 недель, окружаются соединительнотканными капсулами, основной компонент которых – коллаген. В капсуле присутствуют фибробласты, фиброциты, макрофаги и другие клетки. Среди них – перициты, клетки, способные превращаться в различные мезенхимные клетки. Ультраструктура этих клеток сходна с таковой в клетках саркомы, которые возникают из них.
Многообразие причин, приводящих к развитию опухолей, является одним из основных препятствий на пути создания эффективных методов лечения онкологических заболеваний. На молекулярном уровне это многообразие наблюдается даже среди опухолей, относящихся к одному и тому же гистологическому типу [A.A. Abott, 2002, цит.2]. Единственным изменением, общим для подавляющего большинства злокачественных новообразований, является активация фермента теломеразы [N.W. Kim et all., 1994, цит.2]. Стимуляция неконтролируемого деления за счет активации онкогенов непосредственно связана с фактором репликации Е2F. Действие Е2F контролируется белком Rb. Этот белок существует в двух формах: фосфорилированной и нефосфорилированной. В нефосфорилированной форме он способен связываться с Е2F и блокировать его активность. В свою очередь Rb находится под контролем циклинзависимых киназ (Cdk). Ингибиторами данных киназ являются белки INK4, Kip 1, WAF1. Онкобелок из семейства myc препятствует действию ингибиторов циклинзависимых киназ и способен активировать ген Е2F [U.Krug et all., 2002; D.Levens, 2002; R.A. Steinman, 2002, цит.2]. Ионизирующая радиация или химические канцерогены активируют белок р53, который при посредстве WAF1 задерживает инициацию репликации до тех пор, пока ферменты репарации не завершат удаление повреждений в ДНК. Препятствуя мутагенезу вообще, р53 уменьшает риск возникновения и таких мутаций, которые способствуют превращению нормальной клетки в раковую [D.Sidransky, 1996, цит.2]. Отсутствие функционирующего р53 наблюдается приблизительно в 50% случаев рака у человека. Естественной защитой организма от опухолевых клеток являются их распознавание и уничтоже-
187
ние с помощью апоптоза. Однако известно, что трансформированные клетки приобретают значительную устойчивость к апоптозной гибели,
вчастности, за счет высокого уровня экспрессии белка bcl-2, останавливающего апоптоз, или из-за утраты функциональной активности р53.
Известно, что в процессе репликации отстающая цепь ДНК первоначально образуется из дискретных отрезков (фрагментов Оказаки), каждый из которых является продуктом РНК-праймера. На следующем этапе синтеза запаздывающей цепи РНК-праймеры удаляются рибонуклеазой и пустующее пространство заполняется ДНК. ДНК-полимераза сама нуждается
впраймере, роль которого выполняет 3΄-конец соседнего фрагмента Оказаки. Рибонуклеаза разрушает также праймеры, находящиеся на краю хромосомы. Однако данные РНК-праймеры не могут быть замещены на ДНК по причине отсутствия фрагмента Оказаки – праймера для ДНКполимеразы. В результате на месте крайних РНК-праймеров остается пустота. Таким образом, каждый акт репликации сопровождается невосполнимой потерей небольшого участка на конце хромосомы. Это явление получило название «проблемы концевой недорепликации», оно приводит к прогрессирующему укорачиванию хромосом в ряду клеточных делений [А.М. Оловников,1971; J.Marx, 2002, цит.2]. Укорачивание хромосом влечет в конечном итоге гибель клетки. На концах хромосом человека находится многократно повторяющаяся последовательность 5΄-TTAGGG, эта область называется теломерой. С каждым клеточным делением теломера укорачивается на 50-200 нуклеотидов [J.W.Shay et all., 2001, цит.2]. Наличие теломеры позволяет клеткам пройти определенное количество делений без потери жизненно важных участков. Способность к неограниченному росту опухолевых клеток определяется наличием фермента теломеразы, препятствующей укорочению хромосомы. Теломераза удлиняет 3΄-конец хромосомы, добавляя к нему звенья TTAGGG. Вторая нить достраивается обычным образом с участием праймазы, ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы. За редкими исключениями, здоровые соматические клетки человека не имеют теломеразной активности. Большинство опухолей (~90%) имеют активную теломеразу [N.W. Kim et all., 1994; J.Marx, 2002, цит.2]. Теломе-
раза выделяется из тканей в виде рибонуклеопротеида, состоящего из трех субъединиц: РНК (hTER), полипептида hTERT и полипептида ТЕР1. hTER содержит участок из 11 нуклеотидов комплементарный одной из цепей теломеры и выполняющий роль РНК-матрицы для удлинения этой цепи. Полипептид hTERT является обратной транскриптазой, синтезирующей цепь ДНК на матрице hTER [A.J. Davis, L.L. Siu, 2000, цит.2]. Белок ТЕР1, воз-
можно, выполняет регуляторную функцию, поскольку активный фермент можно сконструировать без него.
Активность теломеразы, по всей видимости, находится под контролем узловых компонентов системы клеточного деления – циклинзависимых киназ, белков Rb, E2F. Некоторые сигнальные молекулы: онкобелки myc,
188
эстрогены могут непосредственно действовать на промотор гена hTERT, а также опосредованно через действие на р53 или на ген ТЕР1.
Вероятно, существует несколько уровней регуляции активности теломеразы, которые могут быть реализованы в разных условиях и тканях. Однако несомненным является факт, что активация теломеразы составляет ключевой момент трансформации нормальной клетки в злокачественную опухолевую клетку [2].
Таким образом, канцерогенез многоступенчатый процесс накопления в клетке генетических дефектов, обусловливающих ее постоянную митогенную стимуляцию, нечувствительность к антиростовым и проапоптотическим сигналам, неограниченный пролиферативный потенциал, ангиогенез, инвазию и метастазирование [15].
После трансформации и стимуляции пролиферации опухолевых клеток начинается формирование стромы опухоли. Стромообразование в опухоли является результатом взаимодействий опухолевых клеток с клетками соединительной ткани гистогенного и гематогенного происхождения. Образование стромы в опухоли – сложный многостадийный процесс, который включает:
(1)секрецию опухолевыми клетками митогенных цитокинов, онкобелков, металлопротеаз, их активаторов и ингибиторов;
(2)синтез опухолевыми клетками компонентов ЭЦМ стромы;
(3)пролиферацию клеток соединительной ткани;
(4)синтез клетками соединительной ткани ЭЦМ;
(5)взаимодействие опухолевых клеток с клетками соединительной ткани и гематогенными клетками: макрофагами, NK-клетками, Т-лимфоцитами;
(6)взаимодействие опухолевых клеток с ЭЦМ опухолевой стромы. Участие опухолевых клеток в образовании стромы многообразно. Во-
первых, трансформированные клетки секретируют разнообразные факторы роста и онкобелки, способные стимулировать пролиферацию фибробластов, миоцитов, эндотелиальных клеток, а также усиливать синтез и секрецию зрелыми клетками элементов ЭЦМ. Во-вторых, опухолевые клетки сами секретируют в различных количествах компоненты ЭЦМ – коллагены. В-третьих, опухолевые клетки продуцируют вещества, участвующие в разрушении ЭЦМ – металлопротеазы, их активаторы и ингибиторы. Динамическое равновесие между металлопротеазами (коллагеназами I, II и III) и их ингибиторами обусловливает проявление инвазивных свойств опухоли.
Важную роль в стромообразовании, а также в разрушении ЭЦМ играют соединительнотканные и гематогенные клетки. Они продуцируют факторы, стимулирующие образование стромы: факторы роста, ИЛ-1, ФНОα, ТФР, фибронектин и др., а также протеолитические ферменты.
189
Строма влияет на опухолевые клетки через адгезивные молекулы и интегриновые рецепторы, передающие сигнал через цитоскелет в геном клетки.
Ангиогенез и опухоль. Рост солидных опухолей зависит от степени развитости в них сосудистой сети. Фолькман [цит.18] обнаружил, что клетки опухоли выделяют белковый фактор, потенциирующий врастание капилляров в опухолевую ткань. Этот фактор получил название ангиогенный фактор Фолькмана. Затем было обнаружено множество подобных факторов. Ангиогенез в опухоли происходит на фоне измененного ЭЦМ в условиях нарушенных межклеточных и паренхиматозно-стромальных взаимоотношений. Это приводит к развитию неполноценных сосудов преимущественно капиллярного типа, часто имеющих прерывистую базальную мембрану с нарушенной эндотелиальной выстилкой.
Взаимодействие организма-опухоленосителя и опухоли. На опухоле-
вые клетки влияет множество реакций организма-опухоленосителя: противоопухолевое действие иммунной системы, аллогенное торможение роста опухолевых клеток нормальными клетками, кейлонное ингибирование, канцеролизис, индуцированный липопротеидами крови, гормональные воздействия.
Иммунная система является основной в защите организма от опухоли. Защита достигается благодаря прямым межклеточным контактам клеток иммунной системы с опухолевыми клетками, а также она опосредована влиянием растворимых цитокинов и гормонов. Иммунная система может реагировать на возникновение трансформированных клеток в организме, поскольку они могут продуцировать уникальные опухолевые антигены. Противоопухолевой иммунитет реализуется Т-киллерами, NK-клетками (субпопуляция гранулярных больших лимфоцитов) и макрофагами.
Активность противоопухолевых Т-киллеров обусловливается присутствием на мембране опухолевой клетки антигенов I класса главного комплекса белков гистосовместимости (ГКГС). Она регулируется интерлейкинами, Т-супрессорами, Т-хелперами, макрофагами. Т-киллеры способны продуцировать ФНОβ (лимфотоксин), оказывающий прямое цитотоксическое действие на опухолевые клетки. NK-клетки оказывают деструктивное воздействие на опухоль без предварительной сенсибилизации. Для них не нужна экспрессия антигенов I класса ГКГС. Лизис осуществляется за счет непосредственно взаимодействия с опухолевыми клетками, через лектиновые рецепторы и лектинсвязывающие молекулы, а также через Fcфрагмент антиопухолевых антител.
Иммунные макрофаги оказывают более сильное воздействие на опухолевые клетки, чем Т-киллеры. Их цитотоксический эффект проявляется при соотношении с опухолевыми клетками 1:1, а у киллеров 100:1. Макрофаг оказывает цитотоксическое действие прямое, а также опосредованно путем активации Т-лимфоцитов и NK-клеток цитокинами.
190