Ранний этап онкологических воззрений. Теория Вирхова, Конгейма, Фишер-Вазельса.
В 1773 г. Лионская академия во Франции объявила конкурс на наиболее точное определение рака как болезни. Первое место было присуждено автору формулировки: «Эту болезнь так жетрудно определить, как и лечить». Одно из первых упоминанийо раке мы находим в знаменитом «Папирусе Эдвина Смита», относящемся к 2500 г. до н.э. и названном по имени ученого, расшифровавшего его. Обожествленный еще при жизни египетскийжрец-врач Имготеп дает такое описание и наставление: «Если осматриваешь женщину и находишь у нее в груди плотную вздувшуюся опухоль, а грудь прохладная и нет лихорадки, если в груди нет зернистости и из соска не течет жидкости, а при надавливании она не меняет своего размера и женщина не вскрикивает от боли, то болезнь, с которой тебя зовут бороться, лечения не имеет» (см.: Чаклин, 1990).
В XII в. до н. э. в Китае во времена династии Инь уже былоизвестно о болезни аи — этим термином и сегодня в Китае обозначают рак. В эпоху династии Сун (960 — 1279) появились книги «Книга сокровищ Вэйцзи» и «Медицинский справочник домаЖэнь», в которых имеется следующее описание: «Аи возникаетпод кожным покровом и уходит в глубь тканей. При вскрытииопухоль напоминает внутреннюю часть карстовой пещеры, небольшие бугорки с заостренными кончиками, иногда голубогоцвета, выступающие подобно вылезшим из орбиты глазным яблокам, Их ядовитые корни прорастают глубоко в тело». Подробноописаны раковые опухоли в «Папирусе Эберса», относящемся к 3730-3710 гг. до н. э.
У древних индусов мы впервые встречаем разделение опухолей на злокачественные и доброкачественные. В индийских священных книгах — ведах — мы находим описание опухолей, атакже указание, что они подлежат иссечению. Наибольший вкладв развитие древней онкологии внесли Гиппократ и Абу Ибн Сина(Авиценна). В классическом сочинении Авиценны «Канон медицины» (XI в.), в течение 600 лет бывшем настольной книгойвсех медиков, учитель Востока указывал, что необходимо не пропустить начальную стадию этой болезни, а если удалять опухоль,то в пределах здоровых тканей. Авиценна в основном писал о наружных опухолях и, как и Гиппократ, предлагал прижигать ихраскаленным железом.
Встречаем мы описание этой болезни и в древних источникахна территории Руси. Так, среди уникальных рукописей Ипатьевского монастыря под Костромой была найдена летопись 1287 г,,в которой рассказывается о болезни князя Галицкого. Летописецподробно дает описание рака нижней губы.
Мы еще будем возвращаться к вопросам истории развития представлений о природе рака в доэкспериментальный период. Перейдем теперь к современному состоянию проблемы и очертим проблематику. Несмотря на значительный прогресс, связанный с развитием молекулярной онкологии, полная и последовательная картинагенетических процессов при раке пока отсутствует. Общим является представление, согласно которому в основе образования любойопухоли лежат необратимые изменения некоторых генов ДНК в определенной популяции клеток. При этом природа этих изменений,факторы, стимулирующие изменения, специфичность их действияпока остаются загадкой (Киселев и др., 1990).
Однако имеются альтернативные подходы — не все концепции канцерогенеза связывают причину трансформации с генетическими нарушениями. Следует учесть, что в молекулярно-генетической теории онкогенеза пока не выявлен механизм общегознаменателя, который должен объяснить, как различные канцерогенные факторы унифицируются и в конечном итоге приводятк общему результату. Существующие концепции онкогенеза неохватывают всех известных фактов, что необходимо для построения общей теории. Построение общей теории рака возможно напути интеграции, на новой теоретической основе всех ведущихконцепций, в которых имеется рациональный момент. Задача состоит в отборе концепций рака и выделении зерен истины в каждой из них, что предполагает выявление логически связанных,«стыкующихся» положений, которые можно объединить в целостную непротиворечивую теорию.
В результате интеграции на новой основе можно будет установить взаимосвязь между уровнем тканевых изменений в предракеи активизацией онкогенов в клетке как конечным результатомтрансформации. Для решения ряда вопросов необходимо выйтина другой уровень организации, поскольку молекулярно-генетическая теория не учитывает тканевые изменения, в частностироль тканевого контроля пролиферации. Она исходит из представления, что механизм трансформации полностью познаваем науровне генома клетки. По всей видимости, назрела необходимость подвергнуть критике этот постулат и отойти от традиционных представлений, которые сковывают дальнейшее продвижение в исследованиях механизма опухолеобразования.
Необходимость перехода на тканевый уровень с целью выявления механизма канцерогенеза можно обосновать следующимобразом. В настоящее время роль пролиферации при канцерогенном воздействии сводят к увеличению пула молодых клеток, врезультате чего повышается вероятность нужных мутаций, определяющих трансформацию. При этом не учитывается роль омоложения клеток с точки зрения разрушения структуры и функции тканевого гомеостаза, который контролирует пролиферациюи дифференцировку клеток. Однако длительное омоложение ткани в результате канцерогенного воздействия приводит к искажению тканевой системы регуляции пролиферации, в этом состоитальтернативный механим трансформации. Воспроизводство, регенерация тканей осуществляется за счет деления стволовых клеток, которые обладают полным набором потенциально «злокачественных» свойств, они минимально дифференцированы, клоногенны, иммортализованы, обладают автономным делением(аутокринная стимуляция митоза), и у них имеются активизированные онкогены. Митотическая активность стволовых клеток ипролиферации в целом контролируется тканевым гомеостазом,поэтому при его нарушении эти клоногенные клетки переходят кнеконтролируемому опухолевому росту. Такой механизм рака,основанный на повреждении тканевой системы контроля, хорошообъясняет способность опухолевых клеток нормализоваться придифференцировке, т. е. явление обратимости трансформации.Возможны два подхода к построению общей теории рака. Либо на основе анализа фактов строить теорию заново, как бы начиная с нуля, либо, анализируя историю становления, развитияконцепций канцерогенеза, попытаться путем их интеграции выявить целостную структуру. Очевидно, что существующие концепции не следует рассматривать как взаимоисключающие, они могут находиться в отношении взаимодополняющих. И первый, ивторой вариант должен привести к одному и тому же результату.Совпадение результатов явится доказательством, подтверждающим правильность новой концепции.
Обратимся к начальным этапам становления теоретическойонкологии. У истоков современных концепций онкогенеза стоялидве теории. Это теория раздражения Р.Вирхова (1867) и теориязародышевых зачатков Конгейма (Cohnheim, 1877). На основебольшого клинического материала Вирхов высказал предположение об этиологическом значении повторных механических и химических повреждений для возникновения раковых опухолей.Вирхов допускал возможность прямого раздражения в качествепричины опухолевого роста, ускоряющего процессы деления клеток в этих участках. Это положение учения Вирхова подвергалось возражениям, отрицалась возможность формативного роста,ускоряющего влияния каких-либо раздражителей. Однако приизучении действия половых гормонов стало ясно, что их влияниеприводит к гиперпластическим изменениям в некоторых нормальных органах, например в молочных железах, в матке, в вагине и в гипофизе при беременности. Синтетические химическиеандрогены вызывают пролиферативные изменения в предстательной железе, а эксперименты Лакассаня (Lacassagne, 1947) показали развитие бурной гиперплазии эпителия молочных желез даже у самцов после повторных впрыскиваний эстрогенных гормонов, а затем возникновение раковых опухолей молочных желез.В настоящее время хорошо известно, что применение химическихраздражителей, например полициклических углеводородов, вызывает диффузную пролиферацию клеток.
Ростоускоряющее действие различных раздражителей — какэкзогенных, так и эндогенных — является достоверным, и очевидна его связь с опухолевым ростом. Оценивая теорию Вирхова, многие онкологи считают, что слабой стороной представленияо раздражении как этиологическом факторе в возникновении истинных опухолей является недостаточная определенность понятия раздражения, оно мало помогает пониманию приписываемогоему опухолеродного действия, так как не всякие виды раздражения приводят к возникновению опухолей. Почему так происходит, т.е. какова причина неоднозначности, объясняется в концепции канцерогенного профиля, которая будет рассмотрена далее.Акцентируя внимание на факторе раздражения, в результатекоторого усиливается пролиферация, концепция Вирхова выступает в качестве модели, описывающей начало механизма трансформации, поэтому она дополняет теорию зародышевых зачатковКонгейма. Последний предполагал, что все истинные опухоли образуются из зародышевых зачатков, оставшихся без употребления в период возникновения и роста зародыша. Концепция Конгейма в определенном смысле близка современной концепциистволовых клеток. Развитию опухоли, как известно, предшествует длительный период омоложения, эмбрионализации тканей засчет нарушения дифференцировки стволовых клеток, которые,подобно зародышевым клеткам, обладают огромной пролиферативной способностью.
С этой позиции теория Вирхова описывает условия, при которых эмбрионализированные клетки в результате омоложенияразрушают тканевую структуру и функцию гомеостаза, выходятиз-под контроля. Таким образом, эти теории породили две идеи,входящие в арсенал современных концепций. Это идея о том, чтохроническая пролиферация имеет прямое отношение к раку, иидея о роли стволовых клеток в опухолеобразовании. Остается неясным, почему ускоренная пролиферация способствует опухолеобразованию, являясь причиной, согласно новойтеории рака, выхода из-под контроля стволовых клеток. Этотвопрос будет постепенно раскрываться с разных сторон в ходеизложения материала.
Следующий аспект опухолеобразовании связан с ролью развивающейся анаплазии ткани (снижением дифференцировки клеток), что приводит к относительной самостоятельности опухолевого очага. Многие авторы на основе экспериментального материала показывают, что возможность обратного развития дифференцированных клеток сомнительна, гораздо рациональней это явление объясняется недоразвитием, нарушением дифференцировкимолодых клеток, появившихся в результате деления стволовыхклеток. Об этом свидетельствуют данные о способности раковыхклеток проходить дифференцировку, теряя злокачественныесвойства, а также данные о потере дифференцированными клетками способности к делению.
Чтобы оценить онкологический смысл, значение омоложениятканей, необходимо учесть те изменения, которые происходят всистеме тканевого гомеостаза в результате нарушения дифференцировки. 4 Социальность» клетки, способность контролироватьсясо стороны ткани является, как показывают данные, результатомсозревания. На клеточной поверхности появляются различныерецепторы, улавливающие регулирующие сигналы, клетка теряетспособность делиться и переходит к производству тканеспецифических белков и выполнению тканевых функций. Обратный процесс омоложения клеточного состава приводит к автономностиклеток и неконтролируемому росту. Идея роли омоложения (эмбрионализации клеток) как причины канцерогенеза родиласьдавно, однако она не была обоснована, не получила завершеннойформы, поэтому и не стала конкурирующей моделью. Она выступает с позиции современного взгляда не как самостоятельныйфактор, а как дополнительное условие усиления мутационногопроцесса. Наметившаяся альтернатива, связанная с этим фактором, должна быть еще развита и обоснована. Итак, уточним этиидеи. Согласно первой идее, злокачественные свойства раковойклетки есть результат мутаций онкогенов, согласно второй —трансформация обусловлена эмбрионализацией клеток, которыеразрушают тканевый гомеостаз, что приводит к неконтролируемому росту стволовых клеток. Результат в виде неконтролируемого опухолевого роста при нарушении тканевого контроля отличается от результатов нарушения генетического контроля, что позволяет проверить, какой механизм верен. Обратимость трансформации клетки в результате индуцирования дифференцировкиопровергает представление о необратимых повреждениях геномав качестве механизма трансформации.
Продолжим рассмотрение концепций рака, ставших этапами вистории онкологии. Регенерационно-мутационная теория Б.Фишера-Вазельса (1929) делает акцент на особом значении регенерации клеток для онкогенеза. В результате регенерации появляются молодые размножающиеся клетки в местах воздействияканцерогена. Как считал Фишер-Вазельс, регенерация — это«чувствительный период»· в жизни клеток, когда может произойти трансформация. Однако регенерация возникает лишь в видереакций на происходящую дегенерацию под влиянием повреждающих воздействий. Это обстоятельство заставляет учитывать самые различные факторы, вызывающие повреждения в клетках итканях. Само превращение нормальных клеток в опухолевые совершается, по Фишер-Вазельсу, за счет изменений в метаструктурах, т.е. в мельчайших частицах клеточного и межклеточногоживого вещества. Позднее Фишер-Вазельс (1936) выдвинул ряд«законов», определяющих патогенез злокачественных опухолей:закон латентного периода — начало действия какого-либо канцерогенного фактора до появления признаков опухоли; закон первичности тканевого повреждения с последующей длительной регенерацией; закон образования опухолевого зачатка с последующей малигнизацией. Оценивая теорию Фишера-Вазельса, можносказать, что она верно акцентировала внимание на регенерациикак результате повреждения клеток канцерогенами, но роли пролиферативной реакции вскрыть не смогла, сам механизм рака оставался неизвестен.
Идеи Конгейма получили дальнейшее развитие в учении Рибберта (Ribbert, 1914) о возникновении опухолевых зачатков нетолько в эмбриональном, но и в самостоятельном периоде жизнилюдей и животных. Рибберт заимствовал из теории Конгейма егоосновную мысль о возникновении опухоли из предварительно образующихся опухолевых зачатков, но отказался от положения обобязательном возникновении зачатков в эмбриональном периодежизни. Зачатки могут возникать, по предположению Рибберта,на почве травм и воспалительных процессов. Под влиянием выключения клеточных групп из их анатомо-физиологических связей и возникает та «автономность» зачатков, которая обеспечивает неконтролируемый рост. Он подчеркивал, что истинные опухоли в отличие от инфекционно-воспалительных пролифератоврастут «из самих себя». Другое важное положение состоит в том,что группа клеток должна оказаться в некоторой изоляции, иначе говоря, должна уйти из-под влияния тканевого контроля.В 60-х годах наиболее распространенной и согласованной считалась полиэтиологическая теория. Она связывала появлениеопухолей с самыми разнообразными вредными влияниями на организм — как местными, так и общими. Патогенез опухолеродного превращения рассматривается как результат регенераций, следующих за повторными повреждениями. Эта теория основывалась на том, что различные вредные воздействия могут порождать в тканях мельчайшие несмертельные повреждения, что вызывает компенсаторные повторные регенерации. Однако они приводят к опухолеобразованию только в тех случая, когда повреждаются одновременно нервная или гормональная системы, которые поддерживают нормальные взаимоотношения между всемикомпонентами тканей в организме, обеспечивая нормальный рости размножение клеток. Многие онкологи предполагали, что в основе опухолеродного клеточного размножения лежат измененияобмена веществ, белкового и углеводного. Уже хорошо было известно, что при индукции опухолей различными факторами возникают дистрофические пролифераты, способные к неорганическому разрастанию. Следующий существенный момент состоит втом, что имеется определенное соответствие между дозой канцерогенного воздействия и силой опухолеродного эффекта. По мнению ряда авторов, это опровергает положение вирусогенетической теории о том, что канцерогенное действие осуществляетсяодними опухолеродными вирусами, поскольку в этом случае небыло бы корреляции с дозой канцерогена. С нашей точки зрения, наличие зависимости канцерогенного эффекта от дозы ипромежутков нанесения канцерогена ставит проблему структурыили режима канцерогенного воздействия как необходимого условия трансформации. Факт наличия такой структуры, параметрыкоторой можно в каждом конкретном случае установить эмпирически (для разных тканей и канцерогенов она различна), говорито наличии некоторого механизма в ткани, т.е. необходимаяструктура воздействия является отражением структуры гомеостаза ткани. Иначе говоря, структура канцерогенного воздействия,необходимого для индуцирования опухоли, будет отражать параметры тканевого гомеостаза, его свойства восстанавливаться после повреждения.
Отметим, что постановка вопроса о наличии на тканевомуровне структуры, которая определяет режим канцерогенноговоздействия, необходимого для развития опухолеобразования,является новым подходом к механизму опухолеобразования. Этоозначает, что механизм трансформации определяется не мутациями в клетке, а тканевой системой контроля пролиферации. Возникает определенная симметричность между необходимым канцерогенным профилем и свойствами тканевого гомеостаза.
В 1923 г. О. Варбург (Warburg, 1926) обнаружил высокуюскорость образования молочной кислоты раковыми клетками ипришел к заключению, что способность получать энергию за счет«молочнокислой ферментации» глюкозы и расти за счет энергииэтого процесса является главной биохимической характеристикойраковых клеток. Первичной причиной рака, по его мнению, является замещение дыхания кислородом в нормальных клетках тела ферментацией сахара. Варбург, к сожалению, не вышел нацентральную проблему — механизм, контролирующий делениенормальных клеток и утрачивающийся при раке. Приведем точкузрения И.Ф.Сейца и П.Г.Князева (1986, с.15), они пишут: «Несомненно, различия в энергетическом обмене, открытые Варбургом, важны, однако, будучи таковыми, они находятся на уровнебиохимической организации клетки и недостаточно глубоки, чтобы касаться сердцевины проблемы рака, неконтролируемого роста… Первичную причину следует искать на уровне контроля генной экспрессии, детали которой пока неизвестны». Это замечание авторов имеет принципиальное значение, однако, с нашейточки зрения, исходя из положения о нарушении контроля пролиферации .нельзя сделать однозначный вывод, что оно обусловлено нарушением генетического контроля.
Чтобы разобраться в этом вопросе и смысловой неоднозначности, рассмотрим следующий пример. Представим в качестве схемы систему, состоящую из относительно автономных подсистем,где каждая подсистема обладает собственной системой регуляции. Регуляцию на уровне подсистемы обозначим первым уровнем регуляции, а на уровне целостной системы — вторым уровнем контроля. Синхронизировать функционирование системыкак единого целого можно с помощью механизма контроля второго уровня, поскольку регуляция на уровне подсистемы не распространяется на всю систему. Если бы это было не так, то подсистемы вступили бы в конкурентные взаимоотношения друг сдругом за контроль над системой. Если вместо абстрактных систем рассмотреть тканевый гомеостаз, осуществляющий контрольпролиферации, а вместо подсистемы — регуляцию клетки науровне генома, то становится понятным, почему нарушение контроля пролиферации при опухолеобразовании связывается в новой теории с тканевым контролем, а не с генетическим.
Можно привести в качестве примера соображение эволюционного характера. В том, что трансформация зависит от стабильноститканевого гомеостаза, есть своя логика. Если бы генетические мутации определяли трансформацию, то организмы постоянно бы болели раком. Система тканевого гомеостаза более надежна, так как независит от единичного события в клетке, а основывается на динамике воспроизводства клеточных популяций, т.е. интегративного результата функционирования большой совокупности клеток. С другой стороны, если бы генетические мутации ускорялиделение одноклеточных организмов, то генетически аномальныеорганизмы получали бы эволюционное преимущество. Это ставитвопрос о неоднозначности представления о развитии рака за счетмутации в отдельной клетке.
Хотя эти аргументы носят характер общего соображения, они подчеркивают неочевидность, проблематичность традиционного подхода к трансформации в результате генетических нарушений за счет не специфического воздействия различных канцерогенных факторов, что не укладывается в представление о специфичностимолекулярно-генетических взаимоотношений. Может возникнуть вопрос: почему речь идет о не специфическом воздействии, откуда это следует? Очевидно, что такое большое количество канцерогенов, различных по природе, не имеет общего специфического свойства.
Из работ Варбурга известно, что гликолиз клеток тела максимален на наиболее ранних стадиях эмбрионального развития, нопостепенно падает по мере дифференциации эмбриона. Целыйряд характеристик дифференцированной клетки исчезает вовсе впроцессе дедифференцировки. Поэтому изменение дыхания, снашей точки зрения, — это не причина рака, а следствие омоложения клеток, а именно результат изменения состава ферментов;это можно обосновать тем, что аналогичные изменения наблюдаются при регенераторных процессах.
Мы коснулись некоторых аспектов основ теории канцерогенеза, и именно в этом вопросе необходимо сделать принципиальные изменения. Выражая общую позицию по этому вопросу, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев (1986, с.35) пишут: «Поскольку основной функцией неопластических клеток является их воспроизведение, а материальным субстратом этого процесса служат нуклеиновые кислоты, именно в этой категории веществ клетки можно было бы в первую очередь ожидать изменений при раковом и лейкозном перерождении в отношении как химизма, так и обменных превращений… Можно поэтому ожидать, что решающие открытия в области выяснения природы неоплазм придут именно из сферы изучения состава, структуры и превращения нуклеиновых кислот. Это явилось бы логическим завершением длительного пути и торжеством того направления мысли, которое признает изменение в генетическом материале в качестве первичного импульса ракового или лейкозного перерождения».
Авторы выражают своего рода философию современного понимания канцерогенеза, которая определяет интерпретацию фактов.
В чем ошибка в этих кажущихся безупречными выводах? Несмотря на то что материальным субстратом воспроизведения клетки являются нуклеиновые кислоты, это не означает, что механизм контроля пролиферации в ткани осуществляется на уровне генома клетки. За скобки выносится механизм тканевого контроля. Этот вопрос и представляет ту альтернативу подхода, которая была не видна ввиду кажущейся однозначности, очевидности традиционного подхода. Какие факты могут подтвердить или опровергнуть концепцию нарушения контроля пролиферации?Очевидно, если нарушение контроля обусловлено выходом из строя тканевого гомеостаза, то раковые клетки должны обладать способностью нормализоваться в результате стимуляции дифференцировки. Если нарушение происходит на уровне генома в виде мутаций или иных необратимых изменений генома, то трансформация должна быть необратимой. Данные по нормализации опухолевых клеток при дифференцировке (Швембергер, 1987)подтверждают первую концепцию, т.е. при дифференцировке раковые клетки теряют злокачественность и нормализуются, что было бы невозможным, если бы трансформация была обусловлена необратимыми изменениями генома. Второй аргумент состоит в том, что необратимые изменения генома привели бы к необратимому блокированию (нарушению) дифференцировки, поскольку данные не подтверждают этого, то опровергается механизм трансформации за счет мутаций.
Концепция «конвергенции» и«дивергенции» опухолевой прогрессии
Важное значение в понимании механизма канцерогенеза занимает концепция «конвергенции» J.Greenstein (1951) (см: Сейц, Князев, 1986). Этот крупный ученый развил представление о приобретении опухолями некоторых общих биохимических свойств. Это относится к энзимам и другим качествам опухолевых клеток. Данноенаправление основывается на том факте, что в процессе опухолеобразования имеет место прогрессирующая дедифференцировкаКаждой нормальной клетке присущ ряд морфологических и биохимических особенностей, позволяющих выполнять в ткани физиологические функции. Наряду с фундаментальными процессами энергетики, роста ей присущи специфические процессы, характерныедля данной ткани. Прогрессирующая дедифференцировка приводит к утрате специфических ферментов, в неоплазмах сохраняютсялишь энзиматические системы, обеспечивающие необходимые длявыживания функции поставки энергии и размножения. В результате прогрессии опухоли уподобляются друг другу. Автор пришел кзаключению, что неоплазмы различного происхождения болеесходны морфологически и биохимически, чем каждая из них сосвоей нормальной тканью. Данные показывают, что существуеткорреляция между снижением активности специфических ферментов и скоростью роста опухоли.
Оценивая гипотезу «конвергенции», В.С.Шапот (1975) отметил, что гипотеза об унификации обмена веществ опухолей различного гистогенеза верна, но не полностью. Огромный экспериментальный материал свидетельствует о существовании и обратной тенденции — фенотип отдельно взятой клетки злокачественной опухоли оказывается уникальным, а спектр биохимическиххарактеристик — неповторимым, включающим в себя каждыйраз иные комбинации отклонения от нормы. Возникает противоречие между тенденциями развития, уподобления и увеличенияразнообразия свойств. Как примирить эти несогласующиеся тенденции? С нашей точки зрения, эти противоречивые направленияизменений можно примирить путем соотнесения той или инойтенденции со степенью прогрессии, т.е. фазой опухолеобразования. Очевидно, что гипотеза «конвергенции» верна не толькодля всего переходного состояния опухолеобразования, а для опухолей, далеко продвинутых в направлении дедифференцировки.Эта же гипотеза неверна для начальных и промежуточных фазразвития, поскольку в этих состояниях спектр разнообразиясвойств увеличивается за счет появления клеток, находящихся вразной фазе дифференцировки. Разброс свойств будет минимальным, когда все клетки будут дифференцированы либо недифференцированы. Другой аспект увеличения разнообразия в опухолевой прогрессии связан с тем, что промежуточные состояниядифференцировки клетки с точки зрения реализации генетической программы могут соответствовать другим тканям, как этопроисходит в процессе эмбриогенеза, когда организм «проходит»программы других видов. Эта аналогия объясняет, почему в опухоли могут обнаруживаться клетки, характерные для других тканей. Таким образом, аргумент В.С.Шапота справедлив, но относится к другой стадии опухолеобразования, поэтому он не противоречит концепции «конвергенции».
Делеционная гипотеза
При анализе канцерогенеза, вызванного азокрасителями, былообнаружено, что происходит связывание диметиламиноазобензолас цитоплазматическими белками печени. В ходе канцерогенеза содержание клеточного белка, реагирующего с красителем, постоянно убывает до полного исчезновения его в сформировавшейся гепатоме. Было высказано предположение, что с канцерогеном связываются белки, контролирующие рост. -«Выпадение» этих регуляторных белков приводит к неограниченному росту. Дальнейшие исследования не внесли ясности в понимание значения этой группыбелков в химическом канцерогенезе. Так, было показано, что в ходеканцерогенеза кожи мышей полициклическими углеводородамипроисходит аналогичный процесс связывания и исчезновения белков. Из этих фактов был сделан вывод: соединение канцерогена сопределенным цитоплазматическим белком вызывает необратимоеизменение или потерю этого белка, что играет решающую роль вканцерогенезе. Предполагали, что утрата белка снимала торможение деления ядра и способствовала опухолеобразованию.
Оценивая эту модель канцерогенеза, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев(1986) отметили, что до сих пор не удалось привести достаточноубедительных доказательств гипотезы «выпадения», они пишут:«Канцерогены связываются не только с белками, но и с другимикомпонентами клетки, и прежде всего с нуклеиновыми кислотами, именно на это следует обратить внимание».
К сожалению, теория онкогена не внесла ясность относительно этой гипотезы, и имеются основания не согласиться с интерпретацией и оценкой, которую дают И.Ф.Сейц и П.Г.Князев.
В чем суть проблемы выпадения белка, каков механизм этого явления? Очевидно, можно иначе объяснить феномен «выпадения»? Решение этой проблемы содержится в вышеприведенной концепции «конвергенции», точнее, в одном из ее аспектов. Суть состоит втом, что прогрессирующее омоложение, которое наблюдается приканцерогенезе, и соответственно дедифференцировка клеток связаны с постепенным снижением количества синтезируемых тканеспецифических белков. В результате дедифференцировки меняетсяферментативный спектр в сторону уменьшения количества синтезируемых белков, до полного исчезновения некоторых из них. Это означает, что снижение количества белка происходит не за счет связывания с экзогенным фактором, а за счет эмбрионализации ткани.Канцерогены вызывают повышенную пролиферацию, а она определяет прогрессирующую эмбрионализацию ткани, в результате искажается спектр синтезируемых белков. Далее мы рассмотрим, какэто влияет на механизм контроля пролиферации, а именно наструктуру тканевого гомеостаза.
Эпигенетические концепции
Гипотезы, обосновывающие ведущую роль в неоплазии эпигенетических факторов, исходят из того, что наследуемые квазинеобратимые изменения могут происходить в ходе дифференциации без изменения генетической информации. Например, эпигенетические последствия реакций п-гидрокси-эфиров аминов иамидов с аминокислотами (метионином, цистеином, тирозином,триптофаном) в белках и с гуанином и другими основаниями вразличных РНК рассматриваются в качестве механизмов канцерогенеза. Мысль, что такие реакции лежат в основе обратимоститрансформации, была высказана лауреатами Нобелевской премии Ф.Жакобом и Ж.Моно (Jacob, Monod, 1961). Вскоре онаполучила подтверждение в виде демонстрации быстрого эпигенетического действия метилхолантрена в печени крыс. На основеэтих реакций было сделано предположение, что опухоли могутвозникать в результате действия потенциально обратимых аберраций при дифференциации, которые являются результатом модификации транспортных РНК, индуцированных канцерогенами.Чем же вызвано появление эпигенетических концепций, какиефакты они объясняют? Появление концепций, не связывающих механизм трансформации с мутациями, основывается на данных понормализации опухолевых клеток при стимуляции дифференцировки. С этой точки зрения эпигенетические концепции исторически предшествуют тканевой теории и являются родственными.В связи с явлением нормализации раковых клеток возникаетпроблема изменения оснований, принципа теории онкогена. С одной стороны, надо сохранить рациональное зерно теории онкогена, с другой — необходимо изменить принцип механизма трансформации. Тканевая модель канцерогенеза сохраняет идею активизации онкогенов, но в другой форме, не за счет поврежденийгенома или белков, а в результате нарушения тканевого гомеостаза и выхода из-под контроля клоногенных клеток, обладающихактивизированными онкогенами. Тем самым можно отделитьидею активизации онкогенов в стволовых клетках и выход их изпод контроля тканевой системы от идеи нарушения генома в качестве предполагаемой причины трансформации.
Существует ряд гипотез, выделяющих такой аспект, как аномальная экспрессия генов, сдвиг изозимного спектра в опухолях.S.Weinhouse (1972) (см: Сейц, Князев,1986) на экспериментальных гепатомах изучал отклонение в генетической экспрессии, проявляющейся в изоэнзимных изменениях. Он пришел к выводу, чтоошибочное программирование генетической информации являетсяобщей фенотипической чертой рака. Сюда же следует отнести появление фетальных белков. Он считал, что гены, бывшие активнымив эмбриональном состоянии и репрессированные в ходе дифференцировки, реактивируются при раке. S. Wemhouse отмечают существенные изменения в экспериментальных гепатомах различной степени дифференцировки. С уменьшением степени дифференцировки гепатом активность глюкокиназы практически исчезает. В этойгруппе опухолей имеют место почти полное исчезновение высокоактивного и играющего ключевую физиологическую функцию в нормальной печени изозима и значительная дерепрессия изозимов,слабоактивных в зрелой печени. Эти данные соответствуют таковым эмбриональной печени (Ходосова, 1988).
Характерны изменения в экспериментальных гепатомах изоферментов альдолазы. Альдолаза А — доминирующая формафермента в эмбриональной печени. Альдолаза В представляетединственную форму этого фермента в зрелой печени. С падением степени дифференциации альдолаза А начинает появляться,и, подобно гексокиназным изоэнзимам, низкодифференцированные гепатомы полностью теряют альдолазу В, которая замещается высокоактивным изозимом альдолазы А.
Сходные трансформации происходят в гепатомах с ферментомпируваткиназой. В медленно растущих высокодифференцированных гепатомах (9618 А) активность пируваткиназы высока, нонизка в опухолях средней степени дифференцированное™ ипрактически отсутствует в быстрорастущих, низкодифференцированных.
Как интерпретировать приведенные данные? Анализируя проблему изменения ферментативного, белкового спектра опухолей впроцессе прогрессии, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев пишут: «Рак характеризуется потерей контроля хозяина над клеточной пролиферацией. 4Обратной стороной медали» являются нарушение дифференциации и сопутствующие этому изменения в экспрессии отдельных важных в функциональном отношении генов… Делалосьмного попыток найти связь между пролиферативными процессами опухолей и их энзиматическими активностями, однако безуспешно. Это и понятно, так как простое определение валовых энзиматических активностей часто не выявляет тонких и глубокихсдвигов, определяемых измененной молекулярной структурой отдельных изоэнзимных компонентов» (с.43). Мы привели даннуюточку зрения, чтобы сопоставить ее с интерпретацией этих процессов с позиции тканевой модели. Можно не согласиться с тем,что нарушение дифференцировки является «обратной стороноймедали» нарушения контроля пролиферации. С нашей точки зрения, здесь перепутаны причина со следствием в последовательности событий. Предшествует ли дедифференцировка трансформации или наоборот? С нашей точки зрения, нарушение дифференцировки предшествует трансформации, поскольку омоложениеткани — характерный признак также регенераторных процессов,которые не обязательно переходят в опухолеобразование. Приканцерогенном воздействии омоложение клеточного состава наначальных этапах является обратимым — при прекращении канцерогенного воздействия ткань нормализуется. Это доказываетнеспецифичность канцерогенного воздействия и неспецифичностьначальной фазы опухолеобразования. Относительно связи пролиферации при канцерогенном воздействии и энзиматических активностей можно предложить следующую модель. Известно, чтоускоренная длительная пролиферация с необходимостью вызывает омоложение клеточного состава за счет конкуренции междупролиферацией и дифференцировкой — клетки не успеваютпройти дифференцировку. Поскольку состав ферментов, синтезируемых стволовыми и дифференцированными клетками, различен, то увеличение в ткани доли низкодифференцированныхстволовых и коммитированных клеток изменит ферментативныйспектр, о чем свидетельствуют рассмотренные выше данные. Например, эмбриональные антигены а-фетоглобулина определяютсяв нормальных тканях и могут количественно нарастать не толькопри раке, но и в регенерирующей печени, при гепатите и циррозе, а также в «пренеопластической» печени вскоре после началаскармливания канцерогенов (Абелев, 1971).
Что же является общим в различных канцерогенных факторах?Специалисты по химическому канцерогенезу считают, что специфические канцерогенные компоненты различных смол, сажи,масел, сигаретного дыма и бетельных орехов пока не раскрыты.С позиции молекулярно-генетической теории канцерогенностьотождествляется с генотоксичностью. В настоящее время этотвопрос окончательно не решен.
Трудность в определении канцерогенных компонентов в перечисленных канцерогенах связана с тем, что канцерогеннымимогут быть механические повреждения или такой фактор, какимплантация сплошной пластинки в ткань. Механизм гормонального рака также не имеет объяснения в теории онкогена,поскольку гормоны, согласно общепринятой точке зрения, неотносят к канцерогенам, так как они не являются генотоксическими факторами (Дильман и др., 1989). Отметим, что гормоны вызывают рак лишь в том случае, когда они в избытке идействие их продолжительно. Очевидно, дело не в отдельномкомпоненте, обладающем канцерогенностью, а в самом характере напряженного, длительного функционирования ткани, поскольку повышенная функциональная нагрузка на ткань инициирует ускоренную пролиферацию, которая вызывает омоложение клеток. Накопление таких клеток разрушает отлаженнуювоспроизводимую систему тканевого гомеостаза. Таким образом,можно заключить, что общим канцерогенным фактором является длительный режим повышенной пролиферации, который разрушает систему тканевого контроля.
Проблема хронической пролиферации как фактора канцерогенеза в истории онкологии
В методологическом плане идея ускоренной пролиферациикак фактора канцерогенеза обладает рядом преимуществ, поскольку позволяет объяснить, как различные по природе канцерогенные факторы приводят к единому результату.Компенсаторная пролиферация неспецифична и выступаеткак защитная реакция от различных повреждающих факторов,эта функция хорошо укладывается в представление о механизме«общего знаменателя». Общая точка зрения состояла в том, чтомеханизм общего знаменателя, осуществляющий нивелировку,унификацию канцерогенов, находится в клетке и связан с повреждением онкогенов, т.е. что активизация онкогенов выступаетв качестве такого механизма. Однако патологическая активизация онкогенов является конечным результатом трансформации(неизвестным остается сам механизм трансформации), и она нераскрывает механизма действия и унификации канцерогенов.Этот аргумент усиливается, если учесть специфичность молекулярно-генетических процессов, что не соответствует большомуразнообразию канцерогенных факторов. Таким образом, общийзнаменатель на уровне отдельной клетки обнаружить не удается,что опровергает теорию онкогена. Это дает основание для поискамеханизма общего знаменателя на уровне тканевого гомеостаза,контролирующего пролиферацию клеток. Но это означает, чтомеханизм рака нельзя понять на уровне отдельной клетки. Поскольку ускоренную пролиферацию может вызвать избыток гормонов при гормональном дисбалансе (митогенное воздействие)либо она инициируется повреждением, гибелью клеток, то изэтого вытекает, что хроническая пролиферация является «узкимместом» канцерогенеза, т.е. различные канцерогены оказываютонкологическое, трансформирующее действие путем инициациикомпенсаторной пролиферации. Вирхов систематически развилидею ускоренной пролиферации в канцерогенезе, но он не первый, кто обратил внимание на ускоренную пролиферацию как напричинный фактор в механизме рака. Подобные утверждениягосподствуют в доэкспериментальной онкологической литературе.Об этом говорится и в монографии Венцеля (Wenzel, 1815), и вомногих медицинских руководствах, изданных как в началеXIX в., так и в XVIII в. (см.: Салямон, 1974).
Причину рака желудка Ван-Свитен (1700—1772) связывал схроническим воспалением. Таково же было мнение его учителяБургава (1668-1738) (Bamberger, 1855) (см.: Wolff, 1907). Позже врачи утверждали, что неспецифические повреждения тканимогут привести к возникновению опухоли. Анализируя этот вопрос, Л.С.Салямон (1974, с.10) пишет: «Положение о связи между воспалением и раком возникло не как теоретическая догадка,а как эмпирическое обобщение. Десятки поколений врачей собственными глазами наблюдали и своими руками ощупывали опухоли, локализованные в прежде воспаленной ткани». Но каков механизм связи между хронической пролиферацией и трансформацией, ни тогда, ни в настоящее время открыть не удалось: проблема предрака и роль хронической пролиферации остались нераскрытыми в молекулярно-генетической теории.
Что же помешало развить идею неспецифического раздражения? Вопреки выводам опухоли у животных, подвергнутых действию «раздражителей», порой не возникало. Опухоли не возникали ни в опытах Ганау (1889), наносившего каменноугольнуюсмолу на мошонку крыс, ни в последующих опытах Казена(1894) (см.: Шабад, 1947).
В чем же причина ряда неудач при индукции экспериментального рака?
С позиции тканевой модели принципиальное значение имеетструктура, или профиль, канцерогенного воздействия на ткань: сила, длительность воздействия, промежутки между воздействиями.Именно в этом кроется причина первых неудач при индуцированииопухолей. Один и тот же канцероген при разных режимах воздействия оказывает разное, в том числе не опухолевое, действие. Кажущаяся тривиальность неспецифического раздражения скрываеттайну истинного механизма рака. Многие ученые, однако, основываясь на неудачных экспериментах, на долгие годы отказались отэтой идеи, которая, по существу, разрушает мутационную и молекулярно-генетическую теорию. С другой стороны, на основе клинических данных к идее неспецифического раздражения пришликрупнейшие медики в истории медицины.
Опровергая теорию Вирхова, Л.С.Салямон (1974, с.15) пишет: «В 40-е годы экспериментальная онкология уже располагалафактами, которые противоречили этой теории. Если бы концепция Вирхова была справедлива, то любое хроническое повреждение ткани должно было бы вызывать опухоли. Однако этого непроисходит… не удалось получить опухоли путем смазываниякожи мышей ацетоном, бензолом, ксилолом, толуолом, скипидаром, горчичным маслом и т.д. или путем введения животным подкожу шелковой нити, инфузорной земли, толченого стекла, шарлахрота и десятков других раздражителей… Возникла необходимость найти специфический механизм действия канцерогенов, отличающийся от неспецифического действия банальных раздражителей».
При таком подходе возникает противоречие с другого родафактами, свидетельствующими о неспецифическом характеремногих канцерогенных факторов. Например, с помощью хронического травмирования кожного покрова можно вызвать опухолеобразование: трение упряжи у вьючных и тягловых домашнихживотных вызывает рак в местах трения. У магометан, бреющихголову плохо наточенными бритвами и от этого постоянно ранящих кожу головы, в этих местах возникает рак (Лабард, 1979).В Индии, в штате Кашмир, местные жители в период зимних холодов для обогревания привязывают к животу плетенку, котораяназывается кангри, в нее ставят горшки с горячими углями. Такое воздействие вызывает рак «кангри». Такой же рак известен уяпонцев, носивших печки капро, наполненные горячими углями.Хронические ожоги живота приводили к развитию рака кожи.Рак «сари» (Индия) возникает от ношения грубоворсистой шерстяной ткани, в результате длительного раздражения кожи. Важно выделить общую черту канцерогенеза — природа раздражающего фактора не имеет значения, определяющими качествамиканцерогенов являются уровень травмирования ткани и длительность действия, что коррелирует с характером пролиферации.Тот факт, что рак можно вызвать различными по природе канцерогенными факторами, доказывает его неспецифпческнй характер. С этой точки зрения разгадка тайны рака кроется в механизме общего знаменателя. Что же такое канцерогенность как свойство в различных факторах канцерогенеза? В теории онкогенапонятие канцерогенности осталось нераскрытым, поскольку невсе канцерогенные факторы генотоксичны. Если это химическоевещество, то не понятна роль механического трения, травмы или,например, имплантации сплошной пластинки в ткань и т.д. Этиканцерогенные факторы невозможно объединить на основаниикакого-либо общего признака. Неспецифичность механизма ракаследует из того факта, что огромное число различных по природеканцерогенов способны вызывать рак.
В теоретическом плане, если обратиться к началу экспериментальной онкологии, противоречие возникло между выводом, сделанным классиками медицины, исходя из клинического опыта, ивыводом, сделанным представителями молодой развивающейсяэкспериментальной онкологии, на основе отрицательных результатов по индукции опухолей различными канцерогенными факторами. К сожалению, вывод экспериментаторов, полученный на основеотрицательных результатов, оказался более убедительным.Обратимся к истокам современных концепций рака.
С появлением генетики поиск разгадки механизма рака устремляется в новом направлении. Не является ли опухолеваятрансформация следствием мутаций? Действие ионизирующихлучей начали связывать не с «раздражающим» эффектом, а с мутагенной активностью. С этого периода история онкологии делится на два этапа — догенетический период и генетический. Вершиной генетического направления стала молекулярно-генетическая теория онкогена.
Однако не все онкологи следовали этому ведущему направлению, связывающему рак с мутациями. Так, биолог Л.Гейльбрун(1957, с.212) замечает, что «…в современных книгах, посвященных раку, вопрос о связи рака с повреждением и раздражениемоттеснен на задний план множеством новых фактов, возможноболее второстепенных». А онколог И.Беренблюм (1961, с.79) восклицает: «Меня всегда удивляло, что идея о канцерогенном действии простого «раздражения» считается давно уже отвергнутой». Даже факты, полученные опытнейшими учеными, принимались с большим недоверием. Однако многолетние опыты H.H.Петрова и H.A. Кроткиной (1928, 1944) показали, что у морскихсвинок можно вызвать злокачественные опухоли желчного пузыря путем его длительного раздражения инородным телом.Стереотипы восприятия, связанные с отказом рассматриватьнеспецифические раздражения в качестве канцерогенных факторов, мешали выявлению истинного механизма рака.
Как же от «тривиального» раздражения перейти к опухолевому воздействию? Обратим внимание, что в приведенном примереопытов с морскими свинками авторами указывается на необходимость длительного воздействия. Мы подошли к новой, неисследованной проблеме — «структуры» канцерогенного воздействия, откоторого зависит режим пролиферации. Речь идет о структуревоздействия, т.е. канцерогенном профиле. Очевидно, что понятиеканцерогенного фактора включает, кроме физического воплощения, например в виде вещества, излучения, механического воздействия, вируса и т.д., еще один компонент, который вроде бынеосязаем, однако экспериментально его легко обнаружить: этовремя, частота и сила воздействия. Этот компонент характеристики канцерогенного воздействия определяет динамику воздействия и соответственно режим пролиферации, поэтому от него зависит степень эмбрионализации ткани.
В парадоксальной форме реальность феномена канцерогенного профиля можно выразить в утверждении, что канцероген безканцерогенного профиля (или с недостаточно высоким профилем) не является канцерогеном. И наоборот, неканцерогенныйгормон превращается в истинный канцероген, если он создает,индуцирует канцерогенный профиль. Таким образом, мы выдвигаем концепцию канцерогенного профиля, которая учитывает динамику воздействия и способность к восстановлению тканевогогомеостаза, т.е. учитывает соотношение между свойствами тканевого гомеостаза, его способностью себя восстанавливать и динамическими параметрами канцерогенного воздействия. Отказавшись от неспецифических факторов, поиск причин рака попадаетв логическую ловушку — возникает проблема, как такое большоечисло различных по природе факторов вызывает один и тот жеэффект. Разрешить это противоречие можно при одном условии,если допустить, что существует механизм общего знаменателя,который на входе нивелирует разнообразие канцерогенов. Выявление такого механизма и будет означать раскрытие тайны рака.Активизация онкогенов как результат трансформации не подходит на эту роль, поскольку механизм общего знаменателя стоит на входе процесса опухолеобразования, а активизация онкогенов, как предполагает теория онкогена, является конечным результатом. Оценивая теорию онкогена, Ф.Л. Киселев и др.(1990, с.315) пишут: «Каковы же конкретные молекулярные механизмы превращения нормальной клетки в опухолевую? Авторы вынуждены констатировать, что прямого ответа, естественно,они дать не могут… молекулярная онкология возникла как наукауже после 1980 г. Отсюда следует, что за столь короткое времясвоего существования она не могла разрешить главного вопроса…каков механизм контроля регуляции деления клеток… Однакоможно, вероятно, утверждать, что рак — это заболевание генетического аппарата клетки, т.е. закрепление изменения генов в определенной популяции клеток».
Уже с первых шагов в развитии представлений о природе опухолеобразования стало ясно, что эта проблема затрагивает фундаментальные основы живых систем и поэтому надеяться получить быстрый ответ чисто эмпирически, не анализируя сущность трансформации, невозможно. По мнению Н.Н.Петрова (1959), истинныеопухоли тесно связаны с самой сущностью жизни многоклеточныхорганизмов. Другой крупный советский ученый, И.В.Давыдовский(1959, 1961), высказал такое соображение, что «преимущественнопрактическое направление медицинской науки способствовало выявлению множества этиологических факторов, вызывающих злокачественный рост, но сильно затормозило познание биологическойсущности последнего». Биологическая же сущность, как указывалИ.В.Давыдовский, при чрезвычайном разнообразии причинныхфакторов должна быть единой, из чего вытекает необходимость общебиологического подхода к изучению проблем рака.
Казалось, можно было бы идти в теоретических построенияхнепосредственно от фактического материала, который предоставляет клинический опыт. В этом случае тканевые изменения были бы в центре внимания. Но, к сожалению, этого не произошло, и богатый клинический материал, касающийся предраковыхсостояний, остался в стороне от генетического подхода. В определенной мере это связано с этапами развития теоретическойонкологии. Поиск механизма рака на клеточном, затем на молекулярно-генетическом уровне обусловлен этапами развития самой биологии. Теоретическая онкология как бы повторяла этиэтапы, преломляя их через призму своей проблематики. Рождение молекулярной биологии закономерно породило молекулярную онкологию. Основной постулат о том, что механизм ракареализуется на уровне клетки, получил дополнительное подкрепление, когда были открыты онкогены. Однако, несмотря наширокое признание молекулярно-генетической теории, сам механизм трансформации взят ею от предшествующей мутационнойконцепции, с этой точки зрения она не является принципиальноновой теорией. Старая, критикуемая мутационная концепция рака в лице теории онкогена получила современную молекулярногенетическую форму. Очевидно, необходима дифференцированная оценка теории онкогена: разрушая представление о механизме трансформации, основанном на генетических необратимыхизменениях, необходимо сохранить идею активизации онкогеновв ее альтернативном варианте, связанном с нарушением тканевого гомеостаза, который контролирует деление стволовых клеток, обладающих активизированными онкогенами и раковымфенотипом. Иначе говоря, из-под контроля выходят клетки, обладающие активизированными онкогенами, которые не репрессируются ввиду блокировки днфференцировки. Чтобы репрессировать активизацию онкогенов, необходимо индуцировать дифференцировку. Следовательно, активизация онкогенов непосредственно зависит от степени дифференцировки и нарушения тканевого контроля.
Взгляды Н.Н.Петрова на природу имеханизм опухолеобразования
Обращаясь к работам крупнейшего онколога Николая Николаевича Петрова (1876 — 1964), необходимо отметить, что ониявляются этапом в развитии онкологической мысли, поэтому необходимо осмыслить их с позиции сегодняшнего дня. Проанализируем основные положения этого учения. Касаясь определенияпонятия опухоли, Н.Н.Петров (1947, с.2) писал: «В настоящеевремя мы твердо стоим на позиции признания за истинные опухоли только тех процессов, которые основываются на размножении клеток… опухоль — это местное увеличение объема, происшедшее вследствие размножения клеток… в это понятие включаются только такие случаи увеличения объема в зависимости отразмножения клеток, когда размножающиеся клетки оказываются атипичными, т.е. отличаются от соответствующих нормальныхсвоей неполной дифференцировкой и полиморфизмом».
Автор подчеркивал, что опухолевые клетки не имеют универсального морфологического признака, отличающего их от нормальных клеток, выделяя нарушение дифференцировки. Наиболее существенным признаком является характер роста злокачественных клеток: рост опухоли идет без участия паразитов, путем разрастания опухолевых клеток, получивших внутреннююспособность к прогрессивному росту без повторного участияпервичного воздействия причины. Во всех этих случаях можетнаступить такой момент, когда прекращение действия канцерогенных факторов не останавливает развития возникших разрастаний. Стимул к росту опухолевого эпителия, как и любыхдругих опухолевых клеток, лежит в самих этих клетках. Именно в этом кардинальное отличие опухолей от всех других видовгиперплазии. Согласно Н.Н.Петрову, в отличие от гиперплазиии регенерации, останавливающихся по достижении компенсации,заживления или восстановления гормонального равновесия, вотличие от клеточного размножения при инфекциях, прекращающегося, когда бактерии уничтожены и обезврежены ихяды, — опухолевый рост продолжается неопределенно долго.Он допускал в основе этой способности глубокую внутреннююперестройку жизненных свойств клеток и считал, что опухолевые клетки представляют новые клеточные породы. Обращаявнимание на такой характерный признак опухоли, как нарушение дифференцировки, Н.Н.Петров (1959, с.422) писал: «…сама возможность обратного развития уже готовых дифференцированных клеток недостоверна. Гораздо нагляднее недоразвитиеновых клеток, возникающих из камбиального слоя при регенерации, и в этом смысле, несомненно, возможна недодифференцировка или «раздифференцировка», наблюдаемая, как правило, при многих формах воспаления и при развитии злокачественных опухолей*.
Вопрос о механизме эмбрионализации клеток при опухолевых и регенерационных процессах имеет принципиальное значение. Согласно Н.Н.Петрову, нарушение дифференцировки объясняется не тем, что зрелая клетка начинает развиваться в обратную сторону, а тем, что молодые клетки не проходят стадиидифференцировки. Такую же точку зрения отстаивает Д.С.Саркисов (1977).
Однако Н.Н.Петров был сторонником мутационной теории,поясняя свою позицию, он писал: «Мы не находим оснований отказаться от мутационной теории злокачественного роста, так какона нагляднее других теорий объясняет нам появление в организме новых клеточных пород с особыми свойствами, морфологиейи функцией, передающимися затем прямым потомкам этих клеток в неограниченном ряде поколений» (с.425).
Однако возникает главный вопрос: наталкивался ли Н.Н.Петров в своих исследованиях на факты, не укладывающиеся в мутационную гипотезу? Этот вопрос имеет принципиальное значение. Анализируя природу опухолеобразования, он писал: «Новедь истинные мутации возникают всегда внезапно, а злокачественный рост возникает нередко постепенно, проходя через стадию переходных «предраковых изменений»; можно ли при такихусловиях говорить о малигнизирующих мутациях? Не значит лиэто допустить возможность целого ряда последовательных мутаций, направленных в определенную сторону, что противоречилобы самой сущности учения о мутациях? Нет, не значит. Мутации — это необратимые изменения, передаваемые по наследству,а «предраковые изменения» — не мутации, а обратимые изменения, полностью укладывающиеся в рамки приспособительныхпроцессов, которые еще могут исчезнуть или замениться другимипри перемене условий среды. Предраковые изменения — не формы последовательного перехода нормальных клеток в раковые,но только необходимая подготовка для возникновения единой малигнизирующей мутации» (1959, с.425).
Примечательно, что Н.Н.Петров обнаруживает реально существующее противоречие в первой части своих рассуждений, которое затем старается раскритиковать и отбросить. Приведенныеавтором факты противоречат мутационной концепции, но, поскольку иного объяснения в то время не существовало, они отбрасываются. С нашей точки зрения, можно иначе интерпретировать замеченное противоречие. Приведем несколько аргументовУстановленный факт нормализации трансформированных клетокразрушает представление о необратимых изменениях генома засчет мутаций как причине рака. Передача злокачественныхсвойств при делении раковых клеток также наследственно не закреплена, поскольку дочерние клетки способны нормализоваться.Это доказывается тем, что раковые клетки в опухоли способны дифференцироваться. Ниже эта закономерность будет проанализирована более подробно. Что касается противоречия, котороеобнаружено автором, то оно объективно существует и подтверждает приведенные возражения. Постепенность развития опухолеобразования через предраковое состояние противоречит характеру мутационного изменения, что говорит об ином механизме развития событий при раке. Однако такое развитие процесса, какотмечает Н.Н.Петров, не укладывается в представление о мутациях. Ясно, что обнаруженные противоречия объективны, но этолишь часть тех проблем, которые необъяснимы в теории онкогена и мутационной концепции.
Концепции химического канцерогенеза
В ходе развития онкологии на место старых концепций пришли теории химического канцерогенеза. Сформировалось представление, что малигнизация представляет собой ступенчатыйпроцесс, состоящий по крайней мере из двух стадий — стадиииндукции и стадии активации (Беренблюм, 1956, 1961, 1950;Boyland, 1969). То обстоятельство, что при увеличении дозы канцерогена латентный период малигнизации сокращается до определенной величины, а после него увеличение дозы не оказываетвлияния, привело к выводу, что возникновение злокачественнойопухоли происходит вследствие нарушения какой-то системы, общей для всех соматических клеток (Даннинг, 1961).
Тем не менее работы по химическому канцерогенезу не далиожидаемых результатов для понимания механизма трансформации.В качестве примера приведем гипотезу Дж. Миллер и Э.Миллера (1955). Авторы выдвинули идею, согласно которой введенный краситель превращается в организме в производное, способное соединяться с определенными белками печени, играющими важную роль в реакциях клетки на действие внутриклеточных и внешних факторов, регулирующих рост. Связывание этихбелков с красителем может затормозить или приостановить дальнейший синтез этих белков. В результате следующая генерацияклеток будет содержать меньшее количество белков, на которыедействовал краситель. В конце концов могут образоваться клетки, совсем не содержащие этих белков. Таким образом, авторыобъяснили постепенное снижение количества белка в процессеканцерогенеза за счет связывания его внешним красителем.С позиции тканевой теории снижение количества белков можно объяснить прогрессирующим омоложением клеток, посколькумалодифференцированные клетки синтезируют иной состав белков, более обедненный.
Одно из видных мест среди химических теорий канцерогенезазанимает концепция Варбурга (Warburg, 1926). В 1923 г. Варбург обнаружил высокую скорость образования молочной кислоты раковыми клетками и пришел к заключению, что способностьполучать энергию за счет «молочнокислой ферментации» глюкозы и расти за счет энергии этого процесса является главной биохимической характеристикой раковых клеток.
Первичной причиной рака является, согласно Варбургу, замещение дыхания кислородом в нормальных клетках ферментациейсахара в раковых клетках (Warburg, 1926).
Варбург показал, что способность раковых клеток перевиваться тесно связана с их способностью к гликолизу. Утрата ими гликолитической активности приводит к потере способности перевиваться. Обмен раковых клеток представляет собой сочетаниеокислительных и гликолитического метаболизма (дыхание/аэробный гликолиз).
Доброкачественные опухоли согласно такому соотношению занимают промежуточное положение. Далее было показано, что обмен эмбриона является практически гликолитическим, что хорошо укладывается в эту закономерность. Становление раковыхклеток из нормальных, по Варбургу, проходит в два этапа. Впервой фазе вследствие различных причин происходит необратимое повреждение дыхания, после чего наступает длительный период борьбы за существование. Выживают те клетки, которыеоказались способны восполнить возникший дефицит энергии засчет механизма гликолиза.
Из работ Варбурга известно, что гликолиз тела максимален внаиболее ранних стадиях эмбрионального развития, но постепенно, по мере дифференциации эмбриона, он падает. Гликолитическую активность эмбриональных тканей Варбург рассматривалкак наследие недифференцированных предков, в свете закономерности, согласно которой онтогенез повторяет филогенез.Попытаемся объяснить обнаруженные закономерности с позиции тканевой модели. Переход одного типа энергетического обмена (дыхания) на другой — гликолиз, который более примитивен, — можно объяснить на основе данных, которые получилсам Варбург. Дело в том, что ферменты, обеспечивающие дыхание в дифференцированной клетке, синтезируются по мере дифференцировки клетки. Стволовые же и коммитированные клетки,т.е. низкодифференцированные клетки, на ранних стадиях имеют другой состав ферментов и соответственно иной тип энергетики — гликолиз. Поэтому в процессе дифференцировки клетокэмбриона гликолиз постепенно снижается. Процесс канцерогенеза, как известно, связан с прогрессирующим омоложением клеток — это приводит к появлению клеток с иным ферментным составом, что меняет тип дыхания. Более детально и последовательно этот вопрос рассматривается в VII главе, где анализируются современные концепции, объясняющие изменение энергетики в раковых клетках.
Основание современной парадигмы опухолеобразования
Альтернативные парадигмы
Накопление фактов, противоречащих теории онкогена, ставитвопрос о пересмотре принципов, лежащих в основе представлений о механизме трансформации. Что же следует сохранить в новой теории, а что откинуть как неподтвердившееся? Теоретическая конструкция — это своего рода некоторая «упаковка», илиорганизация фактов. При хорошей упаковке каждый факт находит свое место, при плохой — многие факты не получают объяснения.
Причины выживания старых теорий различны. Если стараятеория плохо объясняет данные, но отсутствует альтернативная,то она будет сохраняться, несмотря на противоречия с фактами.Более рациональное, конструктивное отношение к старой теории состоит не в отбрасывании ее, а в сохранении рациональногозерна в новой теории. В этом состоит историческая и логическаяпреемственность: рациональная идея старой теории не умирает, аразвивается, но в другой теории, приобретая более совершеннуюструктуру, при этом новая основа может значительно отличаться отстарой теории. Метод, согласно которому в новую теорию вбираются все рациональные идеи предыдущих концепций, можно назватьсинтетическим, конструктивным подходом при построении общейтеории рака. В этом случае общая модель будет соответствовать требованию исторической преемственности, она будет вбирать в себявсе ценное, созданное в предшествующих концепциях.
Теория онкогена основывается на принципе трансформации,который был выдвинут еще мутационной концепцией. Общепринятая традиционная схема трансформации состоит в том, чтоканцерогены при контакте с клеткой, проникая в нее, вызываютнеобратимые, наследственные изменения генома в 3 — 4 онкогенах (либо иные повреждения генома), что приводит к патологической активизации онкогенов, т.е. активизация онкогенов рассматривается как результат нарушения структурной основы наследственности в результате мутаций.
В основе такого подхода лежит идея о необратимом повреждении генома клетки при раке. Канцерогены, согласно постулированному механизму трансформации, являются генотоксическимифакторами, поэтому негенотоксические канцерогены в эту схемуне вписываются. Схематично эту идею можно изобразить так:
Эту схему и принцип трансформации, основанный на ней,можно назвать прямолинейным принципом трансформации. Таким образом, в основе механизма трансформации в теории онкогена лежит мутационная концепция. Поэтому все возраженияпротив мутационной концепции в равной мере относятся и к теории онкогена. Новое, что вносит теория онкогена, — это выявление онкогенов и установление связи между активизацией онкогенов и злокачественными свойствами опухолевой клетки, сам жемеханизм трансформации остался старым, основанным на представлении о роли мутаций как причине необратимости трансформации.
Как же повреждения ДНК могут вызвать злокачественныйрост? Попытки ответить на этот вопрос так, чтобы объяснить всеформы рака, породили концепцию -«раковых генов». Раковые гены — это компоненты нормального клеточного генома, деятельность которых выходит из-под контроля или усиливается поддействием различных канцерогенов и, таким образом, ответственна за аномальное поведение раковых клеток. Теория считает раковые гены не чужеродными, а нормальными генами, но вышедшими из-под контроля; канцероген повреждает либо раковыйген, либо ген, который в нормальных условиях регулирует активность раковых генов (Бишоп, 1983)
Однако в теории онкогена имеется много подводных камнейи противоречий с экспериментальными данными. Одна из основных трудностей практического и методологического порядкасостоит в объяснении феномена обратимости трансформации,т.е. способности раковых клеток нормализоваться при днфференцировке, теряя злокачественность. Другим аргументом против теории онкогена является наличие в тканях стволовых клеток, обладающих активизированными онкогенами и раковымфенотипом. Все то, что описывает теория онкогена как механизм трансформации, разрушается тем обстоятельством, чтополный набор злокачественных свойств, который должен былбы появиться у клетки в результате 3 — 4 мутаций, уже наличествует в стволовых клоногенных клетках, они клоногенны, минимально дифференцированы, иммортализованы, обладают автономным делением (аутокринная стимуляция митоза) и активизированными онкогенами. Последнее обстоятельство, т.е. наличие активизированных онкогенов, делает понятным, почемуони идентичны раковым клеткам. Отсюда следует, что раковыеклетки могут возникать не «окружным путем», через мутации,а прямым. Если стволовые клетки по своим имманентным свойствам идентичны раковым клеткам, то механизм трансформацииосуществлен не за счет генетических повреждений, а за счет нарушения тканевого контроля и неконтролируемого деления клоногенных клеток.
Что касается мутаций, выступающих, как предполагается, вкачестве механизма трансформации, то получены многочисленные данные, которые противоречат мутационной концепции.Трансформация клеток, культивируемых вне организма, — какспонтанная, так и индуцированная действием химических канцерогенов — протекает с частотами в 10—100 раз более высокими,чем частоты генных мутаций в этих же клетках. Несовпадениечастот трансформации и частот генных мутаций, по мнению рядаученых, не позволяет считать, что генные мутации являются непосредственной причиной злокачественной трансформации клеток (Бахтин и др., 1987).
Признается, что теория онкогена вобрала в себя предшествующие концепции, поэтому, чтобы выдвинуть теорию, основаннуюна ином принципе трансформации, нужна принципиально новаяидея механизма трансформации. Такой идеей и выступает принцип нарушения тканевого контроля (гомеостаза) пролиферации инеконтролируемого злокачественного роста клоногенных, низкодифференцированных клеток.
Ряд авторов считает, что теория онкогена уже представляетсобой общую теорию либо близка к этому. Однако такую оценкумолекулярно-генетической теории разделяют не все авторы. «Общая теория канцерогенеза, — пишет Л.Л.Киселев (1986,с.242), — еще не построена, а обилие достоверных и существенно новых наблюдений еще не переросло в теоретическое обобщение, приемлемое для большинства специалистов».
Такую же характеристику дают И.Ф.Сейц и П.Г.Князев(1986, с.151—219), они пишут: «При несомненных конкретных,частных успехах точный молекулярный механизм действия канцерогенных веществ еще не раскрыт… Открытие онкогенов далопрямые доказательства роли изменений ДНК в инициации онкогенеза. Однако установление этого факта еще не прояснило, какименно исходные канцерогены осуществляют свое негативноедействие. Онкогены, выявленные трансфекцией, по-видимому,представляют последнюю ступень в цепи событий… в то времякак первые ступени остаются столь же таинственными, как ираньше». Как видим по этим высказываниям, ведущие специалисты — молекулярные онкологи пока признают непознанностьтайны механизма рака.
Давая оценку теории онкогена, Ю.Д.Иващенко и А.И.Быкорез (1990, с.157) пишут: «По-прежнему остается неясным, в чемсуть первого этапа трансформации-инициации; какого типа нарушения в геноме происходят при этом, насколько они специфичны(для клеток, для канцерогена, для возраста и т.д.) и обратимы.Второй этап — промоция — также пока малоизученное явление:либо это достижение количественного порога каких-то изменений, начавшихся после инициации и требующих для своего развития действия промоторов, либо это независимые от инициациисобытия, но проявляющиеся только в клетках, прошедших инициацию и некоторым образом «коммитированных» к экспрессиитрансформированного фенотипа и генотипа. Это же относится ик прогрессии». Складывается впечатление, что при всех своихдостоинствах и лидерстве теория онкогена не объясняет главного — как же осуществляется трансформация клетки, т.е. она выявила результат трансформации в виде активизации онкогенов,но не способна объяснить, каков механизм достижения такого результата, т.е. как осуществляется трансформация. СогласноР.Марри (1993, с.356), «…механизмы, с помощью которых промоторы превращают «инициированные» клетки в опухолевые, остаются пока невыясненными».
Методологический просчет и неполнота теории онкогена проявляется в том, что она не учитывает роли предраковых тканевых изменений, связанных с избыточной длительной пролиферацией, таких, как гиперплазия, дисплазия, эрозия и т.д. Эти процессы, согласно клиническим наблюдениям, непосредственнопредшествуют и причинно связаны с опухолеобразованием, однако проблема роли предрака в теоретическом плане осталась нерешенной, роль и механизмы предрака остались нераскрытыми.Объяснение, состоящее в том, что в предраке увеличивается количество молодых клеток и поэтому увеличивается вероятностьмутаций, не затрагивает сам механизм трансформации. Это означает, что тканевые изменения выносятся за скобки, посколькусводятся к фону, на котором осуществляется трансформация ввиде мутации онкогенов.
Очевидно, для построения общей теории необходимо связатьповышенный режим пролиферации с нарушением регуляции тканевого гомеостаза, омоложением клеток, выходом из-под контроля стволовых клеток, в целостную непротиворечивую картину,т.е. необходимо выявить последовательность событий, разрушающих тканевый контроль.
Становится ясно, что с позиции тканевого подхода к идее связи трансформации с активизацией онкогенов можно прийтипринципиально иным путем, минуя прямолинейную схему канцерогенеза, т.е. согласно тканевой теории (Черезов, 1987, 1990,1993) трансформация обусловлена не деструктивными повреждениями ДНК, а выходом из-под контроля стволовых клеток, обладающих активизированными онкогенами при нарушении тканевого гомеостаза. Это означает, что канцерогенность связана не с генотоксическим эффектом, а с промоторным действием канцерогенов. Обосновать это можно тем, что промоторным эффектом обладают все канцерогены, а генетоксическим — лишь некоторыеиз них. В пользу такой точки зрения говорят данные по нормализации опухолевых клеток при дифференцировке, что опровергает мутационный механизм и соответственно генотоксическийэффект как причину трансформации.
На основе большого экспериментального материала группа ленинградских авторов пришла к следующему выводу, они пишут:«Нет никаких бесспорных доказательств того, что структурно-химические изменения в ДНК, вызванные введением канцерогена,действительно являются единственной, необходимой и достаточной причиной малигнизации, а не относятся к разряду сопутствующих явлений… Поэтому мутационный механизм является оченьсомнительным» (Цитологические аспекты первичного действияхимических канцерогенов. Л., 1982, с. 176).
Такой же вывод делает американский автор (Topal, 1988): поего мнению, в целом нет достаточно данных для вывода о том,что активация онкогенов возникает вследствие индуцированныхмутаций в определенной последовательности ДНК.В работе японских авторов (Sugio et al., 1988) показано, чтоструктура 19 онкогенов не модифицировалась при аденоме илираке, за исключением амплификации гена с-тус, выявленного водном образце рака, но не в материале аденомы, полученной оттого же больного.
К.М.Кроче и Дж.Клейн (1985) установили, что, хотя в клетках лимфомы Беркитта человека происходит несколько различных хромосомных перестроек, белок, кодируемый геном с-тус,во всех случаях качественно один и тот же. Авторы обнаружили,что первый экзон с-тус не участвует в кодировании белка, а кодирующая белок область гена начинается со второго экзона. Изэтого следует, согласно авторам, что активация онкогенныхсвойств гена с-тус не является результатом перестроек притранслокации, следовательно, злокачественный эффект транслокации не связан с каким-либо изменением внутри гена. С нашейточки зрения, это означает, что транслокация и трансформацияпричинно не связаны между собой.
В исследованиях по нормализации опухолевых клеток былопоказано (Сакс, 1986), что нарушение хромосом не определяеттрансформацию. Авторы задались вопросом: восстанавливаетсяли нормальное состояние хромосом в лейкемических клетках, вкоторых искусственно вызваны дифференцировка и прекращениеделения? Происходит ли коррекция генетических дефектов илиже развитие клетки переключается со злокачественного на нормальное «в обход» этих нарушений? Авторы обнаружили, что влейкемических миелоидных клетках, принужденных к дифференцировке, аномалии хромосом сохраняются. Следовательно, спомощью индукции дифференцировки остановка злокачественного роста достигается «в обход» тех генетических дефектов, которые нарушили нормальный ход событий дифференцировки иразмножения. Вывод, сделанный Л.Саксом, подтверждает нашуточку зрения о том, что генетические повреждения ДНК не являются причиной трансформации. Отличие нашей точки зрения состоит в том, что поскольку нормализация идет «в обход», то нетоснования считать, что генетические дефекты являются причинойтрансформации.
Возникает вопрос, из какой группы клеток происходят опухолевые клетки: из группы дифференцированных клеток, которые подвергаются генетическим нарушениям при канцерогенномвоздействии на ткань, или из группы молодых, появившихся врезультате деления стволовых клеток? Если бы опухолевыеклетки происходили из пула деструктивных старых клеток, тотрансформация носила бы необратимый характер, обратимостьже трансформации указывает на происхождение опухолевыхклеток из пула стволовых делящихся клеток. Об этом такжеговорят данные потери способности к пролиферации зрелыхклеток. Это означает, что трансформация носит не прямой характер, т.е. осуществляется не путем контакта канцерогена склеткой и генами, а в результате длительной хронической пролиферации. Иначе говоря, пул поврежденных канцерогенамиклеток и пул клеток, выходящих из-под контроля, могут несовпадать. Идея «непрямого» механизма трансформации позволяет объяснить многие факты, не имевшие рационального объяснения, в частности почему в ряде случаев наблюдается отсутствие вирусного генома в раковых клетках при вирусном канцерогенезе.
Вирусный канцерогенезс позиции тканевой модели рака
Одним из парадоксов вирусной теории рака является отсутствие в ряде случаев вируса в опухолевой клетке при вирусномканцерогенезе, что противоречит постулированному механизмувирусного канцерогенеза. Исчезновение вируса из клетки приопухолеобразовании вступало в противоречие с вирусно-генетической концепцией канцерогенеза, развиваемой известным онкологом Л.А.Зильбером.
Концепция вирусного канцерогенеза предполагала встраивание генома вируса в ДНК клетки, поэтому для выхода из противоречия была предложена гипотеза, согласно которой вирус необходим лишь на начальном этапе, а затем процесс канцерогенеза развивается на собственной основе. Однако в рамках теориионкогена этот феномен не получил объяснения. Явление исчезновения вируса осталось необъясненным.
Секрет этого явления раскрывается в тканевой модели, поскольку она основана на опосредованном «непрямом» механизметрансформации, за счет длительной хронической пролиферации.Как известно, вирус вызывает цитопролиферативный эффект:размножаясь и разрушая клетки или иным образом он влияетна пролиферативный режим тканевого гомеостаза. В свою очередь повышение пролиферативного режима вызывает омоложение ткани, что в конечном итоге разрушает тканевый гомеостаз.В результате клоногенные клетки, имеющиеся в ткани, переходят к неконтролируемому росту. Поскольку степень инициирования пролиферации в результате гибели клеток различна, томожно ожидать несколько различных форм опухолеобразованияпри вирусном канцерогенезе, т.е. опухолеродный вирус не вовсех случаях будет вызывать злокачественные опухоли.
Спонтанная малигнизацияIn vitro
Прямым подтверждением роли тканевого гомеостаза в механизме трансформации является спонтанная малигнизация invitro. Это явление так и не получило рационального объяснения, поскольку трансформация осуществляется без какого-либоканцерогенного воздействия. Анализируя вопрос о природеспонтанной малигнизации in vitro, С.В.Кузьмина (1983, с.2526) пишет: «На основании накопленных… данных нельзя субежденностью утверждать, с чем именно связано появлениезлокачественных свойств у клеток нормального происхожденияпри выращивании их вне организма… Вопрос о причинах«спонтанной малигнизации» не может считаться выясненным».Чтобы преодолеть противоречие с существующей теорией рака,высказывались различные предположения о существовании неизвестного, необнаруженного канцерогена той или иной природы, но поиски его ни к чему не привели. Эта ситуация аналогична той, когда при объяснении гормонального рака предполагается действие невыявленного «истинного» генотоксическогоканцерогена. Введение представления о неизвестном «истинном»канцерогене свидетельствует о непознанности механизма канцерогенеза. Такое искусственное допущение спасает теорию отпротиворечия с фактами, которые ее разрушают, однако предположение остается без каких-либо доказательств.
В рамках тканевого подхода явление спонтанной малигнизации in vitro получает объяснение. Поскольку в норме тканевыйгомеостаз контролирует деление стволовых клеток, то при нарушении тканевой системы клоногенные клетки выходят из-подконтроля. Чем можно объяснить временную задержку трансформации in vitro? Очевидно, в культуре in vitro нарушаются какотрицательная обратная связь, так и положительная.
Другая группа фактов также доказывает определяющую рольтканевого гомеостаза в механизме канцерогенеза: экспериментыпоказали, что при трансплантации в другой организм изолированных стволовых клеток они проявляют злокачественные свойства, т.е. инвазивный рост в окружающие ткани без канцерогенного воздействия. Об этом свидетельствуют известные классические опыты Шпемана (Speman, 1942), который продемонстрировал злокачественность стволовых клеток, в свое время этиэксперименты воспроизводились многими учеными. Шпемантрансплантировал зародышевые недетерминированные клеткибластулы в полость взрослой лягушки и наблюдал, как они делятся без дифференцировки и прорастают в окружающие ткани.Такой же результат описывает Уоддингтон: он трансплантировал в полость тела взрослой саламандры клетки ранней регенерационной бластемы и наблюдал деление без дифференцировкии инфильтрацию ими окружающих тканей (Уоддингтон, 1947).Таким образом, в результате нарушения тканевого контролястволовые клетки проявляют злокачественные свойства, что указывает на механизм трансформации, не связанный с генетическими повреждениями.
Если бы трансформация была обусловлена мутациями онкогенов, то все злокачественные клетки одной опухоли несли бы в себе это наследственное изменение в ДНК, а их способность к метастазированию, опухолевый фенотип были бы одинаковы. Ноданные не подтверждают этого: раковые клетки имеют различную способность к метастазированию и различный фенотип, иони способны дифференцироваться. Данный факт работает натканевую теорию и опровергает теорию онкогена.
Временной аспект опухолеобразования
Анализ временных закономерностей развития опухоли даетценную информацию относительно механизма онкогенеза. Длябольшинства видов лейкоза и других злокачественных опухолейнеобходим очень длительный период накопления изменений,многократно превышающий продолжительность жизни клетокпролиферирующей ткани. Необходимо учесть, что процессы деградации тканевого и клеточного уровня имеют разные временные параметры. Конечный результат трансформации связан с постепенным накоплением патологических изменений. Об этом свидетельствует, в частности, возможность остановки процесса опухолеобразования на одном из промежуточных состояний и дажевозвращение к нормальному состоянию при прекращении канцерогенного воздействия. Обратимость опухолеобразования свидетельствует о необходимости на первом этапе развития рака постоянно действующего источника, инициирующего пролиферацию.Пройдя фазу предрака, инициируемую источником пролиферации, процесс опухолеобразования приобретает новое качество —неконтролируемость опухолевого роста, спонтанность, связанныес нарушением тканевого гомеостаза и выходом из-под контролястволовых клоногенных клеток.
Теоретически накопление патологических изменений канцерогенного эффекта может происходить либо на тканевом уровне,либо в клетке в виде нескольких мутаций, но поскольку времянакопления изменений в клетке должно быть сопоставимо с временем развития опухолеобразования, то возникает несоответст·вие, оно не может реализоваться в отдельной клетке, время жизни которой непродолжительно и несопоставимо с временем развития опухоли, исчисляемым иногда годами. Аккумуляция деструктивных изменений, следовательно, проходит на тканевомуровне, а именно в виде изменений структуры тканевого гомеостаза (изменяется соотношение между дифференцированными иклоногенными клетками), что обусловлено прогрессирующей эмбрионализацией ткани. Учитывая, что первая фаза опухолеобразования сохраняет способность к обратимости, принципиальноезначение для развития опухоли имеет режим повышенной пролиферации, определяемый параметрами канцерогенного воздействия: его силой, дозой, длительностью воздействия, промежутками между нанесением канцерогена, что входит в понятие «канцерогенного профиля». Гибель и нарушения клеток имеют онкологическое значение как интегративный результат, вызывающийкомпенсаторную пролиферацию и определяющий высокий режимпролиферации, инициирующий омоложение ткани, что в конечном итоге разрушает структуру тканевого гомеостаза.
Тканевая теория описывает механизм нарушения контроля деления клеток, который связан со структурой и функционированием тканевого гомеостаза. Она дает принципиально новый механизм канцерогенеза, в рамках которого удается рационально разрешить проблемы, не получившие ответа в молекулярно-генетической теории.
ТКАНЕВАЯ ТЕОРИЯ КАНЦЕРОГЕНЕЗА.ВВЕДЕНИЕ К НОВОЙ ПАРАДИГМЕ
Проблема переходана тканевый уровень контроля пролиферации
Необходимо очертить круг основных проблем, которые должна решать общая теория опухолеобразования. Очевидно, общаямодель должна отвечать следующим критериям:
— объяснять основные группы фактов, исходя из единого основания (принципа), т.е. должна быть монистичной, универсальной теорией;
— раскрыть механизм «общего знаменателя», который нивелирует, унифицирует разнообразие канцерогенов;
— выяснить роль омоложения, эмбрионализации в предраке;
— выявить роль клоногенных низкодифференцированных клеток;
— установить взаимосвязь между начальным этапом, тканевымипроцессами в предраке и конечным результатом — активизацией онкогенов в стволовых клетках;
— объединить в одной теории рациональные идеи основных концепций канцерогенеза.
Теоретически право на существование имеют две альтернативные версии нарушения контроля пролиферации. В старых теориях канцерогенеза причину трансформации связывали с необратимыми генетическими повреждениями. О существовании принципиально иной причины, связанной с нарушением тканевого контроля, вопрос не поднимался, но ряд концепций близко подходили к этой идее.
Альтернатива в подходе к механизму трансформации состоитв том, что либо клетка становится «эгоистичной», автономной,что связывается с генетическими нарушениями; либо нарушаетсятканевая система контроля пролиферации клоногенных клеток,обладающих активизированными онкогенами. Доказать, какая изтеорий соответствует реальности, можно на основании подтверждения следствий, вытекающих из моделей. Основным фактом,подтверждающим механизм, основанный на нарушении тканевогогомеостаза, является способность опухолевых клеток нормализоваться при дифференцировке. Рассмотрим ряд таких данных.
Впечатляющие результаты были получены в работах по изучению морфобластических потенций клеток разных линий тератокарциномы мыши (Mintz,1978). Было продемонстрировано, чтоклетки тератокарцином, сохраняющие омни- или полипотентность, способны к полной утрате признаков злокачественности ивключению в гистогенез. Такими же свойствами обладали клеткинеэмбриональных опухолей — аденокарциномы молочной железы, плоскоклеточного ороговевающего рака, хондросаркомы(Pierce, Speers, 1988).
Выше мы приводили сведения (Сакс, 1986) о том, что дажеклетки с хромосомными нарушениями при дифференцировке нормализуются, теряя злокачественность. Сходные данные приводятся в работах Ю.М.Васильева, в которых обратимость трансформации исследуется на молекулярно-генетическом уровне.
Делая заключение, Ю.М.Васильев (1986) пишет: «Таким образом, между нормальным и трансформированным фенотипомклетки возможны обратимые переходы, вызываемые внешнимифакторами. Достижения последних лет привели к появлениюпринципиально новых взглядов на механизм автономии опухолевых клеток. Теперь известно, что такая независимость возникаетне как следствие необратимой утраты клеткой способности реагировать на воздействие внешней среды, но как результат чрезмерной стимуляции клетки эндогенными онкобелками, имитирующими один из нормальных типов клеточной реакции, а именно реакции мембраны на молекулы-лиганды, не связанной с субстратом». С нашей точки зрения, принципиально важно выделить то,что онкобелки, согласно Ю.М.Васильеву, имитируют один изнормальных типов клеточной реакции. Это говорит о том, чтоэту роль может играть избыточное количество нормальных факторов роста (ФР). Акцент Ю.М.Васильев делает на ненормальной стимуляции митогенными сигналами. Состояние стимуляциивозникает при нарушении тканевого гомеостаза в результате нарушения обратной связи. Данные по обратимости трансформацииразрушают идею о необратимых мутациях и онкобелках как результате мутаций. С нашей точки зрения, результаты исследований, полученные Ю.М.Васильевым, и выводы из них подтверждают не теорию онкогена, а тканевую модель. С другой стороны,они коррелируют с данными по обратимости трансформации врезультате дифференцировки. Установление факта обратимоститрансформации на молекулярном уровне является еще одним доказательством тканевой теории. Общую картину можно представить таким образом: при повышенном режиме пролиферации нарушение структуры тканевого гомеостаза определяет сдвиг в сторону эмбрионализации, что меняет соотношение между стимуляторами и ингибиторами митоза, в результате возникает «сверхстимуляция». Таким образом в тканевой модели связываютсяканцерогенный профиль, режим пролиферации, степень омоложения, искажение структуры и функции гомеостаза, неконтролируемый рост клоногенных клеток.
Насколько обоснованно положение о необратимости трансформаций за счет мутаций в 3 — 4 онкогенах? Мы уже говорили,что многие данные опровергают это представление. В частности,при делении раковых клеток в опухоли злокачественность необязательно наследуется дочерними клетками, как это принятосчитать. Рассмотрим данные, подтверждающие этот вывод. Изучение перевивной ороговевающей карциномы крысы методом автографического анализа показало (Pierce, Wallace, 1971), что через 2 часа после введения 3Н-тимидина мечеными были тольконедифференцированные участки опухоли, а уже через 96 часовклетки, связавшие 3Н-тимидин, обнаружились в дифференцированных участках опухолей. Выделенные из дифференцированных участков клетки не прививались животным, в то время какиз недифференцированных участков давали высокую частотупрививаемости. С нашей точки зрения, эти данные однозначнодоказывают, что раковые клетки при делении могут давать нормальное потомство, то есть злокачественность генетически не закреплена и не наследуется дочерними клетками, как это предполагалось мутационной гипотезой и молекулярно-генетической теорией.
Полученные результаты имеют большое клиническое и теоретическое значение, поскольку коррелируют с данными по нормализации опухолевых клеток при стимуляции к дифференцировке. С нашей точки зрения, данные Pierce и Wallace (1971) можно интерпретировать так. Поскольку клетки недифференцированных областей опухоли, где осуществляется деление, включаютметку, а дифференцированные, прекратив деление, не включаютее, то появление метки через 96 часов в дифференцированныхклетках свидетельствует о том, что в опухоли молодые раковыеклетки способны дифференцироваться, в результате чего онинормализуются, теряя злокачественность. Об этом также свидетельствует неспособность дифференцированных опухолевых клеток прививаться. Данные хорошо вписываются в контекст проблемы нормализации опухолевых клеток. В этом плане представляет интерес известное положение Дж.Пирса о том, что «опухоль — это карикатура: если тератокарцинома — это карикатурана эмбриогенез, то опухоли детерминированных тканей — этокарикатура на гистогенез» (Pierce, 1974). Однако эта карикатурана уровне отдельной клетки теряет смысл и может никак не обнаруживаться.
Приведенные данные позволяют сделать вывод, что трансформация не является событием клеточного масштаба. Идея о том,что рак не связан с отдельной клеткой, высказывается известнымитальянским ученым М.Терци (1977, с.170—179), он пишет:
4…рак можно описать только в терминах клеточных популяций… Онкогенность представляет собой своего рода дифференцировку; она не является необратимой… и ее следует определитьна популяционном уровне, а не на уровне единичной клетки».Выводы итальянского ученого имеют принципиальное значение,они доказывают верность тканевого подхода к механизму трансформации.
Существенным недостатком теории онкогена является то, чтов ней отсутствует различие между стволовой и дифференцированной клеткой. Она исходит из понятия -«нормальная» клетка,что стирает различие между популяциями клеток, обладающимиразличной клоногенностью. Но в условиях изоляции, трансплантации стволовые клетки проявляют типичные опухолевые свойства, инвазивный рост без какого-либо канцерогенного воздействия. Согласно теории онкогена, в нормальных клетках имеютсянеактивные протоонкогены, которые в процессе трансформациипатологически активизируются. В полной мере такое представление применимо лишь к дифференцированным клеткам, у которых онкогены неактивны, и неприменимо к стволовым клоногенным клеткам, у которых имеются активизированные онкогены.
С другой стороны, применительно к дифференцированным клеткам это представление не работает, поскольку они не способныделиться и трансформироваться. Данные показывают, что малигнизируются сугубо стволовые и коммитированные клетки, с другой стороны, они не нуждаются в генетических изменениях, поскольку уже обладают набором «злокачественных» свойств. Анализ привел к парадоксу: дифференцированные клетки неспособны трансформироваться, а стволовые практически «трансформированы». Парадокс указывает на иные условия и иной механизмтрансформации, нежели это представляется в теории онкогена ипредшествующих концепциях рака.
В тканевой модели увеличение степени злокачественностиклеток связывается не с мутациями онкогенов, а с нарушениемтканевого контроля и снижением степени дифференциации впроцессе опухолевой прогрессии, где стволовые клетки обладаютмаксимальной потенциальной злокачественностью, а дифференцированные клетки минимальной или нулевой.
Однако снижение степени дифференцировки клетки не объясняет еще механизм канцерогенеза. Существуют концепции, которые непосредственно выводят из омоложения клетки механизмтрансформации. При таком подходе механизм опухолеобразования остается нераскрытым. Можно указать на то, что такие клетки уже имеются в нормальной ткани. Что же нового добавляетучет прогрессирующего омоложения в тканевой теории?
Значение эмбрионализации ткани на уровне отдельной клеткиостается непонятным и не имеет смысла. Онкологический смыслэмбрионализации ткани раскрывается на уровне тканевого гомеостаза. Это означает, что факт эмбрионализации надо рассматривать в двух проекциях: с точки зрения клетки и с точки зрениятканевого гомеостаза, его структуры, которая связана с функцией контроля пролиферации. В данном случае структура тканевого гомеостаза определяет функцию контроля пролиферации.
При изоляции клоногенных клеток либо трансплантации злокачественность определяется степенью эмбрионализации. Однаковыход из-под контроля клоногенных клеток при трансформацииопределяется количественным накоплением таких клеток в структуре тканевого гомеостаза, т.е. степенью эмбрионализации ткани.
Не все события канцерогенеза можно оценить с позиции отдельной клетки, что обусловлено участием надклеточной тканевойструктуры гомеостаза.
Таким образом, раковые клетки — это стволовые клоногенные клетки, которые при разрушении тканевого гомеостаза выходят из-под контроля. Если в прежней трактовке переход от стволовой клетки к раковой связывался с мутациями, то в новой теории трансформация связывается с разрушением тканевого гомеостаза.
Какие факты говорят в пользу описанной картины?
Данное представление подтверждается тем, что стволовыеклетки и клетки, находящиеся на ранней стадии коммитирования, так же как и раковые клетки, синтезируют раково-эмбриональный белок. В небольших количествах белки, свойственныеэмбрионализированным клеткам, обнаруживаются в нормальнойткани, что соответствует доле функционирующих стволовых клеток при физиологической регенерации ткани. В процессе опухолевой прогрессии и увеличения степени омоложения количествораково-эмбрионального белка увеличивается, что соответствуетдоле стволовых клеток. Именно такая картина динамики изменения в сторону эмбрионализации ферментативного спектра наблюдается в опухолеобразовании (Колосова, 1988).
Характерно, что попытки обнаружить принципиальные различия между нормальной и опухолевой клетками на протяжениивсего периода экспериментальной онкологии не увенчались успехом. Независимо друг от друга исследователи приходили к общему выводу: если сравнивать опухолевые клетки не с дифференцированными клетками, а с незрелыми стволовыми и коммитированными, то принципиальных отличий обнаружить не удается.
Данный факт рассматривался как неудача, в новой же теории онрассматривается как доказательство тканевого подхода. Открытие онкогенов вселило новую надежду на возможность найти специфическое отличие раковых клеток. Но эта надежда также ужепрактически разрушена — как выяснилось, в стволовых клеткахобнаруживаются активизированные онкогены, активизация (в результате блока дифференцировки) которых обеспечивает характерный, раковый фенотип стволовых клеток, который идентиченвсем признакам опухолевых клеток. Отсутствие отличий опухолевых клеток от молодых недифференцированных клеток впрежней теории воспринимается как парадокс. Однако с позициитканевой теории этот факт вполне закономерен и служит подтверждением положения о нарушении тканевой регуляции какнеобходимом и достаточном условии опухолеобразования.
Таким образом, если саморегулирующаяся система (гомеостаз) контролирует постоянство качественного и количественного состава клеток ткани, а ее элементы (клетки) обладают потенцией к независимому размножению, то нарушение тканевого механизма контроля должно привести к неконтролируемому делению клоногенных стволовых и коммитированных клеток.
Данные молекулярно-генетических исследованийв свете тканевой модели
Канцерогенное воздействие на ткань вызывает различные параллельно протекающие процессы, поэтому трудно отделить параллельно развивающиеся процессы от причинно обусловленных.Чтобы разделить явления, которые в представлении сцеплены водно, необходимо обнаружить факты, говорящие о раздельностиэтих явлений.
Если исходить из представления, что мутации — это универсальная причина трансформации, то трансформация без участиямутаций будет опровергать первоначальное представление. Существует точка зрения, что нормализация опухолевых клеток неистинна, поскольку затрагивает сугубо фенотип клетки, не затрагивая генетические дефекты. Но генетические дефекты, якобыприведшие к трансформации, проявляются функционально, поэтому данные о включении опухолевых клеток в нормальный эмбриогенез и формировании из них нормального организма свидетельствуют о «генетической реабилитации* опухолевых клеток врезультате дифференцировки. Это означает, что трансформацияне связана с мутациями. Выше мы приводили данные Л.Сакса(1986) о нормализации опухолевых клеток при дифференцировке, независимо от хромосомных аномалий. Из этого можно сделать вывод, что хромосомные аномалии не являются непосредственной причиной трансформации. Согласно предполагаемому механизму вирусного канцерогенеза, вирус должен содержать онкоген или его аналог, однако часть опухолеродных вирусов не содержат онкогены. С нашей точки зрения, это опровергает представление о механизме вирусного канцерогенеза.
Выше мы приводили данные (Васильев, 1986) относительнообратимости трансформации и выделили такой момент, как искажение информационного окружения клетки (соотношения: факторы роста/кейлоны). Далее сделали предположение, что измененное информационное окружение, гиперстимуляция воспроизводят искажения в структуре гомеостаза — увеличивается количество клоногенных клеток, которые происходят на тканевомуровне. Подтверждением этой закономерности являются данныео корреляции между нормализацией опухолевых клеток, увеличением степени дифференцировки и снижением, репрессией активности онкогенов. Так, экспрессия протоонкогенов туе и туруменьшается в ходе дифференцировки некоторых гемопоэтических клеток, индуцированных фарболовым эфиром или диметилсульфоксидом (Craig, Bloch, 1984; Gonda, Metcalf, 1984). Присозревании Т-клеток экспрессия гена myb также уменьшается(Sheiness, Gardier, 1984). В клетках нейробластомы экспрессируется ген N-myc, однако если в этих клетках вызвать морфологическую дифференцировку с помощью ретиноевой кислоты, тоуровень м-РНК N-myc падает в 4 раза (Amatruda et, al., 1985).Лейкозные клетки человека (линии HL-60) под воздействием витамина D дифференцируются, что сопровождается падением экспрессии гена myc (Campisi et al., 1984).
Индукция дифференцировки клеток тератокарциномы мыши(линия F-9) сопровождается падением экспрессии гена туе(Campisi et al., 1984).
Приведенные факты свидетельствуют о нормализации раковых клеток, что коррелирует с репрессией активности онкогеновв результате дифференцировки. Данные разрушают представление о необратимых мутациях в качестве предполагаемого механизма трансформации.
Проблема предрака
Как свидетельствуют многочисленные клинические и экспериментальные данные, злокачественной трансформации предшествует длительный период тканевых изменений, связанных с повышенной хронической пролиферацией, которая вызывает эмбрионализацию ткани. Это относится к таким фоновым и предраковым состояниям, как дисплазия, гиперплазия, эрозия, и другим заболеваниям,влияющим на усиление пролиферативного режима ткани. Можносказать, тайна рака скрыта в предраке, а именно в нарушении воспроизводства тканевого гомеостаза. Однако, пока не расшифрованы, с позиции теории онкогена, основные закономерности предракаи роль в механизме трансформации, семантика отдельных стадийразвития опухолевого процесса остается неизвестной. Многие онкологи обращают внимание на характерный признак предраковых состояний — ускоренную длительную пролиферацию, которая предшествует опухолеобразованию. Причины ускоренной длительнойпролиферации известны — это либо воздействия, вызывающие повышенную гибель клеток, либо митогенные воздействия, повышенная функциональная нагрузка, стимулирующие пролиферацию.Например, у больных дисплазией и раком шейки матки (Бохман,1989) в качестве внешних патогенных факторов отмечается патогенное воздействие спирохет, гонококков, трихомонад, микоплазм,хламидий, цитомегаловирусов, которые вызывают хроническиевоспалительные процессы.
Для гормональнозависимых опухолей прослеживается рольэндокринно-обменных нарушений, обусловливающих возникновение гиперпластических изменений, а в дальнейшем неопластической трансформации. Клинический аспект проблемы состоит ввозможности профилактики гормонозависимых опухолей путемнормализации нарушенных функций и компенсации матаболических нарушений (лечение ожирения, компенсация гиперлипидемии и гипергликемии).
Многие авторы обращают внимание на зависимость способности к развитию спонтанных и индуцированных опухолей от пролиферативного статуса ткани и интенсивности клеточного размножения (Jeney, Lapis, 1984; Oehlert, 1973).
Характерно, что ускоренная пролиферация при различныхрегенерационных процессах вызывает омоложение, эмбрионализацию ткани. Таким образом, просматривается закономерность:
поражение клеток либо митогенное воздействие стимулируюткомпенсаторную пролиферацию, которая вызывает в результатеобратимой блокировки дифференцировки омоложение, эмбрионализацию ткани. Первые три звена процессов, ведущих к трансформации, найдены.
Омоложение ткани — характерная черта всех регенерационных процессов. В этом плане проявляется отличительная чертатканевой теории: на нее работают те факты, которые не имелизначения в теории онкогена, т.е. она полнее охватывает клинические и экспериментальные факты.
Тканевая модель исходит из факта отсутствия специфики опухолеобразования, особенно начальных стадий, т.е. она основывается на закономерности «перехода» количественных накопленийв качественные, что связано с канцерогенным профилем,В молекулярно-генетической теории тканевые изменения впредраке и процессы на уровне генома клетки не связаны междусобой. Отсутствие связи между тканевым и клеточным уровнемобъясняет, почему теория онкогена в клиническом плане (по мнению ряда авторов) не работает.
Изменения, которые наблюдаются при канцерогенном воздействии, можно разделить на два направления. Первое связано спроцессами, развивающимися на уровне клетки. Сюда относятсяформы клеточной атипии, хромосомные, генетические аномалии,нарушения митоза и т.д. Второе направление изменений связанос ускоренной пролиферацией, которая вызывает омоложение ткани и постепенно разрушает в результате эмбрионализащш клетокструктуру тканевого гомеостаза, т.е. искажается соотношениемежду стволовыми, коммитированными и дифференцированнымиклетками. Возникает вопрос, развитие какого их этих двух направлений приводит к неконтролируемой пролиферации? Ответна этот вопрос определяет выбор между теориями. Традиционноиз двух направлений выделялось только одно, связанное с клеточной патологией, нарушением генома. Второе же оставалосьнеизвестным и не обсуждалось как возможная альтернатива. Однако именно развитие второго направления приводит к нарушению структуры и функции тканевого гомеостаза, Первое направление исходит из необратимых мутаций онкогенов и соответственно предполагает необратимость трансформации — теория онкогена основывается на необратимости результата трансформации клетки.
Второе направление предполагает нарушение тканевого контроля и исходит из факта нормализации опухолевых клеток придифференцировке, т.е. блокировка дифференцнровки обратима иснимается при стимуляции созревания клетки.
Опровергая очевидный факт нормализации опухолевых клеток в процессе дифференцировки, сторонники теории онкогенааргументируют это тем, что якобы имеет место только фенотипическая нормализация, не затрагивающая генотипические нарушения. Однако данные, полученные Лео Саксом, свидетельствуют отом, что нормализация опухолевых клеток происходила в «обход» генетических повреждений, отсюда следует, с нашей точкизрения, что генетические нарушения не являются непосредственной причиной трансформации, т.е. трансформация клетки не определяется генетическими нарушениями.
Исходя из положения о существовании нескольких направлений развития патологии при канцерогенном воздействии следует,что генетические хромосомные нарушения являются параллельноразвивающимся процессом, связанным с многоплановостью реакции клетки на канцерогенное воздействие. Данный вывод подтверждает тот факт, что частоты генных мутаций и частотытрансформации различаются на несколько порядков. Эти фактыразрушают представление о необратимости трансформации, делают его несостоятельным и недостаточно аргументированным. Хорошо известны эксперименты по пересадке ядер опухолевых клеток в предварительно энуклеированные зародышевые клетки: вэтом случае развивается здоровый мозаичный организм. Такимобразом, вопреки представлению о якобы сохранении трансформированных онкогенов в нормализованных опухолевых клеткахпри дифференцировке, есть основание поставить под сомнениесвязь генетических нарушений с механизмом трансформации вкачестве непосредственной причины. Факты говорят об обратном: представление о механизме малигнизации, основанное намутационной гипотезе, неоправданно с точки зрения данных,свидетельствующих о нормализации опухолевых клеток при дифференцировке.
Роль длительной повышенной пролиферации в механизме опухолеобразования
У человека более 80 — 90% опухолей возникает в органах итканях с обновляющимся клеточным составом и высоким уровнем пролиферации. Это органы кроветворной системы, покровные эпителии кожи, желудочно-кишечного тракта, трахеобронхнальной и урогенитальнон систем В органах с низким числомпролиферирующих клеток развитию опухолей способствуютпредшествующие гиперплазии ткани при регенераторных и воспалительных процессах. К последней группе можно отнести поджелудочную железу, печень, щитовидную железу, мочевой пузырь. На эти ткани приходится остальные 10 — 20% из общегочисла тканей.
Однако каким образом пролиферация включена в механизмрака, осталось неразгаданной тайной канцерогенеза. Анализируяэтот вопрос, И.В.Урываева (1990, с.98) пишет: «Роль пролиферативного цикла в акте инициации все же не всегда ясна, хотяэмпирически твердо установлена зависимость эффективностиканцерогенеза от размножения клеток, во всяком случае для митотически стабильных и медленно обновляющихся тканей… Однаиз точек зрения заключается в том, что митотическое деление иособенно репликация ДНК необходимы для фиксации индуцированных канцерогеном локальных повреждений ДНК до того, какрепаративные механизмы устранят эти повреждения». Принципиально новое рациональное решение этого вопроса дается в тканевой теории рака.
Если кратко сформулировать принцип тканевой теории, то онсостоит в нарушении механизма тканевого контроля пролиферации как надклеточной системы в результате прогрессирующейэмбрионализации и носит негенетический характер, в результатеиз-под контроля выходят клоногенные клетки, обладающие активизированными онкогенами.
Выявить причину нарушения тканевой системы регуляцииможно исходя из представления о природе и механизме устойчивости гомеостатических систем и тех условиях и факторах, прикоторых происходит их нарушение. Для того чтобы выяснитьпринцип и механизм нарушения контроля пролиферации, не требуется привлечения представлений о генетических мутациях, поскольку речь идет о структуре надклеточной системы — тканевого гомеостаза.
Повреждение и нарушение ткани, независимо от природыканцерогена, вызывает повышенную гибель клеток и, как ответное действие, защитную реакцию в виде компенсаторной пролиферации.
Механизм неспецифической пролиферации в качестве компенсации повышенной гибели клеток позволяет объединить, унифицировать действие различных канцерогенов с точки зрения единого тканевого ответа как вторичной реакции на патогенное воздействие. При этом хроническая гибель клеток выступает в качестве стимулятора повышенной, длительной пролиферации. Такимобразом, стимулировать пролиферацию можно либо путем митотического воздействия, по типу физиологических регуляторовмитотической активности (с этим связаны различные функциональные нагрузки в организме, действие факторов роста, гормональные дисбалансы), либо путем увеличения смертности клетоки ответной реакции компенсации
Неспецифическая защитная реакция ткани, компенсаторнаяпролиферация, подобна неспецифической физиологической защитной реакции организма — стрессу, открытому лауреатом Нобелевской премии Г.Селье (1982). Биологический смысл неспецифической защитной реакции ткани заключается в стереотипном ответе на различные внешние патогенные факторы. По своему механизму и проявлению стресс на физиологическом уровнеорганизма отличается от тканевой пролиферативной защитнойреакции, но биологический смысл у них один и тот же. Нарушение механизма гомеостаза также имеет общую основу — превышение предела нагрузки, на которую они рассчитаны, приводит кнарушению саморегуляции, т.е. отрицательной обратной связи.
При сильном физиологическом стрессе это заканчивается гибелью организма, а нарушение тканевого гомеостаза приводит копухолеобразованию. Особенностью тканевого гомеостаза является высокая способность выдерживать большие нагрузки, но и унего есть ахиллесова пята: тканевый гомеостаз боится длительных повышенных нагрузок. При повышенных нагрузках систематканевого гомеостаза долго может сохранять стабильность, т.е.необратимые изменения в структуре постепенно накапливаютсядо момента выхода из строя отрицательной обратной связи (кейлонный механизм регуляции). Прогрессирующее омоложениеткани приводит к искажению тканевой структуры, которая определяет функционирование тканевой системы, удерживающей подконтролем стволовые клетки.
Из неспецифического характера защитной реакции ткани становится ясно, почему столь различные по природе канцерогеныспособны вызывать одну и ту же компенсаторную реакцию, приводящую в конечном счете при нарушении гомеостаза к неконтролируемой пролиферации. Следовательно, компенсаторная пролиферация, вызывающая эмбрионализацию ткани как ответнуюреакцию на канцерогенное воздействие, выступает в роли механизма общего знаменателя, который осуществляет нивелировку,унификацию канцерогенных факторов.
При таком подходе удается рационально объяснить механизмгормонального рака. Гормоны не относятся к генотоксическимфакторам, поэтому в теории онкогена гормональный рак не получил объяснения. С этой точки зрения гормональный рак, а такжедействие трансформирующих факторов роста, вызывающихтрансформацию, является убедительным аргументов противпредставления о генотоксичности как обязательном факторе канцерогенного действия. Иначе говоря, в прежних теориях геотоксичность отождествлялась с канцерогенностью, в тканевой теорииканцерогенность определяется промоторной функцией.
Таким образом, интенсивная, длительная пролиферация, вызывающая эмбрионализацию, выступает общей мерой, или онкологическим эквивалентом, канцерогенного воздействия. В этомпроявляется онкологический унифицированный эффект канцерогенов. С клинической точки зрения возникает вопрос о конкретизации канцерогенного фактора в каждом конкретном случае,инициирующего повышенную хроническую пролиферацию. Одним из таких факторов является длительная функциональная нагрузка на ткань. Канцерогенность таких воздействий определяется зависимостью между функцией органа и количеством функционально полноценных клеток.
Длительные пролиферативные нагрузки, превышающие функциональные возможности ткани, стимулируют избыточную пролиферацию. На этой зависимости основано канцерогенное действиеразличных гормональных дисбалансов в организме, вызывающихрак. Однако не каждый канцероген вызывает рак, поскольку развитие опухолеобразования зависит от канцерогенного профиля.
Клиническое значениеновой концепции механизмаобщего знаменателя
Концепция общего знаменателя, вытекающая из тканевой теории, имеет непосредственное клиническое значение для леченияопухолевых заболеваний. Исходя из тканевой концепции ракаследует, что канцерогенность не определяется генотоксичностыо,но канцерогенный фактор обязательно должен влиять на пролиферативный режим ткани. Это означает, что онкологическимсмыслом обладает промоторный эффект определенного канцерогенного профиля, а не генотоксический. Такой подход к канцерогенному срактору решает проблему эндогенных канцерогенов, которая оставалась нерешенной в теории онкогена. Появляется рациональное объяснение многих ранее необъяснимых фактов, например гормонального рака и рака, связанного со старением ит.д. Корреляция между дисбалансами в организме и усилениемпролиферации клеток органа-мишени хорошо изучена и обоснована, однако онкологический смысл хронической пролиферациивпервые рационально объясним в тканевой модели. В новой теории изменено представление о природе канцерогенности, что является теоретической основой для разработки новых стратегийлечения и профилактики опухолевых заболеваний. В частности,нам хотелось обратить внимание на проблему эндогенного источника инициации хронической пролиферации в рамках новогоподхода. Становится понятным, что лечить опухоль можно путемнейтрализации источника, вызывающего пролиферацию.
Снижение функциональной нагрузки на орган нормализуетпролиферативный режим ткани, что прекращает развитие опухолеобразования и вызывает регрессию. На этом основан эффектгормонотерапии и немедикаментозных методов лечения. Отметим, что положительный эффект гормонотерапии, приводящийпорой к полному излечению опухоли, необъясним с позиции теории онкогена, исходящей из необратимых изменений генома.
Тканевая теория опухолеобразования, основанная на нарушении тканевого гомеостаза, органично вписывается в фундаментальные положения медицины и биологии. Роль механизмов гомеостаза в различных системах организма хорошо известна и интенсивно изучается. Нарушение гомеостатических механизмов лежит в основе многих функциональных заболеваний. Однако извсех уровней регуляции в новой теории выделяется тканевый гомеостаз, поскольку именно на этом уровне осуществляется контроль пролиферации, при этом учитываются и влияния со стороны организма. Органическая встроенность, или вписанность, тканевого гомеостаза в систему связей организма позволяет конкретно, шаг за шагом проследить цепь событий, приводящих к опухолеобразованию. Большинство из этих связей уже изучены, неизвестным оставалось лишь последнее звено — онкологическое значение длительной хронической пролиферации. Значение и смыслэтого звена в общей цепи процессов, ведущих к опухолеобразованию, описано в тканевой теории.
Рак на почве старения
Множество человеческих жизней уносит рак, частота которогос возрастом нарастает. От злокачественных образований в возрасте 20 — 29 лет умирает 11,9 мужчин на 100 тыс. человек, а в возрасте 60 лет — 963,4. По некоторым данным, среди лиц старше60 лет распространенность всех новообразований превышает соответствующий показатель у людей младше 40 лет в 16,5 раза умужчин и в 6,7 раза у женщин (Гарин, 1980).
Каков механизм развития рака, обусловленного старением организма? Нельзя ли избежать его либо уменьшить риск онкологических заболеваний? По мнению многих ученых, в раковойклетке прекращается деятельность механизма, ограничивающегоактивность биосинтеза белка, возникает новый тип регуляции генома, связанный с действием вирусов, канцерогенов. Согласнолауреату Нобелевской премии Ф.Бернету, рак возникает в результате мутаций в соматических клетках, но иммунная системапостоянно уничтожает их. В старости иммунологическая защитаослабевает, и в результате развивается опухоль. В свое время этаконцепция была очень популярной, но и сейчас она разделяетсямногими ведущими онкологами. Ряд ученых считают, что возрастное нарастание частоты рака является результатом суммациивнешних влияний (эффекты химических канцерогенов). На этомосновании Р.Допл и Р.Пито (1984) отвергают роль в канцерогенезе возрастных изменений, происходящих в организме.
С данной точкой зрения не согласуется концепция канкрофилии В.М.Дильмана (Дильман, 1983). Оценивая точку зрения, согласно которой возрастные изменения занижаются и отвергаются,М.В.Дильман и соавт. (1989, с. 126) пишут: «Но химические канцерогены вызывают повреждение генома, тогда как возрастныематаболические сдвиги формируют канкрофилию… нет никакихоснований ни противопоставлять инициацию канкрофилии… ниобъединять эти различные по сути явления».
Таким образом, существует определенное противопоставлениесиндрома канкрофилии как интегрального фактора нейрофизиологических сдвигов при старении организма фактору суммациигенетических изменений в клетках организма. Это противопоставление сводится к выяснению природы канцерогенных факторов, проявляющихся при старении организма, а именно возникает альтернатива идентификации их либо с промоторами, либо сгенотоксическими канцерогенами.
Анализируя проблему рака, связанного со старением,В.В.Фролькис (1988, с.187) пишет: «Механизм ракового перерождения клетки связан… с изменениями взаимоотношений между генетической активностью и уровнем поляризации клеточноймембраны… В старости изменяются соотношения между биосинтезом белка и уровнем поляризации клеточной мембраны, что создает предпосылки для нарушения регуляторного механизма идеятельности генетического аппарата, перерождения клетки».
Чтобы понять механизм рака, обусловленного старением, необходимо выяснить, какие из отклонений, происходящих в организме, вызывают трансформацию Одной из наиболее разработанных в отечественной геронтологии является концепцияВ.М.Дильмана. В основу концепции положено явление снижениячувствительности гипоталамуса к тормозным влияниям обратныхсвязей, повышение гипоталамического порога к тормозящемудействию ряда гормонов — эстрогенов и кортикостероидов, которое развивается с возрастом. Любое стойкое отклонение гомеостаза, согласно автору, теоретически следует рассматривать какболезнь.
Адаптация к различным повреждающим факторам осуществляется на всех уровнях организма, включая клеточный и субклеточный, но главным образом механизм адаптации реализуется засчет изменений в гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе. Согласно концепции В.М.Дильмана, нарушения стабильности в системах энергетического, репродуктивного и адаптационного гомеостаза генетически запрограммированы, так как эти нарушения необходимы для реализации программы развития. Закономерное отклонение гомеостаза постепенно приводит к формированию специфической возрастной патологии, включая синдромканкрофилии и спектр гормональных изменений, определяющихпатогенез гормонального рака.
Согласно В.М.Дильману, вероятность возникновения ракатем выше, чем больше пул пролиферирующих клеток, чем нижеактивность иммунитета и функции макрофагов и чем ниже способность систем репарации восстанавливать структуру ДНК.
Проанализируем значение каждого из этих факторов. Очевидно,что в результате снижения способности к репарации ДНК увеличится гибель клеток, в результате чего усилится компенсаторнаяпролиферация. Поэтому этот фактор представляет собой инуюформу первого фактора, т.е. усиления пролиферации. Это означает, что, по существу, три фактора сводятся к двум — повышенной пролиферации и недостаточности иммунитета. Но онидалеко не равнозначны. Как будет рассмотрено в другом месте,роль иммунитета при раке не является определяющей. Постулируемая чужеродность трансформированных клеток на самом делеотсутствует, поскольку из-под контроля выходят низкодифференцированные, клоногенные клетки с активизированными онкогенами (стволовые и коммитированные). Однако их выход изпод контроля обусловлен не генетическими нарушениями, а выходом из строя тканевого гомеостаза. Таким образом, из трехфакторов сохранил свое онкологическое значение лишь один —избыточная хроническая пролиферация.
Совокупность возрастных изменений, способствующих канцерогенезу, В.М.Дильман определил в качестве синдрома канкрофилии. Сочетание избытка глюкозы и инсулина в крови и уменьшение потребления глюкозы мышечной тканью приводит к усилению синтеза жира, что проявляется в развитии возрастногоожирения и ведет к возникновению гормонально-метаболическихсдвигов. В конечном итоге наблюдается снижение толерантностик глюкозе, реактивная гиперинсулинемия, повышение в кровиконцентрации свободных жирных кислот, холестерина (липопротеинов низкой плотности), триглицеринов, кортизола.
Совокупность этих сдвигов и создает синдром канкрофилии,что обозначают как предиспозицию к раку, вызываемую нарушением жироуглеводного обмена. Синдром развивается в процессенормального старения, но его возникновение может быть ускорено в результате ожирения, сахарного диабета тучных, острогохронического стресса, психической депрессии, атеросклероза, беременности, акселерации, избыточного питания, синдрома канцерогенного старения.
Освещая вопрос о механизме трансформации, В.М. Дильманпишет: * Применительно к раковой клетке основным признакомявляется… свойство потенциального бессмертия. Это свойствоопределяется изменениями в генетическом аппарате клетки…Под влиянием неканцерогенных раздражителей… данный типклеток превращается в раковые клетки. Эта вторая фаза обозначается как стадия промоции… Вместе с тем синдром канкрофилии может оказывать выраженное промоторное влияние» (1983,с.149-164).
С позиции тканевой теории механизм рака на почве старенияможно объяснить теми же причинами, что и гормональный рак.Физиологические сдвиги, обусловленные нарушением гомеостазатой или иной системы организма, компенсируются за счет функциональной нагрузки на орган, что инициирует хроническуюпролиферацию.
Повышенный хронический режим пролиферации, как былопоказано при рассмотрении гормонального рака, разрушает тканевый гомеостаз, что обусловлено прогрессирующей эмбрионализацией клеток, в результате клоногенные стволовые клетки, обладающие активизированными онкогенами, выходят из-под контроля. Например, усиление функции яичников, которое возникаетв процессе старения, — это компенсация, которая не позволяетвыключиться репродуктивной функции. Эта компенсация создаетпролиферативные изменения в органах репродуктивной системы(Дильман, 1983). Данные показывают, что длительное повышение уровня гонадотропинов вызывает опухоли яичников. Характерно, что увеличение с возрастом частоты рака яичников у женщин также связано с возрастным увеличением продукции гонадотропинов.
По мнению Я.В.Бохмана, эндокринные нарушения явно коррелируют с развитием рака органов репродуктивной системы, онпишет: «В проблеме рака яичников сложилась трудная ситуация:отсутствие четких представлений о патогенезе препятствует раннему обнаружению этих опухолей… накапливается все более сведений, указывающих на несомненную принадлежность рака яичников к гормонозависимым опухолям. Эксперименты на животных выявили, что у домашних старых кур-несушек рак левогояичника — самая частая спонтанная опухоль. Гиперстимуляциягонадотропной функции (повышенное освещение) приводит кувеличению продукции яиц и одновременно частоты рака яичника (Gilbert, 1971, цит. по: Бохман, 1989, с.47).
Таким образом, в процессе нормального старения, как показал В.М. Дильман, нарушается гомеостаз в системах, контролируемых репродуктивным, адаптационным и энергетическим гомеостазами Климакс также представляет собой и нормальный физиологический процесс и болезнь, з его основе лежит нарушениегомеостаза (Дильман, 1983).
Современным концепциям старения предшествовали системные теории старения, которые берут свое начало от исследований, связавших старение с нарушением эндокринной регуляции,например с истощением функции эпифиза или половых желез.Однако необходимо выяснить, почему развиваются эти нарушения Согласно излагаемой концепции В.М.Дильмана, регулирование гомеостаза подчиняется закону отклонения гомеостаза, гдеключевое значение имеют гипоталамические изменения.
Первоначальные представления о механизме старения как повышения активности гипоталамуса постепенно расширялись. Вдальнейшем механизм старения был связан с более общим явлением — феноменом повышения порога чувствительности гипоталамуса к регулирующим сигналам. При этом не имеет значения,что порог чувствительности гипоталамуса к регулирующим сигналам в одних системах снижается, а в других повышается. Длямеханизмов старения общими являются два ключевых патогенетических механизма нормальных болезней: 1) изменение порогачувствительности гипоталамуса к гомеопатическому сигналу и 2)компенсаторное повышение функции периферической эндокринной железы. Болезни, основанные на этих элементах, называются болезнями компенсации (Дильман, 1968).
Общий вывод теории старения о том, что с возрастом происходит разбалансировка основных гомеопатических систем организма в результате чего возникают компенсаторные явления,имеет принципиальное значение для состыковки (на основе взаимодополняющих моделей) с тканевой теорией рака.
Компенсация функциональной недостаточности осуществляется при высоких нагрузках за счет пшерстнмуляцин пролиферации, которая принимает хронический характер. Именно такойрежим пролиферации определяет канцерогенный профиль, который вызывает прогрессирующую эмбрионализацию, в результатечего разрушается структура и функция тканевого контроля митотической активности клоногенных клеток. Таким образом, механизм рака, связанного с возрастными изменениями, аналогиченраку, вызванному гормональными нарушениями:
1) на первом этапе происходит искажение систем гомеостаза науровне организма;
2) ткань гормонозависимого органа попадает в режим повышенной функциональной компенсации либо стимуляции;
3) результатом усиленного режима является хроническая гиперстимуляция пролиферации;
4) ускоренная хроническая пролиферация вызывает обратимуюблокировку дифференцировки;
5) нарушение дифференцировки приводит к прогрессирующейэмбрионализации ткани;
6) постепенное увеличение доли низкодифференцированных клеток в ткани разрушает соотношение между дифференцированными и стволовыми (клоногенными) клетками и, соответственно, соотношение между факторами роста/кейлонами;
7) нарушается отрицательная обратная связь, контролирующаяделение клоногенных клеток, обладающих активизированными онкогенами;
8) неконтролируемый злокачественный рост низкодифференцированных, клоногенных клеток определяет инвазию и метастазирование опухоли.
Концепция канцерогенного профиля
Положение о канцерогенности повышенного режима пролиферации раскрывается в концепции канцерогенного профиля. Сутьконцепции состоит в том, что канцерогенное воздействие для индуцирования опухолеобразования должно соответствовать определенному временному режиму воздействия и определенномууровню дозы канцерогена. Данный режим пролиферации отражает характеристики тканевого гомеостаза, а именно способность квосстановлению при повреждениях (способности амортизировать,«буферные» свойства). Концепция канцерогенного профилявпервые конкретизировала понятие канцерогенности, объединивгенотоксические канцерогены и негенотоксические. Любое воздействие канцерогенных факторов на ткань, если оно способноповышать уровень пролиферации и вызывать прогрессирующуюэмбрионализацию клеток ткани, способно при определенномуровне воздействия и времени действия вызвать опухолеобразование. Таким образом, понятие канцерогенного фактора учитывает не только статичное качество, но также учитывает динамические свойства гомеостаза ткани, что подтверждается многочисленными экспериментальными и клиническими данными.
Концепция канцерогенного профиля решает проблему соотношения и различия между канцерогенами и коканцерогенами (илипромоторами).
С позиции концепции канцерогенного профиля различие между «чистыми» канцерогенами и коканцерогенами (промоторами)является чисто количественным. Это означает, что коканцерогены не способны вызвать канцерогенный профиль и соответственно рак при режимах воздействия, свойственных канцерогенам, ноэто не означает, что они не могут вызвать опухолеобразованиепри других режимах, более интенсивных и продолжительных.Новая трактовка природы коканцерогенных факторов в рамкахконцепции канцерогенного профиля поддается экспериментальной проверке. Если концепция верна, то подтвердить ее можнопутем проверки вывода о том, что при изменении режима пролиферации коканцерогены (промоторы) способны превращаться вистинные канцерогены, вызывая опухолеобразование. Этот вывод имеет экспериментальное подтверждение. Данные показали,что классический коканцероген кретоновое масло при увеличении времени воздействия на ткань вызывает канцерогенез. Этотже результат подтверждается тем, что гормоны, вызывающиепролиферацию в ткани, при одних дозах и времени действия являются нормальными регуляторами физиологических функций, апри повышенных дозах и увеличении времени действия вызывают гормональный рак, т.е. неканцерогенный, негенотоксическийфактор при изменении канцерогенного профиля превращается вканцероген. Следовательно, концепция канцерогенного профиляимеет хорошее экспериментальное и клиническое подтверждениеи в свою очередь объясняет многочисленные данные, не имевшиеранее рационального объяснения.
То обстоятельство, что коканцерогены способны превращатьсяв истинные канцерогены при изменении канцерогенного профиля, опровергает распространенную концепцию двухфазности процесса трансформации, где первая фаза — инициация — обусловлена действием генотоксического канцерогена, в вторая фаза —промоции — обусловлена действием коканцерогенов (промоторов). Рак можно вызвать за счет увеличения дозировки и времени действия промоторов, т.е. промоторное действие канцерогеновв новой теории оказывается канцерогенным.
Концепция канцерогенного профиля выступает в качествеальтернативной модели и опровергает,распространенную концепцию двухфазного механизма канцерогенеза, которая основывается на мутационной модели рака.
Следует отметить, что тканевая теория канцерогенеза хорошостыкуется с концепцией старения В.M Дильмана. Отличие состоит в различной трактовке онкологического смысла синдрома канкрофилии и гормональных дисбалансов. Согласно В.М.Дильману, что также соответствует общепринятой точке зрения, возрастные нарушения, обозначаемые синдромом канкрофилии, играютпромоторную функцию, т.е. создают лишь условия, истинный жеканцероген по своей природе должен быть генотоксическим.
Ошибочность данного взгляда раскрывается с позиции концепции канцерогенного профиля, которая объединяет генотоксические и негенотоксические факторы. Общим у них являетсяпромоторное действие, которое и является канцерогенным приопределенном уровне воздействия.
Таким образом, если предыдущие концепции рака, связанногосо старением, более полно описали механизм возрастных отклонений, то оставалась нерешенной проблема, как состыковать этивозрастные изменения с механизмом трансформации, т.е. какиеиз обнаруженного спектра изменений обладают канцерогенностью.
Концепция рака, связанного со старением, так же как теориягормонального рака, состоит из двух связанных блоков, где первый описывает логику (принцип) процессов отклонения основных гомеостатических систем организма, в результате чего развивается гиперстимуляция пролиферации, а второй блок описываетмеханизм трансформации. Эту часть в прежних концепциях неудалось логично связать с промоторным действием гомеостатических отклонений в организме. Таким образом, выявленный механизм рака на почве старения показал, что тканевая теория является универсальной моделью и позволяет с единых позиций объяснять разные виды опухолеобразования.
Рецепторы и факторы роста в механизме Канцерогенеза
Пути передачи информации в ядро
Большие усилия были направлены на выявление биохимических механизмов, с помощью которых внеклеточные пептиды вызывают биологический ответ в клетках мишени. Успехи были достигнуты в изучении влияния факторов роста на пролиферациюклеток. Были прослежены новые внутриклеточные пути комплексов гормон-рецептор. Удалось показать, что ряд рецепторов гормонов представляет собой бифункциональные трансмембранныемолекулы с каталитической функцией (тирозин-протеинкиназнойактивностью), которая возрастает, когда с этими молекуламисвязывается гормон. До середины 70-х годов ученые не предполагали, что пептидные гормоны могут попадать внутрь клетки.
Теперь известно, что вслед за связыванием очень многих пептидных гормонов с поверхностными рецепторами происходит их быстрое перемещение в клетку в составе пузырьков и разрушение спомощью лизосом.
Существует два возможных пути действия факторов роста.
Первый реализуется в случае таких факторов роста, как инсулини эпидермальный фактор роста (EGF — от англ, epidermalgrowth factor), возможно, он начинается на рецепторах, активизирующих фермент тирозинкиназу (т.е. протеинкиназу, фосфорилирующую белки по остатку аминокислоты тирозина). Онпредставляет собой каскад последовательного фосфорилированиянескольких белков. Другой путь связан с такими факторами, какфактор роста из тромбоцидов (сокращенно PDGF — от англ,platelet-derived growth factor), видимо, он идентичен тому пути,который начинается гормонами и нейромедиаторами (Карпентер,Коэн, 1987). Попадая на поверхность клетки, PDGF стимулирует гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата с образованиемвторичных мессенджеров инозитолтрифосфата и диацилглицерола, которые затем участвуют в процессах фазы GI, подготавливающих клетку к синтезу ДНК. Инозитолтрифосфат, вероятно,вызывает мобилизацию внутриклеточного кальция, а диацилглицерол активизирует С-киназу, которая в свою очередь приводитв действие связанный с мембраной механизм обмена ионов. Этотмеханизм выкачивает ионы водорода из клетки, повышая внутриклеточный pH. Полагают, что мобилизация кальция и повышение pH вызывают синтез РНК и белков, необходимых для подготовки клетки к репликации ДНК.
Становится понятным, что продукты онкогенов образуют чтото вроде сложной сети, которая обеспечивает передачу информации от поверхности клетки к ядру. Одни онкогены (например,sis) кодируют факторы роста. Факторы роста активизируют другие онкогены (например, туе и fos), продукты которых функционируют в ядре клетки (Берридж, 1985)
Интересная концепция относительно гормонального контроляядерной активности появилась в результате наблюдений, согласно которым очищенный ФРЭ-рецептор и очищенная src-киназаосуществляют АТР-зависимое взаимодействие с ДНК (Карпентер, Коэн, 1987). В присутствии АТР эти белки способны надрезать суперспирализованную ДНК, переводя ее в релаксированную форму. Эта способность фермента к надрезанию и сшиванию в чем-то аналогична свойствам ДНК-топоизомераз.
Роль факторов ростав механизме канцерогенеза
Факторы роста и рецепторы являвляются непосредственнымиучастниками механизма контроля пролиферации клеток Поскольку нарушение этого механизма является причиной опухолеобразования, то круг подозреваемых факторов сужается. Идентификация причины рака конкретизируется. С другой стороны,факторы роста и рецепторы являются продуктами онкогенов, которые, согласно теории онкогена, выходят из-под контроля в результате необратимых нарушений. Теперь обратимся к фактам ипроанализируем их
Факторы роста и рецепторы (ФРТР и ЭФР) при длительномдобавлении в среду культивирования некоторых клеток способнывызывать признаки опухолевого фенотипа, которые исчезают после прекращения добавок этих митогенов (Иващенко, Быкорез,1990) Данный феномен получил название «фенотипическойтрансформации». Факторы роста стимулируют экспрессию p-fosи р-тус на нескольких типах клеток Протоонкоген с-тус, кодирующий ядерный белок, способный связываться с ДНК, находится под контролем факторов роста, поскольку в покоящихсяклетках он практически не экспрессируется. На трансгенных мышах — носителях мышиного с-тус, соединенного с LT MMTV,было показано, что высокий уровень экспрессии myc-трансгена вэпителии молочных желез сочетается с высокой частотой (90%)развития аденокарцином молочных желез.
Факторы роста и их рецепторы имеют высокую степень гомологии с белками, кодируемыми вирусными онкогенами, следовательно, их гены являются клеточными протоонкогенами.Одна из первых концепций определяла опухолевый рост какизвращение нормальных процессов воспаления и регенерации.Теория «раздражения» Вирхова также исходила из этой основы.Это сходство получило подтверждение на молекулярно-генетическом уровне: выявилось участие в этих процессах полипептидных факторов роста, которые играют ключевую роль в стимуляции роста как нормальных клеток, так и трансформированных.Однозначная интерпретация роли факторов роста в трансформации с позиции теории онкогена пока затрудненаОдна из основных идей молекулярно-генетической теории омеханизме трансформации состоит в том, что опухолевые клеткив отличие от нормальных характеризуются автономией, т.еаутокринной секрецией факторов роста (Sporn, Roberts, 1986) иналичием рецепторов к ним. Однако было выявлено, что аутокринная секреция факторов роста наблюдается также в клеткахзародышей, эмбрионов и в некоторых регенерирующих клетках(артериальные гладкомышечные клетки из трансформированныхартерий синтезируют полипептид, сходный с ФРТр, и реагируютна него) (Bowen-Pope, Sifer,1985). Эти данные коррелируют стем, что в клоногенных стволовых клетках обнаружены активизированные онкогены, которые репрессируются по мере созревания и дифференцировки. Известно, что аутокринная стимуляциямитоза — одно из основных свойств стволовых клеток.
Определение нуклеотидной последовательности м-РНК, кодирующих рецепторы различных полипептидных факторов роста,позволило установить гомологию между ними и белками, кодируемыми вирусными онкогенами (Waterfield et al., 1984, цит. по:Тараховский, Винницкий, 1990). В этих работах была установлена гомология между белком, кодируемым v-erb В, и рецепторомэпидермального фактора роста. Аналогичная гомология установлена для онкогена v-kit и рецептора фактора роста из тромбоцитов, v-fms и рецептора фактора, стимулирующего рост колониймакрофагов. Таким образом, клеточные аналоги вирусных онкогенов являются генами, кодирующими рецепторы факторов роста. На этом основании было сделано предположение, что ихструктурно-функциональные изменения могут приводить к неконтролируемому делению и появлению преходящего и стабильного трансформированного фенотипа.
Существует несколько гипотез относительно участия факторовроста и рецепторов в механизме трансформации. Так, ряд авторов считает, что извращение системы регуляции деления, выражающееся в приобретении клеткой способности к аутокриннойрегуляции пролиферации, является одним из характерныхсвойств опухолевой клетки. Возможно, считают другие авторы,утрата клетками способности к старению (иммортализация) является этапом, предшествующим трансформации. С другой стороны, возможно, структурные изменения белков-рецепторов делаютклетки нечувствительными к внешним воздействиям регуляции,что и приводит к стабилизации трансформированного фенотипа.Таким образом, рак определяют на молекулярном уровне как патологию механизма регуляции пролиферации, связанного с нарушением рецепторов либо факторов роста, являющихся продуктами патологически измененных онкогенов.
Биология рецепторов и их участиев контроле пролиферации
Согласно современному воззрению, рецептором является компонент, который помимо специфического связывания с лигандомобеспечивает передачу сигнала, т.е. запускает рецепторный процесс, завершающийся биологическим эффектом.
Большинство поверхностных рецепторов, активизируемыхвнеклеточными сигналами-лигандами, создают внутриклеточныесигналы. Они либо изменяют активность связанного с мембранойфермента, который изменяет концентрацию внутриклеточного медиатора, либо влияют на проницаемость ионных каналов, чтоприводит к изменению мембранного потенциала, внутриклеточной концентрации того или иного иона (Кац, Лаврецкая, 1986).Многие поверхностные рецепторы связаны с аденилатциклазой. Присоединение лиганда запускает цепь реакций, приводящих к увеличению (иногда к уменьшению) синтеза с АМФ аденилатциклазой.
Когда специфическое связывание лиганда не сопровождаетсятрансдукцией сигнала, говорят о связывающих лиганд белках,внерецепторном связывании, акцепторах. В ряде случаев показано, что акцепторы по своей первичной структуре могут быть илиполностью идентичны рецепторам, или представлять обломки последних, т.е. иметь структуру, идентичную структуре одного изучастков рецептора. Представляет интерес происхождение акцепторов за счет частичной деградации рецепторных белков.Уже давно известно сопряжение многих рецепторов с протеазами. Функциональное значение протеолиза рецепторных молекул разнообразно. Таким путем могут регулироваться взаимоотношения с белками — участниками рецепторного процесса, числорецепторов, сродство к лиганду (Aroustam, Grunbaum, 1986).Кроме протеолиза рецепторов, установлена и возможность протеолитической деградации лигандов. Эти данные получены для инсулина, глюкагона и других лигандов. Этот процесс рассматривается как один из возможных механизмов, обусловливающихокончание действия стимула, или как способ регуляции биологического эффекта, осуществляемого на уровне взаимодействия рецептора с лигандом (Duckoworth et al., 1988).
Для большинства рецепторов, помимо обычных путей передачи сигнала, имеются альтернативные механизмы. Многообразныпути трансдукции сигналов у рецепторов, изменяющих активности ферментов, что воздействует на степень фосфорилированиябелков (рецепторы инсулина, эпидермальный фактор роста, соматостагин и др.).
Имеются данные (Garbers, 1989) о том, что один из типоврецепторов натрийуретического фактора сам обладает ферментативной активностью гуанилатциклазы. Такое совмещение функций рецептора и фермента обнаружено еще у ряда рецепторов.
При взаимодействии факторов роста (лигандов) с рецепторами на поверхности клеток-мишеней рецепторы претерпеваютконформационные изменения, генерирующие внутриклеточныйсигнал. Структурно видоизмененная молекула называется вторичным мессенджером. К первичным мессенджерам относятсятри группы факторов: местные химические медиаторы, действующие непосредственно на окружающие клетки; гормоны, секретируемые эндокринными клетками и взаимодействующие с клетками-мишенями; нейротрансмитеры, продуцируемые нервнымиклетками и служащие химическими медиаторами, которые действуют только на соседние клетки-мишени. Главными вторичными мессенджерами являются цАМФ и Са2+. Большая группапротеаз активизируются ионом Са2+, который является участником рецепторных процессов. Внутриклеточным рецептором дляСа2+ служит белок кальмодулин, играющий важную роль в митогенетическом цикле клеток. В покоящихся клетках главныерезервы Са2+ заключены в эндоплазматической сети и митохондриях. Концентрация Са2+ вне клетки в 104 раз больше, чем вклетке. Увеличение в клетках концентрации Са2+ происходитпри клеточной активации, осуществляемой внешними стимулами. Активность многих цитоплазматических белков (например,кальмодулина) регулируется внутриклеточным Са2* и коррелирует с повышенным содержанием этого компонента в клетках.
Связывание Са2+ с кальмодулином приводит к его конформационному изменению, связанному с регулированием большого количества ферментов, включая фосфолиплазу Aj (Stobo, 1988). Откомплекса кальмодулин-Са24 зависят такие ферменты, как циклическая нуклеотид-фосфодиэстераза, аденилатциклаза, АТФаза,фосфолипазная киназа и др.
Функциональная активность многих белков регулируется фосфорилированием. Состояние активности этих белков осуществляется совместным действием белковой киназы и белковой фосфотазы, катализирующих соответственно фосфорилирование и дефосфорилирование.
Активность белковой киназы С ассоциируется с мембраннымрецептором (например, рецептором инсулина) или вторичнымимессенджерами (цАМФ, диаглицерином, ИФз, Са2* и др.). Белковое фосфорилирование и дефосфорилирование играют важнуюроль в регуляции клеточной активности, являясь основными механизмами контроля клеточной функции.
Для глюкокортикоидов характерно непосредственное взаимодействие с ДНК (Moore, 1985, цит. по: Кульберг, 1987). Данныепоказали, что глкжокортикоидный рецептор взаимодействует стем участком полного гена гормона роста, который выполняетфункцию регулятора транскрипции этого гена. Модель комплекса ДНК-глюкокортикоидный рецептор напоминает структурупрокариотических репрессоров lac, Xcl, Xcro с центрами бактериальной ДНК. Таким образом, механизм реализации эффекторных функций глюкокортикоидного рецептора, очевидно, имеетдревнее филогенетическое происхождение.
Данные, полученные при изучении мутантов млекопитающих,у которых изменен рецептор стероидного гормона, показывают,что дефект в рецепторе мужского полового гормона тестостеронаприводит к тому, что особи с мужским генотипом выглядят каксамки. Все млекопитающие, не подвергшиеся в эмбриональныйпериод воздействию тестостерона, развиваются по женскому пути. Мутанты-самцы имеют нормальные семенники, но ткани этихсамцов не реагируют на гормоны из-за дефектности рецепторов.
В результате у таких самцов развиваются все вторичные половыепризнаки самок и их семенники не опускаются в мошонку, а остаются в брюшной полости. Этот синдром тестпкулярной феминизации встречается у мышей, крыс, крупного рогатого скота и учеловека (Альберте и др., 1987).
В настоящее время бурно развивается направление практического приложения исследования рецепторов. Например, установлено, что 50 — 65% женщин, больных раком молочной железы иимеющих рецепторы эстрогена, поддаются эндокринной терапии;женщины, лишенные таких рецепторов, излечиваются только в10% случаев. Еще лучшими индикаторами эффективности гормональной терапии служат рецепторы прогестерона — конечногопродукта действия эстрогена: корреляция между наличием рецепторов прогестерона в опухолевых клетках и эффектом эстрогенаблизка к 80% (Manni, 1983).
Связь факторов ростас регуляцией митотического цикла
В последнее время получены новые данные, которые конкретизируют представление о связи факторов роста с регуляцией митотического цикла клеток. Было показано, что у эукариот клеточныйцикл в значительной степени определяется изменениями активности одного белка, обозначаемого cdc2 (Мюррей, Киршнер, 1991).Для клеточного цикла характерна весьма совершенная регуляция: контролируются размеры и время — клетка приступает кделению в тот момент, когда масса ее удвоилась; клетка должнатакже координировать различные стадии цикла.
В 1971 г. И.Масуи (Йельский университет, США) и Л.Смит(Аргоннская национальная лаборатория, США) независимо другот друга сделали открытие. Они идентифицировали в яйцеклеткахлягушки вещество, от которого зависит начало митоза и мейоза икоторое они назвали фактором созревания (сокращенно MPF — отангл, maturation promoting factor). Позже этот фактор был обнаружен во всех митотических клетках. MPF, который выделили в1988 г., является главным регулятором митоза и мейоза. Оказалось, что клеточный цикл в яйцеклетке не зависит от событий, происходящих в ядре, а управляется автономным осциллятором — набором химических реакций в цитоплазме. Этот осциллятор, наподобие часового механизма, определяет активность MPF. Активность MPF флуктуирует: постоянно обнаруживается во время митоза и отсутствует в интерфазе (Мюррей, Киршнер, 1991).
Началом генетических исследований клеточного цикла считаются работы Л.Хартуэлла (Вашингтонский университет). В конце 60х — начале 70-х годов им были идентифицированы мутации генов,при которых наблюдается задержка той или иной стадии клеточного цикла. Эти гены известны под общим названием cdc (от англ,cell-division cycle). Белок cdc2 играет ключевую роль в митозе всехэукариот. Он относится к протеинкиназам, т.е. ферментам, переносящим фосфатные группы от АТР на молекулы белков. Присоединение или удаление фосфора является основным средством регуляции активности клеточных белков. Дальнейшие исследования показали, что циклин является вторым компонентом MPF и участвуетв активизации белка cdc2 и, следовательно, MPF. Деградация циклина важна для прохождения митоза, и каждый раз этот белок должен синтезироваться заново во время активизации MPF, т.е. он индуцирует митоз, определяя общий ритм цикла. Самого по себе присоединения циклина к белку cdc2 недостаточно для активизацииэтого комплекса. Для функционирования MPF необходимо, чтобыcdc2 и циклин подверглись определенным модификациям. Этуфункцию выполняют другие белки, один из которых обозначаютcdc25, и именно он, а не циклин, определяет начало митоза в некоторых клетках.
В одних случаях активизация комплекса cdc2-un^HH осуществляется белком cdc25, а в других — самим циклином, в третьих — каким-то еще неизвестным модулятором.
В соматических клетках эмбриона на поздних стадиях егоразвития начало репликации ДНК в интерфазе строго регулируется. Этот важнейший контрольный момент установил Хартуэлл,назвав его стартовым переходом. На стартовый переход влияютпитательные вещества, гормоны и факторы роста, участвующие врегуляции накопления циклина в период до стартового перехода.
Таким образом, регуляторы клеточного цикла — белок cdc2,циклин и модуляторы вроде cdc25, как выяснилось, являются основными регуляторами клеточного цикла у всех эукариотическихорганизмов. Новые данные о механизме регуляции митотического цикла показали, что факторы роста определяют стартовый переход в интерфазе, инициируя начало репликации ДНК. Этотпроцесс является дозозависимым.
Пороговый характер биологического эффекта ФР. Тригерный механизм
Следующий вопрос связан с количественным аспектом регуляции пролиферации посредством факторов роста. В работеС.Д.Казьмина (1991) было показано, что механизм регуляциивнутриклеточной концентрации белка, фосфорилируемого намембранах, имеет тригерный характер. Чувствительность клетокк факторам роста определяется не только аффинностью или числом рецепторов на мембранах, но и параметрами тех реакций,которые индуцируются в клетках после лиганд-рецепторного взаимодействия. Эти данные коррелируются с данными о дозозависимом эффекте кейлонного воздействия, осуществляющего обратную связь между дифференцированными клетками и стволовымиклоногенными клетками.
Активизация протеинкиназы приводит к фосфорилированиювнутриклеточных белков — мишеней. Стационарная концентрацияэтих фосфорилированных сигнальных белков определяет уровеньи значимость сигнала. Анализ позволил выявить пороговый характер зависимости пролиферации от концентрации факторов роста.
Как показал С.Д.Казьмин (1991), такая система регуляции обладает многими необычными свойствами, она может неограниченно долго поддерживать один из альтернативных режимов: либо режим сминимальной концентрацией фосфорилированных белков, либо —с максимальной. Переход с первого режима на второй может произойти тогда, когда концентрация факторов роста, а следовательно,и скорость фосфорилирования на мембранах превысят некотороепороговое значение (V). Возврат клеток со второго режима снована первый возможен тогда, когда концентрация факторов роста исоответственно скорость фосфорилирования на мембранах снизятся настолько, что станут ниже пороговой величины (V). При этомV>V. Выявление количественных кинетических закономерностей(на уровне тканевого гомеостаза) действия ФР, а также белков, непосредственно регулирующих митотический цикл клетки, подтверждает тканевую теорию опухолеобразования, в частности показывает, что различие между «фенотипической» трансформацией и«устойчивой» трансформацией не связано с генетическими повреждениями онкогенов, а носит характер тканевой разбалансировки гомеостаза, что происходит при длительных повышенных режимахпролиферации, разрушающих структуру гомеостаза. Именно о таком характере природы трансформации свидетельствуют данные,показывающие способность раковых клеток нормализоваться приинициации дифференцировки, что было бы невозможным при необратимых повреждениях генома.
С другой стороны, данные о трансформирующем воздействиифакторов роста доказывают существование специализированногомеханизма, т.е. трансформация не определяется неспецифическим генотоксическим фактором, следовательно, представление омутациях онкогенов как о причине трансформации разрушается.Новые данные подтверждают, что трансформация обусловленанарушением тканевого контроля.
Последнее звено в цепи трансформации
а) Опровержение представлений о дефектности ФРкак причине трансформации
Новое направление, связанное с изучением роли рецепторови факторов роста в канцерогенезе, можно назвать последнимрубежом на пути построения общей теории рака. Данные, касающиеся молекулярного механизма контроля пролиферации, выступают в качестве своеобразного критерия для теории онкогенаи тканевой теории. Одна из них получит подтверждение, другаябудет разбита. Определяющее значение этого направления состоит в том, что, по существу, к настоящему моменту выявленывсе звенья цепи механизма рака: 1) обнаружены онкогены, нарушение которых, как считают, определяет трансформацию;2) изучены онкобелки — продукты онкогенов; 3) выявленытрансформирующие ФР продукты онкогенов, вызывающиетрансформацию; 4) исследованы молекулы — рецепторы, принимающие трансформирующий сигнал. Можно сказать, круг подозреваемых лиц — потенциальных виновников драмы — замкнулся. Однако механизм рака в теории онкогена по-прежнемуостается загадкой. Молекулярно-генетическая теория неспособнаобъяснить многие факты, что говорит об ошибочности ее основания. Теория онкогена прошла путь развития от открытия онкогенов до выявления молекулярного механизма контроля пролиферации — факторов роста и рецепторов, являющихся продуктами онкогенов. Однако то, что трансформация клетки осуществляется в результате воздействия трансформирующих факторов роста на рецепторы, не подкрепляет теорию онкогена, аопровергает ее. Установление того, что злокачественное перерождение клетки осуществляется с помощью специализированного, эволюционно выработанного механизма — факторов ростаи рецепторов, опровергает основу теории онкогена, в частностипредставление о генотоксичности как необходимом условии канцерогенного эффекта.
В теории онкогена генотоксичность канцерогена отождествляется с трансформирующими свойствами. Однако факторы роста,как и гормоны, в силу регулирующей, митотической функции неотносятся к генотоксическим факторам. Таким образом, удаетсяотделить «трансформирующие свойства» от «генотокспчности»,которые в теории онкогена и предшествующих концепциях отождествлялись. Заметим, что это не единственные факты, позволяющие опровергнуть общепринятую точку зрения, отождествляющую канцерогенность и генотоксичность: такая же трудная ситуация возникла по поводу гормонального рака, где также отсутствует генотоксический фактор. Гормоны не являются генотоксическими факторами, и то обстоятельство, что они вызывают приповышенных дозах и длительном введении опухолеобразование,не объясняется генотоксичностью гормона. По существу, механизм гормонального рака противоречит представлению о генотоксичности канцерогенов как условии трансформации, является опровержением теории онкогена. Чтобы сохранить теорию и представление о мутациях как причине рака, была выдвинута гипотеза о «непрямом действии» гормонов в механизме канцерогенеза,т.е. им отводится роль промоторов и предполагается действие«истинного» канцерогена, действующего параллельно с гормонами. Наличие такого невыявляемого «истинного канцерогена» допускается в тех случаях, когда не удается объяснить механизмтрансформации на основе традиционного подхода. В случае спонтанной малигнизации in vitro также допускается существованиеканцерогена, который пока не выявлен.
Установление того факта, что факторы роста способны вызывать истинную трансформацию клетки, позволяет отказаться отпредставления, что канцероген должен обладать генотоксичностью. Следовательно, в случае гормонального рака необязательно, чтобы гормоны были генотоксичны; при этом потребность в«истинном» канцерогене отпадает. Открытие трансформирующихфакторов роста разрушило гипотезу, которая защищала теориюонкогена от противоречия по поводу объяснения гормональногорака. Таким образом, при анализе роли факторов роста, рецепторов и данных по гормональному раку появляются новые доказательства, опровергающие теорию онкогена, а именно ее основу —представление о механизме трансформации, которое базируетсяна мутационной концепции рака
Можно сказать, открытие онкогенов не изменило принципиально понимания природы трансформации; с этой точки зрениятеория онкогена не является принципиально новой по сравнениюс мутационной концепцией канцерогенеза. Конкретизированы гены, нарушение регуляции которых, как предполагается, определяет трансформацию. В новой теории, основанной на нарушениитканевого гомеостаза, разбивается ядро теорий рака — идея, чторак является результатом необратимых повреждений геномаклетки.
Нормализация опухолевых клеток при дифференцировке опровергает представление о трансформации в результате генетических мутаций.
Опровержение основного положения, что канцерогенность определяется генотоксичностью, вместе с тем опровергает и связанное с ним положение о том, что раковые клетки приобретают врезультате трансформации чужеродные свойства, которые опознаются иммунной системой и уничтожаются ею. Таким образом,разрушается концепция «иммунологического надзора», выдвинутая Ф.Бернеттом. Хотя критика этой концепции ведется с техпор, как она появилась, поскольку имеется много противоречащих фактов, однако окончательно она не разбита и вошла в современное представление о раке как базисная концепция.Разрушение представления о генотоксичности канцерогена какнеобходимом условии канцерогенеза уничтожает основу концепции «иммунологического надзора» — представление о трансфермации как процессе, в результате которого появляются генетические изменения клетки.
Таким образом, канцерогенное воздействие вызывает двойнойэффект — промоторный и генотоксический. Пролиферативный(промоторный) эффект канцерогенного воздействия известендавно, однако его онкологическое значение оставалось загадкой ибыло скрыто, поэтому оценивалось лишь как фоновое условие. Вновой теории впервые меняется смысл и значение этих эффектовна прямо противоположное: онкологический смысл, как оказалось, связан с пролиферативным эффектом, который разрушаеттканевый гомеостаз в результате прогрессирующей эмбрионализации ткани.
Парадоксальность значения открытия трансформирующихфакторов роста становится более очевидной, если учесть, что огромное число канцерогенов действует неспецифически и в клетках отсутствуют рецепторы к ним. Установление трансформирующей роли факторов роста означает, что в клетке имеются специализированные, эволюционно выработанные механизмы«трансформации», или что «трансформация» не является чужеродным процессом.
Данный вывод, полученный в результате развития теории онкогена, означает, что в ходе развития теория пришла к отрицанию своего основания, т.е. теория сама себя разрушила.Что же такое трансформация, которой, как показывают новыеданные, не существует для отдельной клетки? Мы пришли к своеобразному нулю, поскольку трансформация клетки не являетсядля нее чужеродной — для этого имеются специализированныемеханизмы. Парадокс указывает на необходимость принципиального изменения представления о механизме трансформации. Выход из тупика позволяет сделать тканевая теория, которая показывает, что клетки с активизированными онкогенами и злокачественными свойствами уже имеются в тканях — это стволовые,клоногенные клетки. Онкологическую опасность они представляют только при нарушении тканевого гомеостаза. Однако даже вопухолях не все раковые клетки являются трансформированными и клоногенными. Это означает, что дело не только в клоногенности раковых клеток, более важное значение имеет нарушение тканевого механизма регуляции пролиферации и дифференцировки.
Существует представление, что трансформация клетки обусловлена наличием дефекта в факторах роста или рецепторах. Поскольку факторы роста определяют трансформацию клетки припосредстве рецепторов, то либо факторы роста, либо рецепторыв чем-то дефектны. Тогда можно считать, что нормальные факторы роста вызывают «фенотипическую» трансформацию, а дефектные определяют «истинную»· трансформацию.Однако эта точка зрения не подтверждается фактами. Так,обнаружена практически полная идентичность действия ЭФР итрансформирующего фактора роста типа ? (или типа I) — аТФР. Их биологическое действие практически одинаково; это позволило сделать вывод, что ТФР осуществляет биологическоедействие через рецепторы ЭФР (Никольский и др., 1987). Синтез ?-??? увеличен как в трансформированных клетках, так и вэмбриональных нормальных клетках (Massaque, 1985).Обсуждая этот вопрос, Г.Карпентер и С.Коэн (1987, с.117)пишут: 4Трансформирующие факторы роста можно выделитькак из нормальных, так и из злокачественных клеток или тканей; они способны индуцировать неконтролируемый рост клеток,до этого не трансформированных и подчиняющихся контактномуторможению».
К такому же выводу приходят А.Д.Алыитейн и Е.А.Черепанцева (1986, с.264). Они пишут: «Критического отношения заслуживает термин «трансформирующий фактор роста». Этоттермин подразумевает деление ФР на трансформирующие и нетрансформирующие. Для такого деления сегодня нет серьезныхоснований. По-видимому, все ФР, образуемые трансформированными клетками, принципиально не отличаются от соответствующих факторов, выявленных в нормальных тканях… Имеются данные, что феномен аутокринной стимуляции характерен нетолько для клеток с выраженным трансформированным фенотипом».
Таким образом, гипотеза о том, что факторы роста, вызывающие истинную трансформацию, являются дефектными по сравнению с нормальными ФР, отпадает. Отсюда следует, что онкогены, которые их кодируют, также нормальны. Это положениекоррелирует с ранее сделанным выводом о том, что трансформация не связана с мутациями онкогенов.
Вывод о подобии опухолевых и стволовых клеток при нарушении тканевого контроля подтверждается данными о гомологии между факторами роста трансформированных клеток, продуктами вирусных онкогенов и факторами роста нормальныхклеток. Версия, что ФР несут какой-то дефект, поскольку являются продуктами мутировавших онкогенов, не подтвердилась.Ни ФР, ни рецепторы не несут какого-либо дефекта, которыйбы являлся причиной трансформации. Следовательно, теорияонкогена опровергается с двух сторон. Во-первых, разрушаетсяпредставление, что трансформация вызвана мутациями в 3 — 4онкогенах; во-вторых, поскольку ФР способны вызывать истинную трансформацию, не будучи дефектными, то оказывается,что в клетке имеется специализированный механизм для еетрансформации. Данный вывод разрушает представление о механизме трансформации, сформированное в теории онкогена ипредыдущих концепциях рака. Еще один аспект состоит в том,что ФР не относятся к генотоксическим факторам, что усиливает критику теории онкогена и реабилитирует представление оканцерогенности повышенных доз гормонов.
б) Опровержение представленияо дефектности рецепторов
Остается вторая часть версии, согласно которой не ФР, а рецепторы опухолевых клеток являются патологически измененными, в связи с чем происходит искажение реакции на ФР. Чтобыразрушить эту версию, надо проанализировать и сопоставитьданные по рецепторам в механизме гормонального рака. Вышемы рассмотрели данные о гормональном раке и трансформирующих факторах роста. Они имеют общее свойство: и те и другиене являются генотоксическими факторами. Поскольку в случаефакторов роста доказана их трансформирующая способность, тоотсюда был сделан вывод относительно гормонов. На основанииустановления общности между двумя группами фактов делаетсявывод о роли гормонов — выявленная закономерность переносится на вторую группу данных.
В случае установления возможной дефектности рецепторовделается обратный перенос выявленной закономерности от гормонального рака к механизму трансформации с участием ФР ирецепторов. При гормональном раке механизм трансформациине обусловлен какой-либо дефектностью молекул рецепторов.
Это подтверждается возможностью излечения с помощью гормонотерапии. Этот же вывод подтверждается возможностью вызывать гормональный рак у здоровых животных путем экзогенноговведения повышенных доз гормона на протяжении длительноговремени. И в первом, и во втором случае рецепторы не несуткакого-либо дефекта в молекуле. И соответственно снимаетсяподозрение с онкогенов, которые кодируют рецепторы.
Как сам гормон, так и рецептор к нему не несут каких-либодефектов, что говорит об отсутствии необходимости в генотоксическом факторе и необоснованности такого предположения дляразвития опухолеобразования. Понятно, что эти выводы принципиально разрушают основу теории онкогена, а именно представление о механизме трансформации. В ходе развития молекулярно-генетическая теория приходит к собственному отрицанию. Этосвидетельствует об ошибках, заложенных в ее основании, т.е.ошибочности постулируемого принципа трансформации. В новойтеории, основанной на нарушении тканевой регуляции пролиферации, идея патологической активизации онкогенов сохраняется,но не как результат деструктивных повреждений онкогенов, акак выход из-под контроля в результате его нарушения клоногенных стволовых клеток, обладающих активизированными онкогенами и «злокачественным» фенотипом. Это означает, чтоблокировка дифференцировки определяет активизацию онкогенов и соответственно определяет злокачественный фенотип, однако она является обратимой — при индукции дифференцировкизлокачественность клетки исчезает.
в) Роль ФР и рецепторов? механизме трансформации
Какова же роль ФР и рецепторов в механизме опухолеобразования, если они, как показывают данные, непосредственно участвуют в механизме контроля пролиферации? В предыдущих главах была обоснована новая теория, согласно которой непосредственной причиной трансформации является нарушение тканевогогомеостаза в результате омоложения клеток при длительных повышенных режимах пролиферации.
Таким образом, если теория верна, то данные должны конкретизировать механизм нарушения тканевого контроля на молекулярном уровне, что подтвердит тканевую модель. Иначе говоря,дефект, который связывается с нарушением тканевого контроля,должен быть обнаружен на уровне факторов роста и рецепторов.
Следовательно, с одной стороны, мы обосновали, что ФР и рецепторы не содержат никакого дефекта, как и онкогены, которыеих кодируют, с другой стороны, мы все же утверждаем, что дефект должен быть обнаружен.
Уточнение состоит в том, что не само омоложение клетки приводит к опухолеобразованию, а количественное накопление недифференцированных клеток в ткани. Соответственно, речь идетне о повреждении молекул рецепторов или факторов роста, какпредполагает теория онкогена, а о резком количественном искажении их у большой группы клеток и искажении соотношениямежу ФР и кейлонами.
Анализируя причину исчезновения рецепторов на поверхности мембран, я пришел к идее нового механизма, отличающегося от известного механизма down regulation. Известно, чтоклетки-мишени, подвергшиеся действию сигнального лиганда втечение длительного времени, часто теряют способность реагировать на этот лиганд. Такая адаптация, или десенсибилизация,обратима и делает многие клетки особенно чувствительными нек абсолютной величине концентрации химического сигнала, а кизменению этой концентрации. Существует три гипотезы механизма десенсибилизации (Албертс, Брей и др., 1987). В однихслучаях десенсибилизация происходит в результате уменьшениячисла поверхностных рецепторов или же их инактивации; вдругих случаях это следствие изменения белков, участвующихв передаче сигнала после активации рецептора. Таким образом,связывание лиганда может приводить к эндоцитозу лиганд-рецепторных комплексов и их разрушению в лнзосомах. Второймеханизм связан с обратимой инактивацией рецептора путемконформационной модификации. Третий механизм связан с тем,что продолжительное связывание лиганда так изменяет рецептор, что он уже не может активизировать мембранный ферментили ионный канал, хотя продолжает сохранять сродство к лиганду.
Механизм уменьшения числа рецепторов с позиции тканевойконцепции не похож ни на один из известных механизмов. Исчезновение рецепторов согласно этому механизму носит болеестойкий, длительный характер. Механизм основан на существующей разнице в числе и составе рецепторов между дифференцированными клетками и недифференцированными (стволовыми икоммитированными). Это различие сохраняется во всех тканях,поскольку обновление связано с делением молодых клеток, непрошедших дифференцировку, как правило, за счет деления низкодифференцированных стволовых клеток. Следовательно, втканях с ускоренной пролиферацией будет наблюдаться процессомоложения клеток, в связи с чем число рецепторов на клеточной мембране будет уменьшаться вплоть до полного исчезновения некоторых рецепторов в результате эмбрионализации ткани,и, наоборот, будут появляться рецепторы, свойственные низкодифференцированным клеткам.
Так, используя различные способы, Wasilenko и соавт. (1987)убедительно доказали, что утрата клетками ЭФР-Р при трансформации v-src — не результат down regulation ЭФР-Р, так какобразование ЭФР-подобных факторов полностью отсутствовало.Они заключили, что наличие у клеток ЭФР-Р не обязательнодля трансформации, а их исчезновение — по-видимому, некийпобочный эффект трансформации.
Динамика исчезновения рецепторов наглядно прослеживаетсяна примере гормональных рецепторов в процессе опухолеобразования. Такая картина наблюдается как при вирусном канцерогенезе, так и при других видах опухолеобразования. Известно, чтоопределенный процент опухолей теряет чувствительность к гормонотерапии. Этот эффект, с нашей точки зрения, непосредственно зависит от наличия рецепторов на поверхности клеток икоррелирует со степенью дифференцировки. Так, приблизительно 40% РЭ+-опухолей оказываются резистентными к гормонотерапии. Это можно связать с тем, что в результате химиотерапииколичество рецептотрицательных опухолей значительно увеличивается. Известно, что первичные и метастатические опухоли у одной и той же больной могут существенно различаться по соотношению в них эпителиальных и соединительнотканных элементов,по степени дифференцировки, в также по чувствительности кгормонотерапии (Кузьмина, 1987). Первые данные об обратнойкорреляции между содержанием ? ? и степенью дифференцировки опухолей получены F.May-Levin и соавт. (1977) (цит. по:Кузьмина, 1987).
R.Hanselman и С.Genton (1983) показали обратную зависимость между степенью злокачественности опухолей и содержанием в них РП. В рецепторном статусе дифференцированных раковI и II степени злокачественности обнаруживается тенденция куменьшению концентрации РП и четкое снижение доли РП* опухолей, обусловленное уменьшением клеточной дифференцировки. Больные с опухолями III степени злокачественности порецепторному статусу составляют особую группу, резко отличающуюся от первых двух, — в большинстве опухолей отсутствуютРП (Кузьмина, 1987).
Таким образом, в процессе эмбрионализации ткани уменьшается степень дифференцировки клеток, что отражается в снижении количества рецепторных белков. Это находит объяснение втом, что в процессе омоложения спектр синтезируемых белковрезко уменьшается как в качественном, так и в количественномотношении. Следовательно, те факторы, которые усиливаютпролиферативный режим ткани, будут вызывать омоложение исоответственно уменьшение числа рецепторов на поверхностиклеток.
Наличие в тканях полярности между дифференцированнымии недифференцированными клетками является условием функционирования обратной связи, удерживающей деление стволовыхклеток под контролем. Нарушение этой поляризации в процессеомоложения ткани приводит к автономности пролиферации, снижению адгезии клеток этого участка ткани, т.е. неконтролируемому росту клоногенных клеток. На молекулярном уровне механизм нарушения обратной связи выражается в снижении количества рецепторов на поверхности клеток и нарушении пропорциимежду концентрацией факторов роста и (ингибирующих митоз)кейлонов, что приводит к хронической стимуляции пролиферации. Увеличение доли стволовых клето^, обладающих аутокринной стимуляцией митоза, приводит к автономизации митотической активности.
Мы привели некоторые данные относительно рецепторов кстероидным гормонам, такая же картина наблюдается в случаерецепторов к эпидермальному фактору роста (ЭФР). По даннымGallo-Payet и Hugon (1985), наибольшее количество рецепторовимеют энтероциты из глубоких слоев крипт (в 2 — 3 раза больше,чем энтероциты поверхностных отделов крипт и ворсинок). Инаоборот, для рецепторов инсулина наблюдается иной характерраспределения: наибольшее их количество имеют зрелые энтероциты крипт и ворсинок. Эти особенности в распределении рецепторов между зрелыми дифференцированными и незрелыми клетками объясняются тем, что наличие рецепторов к ЭФР определяет способность к делению, однако в процессе дифференцировкиклетки теряют эту способность, что обусловлено исчезновениемрецепторов к ЭФР. Для рецепторов инсулина картина другая,наличие рецепторов в зрелых клетках определяет возможностьрегуляции поступления глюкозы, служащей основным источником энергии в клетках организма. Рецепторы выполняют функцию приемной антенны и передающего устройства, с помощьюкоторых можно управлять клеткой путем экзогенных сигналов.
Эти данные позволяют сделать предположение, имеющее клиническое значение: принцип гормонотерапии можно использоватьне только для гормональных опухолей, но и для других опухолей, разница в конкретном экзогенном сигнале, на который реагирует клетка, ее рецептор. Это означает, что лечить рак можноне только путем уничтожения раковых клеток по принципу «золотой пули» — этот принцип не абсолютен, а для ряда опухолейошибочен.
Абсолютным принципом является нормализация раковых клеток путем их дифференцировки и исправление нарушений регуляции гомеостаза как на уровне ткани, так и на уровне организма путем нивелировки источника повышенной пролиферации,т.е. исправления дисбаланса, создающего напряжение, повышенную пролиферацию в ткани. Речь идет о принципе, который нейтрализует источник повышенной пролиферации либо компенсирует его действие на уровне тканевого гомеостаза. К настоящемувремени накоплено много данных, свидетельствующих об эффективности нового направления в клинике опухолей Сюда относятся все виды гормонотерапии, методы, использующие стимуляциюдифференцировки клеток, введение дополнительных доз кейлона, лечение дисбалансов на уровне организма Однако развитиеэтого направления потребует всестороннего изучения механизмаконтроля тканевого гомеостаза. И конечно, в первую очередьречь идет о тех видах опухолей, где традиционные методы лечения неэффективны либо сопряжены с большими повреждениямиорганизма.
Имеющиеся данные относительно распределения рецепторовмежду дифференцированными и недиференцированными клетками свидетельствуют в пользу новой концепции. Согласно Nanneyet al. (1984), в верхних слоях кератиноцитов рецепторы ЭФРвыявляются авторадиографией меньше, чем в нижних. Аналогичный характер распределения ЭФР-рецепторов выявлен и дляуротелия, где ЭФР-Р обнаруживается на клетках базальных слоев и отсутствует в поверхностных слоях клеток (Messing,Reznikoff, 1987).
Приведенные данные коррелируют с результатами, полученными при исследовании молекулярных основ процесса метастазирования. Изучая молекулярные особенности метастатическихсвойств клеток, Фельдман М. и Эйзенбах Л. (1989) выявили,что степень метастазирования зависит от активности онкогенаfms, который кодирует на поверхности клеток рецептор факторароста, что определяет высокие пролиферативные свойства такихклеток, причем у дифференцированных клеток он исчезает.
Двустадийный характер опухолеобразования
Тканевая теория опухолеобразования также предполагает двустадийность механизма трансформации, но это иные по своейприроде и механизму стадии, нежели в молекулярно-генетической теории. Первая фаза опухолеобразования связана с инициацией пролиферации — внешним для ткани источником пролиферации, эндогенным или экзогенным. Устранение причины повышенной пролиферации в этой стадии приводит к нормализацииткани и регрессии опухоли.
Если процесс опухолеобразования доходит до второй фазы,то нарушается тканевый гомеостаз, а процесс опухолеобразования приобретает спонтанность развития на собственной основе.Различие в характере инициации пролиферации имеет клиническое значение, поскольку в первой фазе процесс опухолеобразования сохраняет способность к обратимости. С другой стороны,лечение может быть неэффективным, если не учесть, что в рядеслучаев опухолевая ткань находится под воздействием стимулирующего пролиферацию фактора, который может проявиться после окончания лечения, что лежит в основе механизма вторичного рака. Наиболее рельефно эти закономерности обнаруживаютсяв динамике гормональных опухолей, когда гормональный профиль определяет динамику развития опухолеобразования. В рядеслучаев опухоль проявляет колебания — то появляется, то вновьисчезает, регрессирует.
Определение понятия «биологического эквивалента» канцерогенного воздействия, в качестве которого выступает повышеннаядлительная пролиферация, вызывающая омоложение, позволяетпо-новому подойти к проблеме эндогенного канцерогена. В качестве эндогенного канцерогена выступают факторы, влияющие намитотическую активность, способные инициировать повышенную хроническую пролиферацию.
Пролиферативный режим как фактор канцерогенеза
В теории онкогена под канцерогеном понимается фактор генотоксического действия. Трансформация представляется в видедеструктивного механизма: согласно этому представлению, канцероген должен попасть в клетку и произвести необратимые изменения в ДНК. Такое представление имеет много слабых, уязвимых сторон: оно не объясняет динамики опухолеобразования,временные параметры развития опухолей, природу и различиедоброкачественных и злокачественных опухолей, опухолевуюрегрессию. Так, например, ряд авторов связывают регрессиюопухоли не с действием иммунитета, а с нормализацией опухолевых клеток в результате дифференцировки (Швембергер,1987).
В истории онкологии известны ряд концепций, которые основывались на инициации повышенной пролиферации в результатехронического травмирования ткани. Наибольшую известностьполучила «концепция раздражения» Вирхова, которая связывалапоявление опухолей с воспалительной гиперплазией на фоне хронического повреждения тканей. В ходе развития этого направления менялся предполагаемый раздражитель, но не идея о патогенезе рака. Вскоре после открытия вирусов было высказано предположение (Bosk, 1903; Borrel, 1909), что опухолевая пролиферация возникает вследствие неспецифического повреждения клеток вирусами. Отметим, что к этой идее, но на более широкойоснове мы придем в ходе анализа механизма вирусного канцерогенеза с позиции тканевой теории, в рамках которой эта идеяполучила обоснование.
Уже в доэкспериментальный период было обращено вниманиена длительный период развития опухолеобразования. Если проанализировать факты, то часть из них подтверждает возможностьвызвать рак неспецифическим раздражителем. Другие же данныедавали отрицательные результаты. Таким образом, разделениеонкологов на тех, кто согласен с неспецифическим характеромопухолеобразования, и тех, кто против этой идеи, возникло вполне объективно. Решение этого противоречия раскрывает концепция канцерогенного профиля. Тканевый подход к канцерогеннымфакторам рационализирует представление о канцерогенах различной природы. Канцерогенные воздействия объединяются,включаются в понятие «канцерогенного профиля», которое характеризует динамику воздействия в виде измененного пролиферативного режима: интенсивности, доз канцерогена, длительностьвоздействия и промежутков между воздействием на ткань. Такимобразом, независимо от того, специфичен канцероген или нет,для индуцирования опухоли он должен вызывать определенныйуровень повышенной пролиферации и омоложения ткани, Идеюнарушения онкогенов заменяет идея разрушения тканевого гомеостаза за счет высокого пролиферативного режима. Это означает,что канцерогенность фактора определяется промоторным эффектом канцерогенного воздействия, а не генотоксическим.
Способность длительное время сохранять устойчивость приразличных патогенных воздействиях является основным свойством гомеостатических систем. Устойчивость тканевого гомеостаза обусловлена механизмом саморегуляции на основе принципаобратной связи. Подход к механизму рака с позиции нарушениятканевого гомеостаза позволяет объяснить, почему различные поприроде канцерогены вызывают общий результат. Учитываяканцерогенный профиль, который должен воспроизводить параметры тканевого гомеостаза, становится ясно, почему при применении слабого канцерогена не удается вызвать рак либо этотребует больших усилий. Например, кротоновое масло вначалепричисляли к промоторам, однако в дальнейшем было показано, что длительное применение кротонового масла вызываетопухолеобразование.
В рамках тканевого подхода удается объяснить механизм рака, вызванного имплантацией сплошной пластинки в ткань. Объясняется это тем, что в результате длительного травмированиявозникает хронический очаг пролиферации и омоложения ткани,что, согласно тканевой модели, приводит к нарушению тканевогоконтроля и развитию опухолеобразования.
Для трансформации необходимы два условия: длительнаяхроническая пролиферация, вызывающая эмбрионализацию клеток, и нарушение тканевого контроля, поскольку он удерживаетпод контролем деление клоногенных клеток в ткани. Еслиучесть, что в ткани имеются клоногенные низкодифференцированные клетки с активизированными онкогенами, число которыхвозрастает в предраке, становится понятным определяющее значение нарушения тканевой регуляции.
Злокачественность — норма или патология клетки?
Если учитывать, что злокачественность определяется клоногенностью клетки, которая в норме контролируется в ткани науровне тканевого гомеостаза, то потенциал злокачественности будет определяться потенциалом клоногенности. Максимальнаяклоногенность наблюдается у стволовых клеток, однако реализация этого потенциала может осуществиться при нарушении тканевого контроля. Отсюда следует, что злокачественность — этообратная сторона нормальных характеристик стволовых клеток:клоногенности, иммортализации, автономности деления (аутокринной стимуляции митоза) и наличия активизированных онкогенов. Что могут добавить предполагаемые мутации 3 — 4 онкогенов к перечисленным свойствам?
С позиции теории онкогена возникает противоречие, поскольку перечисленные свойства, определяемые как злокачественные,должны появиться в результате последовательных 3 — 4 мутацийв онкогенах и закрепления их в процессе промоции, однако этими свойствами обладают изначально стволовые клетки, но не врезультате мутаций.
Очевидно, что злокачественность стволовой клетки как потенциальная возможность трансформации присуща каждой низкодифференцированной клетке какое-то время, пока она не вступила на путь дифференцировки и не потеряла клоногенные свойства Каждая стволовая клетка, образно говоря, в раннем возрастепереживает состояние потенциальной «преступности», в планевозможности превратиться в раковую при создании необходимыхусловий: изоляции, пересадки либо нарушения тканевого гомеостаза. Данные выводы имеют экспериментальное обоснование — имеются данные, демонстрирующие злокачественностьстволовых клеток при их пересадке в другой организм (Уоддингтон, 1947; Speman, 1942; Дыбан, 1988). С нашей точки зрения, кэтой группе данных можно отнести также данные по спонтанноймалигнизации in vitro.
В перечисленных случаях трансформация происходит при нарушении тканевого гомеостаза, без канцерогенного воздействия.В этих экспериментах отсутствует генотоксический фактор. Поскольку при отсутствии фактора генетических поврежденийтрансформация все же происходит, то единственной причинойканцерогенеза выступает нарушение тканевого контроля. Такимобразом, если использовать принцип исключения при поиске подозреваемого фактора, то становится понятным, кто истинныйвиновник злокачественной трансформации. Что касается предполагаемой неполноценности генома опухолевых клеток, то этот аргумент можно снять, если учесть, что в многочисленных экспериментах по пересадке ядер опухолевых клеток в предварительноэнуклеированные зародышевые клетки из них развивались полноценные организмы.
Критика клонально-селекционной концепции рака
Существует распространенное представление, что опухолеваяпрогрессия является процессом селекционного отбора клеток, напоминающим образование видов в эволюции, т.е. за счет мутацийсоздаются различные виды раковых клеток, которые продуцируют отличные друг от друга клоны. Последние путем селекционного отбора создают новую породу клеток, резко отличающихсяот обычных, в том числе стволовых. Представление о новой породе клеток развивалось еще Н.Н.Петровым. Эта модель удобнадля объяснения, поскольку покоится на фундаменте эволюционной теории. В качестве подтверждения приводят такой довод,что клоны в опухоли различаются степенью злокачественности(Бахтин и др., 1987).
Имеются, однако, данные, позволяющие опровергнуть основную идею клонально-селекционной концепции. Дело в том, чтопоявление клонов с различной степенью злокачественности предполагается как конечный результат длительного процесса канцерогенеза, что сопряжено с мутациями.
Например, для экспериментального рака необходимо 7 — 11месяцев, в течение которых должны появиться новые видытрансформированных клеток, однако фактически клоны, обладающие различной степенью злокачественности, уже имеются изначально, т.е. предшествуют мутационному процессу Существуютмногочисленные данные, подтверждающие злокачественностьнормальных стволовых клеток без канцерогенного воздействия.
Как, учитывая эти факты, объяснить увеличение степени злокачественности в процессе опухолевой прогрессии? В силу того,что канцерогены индуцируют хроническую пролиферацию, вызывающую прогрессирующую эмбрионализацию ткани, очевидно,что степень клоногенности будет зависеть от снижения дифференцированности клона, т.е. злокачественность клеток будет увеличиваться в процессе опухолевой прогрессии. Однако выход изпод контроля определяется на уровне тканевой системы контроля. Истинно стволовых клеток в нормальной ткани содержитсянемного, и именно они обладают максимальной злокачественностью, при этом имеет значение степень дифференцировки клона,а не отдельной клетки. Можно поставить такой вопрос: каковыусловия, при которых стволовые клетки переходят к неконтролируемому размножению без дифференцировки? Очевидно, что такие условия создаются в ходе опухолевой прогрессии в силу того, что увеличение степени омоложения ведет к увеличению ФРи снижению концентрации кейлонов, контролирующих делениестволовых клеток. Об этом, в частности, свидетельствуют данныепо снижению концентрации кейлонов в тканях при регенерациии опухолеобразовании. С другой стороны, имеются данные, свидетельствующие об увеличении в опухоли активности факторовроста. Следовательно, сдвиг соотношения между кейлонами ФРприобретает устойчивый прогрессирующий характер в ходе эмбрионализации ткани.
Тканевая модель является альтернативой мутационной концепции и теории онкогена, она решает трудности и проблемы, вкоторых увязла мутационная концепция и базирующаяся на нейтеория онкогена. В частности, необъяснимой с позиции теориионкогена оказалась проблема обратимости трансформированногосостояния клеток. Механизм мутационных изменений онкогеновпредполагает наследственно закрепленные необратимые изменения. В противоположность этому явление обратимости трансформации следует из тканевой модели, поскольку она не основана нагенетических нарушениях. Вместе с тем в тканевой модели преодолевается представление, что сама дедифференцировка клеткии является процессом трансформации. Это необходимое условие,но не достаточное, поскольку речь идет о разрушении тканевойсистемы контроля пролиферации.