Цитология.su
Цитология - наука о клетке
Главная Цитология История Клетка Микроскопия Учёные Задачи цитологии Медицина Обратная связь Карта сайта
Тканевая теория канцерогенеза
30 Декабря 2013
1 2

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.

2. 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.

3. 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.


1 2
Россия 2015