Цитология.su
Цитология - наука о клетке
Главная Цитология История Клетка Микроскопия Учёные Задачи цитологии Медицина Обратная связь Карта сайта
Теория лейкоза
09 Февраля 2014
1

Считается, что 60 — 90% злокачественных новообразований у людей обусловлены влиянием факторов окружающей среды. Одним из сильнейших факторов, вызывающих лейкоз, является радиация. Онкогенный эффект лучевого воздействия общепризнан. Его считают этиологическим фактором в увеличении новообразований разной локализации — гемобластозов и рака кожи у работающих с γ-облучением, рака легкого у шахтеров урановых и других рудников, остеосарком при работе с радием, лимфом при действии урана. Взрыв атомной бомбы в Хиросиме привел к широкому распространению лейкозов и привлек внимание общественности к этому виду рака крови. Такая же трагедия произошла в Чернобыле и ряде других мест.

Рак крови начинается с симптомов, кажущихся безобидными: катаральные поражения слизистых оболочек, кровоточивость, незначительное повышение температуры, утомляемость, малокровие. Особое место занимают острые лейкозы — наименее излечимые онкологические заболевания, поражающие кроветворную систему. Частота возникновения острых лейкозов во всем мире растет.

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

При лейкозе в кровь попадают молодые незрелые или частично недифференцированные лейкоциты, недифференцированные гра-нулоциты, моноциты или клетки — предшественники эритроцитов. Имеется несколько видов лейкоза: миелоидный, лимфоидный, мо-ноцитарный лейкоз и лейкоз плазматических клеток. Считается, что форма лейкоза определяется тем, в каких форменных элементах развивается патология. Согласно точке зрения Балажа (1987), лейкоз возникает вследствие патологической пролиферации клеток костного мозга — самого важного органа кроветворения.

Хронический лейкоз характеризуется тем, что в крови одновременно появляются клетки почти на всех стадиях созревания. Так, при хроническом миелоидном лейкозе в крови обнаруживаются ми-елобласты, промиелоциты, миелоциты, метамиелоциты и грануло-циты. Различают две формы лейкоза — острую и хроническую. При острой форме в крови и костном мозге появляется большое количество молодых бластов. Это могут быть миелобласты, тогда это определяется как острый миелоидный лейкоз, лимфобласты — острый лимфоидный лейкоз, моноцитобласты и т.д. Остальные клетки крови представляют зрелые формы. Для хронического лейкоза характерно медленное появление в крови клеточных форм всех степеней зрелости. В крови такого больного можно обнаружить миело-бласты, промиелоциты, миелоциты, метамиелоциты и дифференцированные конечные клетки — гранулоциты.

Чтобы разобраться в механизме лейкоза, необходимо проанализировать теоретические основы нарушения гомеостатических систем. Защитно-приспособительные реакции органов и тканей организма, обеспечивающие постоянство их функций, сформировались в процессе эволюции. На тканевом уровне таким механизмом неспецифической защиты является тканевый гомеостаз. При избыточных длительных патогенных, канцерогенных или функциональных воздействиях, превышающих норму «изнашиваемости клеток», в ткани развивается компенсаторный процесс в виде регенерации внутриклеточных структур либо усиления пролиферации клеток. Таким образом, канцерогенное воздействие вызывает повышенную пролиферацию клеток, биологический смысл которой состоит в компенсации отмирающих клеток.

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

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

Рассмотрим развитие лейкоза с иных позиций — не как результат мутаций стволовой кроветворной клетки, а как результат нарушения саморегулирующейся гомеостатической системы с обратной связью. В последние годы появились новые направления исследования динамических систем, где используется аппарат теории динамических систем. В ряде работ система крови рассматривается как сложный осциллятор (Егармин, 1982; Morleyetal, 1970; Kazarinoff, Driesche, 1979), причем параметры осцилляции — размах и частота — отражают качество регулирования систем. Показано, что начальные стадии угнетения пролиферации в костном мозге при введении цитостатиков сопровождаются увеличением осцилляции, т.е. размаха колебаний нейтрофилов. В период выраженной депрессии костного мозга средний уровень нейтрофилов и размах их колебаний уменьшаются.

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

Исследования клеточного цикла и систем регуляции содержания клеток в крови привели к ряду предположений. Клинические данные и изучение динамики систем с обратной связью в регуляции гемопоэза привели к выводу, что у пациентов с заболеваниями крови можно ожидать появления колебаний и хаотической динамики. В исследованиях периодического гемопоэза (циклической нейтропении) Mackey (1973) установил связь динамических изменений, обнаруживаемых в популяциях кровяных клеток у больных, с бифуркацией в динамическом поведении популяции полипотентных стволовых клеток (ППСК), предсказав период колебаний, а также ряд других характеристик. Им была высказана гипотеза о том, что бифуркация возникает в результате аномальной гибели клеток во время пролиферативной фазы в популяции ППСК. Эта гипотеза была подтверждена. Полагают, что больные с апластической анемией страдают этой патологией и у некоторых возникают колебания в численности стволовых клеток и более зрелых гемопоэтических клеток во время восстановления. Установлено, что у пациентов с заболеваниями крови часто возникает цикличность. В отсутствие терапии у больных с ХМЛ обнаруживается заметное колебание уровней белых кровяных клеток. Тот факт, что цикличность может быть либо регу-чярной, либо хаотической, осложняет лечение.

Как известно, лечение лейкозов не всегда приносит успех. Как считают Л. Гласе и М.Мэки (1991, с.196), «некоторые пациенты умирают из-за того, что подверглись терапии, гораздо скорее, чем если бы их оставили в покое, в то время как у других жизнь продлевается». Возникает необходимость в использовании подходов нелинейной динамики в терапии лейкозов. Например, один из выводов состоит в том, что у больных с гипоплазией костного мозга различного происхождения чем больше снижать потребность в продуцировании дифференцированных клеток популяции ППСК, тем более выгодным это оказывается для восстановления ППСК и их костномозговых потомков. Иными словами, снижение пролиферативной нагрузки способствует нормализации тканевого гомеостаза.

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

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

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

Существуют ли объективные критерии, на основании которых можно обосновать, что механизм лейкоэогенеза развивается согласно тканевой модели? Если механизм лейкоза осуществляется согласно тканевой модели, то это должно обнаруживаться по характерным признакам:

1) механизм трансформации должен быть неспецифичен в том смысле, что огромное число канцерогенов способно вызвать трансформацию;

2) действие канцерогенов должно вызывать длительную повышенную пролиферацию, соответствующую канцерогенному профилю, в качестве компенсаторной реакции;

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

4) если тканевая модель справедлива в целом, то в качестве следствия из нее вытекает положение, согласно которому результат трансформации должен носить обратимый характер, т.е. в результате дифференци-ровки лейкозные клетки теряют злокачественные свойства. Альтернативная модель, теория онкогена, приходит к противоположному результату — необратимой трансформации и соответственно необратимой блокировке дифференцировки в результате мутаций и иных изменений генома.

Отличие тканевой теории в том, что она связывает различные по природе проявления канцерогенеза в логически стройную систему последовательности событий, которые приводят к неконтролируемой пролиферации. Она связывает динамику пролиферации с процессом воспроизводства тканевой структуры клеточных популяций, т.е. структуры гомеостаза, от состояния которого зависит контроль деления клеток. Прогрессирующая эмбрионализация клеток постепенно нарушает воспроизводство тканевого гомеостаза, поэтому выходит из строя контроль пролиферации, т.е. структура и функция органично взаимосвязаны в системе тканевого гомеостаза.

Анализ предлейкозных состояний, проведенный И.Г.Акоевым (1987), позволил сделать ряд интересных принципиальных выводов, которые подтверждают тканевый подход к механизму лейкоза:

1) процессу малигнизации клеток в абсолютном большинстве случаев предшествует период активной пролиферации;

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

3) появление и закрепление злокачественности происходит, по-видимому, не путем генных и хромосомных мутаций, а путем принципиально обратимого фиксирования на уровне генетической регуляции;

4) вероятность злокачественного заболевания определяется состоянием организма и его физиологических систем, которое зависит от возраста, наследуемых конституционных и психофизиологических особенностей организма.

Следует отметить, что распространенная точка зрения на механизм лейкоза как результат мутаций стволовой кроветворной клетки содержит в себе противоречие, поскольку наряду с этим признается способность лейкозных клеток проходить стадии дифференци-ровки, теряя злокачественность. Известно, что и нормальные стволовые кроветворные и опухолевые лейкозные стволовые клетки обладают способностью к длительному самоподдерживанию и дают потомство более дифференцированных клеток при воздействии индуцирующих факторов (Бутенко, 1983). S.L.Sach (1981) показал, что неопластические клетки при ХМЛ обладают признаком стволовых клеток и способны дифференцироваться как в гранулоциты, так и в B-клетки. Представление о трансформации в результате мутации стволовой клетки и данные по нормализации лейкозных клеток в результате созревания противоречат друг другу. Столкновение этих положений невольно ставит вопрос о доверии к экспериментальным данным и теоретическим выводам, сделанным на их основе. По существу, необходимо сделать выбор и отбросить как ошибочное либо первое положение, либо второе. В рамках теории онкогена это противоречие неразрешимо, поскольку заключение о принципиальной обратимости трансформации означает опровержение молекулярно-генетической теории, в основе которой лежит мутационная концепция. Следовательно, в рамках теории онкогена это противоречие не поддается решению. В рамках тканевой теории обнаруженный парадокс получает рациональное объяснение, что опровергает теорию онкогена.

Особое место в ряду онкологических заболеваний крови занимает острый лейкоз. Известно, что процесс острого лейкоза (ОЛ) сопровождается гемодепрессией и дисгемопоэзом. Как считает Л.А.Стрелков (1992), формирование лейкозной опухоли сопряжено с дисбалансом иммунной и кроветворной систем. Существующий в норме баланс миелоидной и лимфоидной ткани, определяемый нормальным функционированием Т-лимфоцитов, в значительной степени предупреждает развитие лейкоза. Сбой в иммунной системе связан с дисфункцией Т-лимфоцитов, нарушением баланса и провоцирует развитие лейкозных клеток. При ОЛ характерно ослабление или извращение функции Т-лимфоцитов, появляются незрелые их формы, т.е. нарушена дифференциров-ка. С другой стороны, известно, что зрелые Т-лимфоциты проявляют противоопухолевую активность, а незрелые усиливают опухолевый рост. По мнению Л.А.Стрелкова (1992), «синдром угнетенного кроветворения не только обязательный признак ОЛ (и ОМЛ): он может быть ведущим патологическим фактором, определяя развитие рака крови».

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

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

Нарушение контроля пролиферации и дифференцировки клеток является общим проявлением канцерогенеза. Каковы причины блокировки дифференцировки клеток крови? Согласно Иста-мановой и др. (1973), гематологическая картина гипоплазии зависит от уровня кроветворения, на котором происходит задержка созревания. Если поражаются родоначальные кроветворные клетки, то возникает панмиелопатия, если же поражаются более дифференцированные клетки, то возникают соответствующие виды гипоплазии. Согласно Бахтину и др. (1987), «...механизм действия вирусов и невирусных лейкемогенных факторов — активация клеточных протоонкогенов и превращение их в трансформирующие онкогены. Это может быть связано с внутриклеточными процессами — точечными мутациями, генными перестройками и амплификацией генов...». С позиции другой группы авторов, гипоплазия обусловлена чрезмерным хроническим раздражением и гиперфункцией гемопоэза, что приводит к снижению продукции клеток, затем к истощению кроветворной ткани (Данилов и др., 1969; Moeshlin, 1958; Benestad, 1975). Эта последняя точка зрения, связывающая лейкоз с хроническим усилением распада клеток периферической крови и истощением гомеостаза, в тканевой теории получила дальнейшее развитие.

У больных острым лейкозом в стадии предлейкоза выявлены: резкое снижение колониеобразующей и колониестнмулирующей активности костного мозга и периферической крови; угнетение пролиферации и извращение созревания мпелопдной ткани, анемия, цитопения. В начальной стадии ОЛ происходит сбой «диф-ференцировочных программ» гемопоэза, который характерен для гипопластической анемии (Стрелков, 1992). Основным поражающим фактором в механизме гемодепрессии при ОЛ считается вытеснение и замещение нормального гемопоэза опухолевой тканью (Воробьев, Бриллиант, 1974), Эту тенденцию определяют также как прогрессирующую эмбрионализацию клеток в процессе опухолевой прогрессии.

Отмечается, что при развитии ОМЛ исчезает активность фактора созревания лимфокинина, ответственного за дифференци-ровку лейкозных бластов в зрелые моноциты/макрофаги (Chiao, 1987; Chiao, 1986; Leung, Chiao, 1985). Таким образом, угнетение гемопоэза определяется дисфункцией Т-лимфоцитов, что сопровождается спадом активности всех основных лимфокининов. В пользу этого говорят факты участия лимфокининов в реакциях иммунной системы и процессах гемопоэза, а также то, что обработка лейкозных бластов лимфокининами вызывает их диффе-ренцировку (Стрелков, 1992).

Важно подчеркнуть, что при восстановлении гемопоэза сохраняется способность лейкозных бластов к дифференцировке как in vivo, так и in vitro (Алексеев, Воронцов, 1988; Афанасьев, Алмазов, 1985; Владимирская, Торубарова, 1985). Учитывая механизм тканевой теории ленкозогенеза появляется возможность сформулировать новую идею принципа «золотой пули», т.е. принципа, положенного в основу создания идеального противоопухолевого препарата. Такой препарат должен не убивать раковые клетки, а нормализовать их путем снятия «блокировки днф-ференцировки» и стабилизировать тканевый гомеостаз за счет выравнивания структуры клеточных популяций, что определяет нормализацию баланса в системе гомеостаза, восстановление обратной связи, контролирующей деление клоногенных клеток.

Проанализируем концепцию лейкоза, предложенную Л.А.Стрелковым (1992, с.738). Он пишет: «Целесообразно... подходить к этому заболеванию с позиции указанной проблемы, т.е. оценивать ОЛ как нарастание дисбаланса иммунной и кроветворной систем. Такой подход определяет возможный механизм лейкоз-ного процесса, в основе которого лежит сбой иммунной системы, а главный итог — жизненно критическое угнетение гемопоэза».

С нашей точки зрения, данная концепция не объясняет ряд принципиальных моментов:

1. Почему происходит блокировка днфференцнровки?

2. Как влияет изменение режима пролиферации на лейкозогенез?

3. Какую роль играет прогрессирующая эм-брпонализация клеток?

4. Связан ли лейкоз с мутациями в стволовой кроветворной клетке или имеет иную природу?

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

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

Тканевый гомеостаз системы кроветворения более развит и лучше изучен, поэтому вопросы тканевой регуляции и ее нарушения, которые недостаточно описаны на примере других форм канцерогенеза, могут быть уточнены и дополнительно обоснованы. Например, наличие обратных связей между дифференцированными клетками и низкодифференцированными в системе тканевой регуляции кроветворения убеждает в том, что механизм контроля пролиферации реализуется на уровне тканевой системы, поэтому нарушения, приводящие к раку, связываются с ней. Соответственно изменился предмет теории канцерогенеза: анализируется механизм нарушения тканевого гомеостаза. Другим примером является такое свойство лейкозных клеток, как способность проходить дифференцировку, теряя злокачественность. Для лейкозных клеток этот факт хорошо известен и общепризнан. Из этого следует, что представление о необратимых изменениях генома (онкогенов) в качестве причины и механизма трансформации является ошибочным, что опровергает основу молеку-лярно-генетической теории.

   


1
Россия 2015