Тканевую регуляцию пролиферции на основе обратной связи необходимо рассматривать с точки зрения функций, которые она выполняет в ткани. Среди них важнейшей функцией является сохранение и восстановление клеточного гомеостаза тканей. Как же осуществляется регуляция пролиферации?
Взаимоотношения между пролиферирующими и дифференцированными, неспособными к пролиферации клеточными популяциями ткани были рассмотрены в модели регуляции роста, предложенной R.Weiss и J.Kavanau в 1957 г. Согласно этой модели, ткань состоит из двух компонентов: генеративного (пролифери-рующие клетки) и дифференцированного (специализированные клетки, неспособные к делению). Генеративные клетки содержат специфические внутриклеточные вещества — матрицы, стимулирующие их новообразование. Дифференцированные клетки вырабатывают антиматрицы, которые, будучи комплементарны матрицам, нейтрализуют их действие и замедляют рост ткани.
Согласно рассматриваемой модели, рост ткани регулируется путем взаимодействия дифференцированного и генеративного компонентов по принципу отрицательной обратной связи. Изменениями в соотношении количества матриц и антиматриц авторы объясняют рост тканей в онтогенезе, баланс между приростом и убылью ткани в отсутствие ее роста, а также процесс регенерации ткани.
Концепция роли отрицательной обратной связи в регуляции клеточного размножения получила дальнейшее развитие в работах W.S.Bullough и E.B.Laurence (I960), а аткже O.H.Iversen (I960).
Согласно W.S.Bullough и Т. Rytömaa (1965), в ткани имеются четыре группы клеток:
1) размножающиеся;
2) незрелые;
3) зрелые;
4) необратимо дифференцированные, находящиеся на пути к отмиранию. Тканевый гомеостаз регулируется отрицательной обратной связью — эту роль выполняют кейлоны, которые вырабатываются в дифференцированных клетках и действуют на размножающиеся клетки.
V.Bond и соавт.(1965) в состав обновляющейся клеточной системы включают четыре категории клеток:
1) стволовые;
2) клетки, характеризующиеся параллельно протекающими процессами размножения и дифференцировки;
3) созревающие (коммитиро-ванные);
4) функционирующие.
Если зрелые и незрелые клетки отнести к резервной части, то система будет включать в себя три компонента. Трехкомпонент-ная модель была впервые предложена В.И.Прилуцким и Ю.А.Романовым (1968). Согласно точке зрения этих авторов, в ткани можно выделить следующие группы:
1) собственно проли-ферирующий пул — совокупность клеток, которые находятся в митотическом цикле;
2) фиксированный пул — совокупность клеток, потерявших способность к пролиферации;
3) баллотирующийся пул — совокупность клеток, которые могут переходить или в пролиферативный пул с вероятностью Р, или в фиксированный пул с вероятностью I-P при тех же условиях существования, в каких находятся клетки первого и второго пулов.
При различных состояниях системы гомеостаз определяется значением P (возможность клеток вступать в пролиферацию или переходить в фиксированный пул) и величиной клеточных потерь. Модель предсказывает состояние системы: гомеостаз, рост, вырождение. Формализованное, модельное описание функционирования тканевого гомеостаза дает представление о тканевой регуляции как механизме, основанном на принципах саморегуляции, свойственных кибернетическим системам. Такой механизм может работать в определенном диапазоне нагрузок. Следовательно, правомерен вопрос о допустимых нагрузках на тканевый гомеостаз и условиях, при которых механизм контроля нарушается. Подход к проблеме рака с позиции нарушения тканевого гомеостаза совершенно по-новому объясняет суть нарушения деления и дифференцировки клеток. Например, почему различные по природе канцерогенные факторы вызывают один и тот же конечный результат. Важно отметить, что величина P в трехкомпонентной модели клеточной системы, определяющая соотношение между количеством клеток, выходящих из баллотирующего пула в пролиферативный и фиксированный пулы, зависит от состояния баллотирующихся клеток (различия в степени их чувствительности к инициаторам пролиферации или дифференцировки), а с другой стороны, от соотношения в ткани концентраций факторов, инициирующих пролиферацию или дифференцировку клеток.
Таким образом, независимо от различия в подходах общим условием равновесия между стволовыми, коммитированными и дифференцированными клетками является поддержание обратной связи между дифференцированными и стволовыми клетками, где кейло-ны выполняют функцию обратной связи. Однако рассмотренные модели регуляции пролиферации не учитывают основной фактор нарушения системы гомеостаза: при интенсивной, длительной пролиферации увеличивается степень омоложения клеток, что резко изменяет условие функционирования гомеостаза. Поэтому вопрос о механизме рака с позиции тканевого контроля в этих моделях оставался открытым либо не поднимался. Рассмотренные модели тканевой регуляции не изменили концептуальной основы представлений о канцерогенезе и не ставили такой цели. Механизм трансформации по-прежнему связывался с нарушением генов, а не тканевого гомеостаза. Иначе говоря, концепции тканевой регуляции не составили конкуренции основным теориям рака. В отличие от рассмотренных концепций в тканевой теории механизм канцерогенеза конкретизируется на новой основе. В основе нарушения контроля пролиферации лежит разрушение тканевого гомеостаза в результате прогрессирующей эмбрионализации. Система тканевой регуляции
работает как интегратор: на ее вход оказывают воздействие различные патогенные факторы, возмущающие работу, на выход — компенсаторное усиление пролиферации. Следовательно, тканевый го-меостаз представляет собой механизм общего знаменателя, поиски которого длительное время велись на уровне клетки. Поскольку механизм интерграции, унификации канцерогенных воздействий, обнаружен, то вопрос о построении общей теории рака приобретает конкретизацию и сводится к нескольким проблемам: как нарушается гомеостаз и каким должен быть уровень воздействия, чтобы вызвать опухолеобразование. Ускоренная пролиферация вызывает обратимую блокировку дифференцировки, что приводит к эмбрио-нализации ткани, процесс накопления, аккумулирования недифференцированных клеток постепенно искажает структуру тканевого гомеостаза, от которого зависит нормальное функционирование контроля пролиферации. Нарушение тканевого контроля приводит к неконтролируемому злокачественному росту клоногенных мало-дифференцированных клеток, обладающих активизированными онкогенами и злокачественным фенотипом.
Таким образом, в тканевой модели объединены динамические параметры тканевого гомеостаза (относящиеся к проблеме кинетики клеточных популяций, динамики воспроизводства тканей) со структурными характеристиками гомеостаза; количественного соотношения между клеточными пулами, образующими контур обратной связи. При этом обнаружилась закономерность: постоянство структурного компонента зависит от динамических параметров. Такая взаимозависимость структуры и функции в тканевом гомеостазе является фундаментальным свойством биологических систем. То, что эта закономерность определяет сущность и механизм опухолевого роста, говорит о том, что канцерогенез затрагивает основу жизни, сущность биологической организации, как это и указывалось видными учеными.
Многие авторы подчеркивают, что возникновение рака тесно связано с ускоренной пролиферацией нормальных клеток (Ба-лаж, 1987). Элерт в своем обзоре (Oehlert, 1973) указал, что в опухолях постоянно обновляется свыше 80% исходной ткани. Согласно А.Балажу, это означает, что между ускорением пролиферации клеток и возникновением рака существует прямая связь. В тканевой модели отмеченная закономерность впервые получила рациональное объяснение как с теоретической точки зрения, так и с точки зрения эмпирических данных.
Отметим, что в рамках тканевой модели получает объяснение проблема поликлональности опухолей, опухолевого поля, проблема множественности фокусов трансформации in vitro. Учитывая наличие стволовых клеток, которые обладают фенотипом, подобным опухолевым клеткам, а также активизированными онкогенами, проблема поликлональности получает рациональное объяснение, поскольку речь идет об условиях, при которых стволовые клетки активизируются, становятся клоногенными и переходят к неконтролируемому росту. При этом имеют место в ряде случаев переходные доброкачественные формы опухолеобразования. В рамках одного опухолевого поля часто обнаруживаются участки с различной степенью развития опухолевого процесса. С позиции тканевой модели эти факты получают рациональное обоснование — опухолевая прогрессия ставится в прямую зависимость от степени эмбрионализации того или иного участка ткани.
Опухолевое поле — это измененный участок ткани с измененным режимом пролиферации, т.е. это начальная фаза опухолеобразования. Обширность поражения и продвинутость процесса зависит от степени нарушения тканевого гомеостаза и определяет, сколько фокусов пролиферации возникнет в данном участке ткани. Количество же фокусов трансформации in vitro определяется количеством активизировавшихся стволовых клеток. Таким образом, эти проблемы получают рациональное обоснование с позиции роли стволовых клеток при опухолеобразовании в результате нарушения тканевого гомеостаза. Стволовые клоногенные клетки являются потенциальным источником опухолевых клеток.
Перейдем теперь к анализу природы и функции кейлонов. Какова природа веществ, осуществляющих тканевый контроль, что является носителем обратной связи?
Наиболее полно свойства кейлонов описаны Iversen (1976). Эти вещества продуцируются и присутствуют в тех тканях, на которые они селективно влияют; они могут действовать местно, путем диффузии через ткань или посредством систем циркуляции; кейлоны водорастворимы; обладают тканеспецифичностью, но не видоспе-цифичностью; действуют в поздней Gi-фазе клеточного цикла, предотвращая вступление клеток в синтез ДНК, или в поздней G2-фазе, контролируя митотическую активность; действие кейлонов кратковременно и обратимо; они не повреждают клетки или клеточные мембраны. Кратковременность действия кейлонов объясняют присутствием антагонистов-антикейлонов. Можно полагать, что эту роль выполняют факторы роста (ФР), т.е. кейлоны реализуют отрицательную обратную связь, а ФР — положительную.
В 1965 r. W.S.Bullough предположил, что кейлоны, будучи веществами, влияющими на геном клетки, могут одновременно индуцировать дифференцировку и ингибировать митотическое деление клеток. Он обратил внимание на то, что эпидермоциты шиповатого и зернистого слоев, находящиеся в зоне повышенной концентрации эпидермального кейлона, не пролиферируют, но именно эти клетки активно синтезируют кератины. Одним из показателей степени дифференцированное™ клеток является их способность синтезировать тканеспецифические белки. Показано (Attalloh, Houck, 1976), что под влиянием кейлонов изменяется интенсивность включения аминокислоты и уридина в культивируемые лимфоциты в условиях их стимуляции лектинами. J.С.Houck и соавт.(1973) показали, что добавление в культуру лимфоцитов соответствующего кейлона приводит не только к блокированию пролиферации клеток, но и к уменьшению выхода из них фактора, ингибирующего миграцию макрофагов. H.B.Benestad и T.Rytömaa (1973) привели данные об ускорении созревания мышиных гранулоцитов под влиянием кейлонов. Согласно точке зрения Ю.А.Романова и др.(1984), тканеспецифиче-ские ингибиторы клеточного деления могут усиливать дифферен-цировку клеточных элементов ткани.
Наряду с кейлонами предполагается действие антикейлонов, которые оказывают влияние, маскирующее эффект кейлонов. Одна из гипотез относительно антикейлонов рассматривается в работе R.Bjerkness и О.H. Iversen (1974). Согласно этой гипотезе, антикейлон является химическим веществом, блокирующим действие кейлонов или связывающим их. Он локализуется в камбиальных клетках и, возможно, является одним из лизосомных ферментов. То, что антикейлон связан с ферментами лизосом, очевидно, имеет определенный биологический смысл: поскольку повышенная гибель клеток стимулирует пролиферацию, а гибель клеток связана с ферментами лизосом, то опосредованно они ин-гибируют действие кейлона. Более простое, рациональное объяснение состоит в том, что роль антикейлона выполняют факторы роста, синтезируемые клоногенными клетками.
Регуляция размножения клеток не ограничивается механизмами, действующими на уровне ткани. Важная роль в осуществлении контроля за пролиферацией принадлежит внетканевым уровням регуляции, действие которых реализуется через внутритканевые механизмы.
Участие кейлонов в механизме тканевого контроля пролиферации подтвержается обнаруженным ритмическим изменением пролиферативных процессов. Это предположение было высказано W.S.Bullough в 1969 г. Согласно автору, суточный ритм мито-тической активности зависит от состояния в тканях комплекса кейлон — адреналин, причем основное значение отводится ритмичности колебаний в тканях концентрации адреналина. Согласно этой гипотезе, ведущая роль в регуляции ритма митозов принадлежит организменному, а не тканевым факторам.
Ю.М.Романов и др.(1984) пришли к выводу, что созревание эпидермиса приводит к становлению функциональной активности клеток и что комплекс рецептор — кейлон может участвовать также в организации пространственной структуры ткани (например, эпидермально-пролиферативных единиц), выполняя при этом функции контактинов (Маленков, Ямскова и др., 1977) или адгезивных факторов. Данное предположение подтверждается тем, что незначительное повреждение эпидермиса приводит к массовому перемещению клеток в верхние слои, при котором утрачиваются контакты между клетками и наступает пространственная дезорганизация эпидермиса, Через определенное время происходит восстановление структуры эпидермиса за счет клеток ростового слоя. Сходство процессов морфогенеза и регенерации отмечается многими авторами, что указывает на общность их реализации. Для обоснования этой картины S.Bertsch и F.Marks (1974) выдвинули гипотезу, согласно которой в процессе гистогенеза тканей камбиальные клетки (клетки — мишени для кейлонов) представлены в основном плюри-потентными стволовыми эпидермоцитами, нечувствительными к действию кейлонов. В процессе развития происходит замена этой популяции клеток на другую — чувствительную к ингибитору. При регенерации, согласно авторам, обратная замена популяции является следствием дедифференцировки.
В противовес приведенной гипотезе Ю.А.Романов и др. (1984) выдвинули гипотезу, которая исходит из того, что ведущим в организации пространственной структуры, появлении чувствительности эпидермоцитов к кейлонам и повреждению целостности ткани является отсутствие или наличие у клеток мембранных рецепторов к кейлонам. В случае гистогенеза должно происходить их становление, при регенерации же тканей рецепторы не утрачиваются, а наступает диссоциация ксйлона и рецептора, что способствует удалению ингибитора из ткани и последующей пролиферации. Представление о кейлонах как об адгезивных факторах высказывалось и раньше, но в основу было положено представление об их сходстве. Согласно гипотезе Ю.А.Романова и др. (1984), основную роль играет кейлонспецифический рецептор, который появляется на мембране клетки в процессе гистогенеза позже, чем кейлоны, и имеет, по-видимому, определенную скорость обновления. Этот рецептор изменяется или отсутствует в определенные периоды клеточного цикла, а также в трансформированных клетках. С нашей точки зрения, необходимо учесть, что степень дифференцировки клеток определяет зрелость мор-фогенетической картины, поэтому при регенерации в силу омоложения клеток появляется пространственная дезорганизация эпидермиса, которая по мере созревания нормализуется. Кейлоны синтезируются дифференцированными клетками, поэтому омоложение приводит к снижению содержания кейлонов и разрушению отрицательной обратной связи между дифференцированными и недифференцированными клетками. Данные показывают, что молекулы адгезии появляются в результате дифференцировки клеток. Согласно Ю.А.Романову и др., включение кейлонного механизма происходит после того, как программа гистогенеза исчерпывается и ткань переходит на саморегуляцию поддержания постоянства клеточных элементов, из которых она состоит.
Делая обобщение, Ю.А.Романов и др. (1984, с. 140) пишут: «В общем виде предлагаемая нами гипотеза сводится к тому, что в процессе гистогенеза клетки приобретают способность синтезировать кейлон, а после окончания развития ткани — отвечать на его действие, что связано с развитием в клетках рецепторов, специфически реагирующих на эндогенные ингибиторы. С этой гипотезой не согласуются данные, полученные на птицах и низших позвоночных, которые свидетельствуют о существовании чувствительности эмбриональных клеток печени, миокарда, кишки и пронефроса к действию соответствующих кейлонов, полученных из тех же органов взрослых животных».
Противоречие между гипотезой и фактами опровергает предложенную гипотезу. Факты же в данном случае подтверждают положение о том, что в тканевой системе существует отрицательная обратная связь между дифференцированными и незрелыми, низко-дифференцированными клетками. Можно предложить такую модель. По мере дифференцировки клеток, в процессе гистогенеза ткани, при достижении определенного численного состава и степени дифференциации они выделяют определенную дозу кейлона, митозингибирующий эффект которого достигает необходимой силы для удержания пролиферации клоногенных клеток под контролем. Иначе говоря, количество дифференцированных клеток определяет количество кейлона и его митозингибирующий эффект. Такая взаимосвязь между количеством дифференцированных, недифференцированных клеток и дозой кейлонов и факторов роста позволяет удерживать тканевый гомеостаз и воспроизводить его.
Положение о том, что кейлоны появляются в результате диф-ференцировки клеток (т.е. синтезируются зрелыми клетками) и, наоборот, исчезают при омоложении ткани, подтверждается многочисленными данными. Во многих экспериментах показано, что кейлонная активность исчезает в регенерирующей ткани и в опухолевых узелках. В одном из экспериментов для повреждения эпидермиса использовали три типа воздействия: удаление дифференцированных слоев с помощью липкой ленты, аппликации кротонового масла и MX. Во всех трех экспериментах Огкейлон-ная активность исчезала (Rohrbach et al., 1976). Уменьшение концентрации (или активности) кейлонов обнаружено также при гепатоканцерогенезе (Volm et aL, 1969).
В ряде экспериментов было показано (Barbason et al., 1976, 1977, 1979), что на ранних этапах канцерогенеза еще сохранен кей-лонный м е х а н и з м р е г у л я ц и и , но на стадии формирования опухолевых узелков этот механизм нарушается. На основании данных по изменению кейлонной активности при канцерогенезе Ю.А.Романов и др. (1984, с. 158) делают следующий вывод, они пишут: «Данные о корреляции между нормальным функционированием гомеостати-ческого механизма и синтезом биологически активного гепатоциар-ного кейлона в различные периоды канцерогенеза позволяют предположить первопричинность изменений в системе кейлонной регуляции деления клеток при злокачественном росте. Например, неоднократно высказывалось предположение о том, что канцерогенный фактор избирательно повреждает кейлоны».
В данной гипотезе, с нашей точки зрения, верно отмечается корреляция между опухолеобразованием и биологической активностью кейлона, но из данных не следует, что механизм рака обусловлен повреждением молекул кейлонов канцерогенами. С позиции тканевого подхода имеющиеся данные позволяют выдвинуть следующую концепцию. Стимуляция хронической пролиферации в ткани в результате канцерогенного воздействия вызывает омоложение ткани, однако молодые клетки не синтезируют кей-лоны, поэтому концентрация кейлона в регенерирующих и опухолевых тканях резко снижается.
Отметим, что отдельные положения тканевой теории в виде родственных гипотез встречаются в литературе. Однако ни в одной из гипотез нет решения проблемы механизма общего знаменателя. Согласно взглядам Г.И.Абелева (1988), мишенью канцерогенов является тканевый гомеостаз, а источником опухолевых клеток — стволовые клетки, поскольку они обладают способностью к самоподдержанию (аутокринный механизм стимуляции митоза). Однако в этой гипотезе не указывается, каков механизм повреждения тканевого гомеостаза, в частности неизвестным остается роль эмбриона-лизации ткани, роль генотоксического фактора также неясна. Эти проблемы и ряд других получили рациональное решение в тканевой теории рака (Черезов, 1987, 1990, 1993).
Представляет интерес гипотеза (Robinson et al., 1971), согласно которой резкое снижение в крови и кроветворных органах больных острым миелоидным лейкозом количества зрелых элементов миелоидного ряда может быть причиной дефицита факторов, выделяемых для продолжения созревания молодых миело-идных клеток.
Группа канадских авторов (Phipps et al., 1990) выдвинула новую модель канцерогенеза. Модель основана на плюрипотентных стволовых клетках (ПСК), которые взаимодействуют, воспроизводят себя, поддерживают пространственную организацию межклеточных связей (MC). Тканевый гомеостаз обеспечивается тем, что клетки поддерживают зрелый фенотип благодаря сигналам, передающимся через MC от соседних клеток и влияющим на экспрессию генов. При нарушении MC (в результате повреждения ткани или некроза) клетки восстанавливают способность к пролиферации, при восстановлении MC пролиферация возвращается к норме. При постоянном нарушении MC в результате действия физических, генетических или химических факторов возникает постоянная пролиферация, что приводит к неоплазии. Такая ситуация возникает в случае извращения метаболической кооперации благодаря «положительным обратным связям», возникающим под действием паракринных или аутокринных факторов. В результате клетки оказываются «запертыми» в постоянно пролиферирующей системе. В пользу такой модели, как считают авторы, свидетельствуют данные о роли MC, осуществляемых через щелевые контакты, в регуляции метаболизма пролиферации и дифференцировки клеток и об изменениях MC при опухолевом росте.
С нашей точки зрения, в данной концепции нащупывается новый подход к механизму канцерогенеза, но, исходя из модели, неясно, что происходит в результате длительной интенсивной пролиферации, каков механизм общего знаменателя, какова роль омоложения клеточного состава ткани, отсутствует привязка к кейлонному механизму: какова роль его в механизме опухолеоб-разования? Можно сказать, что краеугольной проблемой при выдвижении новых концепций рака является проблема механизма общего знаменателя — без определенности по этому вопросу трудно говорить о построении новой теории и ее продвинутое™ по сравнению с конкурирующими концепциями.
Согласно многочисленным данным, тканевый гомеостаз во взрослом организме поддерживается кейлонами, осуществляющими функцию отрицательной обратной связи, и положительными индукторами, факторами роста, стимулирующими пролиферацию (Bullough, 1967; Lajtha, Schfield, 1974).
На примере птиц и низших позвоночных установлено, что кей-лоны из тканей взрослых особей оказывают отчетливый ингибиру-ющий тканеспецифический эффект на размножение эмбриональных клеток (Романов и др., 1984). Это означает, что обратная связь нарушается на уровне клеток, синтезирующих кейлон, а не клеток, воспринимающих его, т.е. нарушается передача сигнала. Следовательно, введение дополнительных доз кейлона должно приводить к нормализации ткани, что подтверждается данными.
Представление о том, что химические канцерогены специфически блокируют кейлоны (путем связывания их), было в дальнейшем опровергнуто. Серьезным доводом против представлений об избирательном блокировании кейлонов является тот факт, что исчезновение кейлонной активности наблюдали после острого лучевого (Elgjo, Devik, 1978) и механического (Rohebach et al., 1977) повреждений эпидермиса, после аппликации канцерогенного (Rohrbach et al., 1972, 1974; Rohrbach, Laerum, 1974; Iversen, 1975) и неканцерогенного (Rohrbach et al., 1976) соединений.
Согласно тканевой модели неспецифичность реакции на повреждающий фактор связана с компенсаторной пролиферацией, т.е. вторичной реакцией и омоложением клеток, что приводит к дефициту кейлонов. Данная точка зрения согласуется с выводом R.Rohrbach (1975) о том, что повреждения дифференцированных клеток, синтезирующих кейлон, вызывают дефицит ингибиторов, поэтому необходимо время для того, чтобы клеточная популяция, восполняющая дефект ткани, дифференцировалась и начала синтезировать кейлон.
Насколько рассмотренные факты, касающиеся кейлонного механизма, подтверждают тканевую теорию рака? Исходя из тканевой модели, можно ожидать, что поскольку опухолеобразование сопровождается омоложением, а кейлоны синтезируются дифференцированными клетками, то их активность должна снижаться в процессе канцерогенеза, а также при регенераторных процессах. Синтез биологически активных кейлонов обнаружен во многих экспериментальных онкологических моделях, в подавляющем большинстве случаев авторы отмечают снижение активности ингибиторов в опухолях. Так, имеются данные (Rohrbach et al., 1977) о том, что в индуцированных папилломах и раке кожи мышей активность кейлонов снижена на 10 — 20% по сравнению с таковой в нормальной коже. W.S.Bullough (1975) показал, что концентрация кейлонов в опухолях составляет 10% от нормальной. Меньшая концентрация кейлонов, чем в исходной нормальной ткани, была обнаружена в гепатомах крыс, клетках хронического миелолейкоза людей.
Согласно точке зрения Ю.А.Романова и др.(1984, с.164), низкая активность опухолевых экстрактов кейлонов объясняется скорее снижением содержания кейлонов в опухолях, а не уменьшением их активности. Альтернативное предположение заключается в том, что кейлоны утрачиваются опухолевыми клетками в результате нарушения проницаемости наружных мембран и выхода их в кроветок. Делая заключение, Ю.А.Романов и др. (1984, с.166) пишут: «Таким образом, нельзя признать справедливым утверждение, что в опухолях отсутствует кейлонная саморегуляция по принципу обратной связи. Однако очевидно, что по сравнению с нормальными тканями кейлонная регуляция пролиферации малигнизированных клеток ослаблена и осуществляется на качественно другом уройне».
Если положение относительно тканевого механизма канцерогенеза и участия в нем кейлонов верно, то кейлоны из опухолевых тканей и кейлоны из нормальных тканей должны быть идентичны.
Такие эксперименты были выполнены с опухолями кожи крыс, индуцированными многократньшч смазываниями раствором ДМБА (Окулов, 1979). При определении в них концентрации Ог-кейлона иммунодиффузионным методом оказалось, что этот показатель в 4 раза ниже, чем в нормальном эпидермисе. Однако при введении мышам спиртовых экстрактов, выделенных из нормальной кожи и плоскоклеточного рака, в дозах, содержавших эквивалентное количество эпидермальных О2-кейлонов (по 33 мкг), обнаруженный митозингибирующий эффект был одинаковым. Биохимический анализ иммунохимически чистых кейлонов, выделенных из нормальных и опухолевых тканей с помощью антител, показал отсутствие различий в молекулярной массе, изоэлектрической точке, электрофоретической подвижности и первичном строении молекул в обеих тканях.
Таким образом, снижение активности кейлонов в регенерирующих и опухолевых тканях обусловлено количественным снижением синтезируемых кейлонов ввиду омоложения ткани. Прослеживается определенный параллелизм между характером изменений кейлонов в регенерирующей ткани и опухолях. Полученные результаты говорят о хорошей согласованности между тканевой теорией и экспериментальными данными. С позиции тканевой модели кейлонный механизм регуляции нарушается не в результате генетических изменений или повреждений кейлонов канцерогенами, а в результате прогрессирующей эмбрионализации.
Ряд ученых подходили к идее нарушения тканевой регуляции как причины рака, но идея не была конкретизирована, поэтому эти концепции остались в стороне от ведущего направления моле-кулярно-генетической теории и предшествующих ей мутационной, вирусной, вирусогенетической концепций. Но в концепциях, не получивших широкого признания, связывающих рак с тканевыми изменениями, имеется рациональная основа, которая при развитии на современном материале в рамках тканевой теории вбирает в себя теорию онкогена. Речь идет о двух направлениях — одно из которых доминировало, а второе оставалось в зачаточном состоянии. Необходимо объединить их на новой основе тканевого подхода, при этом все ценные идеи, в каждом направлении, войдут в общую теорию опухолеобразования.
Рассмотрим ряд идей, приближающихся к тканевой модели.
Еще в 1936 г. Murphy J.B. предположил, что развитие опухолей может быть вызвано нарушением равновесия между стимуляторами и ингибиторами. В других работах подчеркивается, что при развитии опухолей нарушается дифференцировка. Согласно Pierce G.B. (1970), нарушение, вызываемое канцерогенезом, заключается в изменении регуляции дифференцировки. Sachs L. (1978) указывает на одновременное нарушение пролиферации и дифференцировки,
он пишет: 4…непрерывное размножение клеток при лейкозе обусловлено блокированием клеточной дифференцировки, что ведет к прекращению образования ингибитора, действующего по принципу обратной связи». На этом же принципе основана гипотеза Pedersen В. (1975), согласно которой на начальной стадии хронического ми-елоидного лейкоза (ХМЛ) возникает гиперплазия гранулопоэтиче-ских клеток, вызванная нарушением гормональной регуляции. Предполагается, что на этом этапе образуется меньше стимулятора (колониестимулирующего фактора) и поэтому клетки задерживаются на стадии недифференцированных коммитированных клеток — прародителей гранулоцитов и моноцитов. Тот факт, что в клетках ХМЛ, культивируемых в геле, можно индуцировать нормальную дифференцировку гранулоцитов-моноцитов путем добавления указанного стимулятора, Педерсен рассматривает как доказательство выдвинутой гипотезы.
Хотя приведенные гипотезы подтверждают идею тканевого подхода, остается не выясненным до конца, каков же механизм рака. Однако факт появления таких гипотез говорит о том, что авторы опирались на данные, которые не вошли в традиционный генетический подход и могут быть интерпретированы иначе — с позиции нарушения тканевого контроля.
При молекулярно-генетическом подходе в рамках теории онкогена факты, касающиеся роли тканевого контроля, остаются за скобками. Именно эти факты стали основанием концепций, акцентирующих внимание на нарушении дифференцировки, ускоренной пролиферации, эмбрионализации, снижении активности кейлонов, т.е. процессах, затрагивающих уровень тканевой регуляции и его нарушение. Существование таких концепций говорит о том, что тканевая теория возникла не на пустом месте, она обобщила группу идей и концепций, не вписавшихся в доминирующее направление. Однако задача тканевой теории состоит в объединении двух направлений теоретической онкологии, в установлении связи изменений тканевого уровня с клеточным и генетическим (неконтролируемым опухолевым ростом, активизацией онкогенов).
Давая общее осмысление канцерогенеза, Лео Сакс отмечает основную закономерность (1986, с. 14), он пишет: «Клетки тела происходят из предшественников, называемых стволовыми клетками. Стволовые клетки могут быстро делиться, но их потомки, превратившись в результате созревания и дифференцировки в специализированные формы, обычно прекращают деление… процессы размножения и дифференцировки находятся в гармонии: размножение стволовых клеток обеспечивает образование и рост новых тканей и восполнение отмерших, при этом прекращение деления клеток после достижения ими конечной стадии своего развития держит их размножение под контролем. При раке эта гармония разрушается: появляется слишком много незрелых размножающихся клеток». Хотя это описание дает общую картину процесса, оно верно акцентирует внимание на нарушении гармонии между дифференцированными и недифференцированными клетками в структуре тканевого гомеостаза. Важно отметить, что первая фаза нарушения тканевой гармонии обратима: прекращение канцерогенного воздействия приводит к нормализации ткани — гармония восстанавливается. Нарушение дифференцировки обратимо и связано с увеличением скорости компенсаторной пролиферации, поэтому снижение уровня пролиферации до нормы приводит к нормализации диффе-ренцировки, т.е. блокировка дифференцировки при раке обратима, следовательно, блокировка дифференцировки не связана с необратимыми изменениями генома. Во второй стадии опухолеобразова-ния теряется способность к спонтанной нормализации, процесс опу-холеобразования приобретает необратимость, если не вмешиваться извне. Это связано с устройством тканевого гомеостаза: длительное накопление количественных изменений в виде эмбрионализации ткани приводит к искажению тканевой структуры, лежащей в основе механизма саморегуляции. Можно сказать, структура гомеоста-за «течет» или «плавится» при длительных повышенных режимах пролиферации. Таким образом, причину неконтролируемого злокачественного роста можно объяснить, не прибегая к представлениям о деструктивном (мутационном) нарушении онкогенов, хромосом.
Нарушением традиционных представлений о канцерогенезе являются эпигенетические концепции рака, которые можно рассматривать как промежуточный переходный этап на пути к тканевой модели.
Так, Heidelberger С. (1975) и другие авторы не рассматривают онкогенез как результат генетических мутаций; они подчеркивают, что многие канцерогены не вызывают мутаций, а большинство сильных мутагенов не онкогены. Согласно точке зрения этих авторов, онкогенез возникает вследствие обратимого изменения экспрессии генов, которое по теории Jacob F., Monod J. (1963, 1961) можно объяснить взаимодействием между канцерогеном и репрес-сорным белком. В этих концепциях наблюдается отход от идеи необратимого нарушения генома (онкогенов), поскольку опухолевые клетки, как показывают экспериментальные данные, способны к нормализации, с другой стороны, сохранилась идея «клеточности». согласно которой механизм рака реализуется на уровне клетки. Зь метим, что данные по нормализации опухолевых клеток в результате дифференцировки позволяют отказаться от этой идеи.
Как можно доказать, что нарушение тканевого контроля при наличии клоногенных клеток, обладающих активными онкогенами, является достаточным условием для развитгч опухолеобразования? Об этом свидетельствуют данные, показывающие, что клоно-генные стволовые клетки, не будучи подвергнутыми канцерогенному воздействию, проявляют злокачественный инвазивный рост при трансплантации в другой организм либо они малигнизируются при длительном культивировании in vitro (Speman H., 1942; Уоддинг-тон, 1947). Данные Toptiklis (1969) также показали, что нормальные клоногенные клетки инвазивно прорастают в чужеродные ткани; например, диссоциированные клетки щитовидной железы мышей, интенсивно продуцирующие тиреоглобулин, при введении в легкие экспериментальных животных пролиферировали, подобно метастазирующим раковым клеткам. Эти факты коррелируют с данными по спонтанной малигнизации in vitro.
Тканевая модель канцерогенеза по-новому интерпретирует данные, многие из которых не имели объяснения, при этом не происходит логических нарушений и обнаруживается разносторонняя согласованность с экспериментальными данными.
Характерно, что новая теория опирается на те факты, которые «неудобны», так как не имеют объяснения с точки зрения молекулярно-генетической теории. Целый ряд данных впервые получил объяснение, в частности факты, относящиеся к проблеме «канцерогенности» повышенных доз гормонов и механизму гормонального рака. Как соотносятся старая и новая теории, может ли тканевая теория вобрать в себя, снять молекулярно-генетиче-скую теорию? Задача новой теории — не противопоставлять одно направление другому, а объединить их, т.е. основная идея теории онкогена должна органично войти в тканевую теорию. Для этого надо произвести идентификацию и отождествление двух идей с позиции активизации онкогенов.
Очевидно, что идея выхода из-под контроля стволовых клеток (данные показывают, что они обладают полным набором фенотипических злокачественных свойств и активизированными онкогенами) и есть альтернативная идея, способная заменить концепцию, основанную на мутационной гипотезе. В теоретическом плане если стволовые клетки обладают потенциально злокачественными свойствами, то нарушение тканевого контроля является необходимым и достаточным условием канцерогенеза. И в первом и во втором варианте альтернативных подходов результат (активизация онкогенов и неконтролируемость деления) один и тот же. Совпадение конечного результата позволяет говорить о правомерности замены, т.е основная идея теории онкогена органично вошла в тканевую теорию, но достигается конечный результат иным путем, за счет нарушения тканевого механизма контроля пролиферации. Следовательно, тканевая теория вбирает в себя (снимает) теорию онкогена, являясь синтетической моделью.