Новое направление, связанное с изучением роли рецепторов и факторов роста в канцерогенезе, можно назвать последним рубежом на пути построения общей теории рака. Данные, касающиеся молекулярного механизма контроля пролиферации, выступают в качестве своеобразного критерия для теории онкогена и тканевой теории. Одна из них получит подтверждение, другая будет разбита. Определяющее значение этого направления состоит в том, что, по существу, к настоящему моменту выявлены все звенья цепи механизма рака:
1) обнаружены онкогены, нарушение которых, как считают, определяет трансформацию;
2) изучены онкобелки — продукты онкогенов;
3) выявлены трансформирующие ФР продукты онкогенов, вызывающие трансформацию;
4) исследованы молекулы — рецепторы, принимающие трансформирующий сигнал. Можно сказать, круг подозреваемых лиц — потенциальных виновников драмы — замкнулся. Однако механизм рака в теории онкогена по-прежнему остается загадкой. Молекулярно-генетическая теория неспособна объяснить 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, а опровергает ее. Установление того, что злокачественное перерождение клетки осуществляется с помощью специализированного, эволюционно выработанного механизма — факторов роста и рецепторов, опровергает основу теории онкогена, в частности представление 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 не относятся к генотоксическим факторам. Таким образом, удается отделить «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 генотоксиче-скими факторами, и то обстоятельство, что они вызывают при повышенных дозах и длительном введении опухолеобразование, не объясняется генотоксичностью гормона. По существу, механизм гормонального рака противоречит представлению о геноток-сичности 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 механизм трансформации на основе традиционного подхода. В случае спонтанной малигнизации in vitro также допускается существование канцерогена, который пока не выявлен.
Установление того факта, что факторы роста способны вызывать истинную трансформацию клетки, позволяет отказаться от представления, что канцероген должен обладать генотоксично-стью. Следовательно, в случае гормонального рака необязательно, чтобы гормоны были генотоксичны; при этом потребность в «истинном» канцерогене отпадает. Открытие трансформирующих факторов роста разрушило гипотезу, которая защищала теорию онкогена от противоречия по поводу объяснения гормонального рака. 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 базируется на мутационной концепции рака
Можно сказать, открытие онкогенов не изменило принципиально понимания природы трансформации; с этой точки зрения теория онкогена не является принципиально новой по сравнению с мутационной концепцией канцерогенеза. Конкретизированы гены, нарушение регуляции которых, как предполагается, определяет трансформацию. В новой теории, основанной на нарушении тканевого гомеостаза, разбивается ядро теорий рака — идея, что рак является результатом необратимых повреждений генома клетки.
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 в результате 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 тех пор, 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 как необходимом условии канцерогенеза уничтожает основу концепции «иммунологического надзора» — представление о трансфермации как процессе, в результате которого появляются генетические изменения клетки.
Таким образом, канцерогенное воздействие вызывает двойной эффект — промоторный и генотоксический. Пролиферативный (промоторный) эффект канцерогенного воздействия известен давно, однако его онкологическое значение оставалось загадкой и было скрыто, поэтому оценивалось лишь как фоновое условие. В новой теории впервые меняется смысл и значение этих эффектов на прямо противоположное: онкологический смысл, как оказалось, связан с пролиферативным эффектом, который разрушает тканевый гомеостаз в результате прогрессирующей эмбрионали-зации ткани.
Парадоксальность значения открытия трансформирующих факторов 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 новые данные, не существует для отдельной клетки? Мы пришли к своеобразному нулю, поскольку трансформация клетки не является для нее чужеродной — для этого имеются специализированные механизмы. 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 в опухолях не все раковые клетки являются трансформированными и клоногенными. Это означает, что дело не только в клоно-генности 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 при посредстве рецепторов, то либо факторы роста, либо рецепторы в 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 и трансформирующего фактора роста типа а (или типа I) — а-ТФР. Их биологическое действие практически одинаково; это позволило сделать вывод, что ТФР осуществляет биологическое действие через рецепторы ЭФР (Никольский и др., 1987). Синтез сс-ТФР увеличен как в трансформированных клетках, так и в эмбриональных нормальных клетках (Massaque, 1985).
Обсуждая этот вопрос, Г.Карпентер и С.Коэн (1987, с.117) пишут: Трансформирующие факторы роста можно выделить как из нормальных, так и из злокачественных клеток или тканей; они способны индуцировать неконтролируемый рост клеток, до этого не трансформированных и подчиняющихся контактному торможению».
К такому же выводу приходят А.Д.Алыитейн и Е.А.Черепан-цева (1986, с.264). Они пишут: «Критического отношения заслуживает термин «трансформирующий фактор роста». Этот термин подразумевает деление ФР на трансформирующие и не-трансформирующие. Для такого деления сегодня нет серьезных оснований. По-видимому, все ФР, образуемые трансформированными клетками, принципиально не отличаются от соответствующих факторов, выявленных в нормальных тканях… Имеются данные, что феномен аутокринной стимуляции характерен не только 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 положение коррелирует 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 нормальных клеток. Версия, что ФР несут какой-то дефект, поскольку являются продуктами мутировавших онкогенов, не подтвердилась. Ни ФР, ни рецепторы не несут какого-либо дефекта, который бы являлся причиной трансформации. Следовательно, теория онкогена опровергается с двух сторон. Во-первых, разрушается представление, что трансформация вызвана мутациями в 3 — 4 онкогенах; во-вторых, поскольку ФР способны вызывать истинную трансформацию, не будучи дефектными, то оказывается, что в клетке имеется специализированный механизм для ее трансформации. Данный вывод разрушает представление о механизме трансформации, сформированное в теории онкогена и предыдущих концепциях рака. Еще один аспект состоит в том, что ФР не относятся к генотоксическим факторам, что усиливает критику теории онкогена и реабилитирует представление о канцерогенности повышенных доз гормонов.
б) Опровержение представления о 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. Чтобы разрушить эту версию, надо проанализировать и сопоставить данные по рецепторам в механизме гормонального рака. Выше мы рассмотрели данные о гормональном раке и трансформирующих факторах роста. Они имеют общее свойство: и те и другие не являются генотоксическими факторами. Поскольку в случае факторов роста доказана их трансформирующая способность, то отсюда был сделан вывод относительно гормонов. На основании установления общности между двумя группами фактов делается вывод о роли гормонов — выявленная закономерность переносится на вторую группу данных.
В случае установления возможной дефектности рецепторов делается обратный перенос выявленной закономерности от гормонального рака к механизму трансформации с участием ФР и рецепторов. При гормональном раке механизм трансформации не 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 экзогенного введения повышенных доз гормона на протяжении длительного времени. И в первом, и во втором случае рецепторы не несут какого-либо дефекта в молекуле. И соответственно снимается подозрение с онкогенов, которые кодируют рецепторы.
Как сам гормон, так и рецептор к нему не несут каких-либо дефектов, что говорит об отсутствии необходимости в генотоксическом факторе и необоснованности такого предположения для развития опухолеобразования. Понятно, что эти выводы принципиально разрушают основу теории онкогена, а именно представление о механизме трансформации. В ходе развития молекуляр-но-генетическая теория приходит к собственному отрицанию. Это свидетельствует об ошибках, заложенных в ее основании, т.е.
ошибочности постулируемого принципа трансформации. В новой теории, основанной на нарушении тканевой регуляции пролиферации, идея патологической активизации онкогенов сохраняется, но не как результат деструктивных повреждений онкогенов, а как выход из-под контроля в результате его нарушения клоно-генных стволовых клеток, обладающих активизированными онкогенами и «злокачественным» фенотипом. Это означает, что блокировка дифференцировки определяет активизацию онкогенов и соответственно определяет злокачественный фенотип, однако она является обратимой — при индукции дифференцировки злокачественность клетки исчезает.
в) Роль ФР и рецепторов β механизме трансформации
Какова же роль ФР и рецепторов в механизме опухолеобразо-вания, 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 тканевого гомеостаза 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, которые их 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 идет не о повреждении молекул рецепторов или факторов роста, как предполагает теория онкогена, а о резком количественном искажении их у большой группы клеток и искажении соотношения межу ФР и кейлонами.
Анализируя причину исчезновения рецепторов на поверхности мембран, я пришел к идее нового механизма, отличающегося от известного механизма down regulation. Известно, что клетки-мишени, подвергшиеся действию сигнального лиганда в течение длительного времени, часто теряют способность реагировать на этот лиганд. Такая адаптация, или десенсибилизация, обратима и делает многие клетки особенно чувствительными не к абсолютной величине концентрации химического сигнала, а к изменению этой концентрации. Существует три гипотезы механизма десенсибилизации (Албертс, Брей и др., 1987). В одних случаях десенсибилизация происходит в результате уменьшения числа поверхностных рецепторов или же их инактивации; в других случаях это следствие изменения белков, участвующих в передаче сигнала после активации рецептора. Таким образом, связывание лиганда может приводить к эндоцитозу лиганд-ре-цепторных комплексов и их разрушению в лнзосомах. Второй механизм связан с обратимой инактивацией рецептора путем конформационной модификации. Третий механизм связан с тем, что продолжительное связывание лиганда так изменяет рецептор, что он уже не может активизировать мембранный фермент или ионный канал, хотя продолжает сохранять сродство к лиганду.
Механизм уменьшения числа рецепторов с позиции тканевой концепции не похож ни на один из известных механизмов. Исчезновение рецепторов согласно этому механизму носит более стойкий, длительный характер. Механизм основан на существующей разнице в числе и составе рецепторов между дифференцированными клетками и недифференцированными (стволовыми и коммитированными). Это различие сохраняется во всех тканях, поскольку обновление связано с делением молодых клеток, не прошедших дифференцировку, как правило, за счет деления низ-кодифференцированных стволовых клеток. Следовательно, в тканях с ускоренной пролиферацией будет наблюдаться процесс омоложения 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 низко-дифференцированным 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 как образование ЭФР-подобных факторов полностью отсутствовало. Они заключили, что наличие у клеток ЭФР-Р не обязательно для трансформации, а их исчезновение — по-видимому, некий побочный эффект трансформации.
Динамика исчезновения рецепторов наглядно прослеживается на примере гормональных рецепторов в процессе опухолеобразо-вания. Такая картина наблюдается как при вирусном канцерогенезе, так и при других видах опухолеобразования. Известно, что определенный процент опухолей теряет чувствительность к гормонотерапии. Этот эффект, с нашей точки зрения, непосредственно зависит от наличия рецепторов на поверхности клеток и коррелирует со степенью дифференцировки. Так, приблизительно 40% РЭ+-опухолей оказываются резистентными к гормонотерапии. Это можно связать с тем, что в результате химиотерапии количество 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 к гормонотерапии (Кузьмина, 1987). Первые данные об обратной корреляции между содержанием Ρ Π и степенью дифференциров-ки 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 раков I и II степени злокачественности обнаруживается тенденция к уменьшению концентрации РП и четкое снижение доли РП* -опухолей, обусловленное уменьшением клеточной дифференци-ровки. Больные с опухолями III степени злокачественности по рецепторному статусу составляют особую группу, резко отличающуюся от первых двух, — в большинстве опухолей отсутствуют РП (Кузьмина, 1987).
Таким образом, в процессе эмбрионализации ткани уменьшается степень дифференцировки клеток, что отражается в снижении количества рецепторных белков. Это находит объяснение в том, что в процессе омоложения спектр синтезируемых белков резко уменьшается как в качественном, так и в количественном отношении. Следовательно, те факторы, которые усиливают пролиферативный режим ткани, будут вызывать омоложение и соответственно уменьшение числа рецепторов на поверхности клеток.
Наличие в тканях полярности между дифференцированными и недифференцированными клетками является условием функционирования обратной связи, удерживающей деление стволовых клеток под контролем. Нарушение этой поляризации в процессе омоложения 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 пропорции между концентрацией факторов роста и (ингибирующих митоз) кейлонов, что приводит к хронической стимуляции пролиферации. Увеличение доли стволовых клето^, обладающих аутокринной стимуляцией митоза, приводит к автономизации митотиче-ской активности.
Мы привели некоторые данные относительно рецепторов к стероидным гормонам, такая же картина наблюдается в случае рецепторов к эпидермальному фактору роста (ЭФР). По данным Gallo-Payet и Hugon (1985), наибольшее количество рецепторов имеют энтероциты из глубоких слоев крипт (в 2 — 3 раза больше, чем энтероциты поверхностных отделов крипт и ворсинок). И наоборот, для рецепторов инсулина наблюдается иной характер распределения: наибольшее их количество имеют зрелые энтеро-циты 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 дифференцировки клетки теряют эту способность, что обусловлено исчезновением рецепторов к ЭФР. Для рецепторов инсулина картина другая, наличие рецепторов в зрелых клетках определяет возможность регуляции поступления глюкозы, служащей основным источником энергии в клетках организма. Рецепторы выполняют функцию приемной антенны и передающего устройства, с помощью которых можно управлять клеткой путем экзогенных сигналов. Эти данные позволяют сделать предположение, имеющее клиническое значение: принцип гормонотерапии можно использовать не 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 можно не только путем уничтожения раковых клеток по принципу «золотой пули» — этот принцип не абсолютен, а для ряда опухолей ошибочен.
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 настоящему времени накоплено много данных, свидетельствующих об эффективности нового направления в клинике опухолей Сюда относятся все виды гормонотерапии, методы, использующие стимуляцию дифференцировки клеток, введение дополнительных доз кейло-на, лечение дисбалансов на уровне организма Однако развитие этого направления потребует всестороннего изучения механизма контроля тканевого гомеостаза. И конечно, в первую очередь речь идет о тех видах опухолей, где традиционные методы лечения неэффективны либо сопряжены с большими повреждениями организма.
Имеющиеся данные относительно распределения рецепторов между дифференцированными и недиференцированными клетками свидетельствуют в пользу новой концепции. Согласно Nanney et al. (1984), в верхних слоях кератиноцитов рецепторы ЭФР выявляются авторадиографией меньше, чем в нижних. Аналогичный характер распределения ЭФР-рецепторов выявлен и для уротелия, 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 метаста-зирования. Изучая молекулярные особенности метастатических свойств клеток, Фельдман М. и Эйзенбах Л. (1989) выявили, что степень метастазирования зависит от активности онкогена fms, который кодирует на поверхности клеток рецептор фактора роста, что определяет высокие пролиферативные свойства таких клеток, причем у дифференцированных клеток он исчезает.