В 1773 г. Лионская академия во Франции объявила конкурс на наиболее точное определение рака как болезни. Первое место было присуждено автору формулировки: «Эту болезнь так же трудно определить, как и лечить». Одно из первых упоминаний о раке мы находим в знаменитом «Папирусе Эдвина Смита», относящемся к 2500 г. до н.э. и названном по имени ученого, расшифровавшего его. Обожествленный еще при жизни египетский жрец-врач Имготеп дает такое описание и наставление: «Если ты осматриваешь женщину и находишь у нее в груди плотную вздувшуюся опухоль, а грудь прохладная и нет лихорадки, если в груди нет зернистости и из соска не течет жидкости, а при надавливании она не меняет своего размера и женщина не вскрикивает от боли, то болезнь, с которой тебя зовут бороться, лечения не имеет» (см.: Чаклин, 1990).
В XII в. до н. э. в Китае во времена династии Инь уже было известно о болезни аи — этим термином и сегодня в Китае обозначают рак. В эпоху династии Сун (960 — 1279) появились книги «Книга сокровищ Вэйцзи» и «Медицинский справочник дома Жэнь», в которых имеется следующее описание: «Аи возникает под кожным покровом и уходит в глубь тканей. При вскрытии опухоль напоминает внутреннюю часть карстовой пещеры, небольшие бугорки с заостренными кончиками, иногда голубого цвета, выступающие подобно вылезшим из орбиты глазным яблокам, Их ядовитые корни прорастают глубоко в тело». Подробно описаны раковые опухоли в «Папирусе Эберса», относящемся к 3730-3710 гг. до н. э.
У древних индусов мы впервые встречаем разделение опухолей на злокачественные и доброкачественные. В индийских священных книгах — ведах — мы находим описание опухолей, а также указание, что они подлежат иссечению. Наибольший вклад в развитие древней онкологии внесли Гиппократ и Абу Ибн Сина (Авиценна). В классическом сочинении Авиценны «Канон медицины» (XI в.), в течение 600 лет бывшем настольной книгой всех медиков, учитель Востока указывал, что необходимо не пропустить начальную стадию этой болезни, а если удалять опухоль, то в пределах здоровых тканей. Авиценна в основном писал о наружных опухолях и, как и Гиппократ, предлагал прижигать их раскаленным железом.
Встречаем мы описание этой болезни и в древних источниках на территории Руси. Так, среди уникальных рукописей Ипатьевского монастыря под Костромой была найдена летопись 1287 г,, в которой рассказывается о болезни князя Галицкого. Летописец подробно дает описание рака нижней губы.
Мы еще будем возвращаться к вопросам истории развития представлений о природе рака в доэкспериментальный период. Перейдем теперь к современному состоянию проблемы и очертим проблематику. Несмотря на значительный прогресс, связанный с развитием молекулярной онкологии, полная и последовательная картина генетических процессов при раке пока отсутствует. Общим является представление, согласно которому в основе образования любой опухоли лежат необратимые изменения некоторых генов ДНК в определенной популяции клеток. При этом природа этих изменений, факторы, стимулирующие изменения, специфичность их действия пока остаются загадкой (Киселев и др., 1990).
Однако имеются альтернативные подходы — не все концепции канцерогенеза связывают причину трансформации с генетическими нарушениями. Следует учесть, что в молекулярно-гене-тической теории онкогенеза пока не выявлен механизм общего знаменателя, который должен объяснить, как различные канцерогенные факторы унифицируются и в конечном итоге приводят к общему результату. Существующие концепции онкогенеза не охватывают всех известных фактов, что необходимо для построения общей теории. Построение общей теории рака возможно на пути интеграции, на новой теоретической основе всех ведущих концепций, в которых имеется рациональный момент. Задача состоит в отборе концепций рака и выделении зерен истины в каждой из них, что предполагает выявление логически связанных, «стыкующихся» положений, которые можно объединить в целостную непротиворечивую теорию.
В результате интеграции на новой основе можно будет установить взаимосвязь между уровнем тканевых изменений в предраке и активизацией онкогенов в клетке как конечным результатом трансформации. Для решения ряда вопросов необходимо выйти на другой уровень организации, поскольку молекулярно-генети-ческая теория не учитывает тканевые изменения, в частности роль тканевого контроля пролиферации. Она исходит из представления, что механизм трансформации полностью познаваем на уровне генома клетки. По всей видимости, назрела необходимость подвергнуть критике этот постулат и отойти от традиционных представлений, которые сковывают дальнейшее продвижение в исследованиях механизма опухолеобразования.
Необходимость перехода на тканевый уровень с целью выявления механизма канцерогенеза можно обосновать следующим образом. В настоящее время роль пролиферации при канцерогенном воздействии сводят к увеличению пула молодых клеток, в результате чего повышается вероятность нужных мутаций, определяющих трансформацию. При этом не учитывается роль омоложения клеток с точки зрения разрушения структуры и функции тканевого гомеостаза, который контролирует пролиферацию и дифференцировку клеток. Однако длительное омоложение ткани в результате канцерогенного воздействия приводит к искажению тканевой системы регуляции пролиферации, в этом состоит альтернативный механизм трансформации. Воспроизводство, регенерация тканей осуществляется за счет деления стволовых клеток, которые обладают полным набором потенциально «злокачественных» свойств, они минимально дифференцированы, клоно-генны, иммортализованы, обладают автономным делением (аутокринная стимуляция митоза), и у них имеются активизированные онкогены. Митотическая активность стволовых клеток и пролиферации в целом контролируется тканевым гомеостазом, поэтому при его нарушении эти клоногенные клетки переходят к неконтролируемому опухолевому росту. Такой механизм рака, основанный на повреждении тканевой системы контроля, хорошо объясняет способность опухолевых клеток нормализоваться при дифференцировке, т. е. явление обратимости трансформации.
Возможны два подхода к построению общей теории рака. Либо на основе анализа фактов строить теорию заново, как бы начиная с нуля, либо, анализируя историю становления, развития концепций канцерогенеза, попытаться путем их интеграции выявить целостную структуру. Очевидно, что существующие концепции не следует рассматривать как взаимоисключающие, они могут находиться в отношении взаимодополняющих. И первый, и второй вариант должен привести к одному и тому же результату.
Совпадение результатов явится доказательством, подтверждающим правильность новой концепции.
Обратимся к начальным этапам становления теоретической онкологии. У истоков современных концепций онкогенеза стояли две теории. Это теория раздражения Р.Вирхова (1867) и теория зародышевых зачатков Конгейма (Cohnheim, 1877). На основе большого клинического материала Вирхов высказал предположение об этиологическом значении повторных механических и химических повреждений для возникновения раковых опухолей. Вирхов допускал возможность прямого раздражения в качестве причины опухолевого роста, ускоряющего процессы деления клеток в этих участках. Это положение учения Вирхова подвергалось возражениям, отрицалась возможность формативного роста, ускоряющего влияния каких-либо раздражителей. Однако при изучении действия половых гормонов стало ясно, что их влияние приводит к гиперпластическим изменениям в некоторых нормальных органах, например в молочных железах, в матке, в вагине и в гипофизе при беременности. Синтетические химические андрогены вызывают пролиферативные изменения в предстательной железе, а эксперименты Лакассаня (Lacassagne, 1947) показали развитие бурной гиперплазии эпителия молочных желез даже у самцов после повторных впрыскиваний эстрогенных гормонов, а затем возникновение раковых опухолей молочных желез. В настоящее время хорошо известно, что применение химических раздражителей, например полициклических углеводородов, вызывает диффузную пролиферацию клеток.
Ростоускоряющее действие различных раздражителей — как экзогенных, так и эндогенных — является достоверным, и очевидна его связь с опухолевым ростом. Оценивая теорию Вирхо-ва, многие онкологи считают, что слабой стороной представления о раздражении как этиологическом факторе в возникновении истинных опухолей является недостаточная определенность понятия раздражения, оно мало помогает пониманию приписываемого ему опухолеродного действия, так как не всякие виды раздражения приводят к возникновению опухолей. Почему так происходит, т.е. какова причина неоднозначности, объясняется в концепции канцерогенного профиля, которая будет рассмотрена далее.
Акцентируя внимание на факторе раздражения, в результате которого усиливается пролиферация, концепция Вирхова выступает в качестве модели, описывающей начало механизма трансформации, поэтому она дополняет теорию зародышевых зачатков Конгейма. Последний предполагал, что все истинные опухоли образуются из зародышевых зачатков, оставшихся без употребления в период возникновения и роста зародыша. Концепция Кон-гейма в определенном смысле близка современной концепции стволовых клеток. Развитию опухоли, как известно, предшествует длительный период омоложения, эмбрионализации тканей за счет нарушения дифференцировки стволовых клеток, которые, подобно зародышевым клеткам, обладают огромной пролифера-тивной способностью.
С этой позиции теория Вирхова описывает условия, при которых эмбрионализированные клетки в результате омоложения разрушают тканевую структуру и функцию гомеостаза, выходят из-под контроля. Таким образом, эти теории породили две идеи, входящие в арсенал современных концепций. Это идея о том, что хроническая пролиферация имеет прямое отношение к раку, и идея о роли стволовых клеток в опухолеобразовании.
Остается неясным, почему ускоренная пролиферация способствует опухолеобразованию, являясь причиной, согласно новой теории рака, выхода из-под контроля стволовых клеток. Этот вопрос будет постепенно раскрываться с разных сторон в ходе изложения материала.
Следующий аспект опухолеобразовании связан с ролью развивающейся анаплазии ткани (снижением дифференцировки клеток), что приводит к относительной самостоятельности опухолевого очага. Многие авторы на основе экспериментального материала показывают, что возможность обратного развития дифференцированных клеток сомнительна, гораздо рациональней это явление объясняется недоразвитием, нарушением дифференцировки молодых клеток, появившихся в результате деления стволовых клеток. Об этом свидетельствуют данные о способности раковых клеток проходить дифференцировку, теряя злокачественные свойства, а также данные о потере дифференцированными клетками способности к делению.
Чтобы оценить онкологический смысл, значение омоложения тканей, необходимо учесть те изменения, которые происходят в системе тканевого гомеостаза в результате нарушения дифферен-цировки. 4Социальность» клетки, способность контролироваться со стороны ткани является, как показывают данные, результатом созревания. На клеточной поверхности появляются различные рецепторы, улавливающие регулирующие сигналы, клетка теряет способность делиться и переходит к производству тканеспецифи-ческих белков и выполнению тканевых функций. Обратный процесс омоложения клеточного состава приводит к автономности клеток и неконтролируемому росту. Идея роли омоложения (эм-брионализации клеток) как причины канцерогенеза родилась давно, однако она не была обоснована, не получила завершенной формы, поэтому и не стала конкурирующей моделью. Она выступает с позиции современного взгляда не как самостоятельный фактор, а как дополнительное условие усиления мутационного процесса. Наметившаяся альтернатива, связанная с этим фактором, должна быть еще развита и обоснована. Итак, уточним эти идеи. Согласно первой идее, злокачественные свойства раковой клетки есть результат мутаций онкогенов, согласно второй — трансформация обусловлена эмбрионализацией клеток, которые разрушают тканевый гомеостаз, что приводит к неконтролируемому росту стволовых клеток. Результат в виде неконтролируемого опухолевого роста при нарушении тканевого контроля отличается от результатов нарушения генетического контроля, что позволяет проверить, какой механизм верен. Обратимость трансформации клетки в результате индуцирования дифференцировки опровергает представление о необратимых повреждениях генома в качестве механизма трансформации.
Продолжим рассмотрение концепций рака, ставших этапами в истории онкологии. Регенерационно-мутационная теория Б.Фишера-Вазельса (1929) делает акцент на особом значении регенерации клеток для онкогенеза. В результате регенерации появляются молодые размножающиеся клетки в местах воздействия канцерогена. Как считал Фишер-Вазельс, регенерация — это «чувствительный период»· в жизни клеток, когда может произойти трансформация. Однако регенерация возникает лишь в виде реакций на происходящую дегенерацию под влиянием повреждающих воздействий. Это обстоятельство заставляет учитывать самые различные факторы, вызывающие повреждения в клетках и тканях. Само превращение нормальных клеток в опухолевые совершается, по Фишер-Вазельсу, за счет изменений в метаструк-турах, т.е. в мельчайших частицах клеточного и межклеточного живого вещества. Позднее Фишер-Вазельс (1936) выдвинул ряд «законов», определяющих патогенез злокачественных опухолей: закон латентного периода — начало действия какого-либо канцерогенного фактора до появления признаков опухоли; закон первичности тканевого повреждения с последующей длительной регенерацией; закон образования опухолевого зачатка с последующей малигнизацией. Оценивая теорию Фишера-Вазельса, можно сказать, что она верно акцентировала внимание на регенерации как результате повреждения клеток канцерогенами, но роли про-лиферативной реакции вскрыть не смогла, сам механизм рака оставался неизвестен.
Идеи Конгейма получили дальнейшее развитие в учении Риб-берта (Ribbert, 1914) о возникновении опухолевых зачатков не только в эмбриональном, но и в самостоятельном периоде жизни людей и животных. Рибберт заимствовал из теории Конгейма его основную мысль о возникновении опухоли из предварительно образующихся опухолевых зачатков, но отказался от положения об обязательном возникновении зачатков в эмбриональном периоде жизни. Зачатки могут возникать, по предположению Рибберта, на почве травм и воспалительных процессов. Под влиянием выключения клеточных групп из их анатомо-физиологических связей и возникает та «автономность» зачатков, которая обеспечивает неконтролируемый рост. Он подчеркивал, что истинные опухоли в отличие от инфекционно-воспалительных пролифератов растут «из самих себя». Другое важное положение состоит в том, что группа клеток должна оказаться в некоторой изоляции, иначе говоря, должна уйти из-под влияния тканевого контроля.
В 60-х годах наиболее распространенной и согласованной считалась полиэтиологическая теория. Она связывала появление опухолей с самыми разнообразными вредными влияниями на организм — как местными, так и общими. Патогенез опухолеродно-го превращения рассматривается как результат регенераций, следующих за повторными повреждениями. Эта теория основывалась на том, что различные вредные воздействия могут порождать в тканях мельчайшие несмертельные повреждения, что вызывает компенсаторные повторные регенерации. Однако они приводят к опухолеобразованию только в тех случая, когда повреждаются одновременно нервная или гормональная системы, которые поддерживают нормальные взаимоотношения между всеми компонентами тканей в организме, обеспечивая нормальный рост и размножение клеток. Многие онкологи предполагали, что в основе опухолеродного клеточного размножения лежат изменения обмена веществ, белкового и углеводного. Уже хорошо было известно, что при индукции опухолей различными факторами возникают дистрофические пролифераты, способные к неорганическому разрастанию. Следующий существенный момент состоит в том, что имеется определенное соответствие между дозой канцерогенного воздействия и силой опухолеродного эффекта. По мнению ряда авторов, это опровергает положение вирусогенетиче-ской теории о том, что канцерогенное действие осуществляется одними опухолеродными вирусами, поскольку в этом случае не было бы корреляции с дозой канцерогена. С нашей точки зрения, наличие зависимости канцерогенного эффекта от дозы и промежутков нанесения канцерогена ставит проблему структуры или режима канцерогенного воздействия как необходимого условия трансформации. Факт наличия такой структуры, параметры которой можно в каждом конкретном случае установить эмпирически (для разных тканей и канцерогенов она различна), говорит о наличии некоторого механизма в ткани, т.е. необходимая структура воздействия является отражением структуры гомеоста-за ткани. Иначе говоря, структура канцерогенного воздействия, необходимого для индуцирования опухоли, будет отражать параметры тканевого гомеостаза, его свойства восстанавливаться после повреждения.
Отметим, что постановка вопроса о наличии на тканевом уровне структуры, которая определяет режим канцерогенного воздействия, необходимого для развития опухолеобразования, является новым подходом к механизму опухолеобразования. Это означает, что механизм трансформации определяется не мутациями в клетке, а тканевой системой контроля пролиферации. Возникает определенная симметричность между необходимым канцерогенным профилем и свойствами тканевого гомеостаза.
В 1923 г. О. Варбург (Warburg, 1926) обнаружил высокую скорость образования молочной кислоты раковыми клетками и пришел к заключению, что способность получать энергию за счет «молочнокислой ферментации» глюкозы и расти за счет энергии этого процесса является главной биохимической характеристикой раковых клеток. Первичной причиной рака, по его мнению, является замещение дыхания кислородом в нормальных клетках тела ферментацией сахара. Варбург, к сожалению, не вышел на центральную проблему — механизм, контролирующий деление нормальных клеток и утрачивающийся при раке. Приведем точку зрения И.Ф.Сейца и П.Г.Князева (1986, с.15), они пишут: «Несомненно, различия в энергетическом обмене, открытые Варбур-гом, важны, однако, будучи таковыми, они находятся на уровне биохимической организации клетки и недостаточно глубоки, чтобы касаться сердцевины проблемы рака, неконтролируемого роста… Первичную причину следует искать на уровне контроля генной экспрессии, детали которой пока неизвестны». Это замечание авторов имеет принципиальное значение, однако, с нашей точки зрения, исходя из положения о нарушении контроля пролиферации .нельзя сделать однозначный вывод, что оно обусловлено нарушением генетического контроля.
Чтобы разобраться в этом вопросе и смысловой неоднозначности, рассмотрим следующий пример. Представим в качестве схемы систему, состоящую из относительно автономных подсистем, где каждая подсистема обладает собственной системой регуляции. Регуляцию на уровне подсистемы обозначим первым уровнем регуляции, а на уровне целостной системы — вторым уровнем контроля. Синхронизировать функционирование системы как единого целого можно с помощью механизма контроля второго уровня, поскольку регуляция на уровне подсистемы не распространяется на всю систему. Если бы это было не так, то подсистемы вступили бы в конкурентные взаимоотношения друг с другом за контроль над системой. Если вместо абстрактных систем рассмотреть тканевый гомеостаз, осуществляющий контроль пролиферации, а вместо подсистемы — регуляцию клетки на уровне генома, то становится понятным, почему нарушение контроля пролиферации при опухолеобразовании связывается в новой теории с тканевым контролем, а не с генетическим.
Можно привести в качестве примера соображение эволюционного характера. В том, что трансформация зависит от стабильности тканевого гомеостаза, есть своя логика. Если бы генетические мутации определяли трансформацию, то организмы постоянно бы болели раком. Система тканевого гомеостаза более надежна, так как не зависит от единичного события в клетке, а основывается на динамике воспроизводства клеточных популяций, т.е. интегративного результата функционирования большой совокупности клеток.
С другой стороны, если бы генетические мутации ускоряли деление одноклеточных организмов, то генетически аномальные организмы получали бы эволюционное преимущество. Это ставит вопрос о неоднозначности представления о развитии рака за счет мутации в отдельной клетке.
Хотя эти аргументы носят характер общего соображения, они подчеркивают неочевидность, проблематичность традиционного подхода к трансформации в результате генетических нарушений за счет неспецифического воздействия различных канцерогенных факторов, что не укладывается в представление о специфичности молекулярно-генетических взаимоотношений. Может возникнуть вопрос: почему речь идет о неспецифическом воздействии, откуда это следует? Очевидно, что такое большое количество канцерогенов, различных по природе, не имеет общего специфического свойства.
Из работ Варбурга известно, что гликолиз клеток тела максимален на наиболее ранних стадиях эмбрионального развития, но постепенно падает по мере дифференциации эмбриона. Целый ряд характеристик дифференцированной клетки исчезает вовсе в процессе дедифференцировки. Поэтому изменение дыхания, с нашей точки зрения, — это не причина рака, а следствие омоложения клеток, а именно результат изменения состава ферментов; это можно обосновать тем, что аналогичные изменения наблюдаются при регенераторных процессах.
Мы коснулись некоторых аспектов основ теории канцерогенеза, и именно в этом вопросе необходимо сделать принципиальные изменения. Выражая общую позицию по этому вопросу, И.Ф.Сейц и П.Г.Князев (1986, с.35) пишут: «Поскольку основной функцией неопластических клеток является их воспроизведение, а материальным субстратом этого процесса служат нуклеиновые кислоты, именно в этой категории веществ клетки можно было бы в первую очередь ожидать изменений при раковом и лейкозном перерождении в отношении как химизма, так и обменных превращений… Можно поэтому ожидать, что решающие открытия в области выяснения природы неоплазм придут именно из сферы изучения состава, структуры и превращения нуклеиновых кислот. Это явилось бы логическим завершением длительного пути и торжеством того направления мысли, которое признает изменение в генетическом материале в качестве первичного импульса ракового или лейкозного перерождения».
Авторы выражают своего рода философию современного понимания канцерогенеза, которая определяет интерпретацию фактов.
В чем ошибка в этих кажущихся безупречными выводах? Несмотря на то что материальным субстратом воспроизведения клетки являются нуклеиновые кислоты, это не означает, что механизм контроля пролиферации в ткани осуществляется на уровне генома клетки. За скобки выносится механизм тканевого контроля. Этот вопрос и представляет ту альтернативу подхода, которая была не видна ввиду кажущейся однозначности, очевидности традиционного подхода. Какие факты могут подтвердить или опровергнуть концепцию нарушения контроля пролиферации? Очевидно, если нарушение контроля обусловлено выходом из строя тканевого гомеостаза, то раковые клетки должны обладать способностью нормализоваться в результате стимуляции дифференцировки. Если нарушение происходит на уровне генома в виде мутаций или иных необратимых изменений генома, то трансформация должна быть необратимой. Данные по нормализации опухолевых клеток при дифференцировке (Швембергер, 1987) подтверждают первую концепцию, т.е. при дифференцировке раковые клетки теряют злокачественность и нормализуются, что было бы невозможным, если бы трансформация была обусловлена необратимыми изменениями генома. Второй аргумент состоит в том, что необратимые изменения генома привели бы к необратимому блокированию (нарушению) дифференцировки, поскольку данные не подтверждают этого, то опровергается механизм трансформации за счет мутаций.