Молекулярні основи канцерогенезу. Онкогени
Як причина смерті населення рак посідає друге місце після серцево-судинних хвороб. Існує понад 100 видів раку, хоча п'ять з них: рак легені, молочної залози, товстої кишки, передміхурової залози і матки - складають більше 50% від усіх вперше діагностованих випадків.
Залежно від здатності до поширення пухлини ділять на доброякісні, або локальні, що не володіють здатністю проростати в сусідні тканини, і злоякісні, здатні до інвазії і метастазування в інші органи.
Канцерогенез - комплексний багатоступеневий процес, що включає зміни не менш ніж у 10 генетичних чинниках, кожен з яких є скоростьлімітарующім. В організмі носія кожна стадія процесу являє собою фізіологічний бар'єр, який повинен бути подоланий клітиною, прогресуючої у бік малігнізації (злоякісна трансформація). Існування множинності бар'єрів вказує на те, що малігнізація - явище рідкісне.
В організмі людини 1015 клітин. Протягом життя відбувається їх оновлення в обсязі, що дорівнює 10 обсягами людського тіла. З цього стає зрозумілим, що тільки тонка збалансованість процесів проліферації, диференціювання та апоптозу дозволяє підтримувати нормальний розвиток і функціонування всіх органів і тканин. Проліферація забезпечує відтворення клітин, диференціювання - придбання ними індивідуальних рис і здатності до спеціалізованих видів діяльності, а апоптоз - руйнування старих і ушкоджених клітин.
Рак є сукупність генних хвороб, що характеризуються неконтрольованої клітинної проліферації.
В даний час доведено, що порушення, відповідальні за розвиток пухлин, відбуваються на рівні ДНК. За винятком вірусіндуцірованном, які у людей досить рідкісні.
Трансформація клітин у ракові є результатом структурних змін у специфічних генах, що кодують білки, які беруть участь у регуляції росту, ділення та загибелі клітин.
- Округлі або зірчасті,
- Вони крупніше нормальних; відрізняються різноманіттям ядерних і клітинних форм.
- У них змінено ядерно-цитоплазматичне співвідношення,
- Для них характерна поліплоїдія (стан, при якому ядро містить три і більше число гаплоїдних наборів хромосом) або анеуплоїдія (число хромосом змінюється і стає не кратним гаплоїдному набору).
- Трансформовані клітини можуть рости, не прикріплений до поверхні, в них знижена здатність до адгезії, при цьому втрачає силу контактне гальмування.
- У дослідах in vitro вони ростуть, наповзаючи одна на одну і утворюючи мультіслоі, в яких великий вміст мітотичних клітин.
У метаболізмі пухлинних клітин виявляється ряд характерних особливостей, які істотно відрізняють їх від нормальних. Так, в пухлинних клітинах відбувається наступне:
• зростає активність рібонуклеотідредуктази і знижується катаболізм піримідинів, збільшується синтез ДНК і РНК;
• підвищується швидкість гліколізу, і збільшується продукція лактату. Характерна для багатьох пухлин підвищена секреція лактату отримала назву ефекту Варбурга.
• іхзменяется співвідношення ізоферментного спектру. Так, у вуглеводному обміні - це фосфофруктокінази, не інгібує АТР і цитратом, ізофермент III гексокінази, характеризується надзвичайно високою спорідненістю до глюкози, і дуже активна лактатдегідрогеназа. У результаті ракова клітина набуває надзвичайно високу спорідненість до глюкози і здатність асимілювати її навіть при дуже низьких коцентрации в крові. Аналогічні зрушення в спектрі ізоферментів спостерігаються і в інших обмінах. Це дозволяє пухлинним клітинам успішно конкурувати з оточуючими тканинами за життєво важливі метаболіти.
• З'являються нові ембріональні білки і антигени, такі, як α-фетопротеїн, карциноембріональний антиген і багато інших;
• змінюються склад і структура олігосахаридних ланцюгів: глікопротеїнів і глікосфінголіпідов плазматичної мембрани, а як наслідок її проникність і заряд.
• секретуються деякі металопротеаз, колагенази, що сприяють інвазії пухлини в сусідні тканини і судини, фактори ангіогенезу, що стимулюють розвиток судин, які повинні забезпечувати ракові клітини поживними речовинами.
• зростає швидкість синтезу і секреції гормонів та деяких факторів росту (наприклад, секреція тканиною раку легені АКТГ або, рідше, інсуліну і глюкагону). Пухлини набувають здатність до автономного зростанню за рахунок переходу на пара-або аутокрінной механізми регуляції клітинного росту (рис. 3.1). При аутокринно механізмі пухлини синтезують фактори росту (ФР) і рецептори до них (рФР) або онкобелкі, які є аналогами ФР або рФР. Освічені однієї і тієї ж кліткою ФР і відповідні їм рецептори, взаємодіючи між собою, викликають аутостамуляцію зростання і ділення клітин. Так, при раку легені клітини строми виробляють інсуліноподібний фактор 2, який взаємодіє з рецепторами тканини раку і стимулює її ріст і ділення;
• з'являється високоактивний фермент теломераза або альтернативні шляхи подовження теломер. У тварин і людини на кінцях лінійних хромосом розташовані тисячі висококонсервативний повторів гексадезоксінуклеотідов TTAGGG, званих теломерами, які дозволяють кінцях хромосом прикріплятися до ядерної оболонці і запобігають їх деградацію та рекомбінації. При кожній реплікації довжина теломер коротшає приблизно на 100 пар основ. Для діляться соматичних клітин вкорочення теломер служить реплікометром, що визначає кількість поділів, яку здатна зробити нормальна клітина. Після досягнення теломерними послідовностями критичного розміру клітини втрачають здатність до поділу і старіють (бар'єр Гейфліка). Теломераза представляє собою олігомерних фермент рибонуклепротеіну, в якому специфічний ділянку теломеразной РНК служить матрицею для синтезу тіломірна ДНК. Механізм подовження решт еукаріотичної хромосоми включає наступні етапи: а) зв'язування G-багатою ланцюга теломери з матричним ділянкою теломеразной РНК, б) РНК-залежний синтез тіломірна ДНК з дезоксинуклеозидтрифосфатов; в) транслокації, тобто переміщення ДНК, подовженою на один повтор щодо ферменту, і подальше багаторазове повторення цих стадій (рис. 3.2). Комплементарна нитка ДНК добудовується за допомогою ДНК-полімерази.
Таким чином, особливості метаболізму, існування ефективного механізму подовження теломер і здатність до автономного зростанню дають пухлини не тільки переваги в рості і розмноженні, але ведуть до появи клонів імморталізованних, або безсмертних, клітин.
Анеуплоідія, мутації, транслокації приводять до того, що у складі пухлини виникає безліч клонів, що розрізняються за своїми біологічними властивостями. Формуються клітини, здатні до метастазування, тобто мають властивості проростати в сусідні тканини, з лімфою і кров'ю переноситися в інші органи і давати початок вторинним пухлин. Ця стадія пухлинного процесу виникає внаслідок істотного перепрограмування генної активності клітин і конкуренції клонів, що ведуть до все більш злоякісного фенотипу. У плазматичних мембранах при цьому знижується концентрація деяких адгезивних молекул: Катенін і інтегринів, що забезпечує рухливість пухлинних клітин та їх контакт з білками міжклітинного матриксу: ламініни фібронектином і колагеном. Внутрішня організація клітин змінюється і вони пристосовуються до переміщення. Включається синтез ряду гідролітичних ферментів: колагеназ, катепсину В і плазміну, які руйнують білки міжклітинного матриксу і базальної мембрани і дозволяють пухлинним клітинам активно проникати в кровоносні судини і тканинні структури.
Потужна протеаза катепсин В в трансформованих клітинах розташовується не в лізосомах, як у всіх нормальних клітинах, а в плазматичної мембрани і допомагає цим трансформованим клітинам покинути батьківську тканину. Істотну роль у малігнізації клітин і їх метастазуванні грає сімейство металлопротеиназ, окремі представники якого експресуються в різні періоди розвитку неоплазм і беруть участь у деградації компонентів міжклітинного матриксу.
До факторів, що сприяють руху метастазуючим клітин по судинному руслу, відносяться білкові міграційні фактори, тромбоцити і фрагменти міжклітинного матриксу, які, утворюючи надмолекулярні комплекси з клітинами пухлини, забезпечують транспорт і прикріплення до базальної мембрані в органах-мішенях. Однак лише одна з 10 000 метастазуючим клітин досягає місця нової локалізації, більшість руйнується в кровотоці макрофагами і природними клітинами-кілерами, або NK-клітинами (natural killer-cells).
Для більшості пухлин характерна певна тропність процесу: метастази з'являються не в будь-яких, а в «улюблених» даної формою місцях. Так, рак передміхурової залози, як правило, дає метастази в кістки, рак молочної залози і легені - в мозок, а рак прямої кишки-в печінку. Вибір органу-мішені обумовлений специфічною взаємодією вуглеводних компонентів плазматичної мембрани пухлинної клітини зі структурами оліго-і полісахаридів, що знаходяться на поверхні ендотеліальних клітин. Однак взаємодії між вуглеводами слабкі, і клітина остаточно прикріплюється до стінки судини за рахунок зв'язків, утворених інтегринів.
ЗМІНА МЕТАБОЛІЗМУ РЕЧОВИН В ОРГАНІЗМІ ОНКОЛОГІЧНИХ ХВОРИХ
Пухлина, що розвивається в організмі людини, чинить постійний і в міру прогресування все більш посилюється вплив на обмін речовин, викликаючи в результаті порушення гомеостазу, не сумісні з життям.
На відносно ранніх етапах пухлинного росту відбувається, як вважають деякі автори, анемізації організму, тобто недостатнє постачання тканин киснем. Цим пояснюється підвищений витрата глюкози, а як наслідок цього - стимуляція фосфороліза глікогену в печінці, збільшення глюконеогенезу, мобілізація триацилгліцеринів (TAG) і утворення кетонових тіл. Підвищення концентрації ліпідів у крові погіршує в'язкісні властивості крові і ще більше збільшує дефіцит кисню. В організмі хворого розвивається також дефіцит вітамінів, зокрема С і Е, що є антиоксидантами і знижують явища перекисного окислення ліпідів (ПОЛ). Зростання пухлини супроводжується збільшенням вмісту продуктів ПОЛ та пошкодженням структури мембран.
Розвиток раку і виникаючі при цьому гіпоксія і самоподкісленіе пухлини змінюють функціонування ендокринної системи: сприяють виникненню резистентності до інсуліну та реактивної гіперінсулінемії, гіперпродукції АКТТ, пролактину, тиреотропіну, глюкокортикоїдів. Останні, стимулюючи глюконеогенез з тканинних білків, несприятливо впливають на клітини імунної системи, викликаючи їх деструкцію за механізмом апоптозу, що призводить до стійкої імуносупресії. У період максимального росту пухлини в тимоцитах і Т-лімфоцитах селезінки інгібується синтез ДНК на рівні синтезу попередників - дезок-сирибонуклеозидтрифосфатов.
У центрі неоплазми часто виникають ділянки некрозу, продукти якого всмоктуються в кров і розносяться по організму, викликаючи підвищення температури тіла та інші прояви загальної інтоксикації.
ФАКТОРИ, стимулює канцерогенез
Близько 80% випадків раку у людей є результатом впливу факторів навколишнього середовища, під якими розуміють стиль життя (паління, виробничі контакти з канцерогенами), харчові продукти (зернові, заражені цвіллю Aspergillus flavus, харчові добавки, що містять нітрити і вторинні аміни), захворювання, збільшують ризик розвитку пухлин: так, цироз печінки в ряді випадків веде до розвитку гепатоцелюлярної карциноми, а виразковий коліт - аденокарциноми товстої кишки і т.д. Схильність до пухлиноутворення може стимулюватися віком і спадковими змінами геному. Наприклад, схильність до ретинобластомі або множинного поліпозу товстої кишки успадковується як аутосомах-домінантний ознака, а нестабільність хромосомної ДНК - як аутосомно-рецесивний.
Фізичні, хімічні і біологічні впливи, що викликають трансформацію клітин, називають канцерогенними впливами. До них відносять:
• рентгенівські, γ ІУФ-промені, які надають як прямий пошкоджуючий ефект на структуру ДНК за рахунок появи розривів в нитках і порушень у структурі азотистих основ »так і непрямий, викликаний дією на макромолекули вільнорадикальних форм кисню, що утворюються в тканинах під впливом опромінення;
• хімічні речовини: поліциклічні ароматичні вуглеводні [бензо (а) пірен, діметілбензантрацен та ін}, ароматичні аміни та аміноазосоедіненія (2-нафтиламін, 2-ацетіламінофлуорен), нітрозаміни та аміди, афлотоксину, деякі лікарські препарати, що є алкілуючою або ацилюється агентами: циклофосфамід, бісульфан, діетилстильбестрол та ін Більшість із зазначених сполук самі по собі не є канцерогенами, але перетворюються на них, зазнаючи в печінці дії ферментів універсальної системи детоксикації ксенобіотиків (рис. 3.3). Утворюються епоксиди, вільні радикали, іони карбону або катіони, активні електрофільні групи яких взаємодіють з нуклеофільними центрами в молекулах ДНК, РНК або білків, порушують функціонування генетичного матеріалу і викликають виникнення неоплазм;
• ДНК-і РНК-віруси, які вбудовуються в клітинний геном і експресують гени і білкові продукти, що викликають неопластичних трансформацію. Такі гени стали називати онкогенами.
Дані про роль вірусів у розвитку пухлин були отримані на початку XX століття. Так, в 1908 р. V. Ellerman і O. Bang викликали лейкоз у курей впливом безклітинного екстракту з пухлинних клітин, а в 1910 р. Rous описав перший онкогенний вірус, здатний ініціювати саркому у курей. У 1968 р. Л.А. Зільбер сформулював вірусно-генетичну теорію виникнення неоплазм під дією онкогенних вірусів. Вірусний канцерогенез спочатку був описаний тільки в птахів і тварин. Останнім часом отримані дані про участь вірусів у розвитку деяких пухлин у людини: ДНК-яке містить вірусу Епштейна - Барр у розвитку лімфоми Беркітта і назофарингеальної карциноми, ДНК папіломавірусу - раку шкіри та геніталій; РНК-вмісних вірусів: імунодефіциту людини HIV у виникненні сарком, Т-клітинного лімфотропної вірусу HLTV 1 як причини деяких видів Т-клітинних лімфом і лейкемій та ін
ДНК-віруси частково або повністю вбудовуються в клітинний геном людини, експресують вірусні гени і які утворюються білки в ядрі, порушують реалізацію клітинної програми. Так, Т-антиген вірусів SV40 і поліоми, Е7 вірусу папіломи людини зв'язуються і інактивують білки-репрессора пухлин Rb і / або р53.
До ДНК-онковірусах відносять також вірус герпесу, аденовірус, паповавірусах, вірус вітряної віспи. Як правило, ці віруси викликають інфекційні хвороби і лише в одному з мільйона випадків - злоякісну трансформацію. ДНК-вірус гепатиту В є причиною раку печінки, від якого у світі щороку помирає близько 500 000 чоловік, хоча і в цьому випадку інфікування, як правило, відбувається за 20-25 років до виникнення пухлини.
РНК-онковірус є ретровірусами. Потрапляючи в клітини людини, вони синтезують ДНК за допомогою зворотної транскриптази і включають її в еукаріотичний геном у вигляді провірусу. У 1976 р. за допомогою техніки рекомбінантних ДНК в ретровірус саркоми Рауса була розшифрована структура генетичного матеріалу (рис. 3.4) і поряд з трьома зазвичай зустрічаються у всіх вірусів генами виявлено ген, відповідальний за злоякісну трансформацію і названий src-онкогенів. Показано, що якщо src-ген вбудовується в геном нормальних клітин, що ростуть в культурі, то вони втрачають здатність до контактного гальмування і здобувають всі властивості трансформованих клітин.
У 1989 р. Д. Бішоп та Г. Вармус на РНК-вмісних вірусах встановили, що онкогени не притаманні вірусам початково, але запозичені з генома тих клітин, в яких вони мешкають. За час існування у складі вірусного геному вони піддаються численним мутацій і набувають онкогенні властивості. У деяких випадках віруси не містять онкогенів, але досить випадкового впровадження в геном людини чужорідного генетичного матеріалу, що містить енхансери, або підсилювачі транскрипції, щоб помінялася експресія сусідніх з ним генів господаря і відбулася їхня трансформація.
Дослідження структури геному ссавців і людини показали, що в еукаріотичних клітинах гени, що кодують ФР, рФР, транскрипційні фактори та інші білки, залучені в регуляцію росту і диференціювання, є структурними аналогами онкогенів, тобто тими вихідними генами, з яких онкогени виникли. Ці нормальні клітинні гени, прототипи онкогенів, не володіють трансформирующими властивостями і їх називають протоонкогенах.
В даний час вивчені десятки вірусних онкогенів, з яких більше 50% кодують в клітинах тирозинових про-теінкінази (тир-ПК), а інші містять інформацію про різні функціонально активних білках: скороченому факторі зростання тромбоцитів (ФРТ), скороченому рецепторі епідермального фактору росту ( РЕФР), ДНК-зв'язуючих, ГТФ-зв'язуючих та деяких інших регуляторних білках.
Встановлено, що в регуляції росту і диференціювання зслеток бере участь більше 100 різних генів і близько 10 генів - супресорів пухлинного росту, або антионкогенов (табл. 3.1). Продукти багатьох онкогенів мають структурну гомологію з такими ФР і рФР, як епідермальний ФР (ЕФР), ФР тромбоцитів, ФР фібробластів, інсуліноподібний факторами 1 або 2.
Вони мають або протеінкіназной активністю, або є аналогами регуляторшлх білків мультіферментньпс ціклінових комплексів або ДНК-зв'язуючих білків. Антіонкогени (р53, pRb, р21, р16, WT1) кодують регуляторні білки, які стримують реплікативний потенціал клітин, тому їх інактивація тягне за собою порушення контролю клітинної проліферації.
Останнім часом увагу дослідників-онкологів залучили гени, що кодують цикліни і цікліізавісімие кінази: нормальні регулятори клітинного циклу та їх інгібітори. Існує також велика група генів-модуляторів, що не викликають трансформації, але сприяють поширенню пухлини в організму (гени головного комплексу гістосумісності імунної відповіді; гени, які контролюють функціонування протеолітаческіх ферментів, та ін.)
Малігнізація клітин є наслідком каскадного накопичення в геномі різних порушень. Для розвитку раку необхідно, щоб відбулися зміни не менше ніж у 6 - 10 генетичних факторах (теорія багатоступеневого канцерогенезу). Зміни в межах всього однієї копії або алелі протоонкогена достатні для перетворення його на онкоген із збільшеною стимулюючої проліферацію активністю, тобто онкогени можна розглядати як домінантні трансформують гени. Антіонкогени, навпаки, виявляються рецесивним чином тобто для порушення клітинної проліферації і диференціювання необхідна інактивація обох алелів. Присутність змін в обох алелі переводить клітку з гетерозиготного в гомозиготний стан, тобто спостерігається втрата гетерозиготності - loss of heterozygosity (LOH). Серед генів - супресорів пухлин винятком є ген р53, пошкодження в одному з алелів якого веде до зміни функцій білка.
Спектр змін генетичного матеріалу в кожній конкретній пухлини має індивідуальний характер, однак наявність загальних закономірностей для неоплазм певної локалізації дає підставу пов'язувати їх з патологією певного органу (див. табл. 3.1).
У більшості пухлин виявляється відразу кілька онкогенів. Особливо часто зустрічаються мутації в генах - супрессорах пухлин, які кодують білки, інгібуючі аномальний зростання та трансформацію клітин.
Описано більше 10 супресорних білків. Найбільш вивченими з них є Rb і р53. Так, при ретинобластомі - рідкісному дитячому онкологічному захворюванні сітківки ока спостерігається інактивація гена Rbl, що кодує білок ядерний з мовляв. масою 105 000. У нормі цей білок інгібує проліферацію клітин, тому що здатний зв'язуватися і інактивувати Фактор транскрипції EF2, який у свою чергу підсилює експресію Рістстимулюючий білків і ферментів: ДНК-полімерази α (рис. 3.6). Однак Rb перестає впливати на перехід клітини з G, в S-період, якщо він фосфорилюватись або інактивованих зв'язуванням з іншими білками-інгібіторами, а також у результаті мутацій в гені. Це стимулює проліферативний процес.
Іншим антионкогенов є р53. Його функція найбільш часто порушена у онкологічних хворих. Цей антіонкогени кодує ядерний білок з мовляв. масою 53 000, якою, будучи транскрипції чинником, контролює в клітинах надзвичайно важливі функції: після пошкодження ДНК інгібує проліферацію і активує її репарацію, але якщо остання неможлива, то спонукає клітини до апоптозу, а також пригнічує ангіогенез в пухлинах.
Білок р53 складається з трьох доменів: регулює транскрипцію, що забезпечує зв'язування з ДНК і відповідального за олігомеризації. Він зв'язується з регуляторними ділянками ДНК у вигляді тетрамера і має значну кількість генів-мішеней, у яких є послідовності, здатні приєднувати р53 і таким чином змінювати свою активність (рис. 3.7). До генам, експресія яких залежить від р53, відноситься ген waf l, що кодує білок - інгібітор ціклінзавісімой кінази. В останні роки в клітинах виявлена група білків - циклінів, які активують більше десятка гомологічних за структурою сер / тре-ПК, названих ціклінзавісімимі протеїнкінази. Утворюючи комплекси з циклін, ці ПК фосфорилируют білки, які здійснюють просування клітини по клітинному циклу і забезпечують подолання G1 / S і G2 / M перевірочних точок. Білок р53 збільшує експресію гена waf l і синтез білка р21.
Іншим геном, транскрипція якого посилюється р53, є gadd 45. Показано, що експресія цього гена зростає в клітинах, підданих іонізуючої радіації.
Два гена - bcl-2 і Ьах, чутливі до р53, регулюють руйнування клітин шляхом апоптозу. Однак приєднання до регуляторного ділянці р53 припиняє експресію гена bcl-2, що є інгібітором апоптозу, і активує ген bах, який стимулює апоптоз.
Білок р53 збільшує експресію гена тромбоспондину, який кодує білок, що перешкоджає зростанню кровоносних судин у пухлині - ангіогенезу і, отже, запобігає метастазування.
Центральна роль р53 у регуляції метаболізму клітини пояснює, чому частота мутацій в гені цього білка особливо велика. Так, у людей мутації в цьому гені виявлені практично у всіх типах пухлин. Вони спостерігаються в 70% випадків раку товстої кишки, 56% раку легенів і 40-45% випадків раку яєчників, стравоходу, підшлункової залози, шкіри та шлунку.
Таким чином, згідно з сучасними уявленнями, інактивація, ампліфікація або накопичення мутацій в генах, що кодують білки, що беруть участь у регуляції проліферації, диференціювання та апоптозу, включення механізму підтримки довжини теломер створюють передумови для трансформації та імморталізаціі клітин.
Пухлинними маркерами (ОМ) називають з'єднання: білки, біологічно активні пептиди, гормони, ферменти і метаболіти, які синтезуються раковими клітинами або клітинами нормальних тканин у відповідь на розвиток раку. Вони повинні синтезуватися тільки в організмі пухлиноносія і відображатися в нормальних клітинах, так як є продуктами аномальної експресії геному ракової клітини. ОМ, як правило, виявляють у крові або інших біологічних рідинах організму і використовують для скринінгу населення на носійство пухлини, як прогностичний фактор, для оцінки стану пацієнта в клінічній стадії і моніторингу в ході лікування, а також з метою виявлення рецидивів хвороби.
Відповідно до сучасної класифікації, ОМ ділять на три основні групи:
* Первинні пухлинно-асоційовані;
* Вторинні, які продукують пухлиною (специфічні і неспецифічні);
* Вторинні, індуковані пухлинною хворобою.
Ця класифікація не позбавлена недоліків, оскільки одне і те ж з'єднання може синтезуватися клітинами пухлини і вироблятися нормальними клітинами органу у відповідь на пухлинну інвазію.
Значимість ОМ оцінюють за такими критеріями:
1) діагностична чутливість; характеризує здатність тіста виявити захворювання у хворого
2) специфічність; характеризує здатність тіста давати негативний результат у групі здорових
3) ефективність. характеризує здатність розрізняти пухлинні і непухлинні захворювання
Сучасні біохімічні та імунологічні методи дозволяють виявити неоплазми, коли число пухлинних клітин досягає 109-1010, а рівень секретованої пухлиною маркера від 1 до декількох фемтомолей на 1 мл біологічної рідини. Слід зазначити, що більшість відомих в даний час ОМ не відповідає цим критеріям. Майже у всіх випадках при ряді таких патологічних станів, як запальні захворювання печінки, підшлункової залози і легенів, відзначається неспецифічне, часто незначне підвищення рівня маркера.
У клінічній практиці найбільш часто використовують такі онкофетальні білки, як
- Раковий ембріональний антиген,
- Α-фетопротеїн (АФП),
- Плацентарні білки (хоріонічний гонадотропін β-HCG,
- Плацентарна лужна фосфатаза та ін),
- Диференційовані антигени лімфоцитів: тканинний поліпептидний специфічний антиген або тканинний поліпептидний антиген.
До ОМ, що з'являються в організмі хворого у відповідь на розвиток пухлинного процесу, відносять білки гострої фази запалення, феритин, церулоплазмін, гаптоглобулін, С-реактивний білок, ізоформи ЛДГ і креатинкінази і ряд ін
До лікувальних заходів, що знайшли застосування в клінічній практиці, пред'являється дві основні вимоги:
- Надавати цитостатичний (запобігає проліферацію)
- Надавати цитотоксичний (знищує пухлинні клітини) ефекти.
Однак хіміотерапія припиняє синтез ДНК і клітинний розподіл за механізмами, загальним для всіх клітин, звідси її токсичність і численні побічні ефекти. Успіх лікування пов'язаний з більшою чутливістю до лікарських засобів неопластичних клітин в порівнянні з нормальними, незміненими клітинами і відображає компроміс між ефективністю відносно пухлини і токсичністю для здорових тканин.
У хіміотерапії використовують
- Алкілуючі агенти: цисплатин, мелфалан, циклофосфамід, викликають поперечні зшивки в нитках ДНК;
- Антиметаболіти: цитозин арабінозід, гидроксимочевина, метотрексат, інгібуючі синтез нуклеїнових кислот і нуклеотидів,
- Антибіотики: блеомицин, даунорубіцин, доксорубіцин, інтеркалює між азотистими основами ДНК і викликають хромосомні розриви і фрагментацію макромолекул;
- Деякі рослинні продукти, інтерферон, аспарагінази і антагоністи статевих гормонів.
Однак до теперішнього часу хіміотерапія в багатьох випадках залишається малоефективною.
Головна причина низької ефективності хіміотерапії - множинна лікарська стійкість (МЛС), яка розвивається у хворого у відповідь на багаторазове введення хі-міопрепарата. МЛС є результатом суперекспрес Р-глікопротеїну (Р170) і ряду глутатіонзалежної ферментів, що здійснюють детоксикацію лікарських засобів. Р170 - це енергозалежний трансмембранний насос, він за рахунок енергії АТР здійснює «відкачування» протипухлинних препаратів з ракових клітин і перешкоджає їх накопиченню в цитотоксичних концентраціях.
Практика показала, що лікування одним лікарським препаратом, за рідкісним винятком, не здатне привести до зцілення. Як правило, хіміотерапію поєднують з радіотерапією, яка викликає в опроміненої тканини індуковані вільними радикалами розриви ниток ДНК і апоптоз. Перспективним напрямом стала фотодинамічна терапія, що стимулює руйнування пухлини впливом введених в пухлину речовин, які переводять в активований стан за допомогою випромінювання лазера.
Вселяє нові надії на успіх у лікуванні раку стало створення різних моделей спрямованої доставки хіміопрепаратів в уражену тканину за допомогою антитіл до антигенів пухлин, фетальних білків та факторів росту до їх рецепторів, які суперекспрессіровани на плазматичної мембрани ракових клітин.
У стадії розробки і багато інші підходи до лікування онкологічних захворювань: пошуки інгібіторів протеаз і можливостей модулювати зміст інтегринів, які здатні були б зупинити метастазування.
Виникло напрям генної терапії, яке ставить перед собою завдання знайти способи відновлення функцій генів, що інгібують проліферацію і зростання, і виключення онкогенів, що порушують узгодженість процесів росту, диференціювання та апоптозу. Це вселяє надію, що найближчими роками людство зможе більш ефективно боротися за життя і здоров'я онкологічних хворих.
Як причина смерті населення рак посідає друге місце після серцево-судинних хвороб. Існує понад 100 видів раку, хоча п'ять з них: рак легені, молочної залози, товстої кишки, передміхурової залози і матки - складають більше 50% від усіх вперше діагностованих випадків.
Залежно від здатності до поширення пухлини ділять на доброякісні, або локальні, що не володіють здатністю проростати в сусідні тканини, і злоякісні, здатні до інвазії і метастазування в інші органи.
Канцерогенез - комплексний багатоступеневий процес, що включає зміни не менш ніж у 10 генетичних чинниках, кожен з яких є скоростьлімітарующім. В організмі носія кожна стадія процесу являє собою фізіологічний бар'єр, який повинен бути подоланий клітиною, прогресуючої у бік малігнізації (злоякісна трансформація). Існування множинності бар'єрів вказує на те, що малігнізація - явище рідкісне.
В організмі людини 1015 клітин. Протягом життя відбувається їх оновлення в обсязі, що дорівнює 10 обсягами людського тіла. З цього стає зрозумілим, що тільки тонка збалансованість процесів проліферації, диференціювання та апоптозу дозволяє підтримувати нормальний розвиток і функціонування всіх органів і тканин. Проліферація забезпечує відтворення клітин, диференціювання - придбання ними індивідуальних рис і здатності до спеціалізованих видів діяльності, а апоптоз - руйнування старих і ушкоджених клітин.
Рак є сукупність генних хвороб, що характеризуються неконтрольованої клітинної проліферації.
В даний час доведено, що порушення, відповідальні за розвиток пухлин, відбуваються на рівні ДНК. За винятком вірусіндуцірованном, які у людей досить рідкісні.
Трансформація клітин у ракові є результатом структурних змін у специфічних генах, що кодують білки, які беруть участь у регуляції росту, ділення та загибелі клітин.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПУХЛИННИХ КЛІТИН
Пухлинні клітини, як правило,- Округлі або зірчасті,
- Вони крупніше нормальних; відрізняються різноманіттям ядерних і клітинних форм.
- У них змінено ядерно-цитоплазматичне співвідношення,
- Для них характерна поліплоїдія (стан, при якому ядро містить три і більше число гаплоїдних наборів хромосом) або анеуплоїдія (число хромосом змінюється і стає не кратним гаплоїдному набору).
- Трансформовані клітини можуть рости, не прикріплений до поверхні, в них знижена здатність до адгезії, при цьому втрачає силу контактне гальмування.
- У дослідах in vitro вони ростуть, наповзаючи одна на одну і утворюючи мультіслоі, в яких великий вміст мітотичних клітин.
У метаболізмі пухлинних клітин виявляється ряд характерних особливостей, які істотно відрізняють їх від нормальних. Так, в пухлинних клітинах відбувається наступне:
• зростає активність рібонуклеотідредуктази і знижується катаболізм піримідинів, збільшується синтез ДНК і РНК;
• підвищується швидкість гліколізу, і збільшується продукція лактату. Характерна для багатьох пухлин підвищена секреція лактату отримала назву ефекту Варбурга.
• іхзменяется співвідношення ізоферментного спектру. Так, у вуглеводному обміні - це фосфофруктокінази, не інгібує АТР і цитратом, ізофермент III гексокінази, характеризується надзвичайно високою спорідненістю до глюкози, і дуже активна лактатдегідрогеназа. У результаті ракова клітина набуває надзвичайно високу спорідненість до глюкози і здатність асимілювати її навіть при дуже низьких коцентрации в крові. Аналогічні зрушення в спектрі ізоферментів спостерігаються і в інших обмінах. Це дозволяє пухлинним клітинам успішно конкурувати з оточуючими тканинами за життєво важливі метаболіти.
• З'являються нові ембріональні білки і антигени, такі, як α-фетопротеїн, карциноембріональний антиген і багато інших;
• змінюються склад і структура олігосахаридних ланцюгів: глікопротеїнів і глікосфінголіпідов плазматичної мембрани, а як наслідок її проникність і заряд.
• секретуються деякі металопротеаз, колагенази, що сприяють інвазії пухлини в сусідні тканини і судини, фактори ангіогенезу, що стимулюють розвиток судин, які повинні забезпечувати ракові клітини поживними речовинами.
• зростає швидкість синтезу і секреції гормонів та деяких факторів росту (наприклад, секреція тканиною раку легені АКТГ або, рідше, інсуліну і глюкагону). Пухлини набувають здатність до автономного зростанню за рахунок переходу на пара-або аутокрінной механізми регуляції клітинного росту (рис. 3.1). При аутокринно механізмі пухлини синтезують фактори росту (ФР) і рецептори до них (рФР) або онкобелкі, які є аналогами ФР або рФР. Освічені однієї і тієї ж кліткою ФР і відповідні їм рецептори, взаємодіючи між собою, викликають аутостамуляцію зростання і ділення клітин. Так, при раку легені клітини строми виробляють інсуліноподібний фактор 2, який взаємодіє з рецепторами тканини раку і стимулює її ріст і ділення;
• з'являється високоактивний фермент теломераза або альтернативні шляхи подовження теломер. У тварин і людини на кінцях лінійних хромосом розташовані тисячі висококонсервативний повторів гексадезоксінуклеотідов TTAGGG, званих теломерами, які дозволяють кінцях хромосом прикріплятися до ядерної оболонці і запобігають їх деградацію та рекомбінації. При кожній реплікації довжина теломер коротшає приблизно на 100 пар основ. Для діляться соматичних клітин вкорочення теломер служить реплікометром, що визначає кількість поділів, яку здатна зробити нормальна клітина. Після досягнення теломерними послідовностями критичного розміру клітини втрачають здатність до поділу і старіють (бар'єр Гейфліка). Теломераза представляє собою олігомерних фермент рибонуклепротеіну, в якому специфічний ділянку теломеразной РНК служить матрицею для синтезу тіломірна ДНК. Механізм подовження решт еукаріотичної хромосоми включає наступні етапи: а) зв'язування G-багатою ланцюга теломери з матричним ділянкою теломеразной РНК, б) РНК-залежний синтез тіломірна ДНК з дезоксинуклеозидтрифосфатов; в) транслокації, тобто переміщення ДНК, подовженою на один повтор щодо ферменту, і подальше багаторазове повторення цих стадій (рис. 3.2). Комплементарна нитка ДНК добудовується за допомогою ДНК-полімерази.
Таким чином, особливості метаболізму, існування ефективного механізму подовження теломер і здатність до автономного зростанню дають пухлини не тільки переваги в рості і розмноженні, але ведуть до появи клонів імморталізованних, або безсмертних, клітин.
Інвазії та метастазування
Зазвичай неоплазми виникають з однієї аномально пролиферирующей клітини. У процесі пухлинної прогресії порушується стабільність геному і нащадки однієї клітини починають «розходитися» як генетично, так і фенотипічно.Анеуплоідія, мутації, транслокації приводять до того, що у складі пухлини виникає безліч клонів, що розрізняються за своїми біологічними властивостями. Формуються клітини, здатні до метастазування, тобто мають властивості проростати в сусідні тканини, з лімфою і кров'ю переноситися в інші органи і давати початок вторинним пухлин. Ця стадія пухлинного процесу виникає внаслідок істотного перепрограмування генної активності клітин і конкуренції клонів, що ведуть до все більш злоякісного фенотипу. У плазматичних мембранах при цьому знижується концентрація деяких адгезивних молекул: Катенін і інтегринів, що забезпечує рухливість пухлинних клітин та їх контакт з білками міжклітинного матриксу: ламініни фібронектином і колагеном. Внутрішня організація клітин змінюється і вони пристосовуються до переміщення. Включається синтез ряду гідролітичних ферментів: колагеназ, катепсину В і плазміну, які руйнують білки міжклітинного матриксу і базальної мембрани і дозволяють пухлинним клітинам активно проникати в кровоносні судини і тканинні структури.
Потужна протеаза катепсин В в трансформованих клітинах розташовується не в лізосомах, як у всіх нормальних клітинах, а в плазматичної мембрани і допомагає цим трансформованим клітинам покинути батьківську тканину. Істотну роль у малігнізації клітин і їх метастазуванні грає сімейство металлопротеиназ, окремі представники якого експресуються в різні періоди розвитку неоплазм і беруть участь у деградації компонентів міжклітинного матриксу.
До факторів, що сприяють руху метастазуючим клітин по судинному руслу, відносяться білкові міграційні фактори, тромбоцити і фрагменти міжклітинного матриксу, які, утворюючи надмолекулярні комплекси з клітинами пухлини, забезпечують транспорт і прикріплення до базальної мембрані в органах-мішенях. Однак лише одна з 10 000 метастазуючим клітин досягає місця нової локалізації, більшість руйнується в кровотоці макрофагами і природними клітинами-кілерами, або NK-клітинами (natural killer-cells).
Для більшості пухлин характерна певна тропність процесу: метастази з'являються не в будь-яких, а в «улюблених» даної формою місцях. Так, рак передміхурової залози, як правило, дає метастази в кістки, рак молочної залози і легені - в мозок, а рак прямої кишки-в печінку. Вибір органу-мішені обумовлений специфічною взаємодією вуглеводних компонентів плазматичної мембрани пухлинної клітини зі структурами оліго-і полісахаридів, що знаходяться на поверхні ендотеліальних клітин. Однак взаємодії між вуглеводами слабкі, і клітина остаточно прикріплюється до стінки судини за рахунок зв'язків, утворених інтегринів.
ЗМІНА МЕТАБОЛІЗМУ РЕЧОВИН В ОРГАНІЗМІ ОНКОЛОГІЧНИХ ХВОРИХ
Пухлина, що розвивається в організмі людини, чинить постійний і в міру прогресування все більш посилюється вплив на обмін речовин, викликаючи в результаті порушення гомеостазу, не сумісні з життям.
На відносно ранніх етапах пухлинного росту відбувається, як вважають деякі автори, анемізації організму, тобто недостатнє постачання тканин киснем. Цим пояснюється підвищений витрата глюкози, а як наслідок цього - стимуляція фосфороліза глікогену в печінці, збільшення глюконеогенезу, мобілізація триацилгліцеринів (TAG) і утворення кетонових тіл. Підвищення концентрації ліпідів у крові погіршує в'язкісні властивості крові і ще більше збільшує дефіцит кисню. В організмі хворого розвивається також дефіцит вітамінів, зокрема С і Е, що є антиоксидантами і знижують явища перекисного окислення ліпідів (ПОЛ). Зростання пухлини супроводжується збільшенням вмісту продуктів ПОЛ та пошкодженням структури мембран.
Розвиток раку і виникаючі при цьому гіпоксія і самоподкісленіе пухлини змінюють функціонування ендокринної системи: сприяють виникненню резистентності до інсуліну та реактивної гіперінсулінемії, гіперпродукції АКТТ, пролактину, тиреотропіну, глюкокортикоїдів. Останні, стимулюючи глюконеогенез з тканинних білків, несприятливо впливають на клітини імунної системи, викликаючи їх деструкцію за механізмом апоптозу, що призводить до стійкої імуносупресії. У період максимального росту пухлини в тимоцитах і Т-лімфоцитах селезінки інгібується синтез ДНК на рівні синтезу попередників - дезок-сирибонуклеозидтрифосфатов.
У центрі неоплазми часто виникають ділянки некрозу, продукти якого всмоктуються в кров і розносяться по організму, викликаючи підвищення температури тіла та інші прояви загальної інтоксикації.
ФАКТОРИ, стимулює канцерогенез
Близько 80% випадків раку у людей є результатом впливу факторів навколишнього середовища, під якими розуміють стиль життя (паління, виробничі контакти з канцерогенами), харчові продукти (зернові, заражені цвіллю Aspergillus flavus, харчові добавки, що містять нітрити і вторинні аміни), захворювання, збільшують ризик розвитку пухлин: так, цироз печінки в ряді випадків веде до розвитку гепатоцелюлярної карциноми, а виразковий коліт - аденокарциноми товстої кишки і т.д. Схильність до пухлиноутворення може стимулюватися віком і спадковими змінами геному. Наприклад, схильність до ретинобластомі або множинного поліпозу товстої кишки успадковується як аутосомах-домінантний ознака, а нестабільність хромосомної ДНК - як аутосомно-рецесивний.
Фізичні, хімічні і біологічні впливи, що викликають трансформацію клітин, називають канцерогенними впливами. До них відносять:
• рентгенівські, γ ІУФ-промені, які надають як прямий пошкоджуючий ефект на структуру ДНК за рахунок появи розривів в нитках і порушень у структурі азотистих основ »так і непрямий, викликаний дією на макромолекули вільнорадикальних форм кисню, що утворюються в тканинах під впливом опромінення;
• хімічні речовини: поліциклічні ароматичні вуглеводні [бензо (а) пірен, діметілбензантрацен та ін}, ароматичні аміни та аміноазосоедіненія (2-нафтиламін, 2-ацетіламінофлуорен), нітрозаміни та аміди, афлотоксину, деякі лікарські препарати, що є алкілуючою або ацилюється агентами: циклофосфамід, бісульфан, діетилстильбестрол та ін Більшість із зазначених сполук самі по собі не є канцерогенами, але перетворюються на них, зазнаючи в печінці дії ферментів універсальної системи детоксикації ксенобіотиків (рис. 3.3). Утворюються епоксиди, вільні радикали, іони карбону або катіони, активні електрофільні групи яких взаємодіють з нуклеофільними центрами в молекулах ДНК, РНК або білків, порушують функціонування генетичного матеріалу і викликають виникнення неоплазм;
• ДНК-і РНК-віруси, які вбудовуються в клітинний геном і експресують гени і білкові продукти, що викликають неопластичних трансформацію. Такі гени стали називати онкогенами.
Дані про роль вірусів у розвитку пухлин були отримані на початку XX століття. Так, в 1908 р. V. Ellerman і O. Bang викликали лейкоз у курей впливом безклітинного екстракту з пухлинних клітин, а в 1910 р. Rous описав перший онкогенний вірус, здатний ініціювати саркому у курей. У 1968 р. Л.А. Зільбер сформулював вірусно-генетичну теорію виникнення неоплазм під дією онкогенних вірусів. Вірусний канцерогенез спочатку був описаний тільки в птахів і тварин. Останнім часом отримані дані про участь вірусів у розвитку деяких пухлин у людини: ДНК-яке містить вірусу Епштейна - Барр у розвитку лімфоми Беркітта і назофарингеальної карциноми, ДНК папіломавірусу - раку шкіри та геніталій; РНК-вмісних вірусів: імунодефіциту людини HIV у виникненні сарком, Т-клітинного лімфотропної вірусу HLTV 1 як причини деяких видів Т-клітинних лімфом і лейкемій та ін
ДНК-віруси частково або повністю вбудовуються в клітинний геном людини, експресують вірусні гени і які утворюються білки в ядрі, порушують реалізацію клітинної програми. Так, Т-антиген вірусів SV40 і поліоми, Е7 вірусу папіломи людини зв'язуються і інактивують білки-репрессора пухлин Rb і / або р53.
До ДНК-онковірусах відносять також вірус герпесу, аденовірус, паповавірусах, вірус вітряної віспи. Як правило, ці віруси викликають інфекційні хвороби і лише в одному з мільйона випадків - злоякісну трансформацію. ДНК-вірус гепатиту В є причиною раку печінки, від якого у світі щороку помирає близько 500 000 чоловік, хоча і в цьому випадку інфікування, як правило, відбувається за 20-25 років до виникнення пухлини.
РНК-онковірус є ретровірусами. Потрапляючи в клітини людини, вони синтезують ДНК за допомогою зворотної транскриптази і включають її в еукаріотичний геном у вигляді провірусу. У 1976 р. за допомогою техніки рекомбінантних ДНК в ретровірус саркоми Рауса була розшифрована структура генетичного матеріалу (рис. 3.4) і поряд з трьома зазвичай зустрічаються у всіх вірусів генами виявлено ген, відповідальний за злоякісну трансформацію і названий src-онкогенів. Показано, що якщо src-ген вбудовується в геном нормальних клітин, що ростуть в культурі, то вони втрачають здатність до контактного гальмування і здобувають всі властивості трансформованих клітин.
У 1989 р. Д. Бішоп та Г. Вармус на РНК-вмісних вірусах встановили, що онкогени не притаманні вірусам початково, але запозичені з генома тих клітин, в яких вони мешкають. За час існування у складі вірусного геному вони піддаються численним мутацій і набувають онкогенні властивості. У деяких випадках віруси не містять онкогенів, але досить випадкового впровадження в геном людини чужорідного генетичного матеріалу, що містить енхансери, або підсилювачі транскрипції, щоб помінялася експресія сусідніх з ним генів господаря і відбулася їхня трансформація.
Дослідження структури геному ссавців і людини показали, що в еукаріотичних клітинах гени, що кодують ФР, рФР, транскрипційні фактори та інші білки, залучені в регуляцію росту і диференціювання, є структурними аналогами онкогенів, тобто тими вихідними генами, з яких онкогени виникли. Ці нормальні клітинні гени, прототипи онкогенів, не володіють трансформирующими властивостями і їх називають протоонкогенах.
В даний час вивчені десятки вірусних онкогенів, з яких більше 50% кодують в клітинах тирозинових про-теінкінази (тир-ПК), а інші містять інформацію про різні функціонально активних білках: скороченому факторі зростання тромбоцитів (ФРТ), скороченому рецепторі епідермального фактору росту ( РЕФР), ДНК-зв'язуючих, ГТФ-зв'язуючих та деяких інших регуляторних білках.
МЕХАНІЗМИ Неопластичні ТРАНСФОРМАЦІЇ
Вірусні онкогени відповідальні за дуже невелику частину неоплазм людини, тому увага молекулярних онкологів головним чином зосереджена на клітинних онкогенах. Останні виникають у результаті точкових мутацій в кодують і регуляторних областях протоонкогенів, їх ампліфікації (збільшення числа копій) і активації під впливом екзогенних промоторів, втрати окремих алелей та генних локусів при поділках та хромосомних перебудовах, модуляції експресії генів на рівні транскрипції і трансляції (рис. 3.5). Показано, що рак частіше виникає із соматичних клітин, ніж з статевих, тому можна сказати, що соматичні мутації є причиною основного числа пухлин.Встановлено, що в регуляції росту і диференціювання зслеток бере участь більше 100 різних генів і близько 10 генів - супресорів пухлинного росту, або антионкогенов (табл. 3.1). Продукти багатьох онкогенів мають структурну гомологію з такими ФР і рФР, як епідермальний ФР (ЕФР), ФР тромбоцитів, ФР фібробластів, інсуліноподібний факторами 1 або 2.
Вони мають або протеінкіназной активністю, або є аналогами регуляторшлх білків мультіферментньпс ціклінових комплексів або ДНК-зв'язуючих білків. Антіонкогени (р53, pRb, р21, р16, WT1) кодують регуляторні білки, які стримують реплікативний потенціал клітин, тому їх інактивація тягне за собою порушення контролю клітинної проліферації.
Останнім часом увагу дослідників-онкологів залучили гени, що кодують цикліни і цікліізавісімие кінази: нормальні регулятори клітинного циклу та їх інгібітори. Існує також велика група генів-модуляторів, що не викликають трансформації, але сприяють поширенню пухлини в організму (гени головного комплексу гістосумісності імунної відповіді; гени, які контролюють функціонування протеолітаческіх ферментів, та ін.)
Малігнізація клітин є наслідком каскадного накопичення в геномі різних порушень. Для розвитку раку необхідно, щоб відбулися зміни не менше ніж у 6 - 10 генетичних факторах (теорія багатоступеневого канцерогенезу). Зміни в межах всього однієї копії або алелі протоонкогена достатні для перетворення його на онкоген із збільшеною стимулюючої проліферацію активністю, тобто онкогени можна розглядати як домінантні трансформують гени. Антіонкогени, навпаки, виявляються рецесивним чином тобто для порушення клітинної проліферації і диференціювання необхідна інактивація обох алелів. Присутність змін в обох алелі переводить клітку з гетерозиготного в гомозиготний стан, тобто спостерігається втрата гетерозиготності - loss of heterozygosity (LOH). Серед генів - супресорів пухлин винятком є ген р53, пошкодження в одному з алелів якого веде до зміни функцій білка.
Спектр змін генетичного матеріалу в кожній конкретній пухлини має індивідуальний характер, однак наявність загальних закономірностей для неоплазм певної локалізації дає підставу пов'язувати їх з патологією певного органу (див. табл. 3.1).
У більшості пухлин виявляється відразу кілька онкогенів. Особливо часто зустрічаються мутації в генах - супрессорах пухлин, які кодують білки, інгібуючі аномальний зростання та трансформацію клітин.
Описано більше 10 супресорних білків. Найбільш вивченими з них є Rb і р53. Так, при ретинобластомі - рідкісному дитячому онкологічному захворюванні сітківки ока спостерігається інактивація гена Rbl, що кодує білок ядерний з мовляв. масою 105 000. У нормі цей білок інгібує проліферацію клітин, тому що здатний зв'язуватися і інактивувати Фактор транскрипції EF2, який у свою чергу підсилює експресію Рістстимулюючий білків і ферментів: ДНК-полімерази α (рис. 3.6). Однак Rb перестає впливати на перехід клітини з G, в S-період, якщо він фосфорилюватись або інактивованих зв'язуванням з іншими білками-інгібіторами, а також у результаті мутацій в гені. Це стимулює проліферативний процес.
Іншим антионкогенов є р53. Його функція найбільш часто порушена у онкологічних хворих. Цей антіонкогени кодує ядерний білок з мовляв. масою 53 000, якою, будучи транскрипції чинником, контролює в клітинах надзвичайно важливі функції: після пошкодження ДНК інгібує проліферацію і активує її репарацію, але якщо остання неможлива, то спонукає клітини до апоптозу, а також пригнічує ангіогенез в пухлинах.
Білок р53 складається з трьох доменів: регулює транскрипцію, що забезпечує зв'язування з ДНК і відповідального за олігомеризації. Він зв'язується з регуляторними ділянками ДНК у вигляді тетрамера і має значну кількість генів-мішеней, у яких є послідовності, здатні приєднувати р53 і таким чином змінювати свою активність (рис. 3.7). До генам, експресія яких залежить від р53, відноситься ген waf l, що кодує білок - інгібітор ціклінзавісімой кінази. В останні роки в клітинах виявлена група білків - циклінів, які активують більше десятка гомологічних за структурою сер / тре-ПК, названих ціклінзавісімимі протеїнкінази. Утворюючи комплекси з циклін, ці ПК фосфорилируют білки, які здійснюють просування клітини по клітинному циклу і забезпечують подолання G1 / S і G2 / M перевірочних точок. Білок р53 збільшує експресію гена waf l і синтез білка р21.
Іншим геном, транскрипція якого посилюється р53, є gadd 45. Показано, що експресія цього гена зростає в клітинах, підданих іонізуючої радіації.
Два гена - bcl-2 і Ьах, чутливі до р53, регулюють руйнування клітин шляхом апоптозу. Однак приєднання до регуляторного ділянці р53 припиняє експресію гена bcl-2, що є інгібітором апоптозу, і активує ген bах, який стимулює апоптоз.
Білок р53 збільшує експресію гена тромбоспондину, який кодує білок, що перешкоджає зростанню кровоносних судин у пухлині - ангіогенезу і, отже, запобігає метастазування.
Центральна роль р53 у регуляції метаболізму клітини пояснює, чому частота мутацій в гені цього білка особливо велика. Так, у людей мутації в цьому гені виявлені практично у всіх типах пухлин. Вони спостерігаються в 70% випадків раку товстої кишки, 56% раку легенів і 40-45% випадків раку яєчників, стравоходу, підшлункової залози, шкіри та шлунку.
Таким чином, згідно з сучасними уявленнями, інактивація, ампліфікація або накопичення мутацій в генах, що кодують білки, що беруть участь у регуляції проліферації, диференціювання та апоптозу, включення механізму підтримки довжини теломер створюють передумови для трансформації та імморталізаціі клітин.
ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ДІАГНОСТИКИ І ЛІКУВАННЯ РАКУ. Модифікатори
Одним із напрямів у розвитку діагностики онкологічних захворювань є пошук і створення методів виявлення індикаторів пухлинного процесу - пухлинних маркерів.Пухлинними маркерами (ОМ) називають з'єднання: білки, біологічно активні пептиди, гормони, ферменти і метаболіти, які синтезуються раковими клітинами або клітинами нормальних тканин у відповідь на розвиток раку. Вони повинні синтезуватися тільки в організмі пухлиноносія і відображатися в нормальних клітинах, так як є продуктами аномальної експресії геному ракової клітини. ОМ, як правило, виявляють у крові або інших біологічних рідинах організму і використовують для скринінгу населення на носійство пухлини, як прогностичний фактор, для оцінки стану пацієнта в клінічній стадії і моніторингу в ході лікування, а також з метою виявлення рецидивів хвороби.
Відповідно до сучасної класифікації, ОМ ділять на три основні групи:
* Первинні пухлинно-асоційовані;
* Вторинні, які продукують пухлиною (специфічні і неспецифічні);
* Вторинні, індуковані пухлинною хворобою.
Ця класифікація не позбавлена недоліків, оскільки одне і те ж з'єднання може синтезуватися клітинами пухлини і вироблятися нормальними клітинами органу у відповідь на пухлинну інвазію.
Значимість ОМ оцінюють за такими критеріями:
1) діагностична чутливість; характеризує здатність тіста виявити захворювання у хворого
2) специфічність; характеризує здатність тіста давати негативний результат у групі здорових
3) ефективність. характеризує здатність розрізняти пухлинні і непухлинні захворювання
Сучасні біохімічні та імунологічні методи дозволяють виявити неоплазми, коли число пухлинних клітин досягає 109-1010, а рівень секретованої пухлиною маркера від 1 до декількох фемтомолей на 1 мл біологічної рідини. Слід зазначити, що більшість відомих в даний час ОМ не відповідає цим критеріям. Майже у всіх випадках при ряді таких патологічних станів, як запальні захворювання печінки, підшлункової залози і легенів, відзначається неспецифічне, часто незначне підвищення рівня маркера.
У клінічній практиці найбільш часто використовують такі онкофетальні білки, як
- Раковий ембріональний антиген,
- Α-фетопротеїн (АФП),
- Плацентарні білки (хоріонічний гонадотропін β-HCG,
- Плацентарна лужна фосфатаза та ін),
- Диференційовані антигени лімфоцитів: тканинний поліпептидний специфічний антиген або тканинний поліпептидний антиген.
До ОМ, що з'являються в організмі хворого у відповідь на розвиток пухлинного процесу, відносять білки гострої фази запалення, феритин, церулоплазмін, гаптоглобулін, С-реактивний білок, ізоформи ЛДГ і креатинкінази і ряд ін
ХІМІОТЕРАПІЯ
При виявленні пухлини або на більш пізніх стадіях онкологічного захворювання використовують хіміо-та радіотерапію, а також симптоматичне лікування. Дуже важливим є якомога повніше хірургічне видалення неоплазми.До лікувальних заходів, що знайшли застосування в клінічній практиці, пред'являється дві основні вимоги:
- Надавати цитостатичний (запобігає проліферацію)
- Надавати цитотоксичний (знищує пухлинні клітини) ефекти.
Однак хіміотерапія припиняє синтез ДНК і клітинний розподіл за механізмами, загальним для всіх клітин, звідси її токсичність і численні побічні ефекти. Успіх лікування пов'язаний з більшою чутливістю до лікарських засобів неопластичних клітин в порівнянні з нормальними, незміненими клітинами і відображає компроміс між ефективністю відносно пухлини і токсичністю для здорових тканин.
У хіміотерапії використовують
- Алкілуючі агенти: цисплатин, мелфалан, циклофосфамід, викликають поперечні зшивки в нитках ДНК;
- Антиметаболіти: цитозин арабінозід, гидроксимочевина, метотрексат, інгібуючі синтез нуклеїнових кислот і нуклеотидів,
- Антибіотики: блеомицин, даунорубіцин, доксорубіцин, інтеркалює між азотистими основами ДНК і викликають хромосомні розриви і фрагментацію макромолекул;
- Деякі рослинні продукти, інтерферон, аспарагінази і антагоністи статевих гормонів.
Однак до теперішнього часу хіміотерапія в багатьох випадках залишається малоефективною.
Головна причина низької ефективності хіміотерапії - множинна лікарська стійкість (МЛС), яка розвивається у хворого у відповідь на багаторазове введення хі-міопрепарата. МЛС є результатом суперекспрес Р-глікопротеїну (Р170) і ряду глутатіонзалежної ферментів, що здійснюють детоксикацію лікарських засобів. Р170 - це енергозалежний трансмембранний насос, він за рахунок енергії АТР здійснює «відкачування» протипухлинних препаратів з ракових клітин і перешкоджає їх накопиченню в цитотоксичних концентраціях.
Практика показала, що лікування одним лікарським препаратом, за рідкісним винятком, не здатне привести до зцілення. Як правило, хіміотерапію поєднують з радіотерапією, яка викликає в опроміненої тканини індуковані вільними радикалами розриви ниток ДНК і апоптоз. Перспективним напрямом стала фотодинамічна терапія, що стимулює руйнування пухлини впливом введених в пухлину речовин, які переводять в активований стан за допомогою випромінювання лазера.
Вселяє нові надії на успіх у лікуванні раку стало створення різних моделей спрямованої доставки хіміопрепаратів в уражену тканину за допомогою антитіл до антигенів пухлин, фетальних білків та факторів росту до їх рецепторів, які суперекспрессіровани на плазматичної мембрани ракових клітин.
У стадії розробки і багато інші підходи до лікування онкологічних захворювань: пошуки інгібіторів протеаз і можливостей модулювати зміст інтегринів, які здатні були б зупинити метастазування.
Виникло напрям генної терапії, яке ставить перед собою завдання знайти способи відновлення функцій генів, що інгібують проліферацію і зростання, і виключення онкогенів, що порушують узгодженість процесів росту, диференціювання та апоптозу. Це вселяє надію, що найближчими роками людство зможе більш ефективно боротися за життя і здоров'я онкологічних хворих.