ГЛАВА 78. ОСНОВЫ НЕОПЛАЗИИ

Джон Мендельсон (John Mendelsohn)

Введение. Последние годы отмечены значительным прогрессом в понимании биологических и биохимических основ развития рака. Однако это не означает, что проблема неопластических заболеваний решена. Успехи в лечении рака у взрослых приходили постепенно и касались в основном злокачественных опухо­лей, характеризующихся необычно высокой чувствительностью к лучевому воздей­ствию и химиотерапии. Они включают прежде всего острый миелоцитарный лейкоз — лимфопролиферативные злокачественные заболевания, рак яичка и молочной железы. Новые способы лечения, включая иммунотерапию и применение веществ, способствующих нормальному созреванию клеток, пока остаются на стадии экспериментов и интенсивного изучения. Между тем начаты поиски соеди­нений, способных взаимодействовать с продуктами онкогенов, генными регуля­торами, факторами роста и их рецепторами. Исследования с применением совре­менных методов молекулярной генетики и иммунологии способны обеспечить создание новой группы противораковых веществ, которые в свою очередь могут быть быстро подвергнуты клиническим испытаниям. Такие разработки представ­ляются возможными, поскольку понимание рака как патологического процесса подкрепляется новыми знаниями о нем как о приобретенном генетическом нару­шении.

Это глава представляет собой обзор биологии, этиологии и клинических проявлений неопластического процесса, вслед за которым дается описание обще­принятых методов диагностики рака, определения его стадии или степени распро­страненности процесса. Лечение рака описывается в последующей главе, а де­тали ведения больных определенными формами злокачественных опухолей будут приведены в главах, посвященных поражениям различных органов.

Определение понятия. Термины «рак», «неоплазия» и «злока­чественность» широко употребляются как в специальной, так и в популярной литературе. Заболевание, именуемое раком, наиболее полно определяется че­тырьмя характерными чертами, которые отличают раковые клетки от их нормаль­ных аналогов.

1. Клональность: в большинстве случаев раковая опухоль возникает из единственной стволовой клетки, пролиферирующей с образованием клонов злокачественных клеток.

2. Автономия: рост опухолевых клеток не регулируется должным об­разом нормальными биохимическими и физическими влияниями со стороны окру­жающей среды.

3. Анаплазия: отсутствие нормальной координированной клеточной дифференцировки.

4. Метастазирование: раковые клетки приобретают способность к неограниченному росту и диссеминации в другие органы и ткани.

Аналогичные свойства могут проявляться и у нормальных неопухолевых клеток в определенные периоды их жизненного никла, например в ходе эмбрио­генеза и репаративной регенерации, но у раковых клеток эти признаки неадек­ватны или чрезмерно выражены. Процесс, в ходе которого нормальная клетка приобретает указанные черты, называется злокачественной трансформацией.

Таблица 78-1. Оценка количества новых выявленных случаев заболеваний и смертности для рака наиболее часто встречающихся локализаций (1984 г.)

Включая шейку матки; если суммировать указанное в таблице число случаев с числом рака in situ, то общее число составит 99 000.

² Оценка количества новых выявленных случаев рака кожи (исключая меланому) около 400 000.

Примечание. Оценка количества наблюдений основана на данных N. С. I. Seer programm 1973—1979 гг.

Клинические аспекты. Одна треть всего населения США находится под угрозой поражения раком. Средняя пятилетняя выживаемость для этих больных (вероятность отсутствия смертельного исхода от рака в течение 5 лет с момента установления диагноза) увеличилась почти до 50% в результате улучшения ранней диагностики и успехов в лечении этого заболевания. Однако рак про­должает занимать второе место среди причин смерти в этой стране, уступая только сердечно-сосудистым заболеваниям. Около 20% американцев умирают от рака, в 1984 г. это составило 450 тысяч случаев. Половина смертельных исходов связана с тремя наиболее часто встречающимися локализациями опухолей: легкое, молочная железа и толстая кишка. Раком легкого чаще болеют мужчины, в то время как рак молочной железы является наиболее частой формой злока­чественных опухолей у женщин. Рак толстой кишки встречается одинаково часто у мужчин и женщин. Ежегодно Американское противораковое общество представляет суммарные данные о частоте и уровне смертности при наиболее часто встречающихся типах рака. В табл. 78-1 и на рис. 78-1 представлена лишь небольшая часть доступных сведений об их распространенности. Особого вни­мания заслуживают данные (см. рис. 78-1) о повышении смертности от рака легкого по сравнению со стабильными или снижающимися цифрами, характери­зующими смертность от других злокачественных заболеваний.

Обычно рак представляется врачу как очаг патологического роста тканей или опухоль, которая вызывает недомогание, обусловленное продукцией биохимиче­ских активных молекул, местного распространения или инвазии в прилежащие или отдаленные ткани. Симптомы заболевания зависят от характера продуци­руемых опухолью молекулярных продуктов и локализации(и) опухолевого про­цесса. Каждый тип рака характеризуется вполне определенным течением заболе­вания, лежащим в основе вероятных клинических проявлений конкретного опу­холевого процесса. Выбор надлежащего плана лечения для каждого больного злокачественной опухолью зависит от выявленной степени распространенности опухолевого процесса, представлений о его клиническом течении и возможных методах лечения для каждого типа рака.

Биология и биохимия опухолевой клетки. Поскольку все клетки организма происходят из единственной оплодотворенной яйцеклетки, все они несут одинаковую генетическую информацию. Пролиферация и дифференцировка этой клет­ки в эмбрион, а в конечном итоге — зрелый организм, базируется на избира­тельной и координированной реализации геномного набора.

Рис. 78. Уровни смертности от рака различной локализации в США 1930— 1979 гг. (подготовлено Американским противораковым союзом по данным Нацио­нального центра статистики здоровья и Бюро переписи).

Контроль за экспрессией генов осуществляется посредством недостаточно известных молекулярных взаимодействий, которые могут быть частично измене­ны путем химических воздействий со стороны микроокружения. Геномный набор включает информацию, позволяющую клеткам клонально размножаться, функ­ционировать с различной степенью автономии, дифференцироваться и дедифференцироваться, мигрировать от одной части тела к другой. Во взрослом орга­низме процессы раневого повреждения и заживления активируют проявление свойств этих клеток в «эмбриональноподобной» форме, но под хорошо коорди­нированным контролем. При злокачественной трансформации нормальный про­цесс контроля извращается или отсутствует в результате аномального действия особой группы генов (онкогенов), которые имеют ведущее значение в регуляции клеточной активности. Детальное обсуждение онкогенов представлено в гл. 59.

Клональность. Тщательный цитогенетический анализ хромосом рако­вых клеток в стадии метафазы принес богатую информацию о неопластическом процессе. Стало ясно, что фактически все солидные опухоли и большинство новообразований гематопоэтической системы характеризуются нарушениями кариотипа, наследуемыми популяцией опухолевых клеток. Это может сопровож­даться транслокацией фрагментов хромосом в другие участки, добавлением или исчезновением частей хромосом или целых хромосом. У значительной части больных с определенной формой рака нередко возникает серьезное повреждение кариотипа. Первым и наиболее хорошо известным примером такого нарушения является филадельфийская хромосома (РП), выявляемая у 85% больных хро­ническим миелолейкозом (ХМЛ), при котором длинное плечо хромосомы 22 транслоцировано в длинное плечо хромосомы 9. Это повреждение настолько характерно для ХМЛ, что выявление идентичной транслокации при анализе не­которых случаев острого лимфоцитарного лейкоза было интерпретировано как свидетельство необычной конверсии ХМЛ (как правило, ХМЛ прогрессирует в сторону острого миелоцитарного лейкоза). Характерные перестройки хромосом описаны и при ряде других форм рака у человека.

Выявление однотипных нарушений кариотипа во всех клетках опухоли является важным доказательством клепального происхождения новообразований. В свою очередь хромосомные нарушения служат маркерами злокачественного перерождения конкретных клеток.

Было показано удивительное соответствие между локализацией в хромосоме некоторых клеточных онкогенов и точками разрыва, выявленными при хромо­сомных транслокациях в злокачественных опухолях у человека. Кроме того, во многих случаях эти локусы коррелировали со «слабыми» точками в хромосоме. Воздействие на культивируемые клетки веществами, подавляющими репарацию ДНК, приводит к частым разрывам хромосом именно в этих точках. Обсуждае­мая в настоящее время вполне обоснованная гипотеза связывает эти феномены воедино и предполагает, что перестройки хромосом могут приводить к активации клеточных онкогенов. Например, при лимфоме Беркитта типичная транслокация между хромосомами 8 и 14 ставит клеточный онкоген туе рядом с локусом цепочки тяжелых иммуноглобулинов, местом генной активации нормального лимфоцита.

Исследования избирательной экспрессии Х-связанных изрэнзимов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФД) у гетерозиготных больных дали новые свидетель­ства клонального происхождения большинства типов раковых опухолей из одних и тех же материнских клеток. Исследование изоэнзимов Г-6-ФД и кариотипов у больных ХМЛ выявило клональные нарушения в эритроидных, миелоидных и мегакариоцитарных клетках, как и в В-лимфоцитах, что позволило пред­положить происхождение данного вида злокачественного поражения из клетки-предшественника, общего для всех этих клеточных линий.

Хотя имеются убедительные доказательства возникновения рака вследствии генетических повреждений одной клетки, кроме того, достаточно часто отмеча­ются наследственные нарушения, приводящие к образованию комплекса гете­рогенных субклонов в популяции зрелых опухолевых клеток. Последняя пролиферирует в достаточной степени для клинического выявления опухоли. Эта гетерогенность может быть показана при анализе всего разнообразия признаков, характеризующих субпопуляции клеток в пределах одной опухоли. Например, дальнейшие нарушения кариотипа, различная чувствительность к воздействию лекарственных препаратов, неодинаковая способность к метастазированию, ско­рости роста, наличие или отсутствии гормональных рецепторов или особых гликопротеинов клеточной поверхности. Поэтому с течением времени прогрессивное накопление наследственных нарушений в субпопуляциях опухолевых клеток обыч­но приводит к значительным изменениям фенотипа. Клиническим эквивалентом последних является развитие резистентности по отношению к ранее эффектив­ным лечебным воздействиям или дальнейшее прогрессирование метастатического процесса. Появление новых хромосомных нарушений у больных ХМЛ с наличием хромосомы Рп" означает начало быстрого прогрессирования опухолевого про­цесса фатальной фазы заболевания. Схематическая модель процесса клональной прогрессии представлена на рис. 78-2. Остается определить, когда в ходе раз­вития типичного злокачественного новообразования наступает процесс клональ­ной прогрессии: ряд генетических повреждений может возникать на ранних эта­пах с более поздним распространением отдельных субпопуляций из гетерогенной смеси клеток по мере изменения условий; и, наоборот, могут иметь место гене­тические нарушения с очень коротким временным интервалом между их возникно­вением и выявлением на основе изменений в поведении опухолевых клеток. Вслед за открытием клеточных онкогенов быстро накопились свидетельства, позволяющие полагать, что последовательная активация двух или более таких генов может составлять основу молекулярно-генетической теории клональной прогрессии субпопуляции опухолевых клеток. Кроме транслокации, активация клеточных онкогенов может быть результатом действия ряда других генетиче­ских механизмов. Эти механизмы включают амплификацию генов или прикрепле­ние активатора транскрипции, прилежащих к цнс или находящихся в транс­связи с клеточным онкогеном в присутствии или в отсутствие сопутствующих мутаций специфических нуклеотидов в цепочке ДНК онкогенов. Многие из этих изменений не выявляются в кариотипе, но их можно идентифицировать посред­ством специального анализа расщепленной клеточной ДНК или разложения ДНС.

Рис. 78-2. Схематическая модель клональной прогрессии. N-клетка является нормальной. Отмечены пять гипотетических генетических изменений:

1 — не приводит к малигнизации; 2 — вызывает малигнизацию, 3 — прибавляет свой­ство инвазивности; 4 — обусловливает способность к диссеминации и образованию метастазов и 5 — вызывает резистентность к химиотерапии. Каждое из этих изменений может сопровождаться инкреминированными нарушениями кариотипа с возрастающей склонностью к анеуплоидии в процессе последующей клональной эволюции.

Автономия. Влияние факторов среды, регулирующих пролиферацию нормальных клеток, при возникновении злокачественной трансформации извра­щается. Это демонстрируется рядом экспериментальных воздействий, которые так или иначе свидетельствуют о сохранении злокачественными клетками спо­собности к пролиферации в условиях, рассматриваемых обычно как неблаго­приятные (табл. 78-2).

По крайней мере на начальных этапах опухолевого роста автономия злока­чественных новообразований у человека представляется скорее относительной, чем абсолютной. Хорошо известные эксперименты Huggins с сотр. в 50-х годах привели к возникновению нового подхода к лечению рака, который предусматри­вал изначальную зависимость некоторых опухолей от обычных воздействий поло­вых гормонов. Конверсия многих форм рака предстательной и молочной желез от чувствительности к резистентности в ходе гормональной терапии наглядно демонстрирует дальнейшее развитие автономии посредством клональной про­грессии.

Таблица 78-2. Экспериментальное обнаружение злокачественной трансформации

Рис. 78-3. Схематическое изображение аутокринной, паракринной и эндокринной секреции.

Пептидные факторы роста показаны в латентной форме внутри клетки. Утолщенные полукруглые участки клеточной мембраны представляют собой рецепторные зоны (из М. В. Sporn, G. J. Tobaro — New Engl. J. Med., 1980, 303, 878).

Многие линии опухолевых клеток могут пролиферировать в культуральной среде без обычных компонентов сыворотки крови при условии, что к'ней добавля­ется «коктейль», содержащий от трех до пяти факторов роста и другие стимули­рующие рост клеток вещества. Примерами таких факторов являются эпидермальный фактор роста, тромбоцитарный фактор роста, белковый носитель трансферрина и инсулин. Однако для развития злокачественных клеток присутствие этих весьма существенных факторов не обязательно. В экспериментальных усло­виях был обнаружен механизм, возможно имеющий и клиническое значение, бази­рующийся на продукции фактора роста (или его аналога) самими опухолевыми клетками. Этот процесс получил название аутокринной секреции. В этом случае гликопротеин, секретируемый опухолевыми клетками, оказывается способным связываться с рецепторами на поверхности опухолевых клеток, что приводит к аутостимуляции (рис. 78-3). Первый аутокринный фактор опухоле­вого роста, на котором следовало бы остановиться, это трансформирующий а-фактор роста, аналог эпидермального фактора роста. В других случаях опухо­левая клетка может активировать внутренний биохимический процесс, обычно зависящий от связывания специфического фактора роста с рецептором клеточ­ной поверхности, тем самым полностью снимая необходимость присутствия сти­мулирующего рост агента.

Анаплазия. Отсутствие нормальной дифференцировки опухолевых кле­ток служит критерием, наиболее часто применяемым в диагностике злокачествен­ности опухолевого процесса. Раковым клеткам присущи некоторые морфологи­ческие признаки нормальных зрелых аналогов. В то же время при исследовании опухолей с помощью светового микроскопа легко обнаружить отклонения струк­туры как на уровне отдельных клеток, так и их скоплений. Для них характерны крупные ядра с более структурированным хроматином и четко сформированными ядрышками. Здесь определяются увеличенное количество митозов, в том числе и патологических, и гигантские опухолевые клетки, содержащие несколько ядер, что свидетельствует об анеуплоидии и/или нарушениях кариокинеза. Выраженность морфологических изменений обычно коррелирует со степенью распростра­ненности опухолевого процесса или метастатическим потенциалом опухоли. Гисто­логическая картина злокачественности характеризуется картиной беспорядка с частичной или полной утратой нормальной архитектоники субстрата. Однако можно полагать, что даже в малодифференцированных злокачественных ново­образованиях возможно формирование структур, напоминающих железы или ворсинки.

На биохимическом уровне анаплазия сопровождается продукцией гормонов или связанных с гормонами пептидов, которая либо извращенно регулируется нормальными механизмами обратной связи (например, избыточная продукция кортикостероидов опухолевыми клетками рака коры надпочечников), либо не­свойственна этому типу клеток при условии их нормальной дифференцировки (например, продукция АКТГ клетками рака легкого). В подобных случаях геномный набор опухолевых клеток- реализуется несвойственным образом. Дру­гим примером является нерегулируемое образование иммуноглобулина (частич­ная или полная цепочки) неонластическими дериватами В-лимфоцитов.

Гистологические признаки аномального характера, не согласующиеся с критериями анаплазни (утрата дифференцировки), описываются под названием диспластических. Подобные изменения могут обнаруживаться при пред-раковых состояниях, например, в эпителиальной выстилке бронхов курильщиков сигарет. Эти нарушения часто обратимы. Прекращение курения может привести к нормализации легочного эпителия через 5 лет.

Метастазироваиие. Этот термин объединяет ряд фенотипических признаков, совокупность которых и составляет осложнение, наиболее часто веду­щее к смерти больного при раке. Клетки утрачивают способность к сцеплению и точное положение в организованной ткани, мигрируют к близлежащим участ­кам, приобретают способность к проникновению в кровеносные сосуды и выходу из них, к пролиферации в несвойственном для них месте и среде обитания. Эти изменения сопровождаются биохимическими нарушениями, способствующими ме­тастатическому процессу. Инвазивные опухоли могут секретировать ряд энзимов, разрушающих ткани, включая коллагенааы и лизосомные гидролазы. Кроме того, продуцируются активаторы плазминогена, способствующие фибронолизу. В про­тивоположность этому на тех стадиях, когда образование очага опухолевых клеток может иметь значение для их выживания, в окружающую среду могут высвобождаться прокоагулянтные соединения. В экспериментальных условиях, когда опухолевые клетки проявляют склонность к избирательному поражению некоторого органа как предпочтительного очага метастазирования, представ­ляется, что молекулы поверхности метастатических клеток обнаруживают высо­кую степень сродства к эндотелиальным клеткам сосудистого русла органа-мишени. В процесс развития опухоли от гомогенного пролиферирующего клона до группы гетерогенной субпопуляции клеток вовлечен целый ряд биохимиче­ских превращений. Некоторые из этих популяций прогрессивно накапливают целый спектр энзимов и молекул поверхности, необходимых для реализации процесса метастазирования. Возможно именно по этой причине на ранних этапах опухолевого роста частота метастазирования низка, несмотря на высвобожде­ние из опухоли в общую циркуляцию злокачественных клеток в большом коли­честве и на протяжении длительного периода. Вещества, способные блокировать критические моменты в процессе метастазирования, имели бы огромное значение в арсенале противоопухолевых средств, доступных для врача.

Представляется, что клональная прогрессия опухоли вызывает такие био­химические или функциональные сдвиги, которые приводят к большей автономии, более высоким степеням анаплазии и большей способности к метастазированию. Вследствие прогрессивного характера селекции клеток с повышенной способно­стью к образованию опухоли, процесс получил название клональной эволюции. По своему значению этот процесс вполне сопоставим с дарвинской теорией эво­люции, но в данном случае все указанные изменения происходят на клеточном уровне.

Этиология, Частота рака варьирует в зависимости от пола, расовой при­надлежности и географического местонахождения индивида. Кроме того, типы наблюдаемых опухолей различаются в зависимости от возраста. Некоторые осо­бенности частоты неопластических заболеваний объясняются наследственными чертами и изменениями внутренней среды и микроокружения клеток. Эпидемиоло­гические исследования показывают, что характер питания и воздействие химиче­ских и физических факторов окружающей среды также вносят свой вклад в процесс развития опухоли. Факторы среды, оказывающие влияние на частоту рака, распределяются в виде трех больших групп: радиация, химические вещества, вирусы.