Биология опухолевого роста

Основы противоопухолевой терапии базируются на наших знаниях о биоло­гии опухолевого роста. Два десятилетия назад представление о том, что даже небольшие по размерам первичные раковые опухоли отторгают жизнеспособные опухолевые клетки в систему циркуляции и эти клетки способны расти так же, как и в первичной опухоли, основательно изменили представления о вероят­ности полного излечения рака путем применения лишь методом локального контроля первичного очага, что и привело к развитию системных методов воздей­ствия, таких как химиотерапия и биологические методы лечения. Оказалось, что раковый фенотип возникает в результате нарушений в генетических механизмах, имеющих значение для биологии развития. В нормальном геноме существует группа генов, сохраняемых с высоким постоянством. Имеются сведения о том, что нарушение их структуры или изменение локализации в пределах генома являются ответственными за нарушение регуляции роста вследствие продукции несвойственных норме протеинов или необычных их количеств. Хотя протоонкогены были первоначально выявлены в несовершенных онкогенных ретровирусах, существование протоонкогенов в нормальных тканях и онкогенов во многих рако­вых опухолях человека было доказано в опытах с переносом ДНК (см. гл. 59). Возрастание или нарушение экспрессии было обнаружено в мелкоклеточном раке легкого, раке толстой кишки и молочной железы, лимфомах. Злокачест­венный фенотип более всего похож на конечный результат экспрессии каскада этих генов. Тот факт, что продукты этих генов являются важными для роста клеток, подчеркивается частичным их соответствием некоторым факторам роста и их рецепторам. Опыты на мышах, подвергнутых генной мутации (мыши вво­дились одиночные копии онкогенов путем вставки в оплодотворенную яйце­клетку), обеспечили открытие важного пути для выявления каскада генов, активированных для каждого гистологического типа рака, и применимы для контроля экспрессии этих генов как будущих средств предупреждения, диагно­стики или лечения рака у человека. Например, показано, что фосфорсодержащие производные нуклеозидов, комплементарные ДНК известных онкогенов, которые могут пенетрировать клеточные мембраны, способны блокировать трансляцию м-РНК и препятствовать функционированию этих генов in vitro.

Так как протоонкогены — это важные элементы в регуляции эмбриональ­ного роста, то неудивительно, что расстройства регуляции могут привести к не­контролируемому патологическому росту. Для опухолевых клеток характерны не только неконтролируемый рост, но и способность к миграции и метастазированию в жизненно важные органы с замещением их ткани. Некоторые группы клеток клонируют гены, ответственные за регуляцию способности к метастазированию. Это дает основание предположить, что, подобно механизмам регуляции роста, способность к метастазированию является нарушением генетических меха­низмов, ответственных за миграцию нормальных .клеток. Свойство метастазировать, вероятно, связано со способностью злокачественных клеток экспрессировать рецепторы к белку базальной мембраны — ламинину и таким ферментам, как коллагеназы (необходимым для фиксации клеток к базальной мембране и ее разрушения), тем самым создавая возможность для удаления клетки от места ее первоначальной локализации. В исследованиях на человеке было показано, что клетки рака молочной железы экспрессируют огромное количество рецепторов к ламинину. При этом имеется прямая зависимость между экспрессией рецеп­торов и метастазированием в подмышечные лимфатические узлы. Развитие спо­собности к метастазированию, возможно, является относительно поздней сту­пенью в цепи генетических нарушений, приводящих к развернутой клинической картине опухолевого процесса. Этот факт следует учитывать, анализируя появле­ние поздних отдаленных метастазов при опухолях больших размеров опреде­ленного гистологического строения. Воздействие на способность раковых клеток к миграции имеет терапевтическое значение. Блокирование рецепторов ламинина фрагментами молекулы ламинина in vitro уменьшает способность клеток к мета­стазированию in vivo.

Рис. 79-1. Клеточный цикл.

Терминология определенных периодов клеточного цикла включает следующие фазы — М, G₁, S и G₂. М — период клеточного деления; g₁ — период нормального клеточного метаболизма, но при отсутствии синтеза репликации ДНК; клетки, которые в течение длительного времени остаются в G₁-фазе, часто расцениваются как элементы, находя­щиеся в G₀-фазе; S-фаза, или фаза синтеза ДНК,— период редупликации ДНК; за ней следует G₂-фаза, или тетраплоидная фаза, которая предшествует делению клетки. Нормальные и раковые клетки характеризуются сходными временными циклами, обычно М-фаза — 0,5—1 ч, g₁ — от 2 ч до бесконечности, S — от 6 до 24 ч, G₂ — от 2 до 8 ч.

При малигнизации клеток кинетика их роста легко определима и сходна с таковой у клеточных элементов нормальных тканей. В зависимости от особен­ностей роста нормальные ткани подразделяются на три основных класса: возоб­новляющиеся (герминативные клетки и клетки костного мозга), развивающиеся (печень, почки, эндокринные железы) и статические (нейроны и поперечно-полосатые мышечные волокна). В статических тканевых системах (например, нейроны) клетки живут в течение жизни целостного организма и не восстанав­ливаются в случае их разрушения. В восстанавливающихся тканях клетки приоб­ретают очевидную способность к делению только после уменьшения клеточной массы (вследствие травмы или хирургического вмешательства), и объем ткани восстанавливается. Взрослые клетки возобновляющихся тканей имеют опреде­ленный, обычно короткий жизненный цикл и замещаются за счет пула ство­ловых клеток. До тех пор пока интенсивность размножения клеток не начинает доминировать над процессом их гибели, неопластические процессы не обнаружи­вают себя (заметим, что и клетки нормального костного мозга способны к «мета­стазированию», расселяясь за его пределы). Вне зависимости от тканевого источ­ника злокачественного роста кинетика растущей популяции опухолевых клеток аналогична таковой в возобновляющихся нормальных тканях. Особенности раз­вивающейся опухоли лучше всего отражены как функция Compertzian. При увеличении клеточной массы рост опухоли соизмерим с экспоненциальным отста­ванием роста. Время удвоения опухоли (время, за которое происходит увеличение массы опухоли вдвое) — сложная величина, зависящая от времени клеточ­ного цикла, количества в популяции клеток в фазе деления и гибнущих клеточ­ных форм. Фазы клеточного цикла деления представлены на рис. 79-1. Жизне­способные клетки, не участвующие в цикле, но способные при определенных условиях к делению, находятся в так называемой-фазе покоя (G₀). Часть клеток данной популяции, находящихся в цикле клеточного деления (пролиферативный пул, фракция роста), можно выявить подключению ³Н-тимидина в ДНК (индекс метки), четко отражающему скорость роста опухоли. Несмотря на то что скорость роста опухоли для данного гистологического типа является относительно постоян­ной величиной, существуют значительные различия во времени клеточного цикла опухолевой ткани и ее нормального тканевого аналога. При одинаковой про­должительности клеточного цикла быстрее удвоится опухоль с более высоким показателем пролиферативного пула в случае одинакового количества гибнущих и метастазирующих клеток (потеря клеток). Именно большей потерей клеток можно объяснить длительный период удвоения массы опухоли при высоких пока­зателях пролиферативного пула (фракции роста). Потеря клеток начинается на ранних этапах роста опухоли. Даже маленькие (размером 1—2 мм) хорошо от­граниченные опухоли теряют клетки вследствие их проникновения в окружаю­щие ткани (например, опухоль толстой кишки теряет клетки со своей поверх­ности в просвет органа), лимфу или кровь. Потеря клеток может быть связана с их миграцией вследствие активного метастазирования или неспособностью кле­ток к образованию жизнеспособных колоний. Тот факт, что некоторые злока­чественные опухоли поддаются местному лечению, подтверждает предположение о том, что многие клетки, отторгнутые от первичной опухоли, по разным причи­нам не могут образовать метастатические очаги. Одной из таких причин может быть отсутствие расстройств регуляции генов, ответственных за клеточную миг­рацию.

Клональное развитие рака. Концепция развития опухоли из единственной трансформированной клетки или клона основывается на цитогенетических иссле­дованиях новообразований человека. Классическим примером клонального проис­хождения опухоли является множественная миелома, представленная опухоле­выми плазматическими клетками, секретирующими в большом количестве один и тот же тип молекулы глобулина, обнаруживаемый в крови или моче. Специфиче­ские нарушения структуры хромосом выявлены более чем в 95% всех опухолей. Первой была описана филадельфийская хромосома, встречающаяся почти у 95% больных хроническим миелолейкозом (ХМЛ) (гл. 289). В некоторых случаях аномальная хромосома 22 обнаруживается в кроветворных клетках-предшествен­никах за несколько лет до клинического проявления лейкоза. Клональное проис­хождение этого заболевания в дальнейшем подтвердилось изучением Х-инактивированной мозаичности. Каждая клетка женщины детерминирована на ранних стадиях эмбриогенеза и не зависит от активации или супрессии отцовской или материнской Х-хромосомы. С Х-хромосомой связан фермент глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа (Г-6-ФД), оказавшийся хорошим маркером для изучения клональ­ного происхождения опухолей благодаря своему полиморфизму в популяции чернокожего населения. Женщины, гетерозиготные по локусу Г-6-ФД для общего гена Gd^A и вариантного Gd^А имеют две различные популяции клеток, что отра­жается на картине электрофореза. В то время как в лейкоцитах женщин, гетерозиготных по Г-6-ФД и не страдающих лейкозом, определяют оба (А и В) типа фермента. У пациентов с хроническим миелолейкозом в опухолевых гранулоцитах обнаруживается только один тип фермента, что предполагает развитие болезни из одного клона клеток. Для некоторых онкогенов были обнаружены места расположения в зонах транслокаций, например на хромосомах 9 (с-abl) и 22 (c-sis) при хроническом миелолейкозе и хромосоме 14 (c-myc) при лимфоме Беркитта. В последнем случае продукт гена C-myc не изменен, но экспрессирован весьма существенно, так как подчинен контролю последовательности промотора гена иммуноглобулина тяжелых цепей на хромосоме 14. Показано, что цитогенетические нарушения при таких злокачественных заболеваниях, как острый миелолейкоз, могут служить показателем чувствительности заболевания к лечению и, по-видимому, типичны для определенного типа клеток. У больных с рецидивами после стойкой ремиссии, достигнутой в результате химиотерапии, обычно появляются исходные цитогенетические нарушения, которые вместе с тем могут быть связаны и с дополнительными транслокациями. При исследовании генов, регулирующих синтез глобулинов, обнаружено биклональное происхожде­ние фолликулярных лимфом. При нейрофиброме и трихоэпителиоме, являющихся наследственными опухолями, обнаружено два энзимных фенотипа, что указывает на поликлональный генез этих новообразований. Эти исключения предпола­гают, что теория соматической мутации онкогенеза не может быть единственной для объяснения возникновения всех видов новообразований.