Структура опухолевой клетки

Структурные изменения затрагивают все компоненты опухо­левой клетки — ядро, цитоплазму, мембраны, органеллы и цитоскелет. Это называется морфологическим атипизмом опухоли и в общих чертах было разобрано в предыдущей лекции.

Ядра опухолевых клеток. Как правило, ядра опухолевых кле­ток увеличены, полиморфны, их контуры изрезаны, структура Изменена. Ядро имеет неупорядоченно расположенный хроматин ^с конденсацией его в виде глыбок под кариолеммой. При этом увеличивается относительное содержание гетерохроматина, содержащего неактивную ДНК, по сравнению с эухроматином, построенным из активно работающей ДНК. Уменьшение содержания активно работающей ДНК, а следовательно, и активно работающих генов в опухолевой клетке отражает тот факт, что в

функциональном отношении опухолевая клетка очень примитив­на, требует генетического и метаболического обеспечения в ос­новном процессов роста и размножения. Размеры ядра увеличи­ваются за счет нарушения процессов эндоредупликации ДНК, по­липлоидии, эндомитозов, увеличения хромосом в ряде новообра­зований. В ядрах могут обнаруживаться разнообразные включе­ния: вирусные частицы, внутриядерные тельца, тубулярные структуры, пузырьки, выросты, карманы ядерной мембраны.

Наблюдаются также изменения ядрышек — увеличение их размеров, количества, появление "персистирующих" ядрышек не исчезающих во время митозов, увеличение размеров ядрышкового организатора, в котором сконцентрирована ядрышковая ДНК, кодирующая рибосомальную РНК. Поэтому изменения данной ультраструктуры происходят параллельно с изменениями белоксинтетической функции клетки.

Ядерная мембрана опухолевых клеток бедна ядерными пора­ми, что затрудняет транспортные связи между ядром и цитоплаз­мой.

Описанные структурные изменения ядер опухолевых клеток сочетаются с хромосомными и генными перестройками: хромо­сомными аберрациями (количественными и качественными из­менениями хромосом), генными мутациями с нарушением про­цессов репарации ДНК, активацией протоонкогенов и супрессией или потерей генов-супрессоров опухолевого роста. Хромосом­ные аберрации представлены потерей или избытком каких-либо хромосом, появлением кольцевидных хромосом, транслокацией, делецией и редупликацией хромосом.

Классическим примером реципрокной транслокации хромо­сом с активацией при этом протоонкогенов являются лимфома Беркитта и хронический миелолейкоз (см. лекцию 20 "Опухолевый рост"). Делеция, или нетранскрипционная перестройка, характеризуется потерей генетического материала. Примером служит делеция в хромосоме 11, при опухоли почек Вильмса и в хромосоме 13 при ретинобластоме. В ретинобластоме при этом происходит потеря антионкогена Rb. При лейкозах описаны делеции хромосом, опережающие на несколько лет развитие лей­коза. Редупликация хромосом часто сочетается с процессами транслокации и делеции. При хроническом миелолейкозе, поми­мо маркерного признака в виде филадельфийской хромосомы, например в стадии обострения, нередко наблюдается также полисомия по хромосомам 8, 17 и 19.

Увеличение частоты неоплазм с возрастом связывают с нако­плением в соматических клетках мутаций и с возрастной дерепрессией репарации ДНК.

Цитоплазма, органеллы и цитоплазматическая мембрана опухолевых клеток.Поверхность опухолевых клеток отличается увеличенной складчатостью, появлением микровыростов, пузырьков, а в ряде опухолей и микроворсинок различной конфигу­рации и плотности. Полагают, что в области микроворсинок обычно концентрируются рецепторы, способны воспринимать канцерогенные агенты. Эндоплазматическая сеть в опухолевых клетках может быть развита в разной степени, что отражает белоксинтетическую функцию. Усиление анаэробного гликолиза сопровождается уменьшением в опухолевых клетках количества митохондрий, а также появлением крупных и гигантских мито­хондрий с нарушенной ориентацией крист. В то же время имеет­ся небольшое количество типов опухолей с высоким содержани­ем митохондрий в цитоплазме (онкоцитомы, зернисто-клеточный, почечно-клеточный рак).

Особенности цитоскелетона опухолевой клетки обусловлены неупорядоченностью расположения его компонентов. Микро­трубочки образуют перинуклеарную сеть, а микрофиламенты в виде пучков обычно локализуются под цитолеммой. Перестрой­ки в цитоскелетоне нарушают работу интегриновых рецепторов и адгезивных молекул, что отражается на изменениях в межкле­точных взаимодействиях, обеспечивает процессы инвазивного роста и метастазирования.

Строма опухоли

Второй важный структурный компонент опухоли — ее стро­ма. Строма в опухоли, так же как и строма в нормальной ткани, в основном выполняет трофическую, модулирующую и опорную функции. Стромальные элементы опухоли представлены клетка­ми и экстрацеллюлярным матриксом соединительной ткани, со­судами и нервными окончаниями. Экстрацеллюлярный матрикс опухолей представлен двумя структурными компонентами: ба-зальными мембранами и интерстициальной соединительной тка­нью. В состав базальных мембран входят коллагены IV, VI и VII типов, гликопротеиды (ламинин, фибронектин, витронектин), протеогликаны (гепаран-сульфат и др.). Интерстициальная со­единительная ткань опухоли содержит коллагены I и III типов, фибронектин, протеогликаны и гликозаминогликаны.

Происхождение стромы опухоли.В настоящее время получены убедительные экспериментальные данные о возникновении клеточных элементов стромы опухолей из предсуществующих Нормальных соединительнотканных предшественников окружа­ющей опухоль ткани. J.Folkman (1971) показал, что клетки злока­чественных опухолей продуцируют некий фактор, стимулирую-^й пролиферацию элементов соосудистой стенки и рост сосудов. Это сложное вещество белковой природы впоследствии было названо фактором Фолькмана. Как затем было установлено, фактор Фолькмана представляет собой группу факторов роста фибробластов, которых уже известно более 7. Фолькман первым доказал, что стромообразование в опухоли является результатом сложных взаимодействий опухолевой клетки и клеток соедини­тельной ткани.

Важную роль в стромообразовании в неоплазме выполняют соединительнотканные клетки как местного, гистиогенного, так и гематогенного происхождения. Стромальные клетки продуцируют разнообразные факторы роста, стимулирующие пролифе­рацию клеток мезенхимного происхождения (факторы роста фи­бробластов, фактор роста тромбоцитов, ФНО-а, фибронектин инсулиноподобные факторы роста и др.), некоторые онкобелки (c-sic, c-myc), одновременно экспрессируют рецепторы, связыва­ющие факторы роста и онкобелки, что позволяет стимулировать их пролиферацию как по аутокринному, так и по паракринному пути. Кроме того, сами клетки стромы способны выделять разно­образные протеолитические ферменты, приводящие к деграда­ции экстрацеллюлярный матрикс.

Опухолевые клетки активно участвуют в образовании стро­мы. Во-первых, трансформированные клетки стимулируют про­лиферацию соединительнотканных клеток по паракринному регуляторному механизму, продуцируют факторы роста и онкобел­ки. Во-вторых, они способны стимулировать синтез и секрецию соединительнотканными клетками компонентов экстрацеллюлярного матрикса. В-третьих, сами опухолевые клетки способны секретировать определенные компоненты экстрацеллюлярного матрикса. Причем определенный тип таких компонентов имеет характерный состав в некоторых опухолях, что можно использо­вать при их дифференциальной диагностике. В-четвертых, опу­холевые клетки продуцируют ферменты (коллагеназы и др.), их ингибиторы и активаторы, способствующие или, напротив, пре­пятствующие инфильтрирующему и инвазивному росту злокаче­ственных опухолей. Динамическое равновесие между коллагеназами, их активаторами и ингибиторами обеспечивает стабильное состояние опухоли и препятствует прорастанию ее в прилежащие ткани. В момент роста опухолевые клетки активно синтезируют коллагеназы, эластазы и их ингибиторы.

Таким образом, образование стромы в опухоли является сложным многостадийным процессом, основными ступенями ко­торого можно считать следующие:

▲ секреция опухолевыми клетками митогенных цитокинов -— различных факторов роста и онкобелков, стимулирующих про­лиферацию соединительнотканных клеток, прежде всего эндоте­лия, фибробластов, миофибробластов и гладких мышечных кле­ток;

▲ синтез опухолевыми клетками некоторых компонентов экст­рацеллюлярного матрикса — коллагенов, ламинина фибронектина и др.;

▲ пролиферация и дифференцировка клеток-предшественниц Соединительнотканного происхождения, секреция ими компонен­тов экстрацеллюлярного матрикса и формирование тонкостен­ных сосудов капиллярного типа, что в совокупности и составляет строму опухоли;

▲ миграция в строму опухоли клеток гематогенного происхож­дения — моноцитов, плазмоцитов, лимфоидных элементов, туч­ных клеток и др.

Злокачественные опухоли часто формируют строму, в кото­рой доминирует тип коллагена стромы соответствующего органа на стадии эмбрионального развития. Так, в строме рака легкого преобладающим типом коллагена является коллаген III, харак­терный для эмбрионального легкого. Разные опухоли могут от­личаться по составу коллагенов стромы. В карциномах, как пра­вило, доминируют коллагены IIIтипа (рак легкого), IV типа (почечноклеточный рак и нефробластомы). В саркомах — интерстициальные коллагены, но в хондросаркоме — коллаген IIтипа, в синовиальной саркоме — достаточно много коллагена IV типа. Описанные различия в композиции стромы особенно важно учи­тывать при дифференциальной диагностике сарком.

Ангиогенез в опухоли.Рост опухолей зависит от степени раз­витости в них сосудистой сети. В новообразованиях диаметром менее 1—2 мм питательные вещества и кислород поступают из тканевой жидкости окружающих тканей путем диффузии. Для питания же более крупных новообразований необходима васкуляризация их ткани.

Ангиогенез в опухоли обеспечивается группой ангиогенных факторов роста, некоторые из которых могут генерироваться также активированными эпителиальными клетками в очагах хронического воспаления и регенерации. Группа ангиогенных факторов опухоли включает в себя факторы роста фибробла­стов, эндотелия, ангиогенин, фактор роста кератиноцитов, эпидермоидный фактор роста, фактор роста сосудов глиомы, неко­торые колониестимулирующие костномозговые факторы и др.

Наряду с факторами роста в ангиогенезе имеет большое зна­чение состав экстрацеллюлярного матрикса стромы опухоли. Благоприятным является содержание в нем компонентов базальных мембран — ламинина, фибронектина и коллагена IV типа. Формирование сосудов в опухолях происходит на фоне извра­щенной митогенетической стимуляции в измененном экстрацел-люлярном матриксе. Это приводит к развитию неполноценных сосудов преимущественно капиллярного типа, имеющих нередко прерывистую базальную мембрану и нарушенную эндотелиальную выстилку. Эндотелий может замещаться опухолевыми клет­ями, а иногда и вовсе отсутствовать.

Роль стромы.Для опухоли роль стромы не ограничивается только трофическими и опорными функциями. Строма оказыва­ет модифицирующее влияние на поведение опухолевых клеток т.е. регулирует пролиферацию, дифференцировку опухолевых клеток, возможность инвазивного роста и метастазирования. Мо­дифицирующее воздействие стромы на опухоль осуществляется благодаря наличию на клеточных мембранах опухолевых клеток интегриновых рецепторов и адгезивных молекул, способных пе­редавать сигналы на элементы цитоскелета и дальше в ядро опухолевой клетки.

Интегриновые рецепторы — класс гликопротеидов, расположенных трансмембранно, внутренние концы кото­рых связаны с элементами цитоскелета, а наружный, внекле­точный, способен взаимодействовать с трипептидом субстрата Arg — Gly — Asp. Каждый рецептор состоит из двух субъеди­ниц — альфа и бета, имеющих множество разновидностей. Раз­нообразие сочетаний субъединиц обеспечивает разнообразие и специфичность интегриновых рецепторов. Интегриновые рецеп­торы в опухолях подразделяются на межклеточные и интегри­новые рецепторы между опухолевыми клетками и компонента­ми экстрацеллюлярного матрикса — ламининовые, фибронектиновые, витронектиновые, к различным типам коллагенов, гиалуронатовые (к адгезивным молекулам семейства CD44). Интег­риновые рецепторы обеспечивают межклеточные взаимодейст­вия между опухолевыми клетками, а также с клетками и экстра-целлюлярным матриксом стромы. В конечном итоге интегрино­вые рецепторы определяют способность опухоли к инвазивному росту и метастазированию.

Адгезивные молекулы САМ (от англ. cell adhesiv molecules) — другой важный компонент клеточных мембран опу­холевых клеток, обеспечивающий их взаимодействие между со­бой и со стромальными компонентами. Они представлены семей­ствами NCAM, LCAM, N-кадгерином, CD44. При опухолевой трансформации происходит изменение структуры и экспрессии адгезивных молекул, входящих в состав клеточных мембран, что приводит к нарушению взаимосвязи опухолевых клеток, а следо­вательно, инвазивному росту и метастазированию.

В зависимости от развитости стромы опухоли под­разделяют на органоидные и гистиоидные.

В органоидных опухолях имеются паренхима и развитая стро­ма. Примером органоидных опухолей могут служить различные опухоли из эпителия. При этом степень развитости стромы мо­жет также варьировать от узких редких фиброзных прослоек и сосудов капиллярного типа в медуллярном раке до мощных по­лей фиброзной ткани, в которой эпителиальные опухолевые це­почки едва бывают различимыми, в фиброзном раке, или скирре.

В гистиоидных опухолях доминирует паренхима, строма пра­ктически отсутствует, так как представлена лишь тонкостенны­ми сосудами капиллярного типа, необходимыми для питания. По гистиоидному типу построены опухоли из собственной соедини­тельной ткани и некоторые другие неоплазмы.

Характер роста опухолей по отношению _к окружающим тканям бывает экспансивным с фор­мированием соединительнотканной капсулы и оттеснением при­лежащих сохранных тканей, а также инфильтрирующим и инвазивным с прорастанием прилежащих тканей.

В полых органах выделяют также два типа роста в зависимости от отношения опухоли к их просвету: экзофитный при росте опухоли в просвет, и эндофитный — при росте опухоли в стенку органа.

В зависимости от количества узлов первичной опухоли неоплазмы могут обладать уницентрическим или мулътицентрическим характером роста.