Пролиферация и дифференцировка эпителия

 

В отличие от других отделов желудочно-кишечного тракта пищевод выстлан многослойным эпителием. Пролиферация клеток начинается в базальном слое эпи­телия. Затем клетки, созревая и утолщаясь, перемещаются к поверхности эпите­лия, образуя непроницаемый барьер. Большинство опухолей пищевода составля­ют плоскоклеточные карциномы, развивающиеся из клеток базального слоя. Аде­нокарциномы возникают в месте хронического повреждения эпителия кислыми продуктами желудочной секреции при рефлюксе. Эпителий желудка имеет более сложное строение. В нем есть железы, состоящие из специальных клеток: слизис­тых, париетальных, главных, эндокринных. Недифференцированные пролифери­рующие клетки обычно расположены в средней части железы. Обмен клеток не одинаков в различных участках желудка. Специфический клеточный источник аденокарцином желудка пока еще не установлен. Железы толстой кишки состоят из абсорбирующих и секретирующих муцин бокаловидных клеток. Пролиферация клеток происходит в нижних двух третях крипт с последующим продвижением клеток к просвету.

Считается, что формирование опухолей связано с возникновением нерегули­руемого роста клеток. Опухолевые клетки образуются из обычных клеток с нару­шенной дифференцировкой и могут длительное время сохранять способность к про­лиферации. Таким образом, опухолевый рост — это процесс накопления продол­жающих пролиферировать клеток с нарушенной дифференцировкой.

Повышение скорости обмена клеток характерно для предопухолевого состоя­ния тканей. Но до сих пор не выяснено, что служит причиной начала пролифера­ции клеток. Регуляция клеточной пролиферации осуществляется с помощью пеп­тидных гормонов (гастрин), местных факторов роста (эпидермальный фактор рос­та, трансформирующий a-фактор роста) и простагландинов. Наличие участков гиперпролиферации эпителия в желудочно-кишечном тракте может быть связано с развитием как рака, так и хронического воспаления. В данной главе будут рас­смотрены следующие патологические процессы: хронический атрофический гаст­рит, канцерогенез в желудке, метаплазия эпителия (пищевод Барретта), аденокар­цинома пищевода, воспалительные заболевания кишечника и рак толстой кишки.

 

 

Канцерогенез

 

В начале канцерогенеза происходит поражение нормальных клеточных генов. В основе этого процесса — несколько механизмов. Мутации происходят спонтанно вследствие нестабильности нуклеотидных оснований. Наиболее часто возникает нарушение обмена пуриновых оснований. Другой спонтанный процесс — дезами­нирование, при котором происходит превращение цитозина в урацил или 5-метил-цитозина в тимин, что в случае отсутствия механизмов коррекции, приводит к на­рушению образования пар при репликации. Поэтому необходимо исследование ферментов, восстанавливающих ДНК. Если участки повреждения не исправляют­ся или не вырезаются, то эти одиночные мутации могут стать причиной наруше­ния генетического кода.

Выделяют несколько видов воздействий и агентов, способных повреждать ДНК — радиация, вирусные онкогены, химические вещества. Химические канце­рогены наиболее часто являются причиной развития аденокарциномы желудочно-кишечного тракта. Это связано с тем, что поступая в большом количестве с продук­тами питания, они способны повреждать слизистую оболочку кишки. При этом нередко возникают точечные мутации. Химические канцерогены с неодинаковой интенсивностью воздействуют на слизистые оболочки различных отделов желу­дочно-кишечного тракта. Действие микробной флоры желудочно-кишечного трак­та, ферментов его слизистой оболочки способно активировать либо инактивиро­вать канцерогены. Например, нитрозамины, образующиеся из содержащих нитро­соединения продуктов, изменяются под действием микробной флоры и играют важ­ную роль в канцерогенезе пищевода и желудка.

Несмотря на то, что рак считается приобретенным заболеванием, возникаю­щим под воздействием факторов окружающей среды, большое значение в его раз­витии играет индивидуальная чувствительность больных. Лучшим клиническим примером канцерогенеза является влияние табакокурения на возникновение рака легкого. Однако необходимо отметить, что не все курящие, даже с учетом различия в количестве выкуриваемых сигарет, одинаково подвержены заболеванию раком. Цитохром Р450 IIE1 активирует многие канцерогены (включая вещества, образу­ющиеся в результате табакокурения). Его активность у разных больных не одина­кова. Таким образом, степень риска заболевания раком зависит от индивидуаль­ных способностей организма активировать проканцерогены и инактивировать кан­церогены.

 

Механизмы повреждения генов

 

Мутацию одной пары нуклеотидов можно охарактеризовать как "замену", когда одно пуриновое основание заменяется на другое (одно пиримидиновое основание — на другое), или как "переключение", когда происходит замена одного класса нуклео­тидов на другой. Потеря или вставка одного или нескольких нуклеотидов называ­ется выпадением или включением соответственно. Изменение некоторых пар нук­леотидов является "немым", т. к. не изменяет последовательность аминокислот. Мутации, нарушающие последовательность аминокислот, называются незначимы­ми (missence) и консервативными: в белок включается другая аминокислота этого же класса (замена одной нейтральной аминокислоты на другую не нарушает за­метно заряд и форму белка). Но возможны нарушения последовательности, свя­занные с изменением заряда белка, цистеиновых окончаний или аминокислот, ко­торые оказывают заметное влияние на функцию белков. Изменения, приводящие к формированию терминирующего кодона во время считывания, называются "nonsence". Включение или выпадение нуклеотидов, не кратных трем, значительно нарушают считывание ДНК ниже места повреждения.

Точечные мутации. Хроническое воспаление (хронический эзофагит, хрони­ческий атрофический гастрит, воспалительные заболевания кишечника) часто яв­ляется причиной развития рака желудочно-кишечного тракта. При хроническом воспалении и так называемом кислородном стрессе происходит образование ак­тивных кислородных радикалов, гидроксильных радикалов, супероксид-аниона, перекиси водорода. Эти реакционноспособные вещества могут усиливать повреж­дающее действие ионизирующей и ультрафиолетовой радиации. Активные кисло­родные радикалы способны вызывать разрыв цепочки ДНК, замену отдельных ос­нований. Любой участок ДНК в той или иной степени подвергается воздействию мутагенов. Часть мутаций — "немые", другие — нередко изменяют характеристики роста клетки.

Перестройка ДНК. Экспрессия генов может изменяться при значительной пе­рестройке структуры ДНК. Например, при хроническом миелолейкозе происходит транслокация, при которой участки 22-й хромосомы заменяются на клеточный он­коген ABL. Эта транслокация приводит к образованию аномальной иРНК и синтезу большого мутантного ABL белка. Пока еще не понятно, участвует ли этот механизм нарушения регуляции генов в возникновении рака желудочно-кишечного тракта.

Амплификация ДНК. Нормальный ген может трансформироваться в процес­се амплификации ДНК. Этот механизм широко изучали при исследовании резис­тентности к химиотерапевтическому агенту — метотрексату, которая возникала при амплификации гена, ответственного за синтез дегидрофолатредуктазы. Амплифи­кация гена резистентности к различным препаратам часто встречается при раке кишечника и является причиной устойчивости опухолей к химиотерапии. Ампли­фикация онкогенов ERBB2, MYC, SRC наблюдается при определенных видах рака желудочно-кишечного тракта.

Нарушение метилирования ДНК. Одним из механизмов контроля экспрес­сии генов является образование "немых" генов посредством метилирования цито­зина. Метилирование ДНК происходит с помощью метилтрансферазы. Паттерн этого процесса "наследуется" пролиферирующими клетками в данной ткани. В тка­ни первичных колоректальных опухолей многие гены оказываются гипометилированными по сравнению с генами клеток нормальной слизистой оболочки. Гипометилирование обнаруживается и в ткани полипов. Оно может быть одним из ме­ханизмов канцерогенеза, так как при этом процессе изменяется степень метилиро­вания некоторых онкогенов, что сопровождается их активатизацией. Гипометилирование встречается в раковых клетках опухолей желудка, пищевода, толстой киш­ки. Таким образом, нарушение метилирования является характерным для раковых клеток. Гиперметилирование встречается в других участках ДНК раковых клеток и возникает, вероятно, при снижении активности супрессорных генов.

Выпадение генов. Клеточная пролиферация регулируется группой генов, на­зываемых супрессорами опухолевых генов (TSGs). Их функция состоит в пред­отвращении излишней пролиферации клеток и регуляции числа клеток в ткани. В отличие от клеточных онкогенов, "участие" этих генов в канцерогенезе в желудоч­но-кишечном тракте обусловлено либо их инактивацией, либо удалением из ядра клетки.

 

Теории образования опухолей

 

Онкогены. Хорошо известно, что одиночная мутация или одиночный повреж­денный ген не способны в большинстве клеток вызвать развитие рака. В опухоле­вых клетках было выявлено большое количество мутаций онкогенов, делеций, а также перестроек хромосом. Но существует теория, согласно которой активация даже одного гена может привести к замене фенотипа клетки на раковый. Эти гены-инициаторы названы онкогенами и впервые были выявлены при изучении онко­генных вирусов, способных трансформировать клетки куриных эмбрионов. Обна­ружение онкогенов привело к неожиданному открытию: они произошли из нор­мальных клеточных генов — протоонкогенов. Сейчас открыто более 20 таких ге­нов. Они активируются при точечной мутации, которая изменяет их нормальную функцию либо приводит к перестройке генотипа, нарушающей экспрессию генов (табл.10-1).

Некоторые протоонкогены участвуют в передаче сигналов между клеточной мембраной и ядром. Например, часть онкогенов является факторами клеточного роста, и при нарушении их регуляции происходит постоянная стимуляция тех или иных процессов. Другие протоонкогены — это рецепторы для факторов тканевого роста. Наиболее полно изучены RAS-онкогены и связанные с ними гены, участву­ющие в передаче сигналов между клеточной мембраной и ядром. Эти гены активи­руются при точечной мутации, что приводит к постоянной активации белков-пере­датчиков сигнала вне зависимости от наличия соответствующего лиганда или ре­цептора. Часть проонкогенов является факторами транскрипции и, взаимодействуя с ДНК, регулирует транскрипцию генов.

Супрессоры опухолевых генов. При раке толстой и прямой кишки отмеча­ются большие потери генетического материала. Эти участки выпадения ("горячие" локусы) являются местами сосредоточения супрессивных генов, потеря которых и приводит к развитию рака толстой кишки. Наиболее важный из них — ген р53, в норме предотвращающий начало нового периода синтеза ДНК и деления клетки.

 

Таблица 10-1. функции клеточных онкогенов