Из: Hunter T. Cooperation between oncogenes. Cell, 64: 249, 1991

 

 

Регуляторный ген (р53), предотвращающий излишнюю пролиферацию клеток, служит супрессивным геном для опухолевых клеток. Характерно, что активация супрессорных генов происходит в два этапа. В ядре клетки существует по две ко­пии любого гена. Супрессивные гены обладают так называемым "доминирующим" действием, когда для супрессии пролиферации клеток достаточно лишь одной пол­ной копии гена. Теория супрессорных генов согласуется с теорией наследственной предрасположенности к возникновению рака. Инактивация одной из двух алле­лей может быть фенотипически "немой" (т. е. не происходит развития злокачествен­ного фенотипа), если достаточно одной (второй) аллели для сохранения незлока­чественного фенотипа клеток. Но у таких людей особенно высок риск развития рака, т. к. при одной лишь мутации супрессорных генов клетки трансформируют­ся в раковые. В таблице 10-2 приведены наиболее важные гены тканевой супрес­сии (TSGs).

Образование запретных клонов. Большинство генетических исследований подтверждают, что опухоль развивается из одной клетки. Принятая в настоящее время теория многоступенчатого канцерогенеза гласит, что эпителий желудочно-кишечного тракта подвергается воздействию вредных факторов окружающей сре­ды. Вследствие этого происходит постепенное повреждение ДНК с накоплением генетических мутаций. При этом мутации обычно возникают в участках ДНК, от­ветственных за выживаемость и рост клетки. Многие из них способны ингибиро­вать процессы, необходимые для жизнедеятельности клетки, и тем самым привес­ти ее к гибели. Некоторые мутации могут усиливать рост и выживаемость мутированных клеток, позволяя им размножаться быстрее, чем окружающие их клетки. В конце концов мутированные клетки начинают составлять большую часть органа или ткани. Часть мутированных клеток теряет способность исправлять поврежде­ния ДНК, и, следовательно, из поколения в поколение происходит накопление му­таций. Этот пул клеток также подвержен дополнительным мутациям.

Периодически отдельные клетки мутантного клона подвергаются дополнитель­ной мутации, повышающей их выживаемость и способность к росту. Такие клетки постепенно вытесняют из популяции родительские клетки. Увеличение клона му­тированных клеток обычно происходит при появлении новых мутаций, которые увеличивают выживаемость клетки. При наблюдении за развитием опухоли на ран­ней стадии в клетках выявляется определенное количество мутаций, число кото­рых возрастает с течением времени. На Рис. 10-1 показана прогрессия опухоли на фоне появления клонов с новыми характеристиками.

 

Таблица 10-2. примеры генов, подавляющих рост опухоли У человека

 

	Соматические мутации	Врожденные мутации
Ген-суп­рессор опухоли	Локус хромо­сомы	Локализация/ предположи­тельная функция	Основные типы	Примеры опухолей	Синдром	Количество гетерозигот на 10^5ново­рожденных	Типичные опухоли
р53	17р13.1	Ядро/фактор транскрипции	Отсутствует	Большинство ти­пов рака у челове­ка	Синдром Ли-Фраумени	~2	Карциномы груди, коры надпочечников, саркомы, лейкемия, опухоли мозга
RB1	13q14	Ядро/моди­фикатор транскрипции	Делеция и незначимая мутация	Ретинобластома, остеосаркома, карцинома молоч­ной железы, про­статы, мочевого пузыря, легкого	Ретинобластома	~2	Ретинобластома, остеосаркома
АРС	5q21	Цитоплазма/ неизвестно	Делеция и незначимая мутация	Карцинома тол­стой кишки, же­лудка, поджелу­дочной железы	Наследственный аденоматозный полипоз толстой кишки	-10	Карциномы толстой кишки, щитовидной железы, желудка
WT1	11р13	Ядро/фактор	Отсутствует	Опухоль Вильмса	Опухоль Вильм­са	-0.5-1	Опухоль Вильмса
NF1	17q11	транскрипцииЦитоплазма/ГТФ активирующий	Делеция	Шванномы	Нейрофиброма­тоз (тип 1)	-30	Нейрональные опухоли
NF2	22q	факторЦитоплазма/ мембранные свя­	Делеция и незначимая мутация	Шванномы и менингиомы	Нейрофиброма­тоз (тип 2)	-3	Центральные шванно­мы и менингиомы
VHL	Зр25	зи цитоскелета Неизвестно	Делеция	Неизвестно	Болезнь ван Хип-пель-Ландау	-3	Гемангиобластома, почечно-клеточная карцинома

 

Многоступенчатый канцерогенез. Концепция генетической основы развития рака толстой кишки была разработана Vogelstein с соавторами. Согласно этой кон­цепции процесс протекает медленно, и в него вовлечено множество генов.

Количество генетических повреждений опухолей постепенно увеличивается по мере роста. Часть повреждений появляется только на ранних стадиях, часть — только на поздних. Еще до конца не ясна последовательность появления опреде-

 

 

Рис. 10-1. Опухолевый рост. На данной схеме представлена типичная последовательность канцерогенеза. На первой стадии показано дей­ствие канцерогена. После накопления критичес­кой массы мутировапных генов (единой точки зрения на их количество и локализацию нет) клетка превращается в опухолевую. На второй стадии происходит разрастание клона мутиро­вавших клеток с формированием доброкаче­ственной опухоли. Без каких-либо дополни­тельных воздействий доброкачественная опу­холь способна сохранять свою доброкачествен­ность. Но при дополнительном воздействии она трансформируется в злокачественную и приоб­ретает способность к инвазивному росту и ме­тастазированию (стадия 3). Не существует еди­ной точки зрения на природу этого воздействия. Злокачественная опухоль склонна к инвазивно­му росту с повреждением органов хозяина. Ге­нотип злокачественных клеток очень нестаби­лен, поэтому их клон оказывается гетерогенным (стадии 4 и 5). Клинически такая гетерогенность приводит к формированию отдаленных метаста­зов. (Но: Yamada Т., Alpers D. H., Owyang С., Роwell D. W., Silverstein F. E., cds. Textbook of Gastroenterology, 2nded. Philadelphia: J. B. Lippincott, 1995:586.)

 

 

 

 

Рис. 10-2. Схема последовательных генетических изменений в многоступенчатом канцерогенезе при раке толстой кишки с дополнениями по Fearon, Vogelstcin. Сверху над схемой показаны мутации, ве­дущие к потере гетерозиготности (П1), лежащие в основе развития колоректального рака

 

ленных повреждений в опухолевых клетках, но уже выяснено, что при различных типах рака возможны разные мутации и хромосомные делеции. Для выявления потери участков хромосом используются лабораторные методы, а процесс утраты генетической информации был назван "потерей гетерозиготности".

В ходе своего развития опухолевая клетка кишечника человека претерпевает определенные изменения (рис. 10-2). Гипометилирование ДНК происходит на ран­них стадиях возникновения канцерогенеза в аденомах. В клетках небольших аде­ном могут происходить как мутации, так и выпадения участков хромосом, напри­мер изменения на 5q хромосоме при аденоматозном полипозе кишки. Обнаружи­ваемые в крупных аденоматозных полипах мутации генов K-RASvip53 играют за­метную роль в поддержании опухолевого роста. Делеции генов супрессоров опухо­левого роста на 18q (встречается при раке толстой кишки) и 17р (локус гена р53) происходят на поздних стадиях и означают малигнизацию процесса. Несмотря на наличие сходства канцерогенеза в толстой кишке и в других отделах желудочно-кишечного тракта, последовательность изменений, а также вовлеченные в процесс гены различны. Детали этих процессов только начинают исследоваться.

Механизмы, замедляющие опухолевую прогрессию. В происхождении опу­холей толстой кишки, помимо выпадения супрессорных генов, задействованы и дру­гие механизмы генетических изменений. Микросателлиты — участки ДНК, исполь­зуемые для картирования генов хромосом. Обычно микросателлиты полностью ко­пируются при репликации клеток, но в некоторых опухолевых клетках отмечается незначительное изменение их длины. Микросателлиты в геноме могут иметь до 10³ копий. Было замечено, что в некоторых случаях рака толстой кишки эти микро­сателлиты копируются не полностью. Наличие "нестабильных" микросателлитов в геноме опухолевых клеток говорит об утрате ими способности адекватно копиро­вать гены. Такое нарушение процессов исправления мутаций считается еще одним механизмом канцерогенеза. Примерная схема этого механизма приведена на Рис. 10-3.

 

Развитие опухоли

 

Потеря контроля над процессом пролиферации. В норме процесс регуляции пролиферации осуществляется в каждой эпителиальной клетке ЖКТ. При восста­новлении эпителия после перенесенной травмы или воспаления эта регуляция ос­лабевает, и скорость пролиферации увеличивается. После того, как количество вновь образующихся клеток сравнивается с количеством отмирающих, скорость пролиферации снижается.

 

 

Рис. 10-3. Альтернативный генетический механизм был предложен для многоэтапного канцерогенеза в толстой кишке. Все колоректальные раки накапливают мутации в АРС, K.-RAS-2, р53 локусах с нару­шением функции генных продуктов. Вверху показана ситуация, когда нестабильность генома приво­дит к множественной ПГ. При опухолях в проксимальной части толстой кишки и при врожденном неполипозном раке толстой кишки ПГ наблюдается редко. У таких больных происходят множествен­ные мутации ДНК, приводящие к нарушению продуктов данного гена. (По: Fearon E. R., Vogelstein В. A genetic model for colorectal tumorgenesis. Cell, 61:759,1990; Aaltonen L. A., Peltomaki P., Leach F. S., et al. Clues to the pathogenesis of familial colorectal cancer. Science 260:812,1993; Thibodeau S. N., Bren G., Schaid D. Microsatellite instability in the cancer of the proximal colon. Science, 260: 816, 1993; lonovY., Peinado M. A., Malkhosyan S., et al. Ubiquitous somatic mutations in simple repeated sequences reveal a new mechanism for colonic carcinogenesis. Nature, 363:558, 1993.)

 

 

Установлено, что потеря контроля над процессом пролиферации является ран­ней стадией канцерогенеза в толстой кишке. Это заключение было сделано на ос­новании того, что у больных с высоким риском развития рака толстой кишки пул пролиферирующих клеток занимает все пространство от основания до верхушки крипт (в норме — только в основании крипт). Но нарушение регуляции пролифе­рации само по себе не может привести к развитию рака. Для этого необходимы до­полнительные, пока неидентифицированные, генетические изменения, вызываю­щие нарушение клеточной дифференцировки, процессов старения и слущивания клеток. В состав аденомы входят гиперпролиферирующие, незрелые клетки, кото­рые, не имея инвазивной способности, располагаются на слизистой оболочке киш­ки, образуя полип. Эту стадию развития проходят все опухоли толстой кишки, но она не характерна для опухолей пищевода, желудка и поджелудочной железы.

Рост доброкачественных опухолей. Небольшие аденоматозные полипы встре­чаются очень часто и обычно не имеют тенденции к дальнейшему росту. Однако с течением времени некоторые аденомы увеличиваются и их морфология изменяет­ся. В желудочно-кишечном тракте гиперпролиферирующие клетки синтезируют новую ДНК под воздействием содержимого желудочно-кишечного тракта. В нор­ме пролиферация происходит в основании крипты, поэтому вновь образующиеся клетки защищены от содержимого просвета кишечника и продуктов метаболизма бактерий. Отсутствие регуляции клеточного роста приводит к накоплению мути­ровавших клеток, ускорению появления повреждений эпителия и, в свою очередь, усилению клеточного роста.

Образование аденом в толстой кишке носит обратимый характер. Так, у боль­ных с наследственным аденоматозным полипозом после субтотальной колонэкто­мии наблюдалось спонтанное исчезновение небольших аденом. Это — генетически детерминированное заболевание, при котором мутировавший ген находится в АРС- локусе. Это приводит к появлению большого количества полипов (аденом) либо карциномы на ранней стадии развития. У больных со множеством аденом толстой кишки возможна их регрессия на фоне приема нестероидных противовоспалитель­ных препаратов (например, сулиндака). Механизм процесса инволюции аденом неизвестен. Уже давно установлено, что небольшие аденоматозные полипы могут исчезать без лечения. Это было подтверждено при проведении колоноскопий, но в настоящее время считается, что такие аденомы являются динамической стадией развития неоплазий толстой кишки. Клональный рост клеток может быть связан с увеличением количества факторов роста, увеличением числа клеточных рецепто­ров, нарушением передачи сигналов от клеточной мембраны к ядру. До сих пор не известно, при какой стадии неопластический процесс может быть остановлен, ког­да и как происходит регресс опухоли.

Малигнизация опухоли. Субстратом для опухолевого роста является гипер­пролиферирующий пул клеток, который длительно подвергается воздействию кан­церогенов окружающей среды. В тканях, предрасположенных к малигнизации, лю­бое изменение генотипа может привести к началу роста опухоли. Как уже говори­лось выше, существуют два генетических механизма образования рака. Оба этих механизма связаны с изменением гомеостаза клетки при репликации ДНК и хро­мосом.

Злокачественные клетки обладают способностью постоянного роста, инвазии, образования метастазов. В отличие от доброкачественных опухолевых клеток, они не могут самопроизвольно регрессировать. Постоянный рост злокачественных кле­ток связан с их генетической нестабильностью. Злокачественные клетки могут в процессе жизнедеятельности терять белки, что приводит к их гибели. Этим обус­ловлено появление многочисленных очажков некроза в опухолях. В процессе даль­нейших генетических перестроек в опухоли могут возникать другие, более жизне­способные клетки, которые постепенно замещают строму опухоли. Вследствие выраженной фенотипической нестабильности злокачественных клеток среди них постоянно происходит отбор по способности роста, инвазии, распространения.

Метастазы. Метастазирование опухолевых клеток происходит не случайно. Для этого клетки должны повредить базальную мембрану и другие окружающие их соединительные структуры. Далее клетки проникают в кровеносные и лимфа­тические сосуды, по ним мигрируют по организму, преодолевая действие его за­щитных сил. В месте будущего метастаза клетки накапливаются, выходят из сосу­да и начинают разрастаться. Для осуществления этого в клетках должно произой­ти множество генетических изменений. Поэтому метастазы появляются на поздних стадиях развития заболевания.

Для роста опухолевым клеткам необходимо постоянное кровоснабжение. Кис­лород может примерно на 100-400 нм проникать из сосуда в ткани, т. е. на диаметр 4—10 клеток (в зависимости от их типа). Опухоли способствуют росту и появле­нию новых капилляров (неоваскуляризация), что позволяет им выживать при ме­тастазировании. Этот опухолевый ангиогенез стимулируется различными факто­рами роста, например действием фактора опухолевого ангиогенеза. Место мета­стазирования может быть случайным, зависящим лишь от кровоснабжения орга­на. В некоторых органах имеются специфические клеточные рецепторы, способ­ствующие развитию опухолевых клеток.

Генетические основы метастазирования еще до конца не изучены. Обнаружен ген, который присутствует в отдаленных метастазах при определенных видах рака. Ген NM23, вероятно, является супрессором метастазов и поэтому практически все­гда отсутствует в отдаленных метастазах при раке толстой кишки. Клеточный механизм действия гена NM23 не известен. Скорее всего в образовании метастатичес­кого фенотипа участвует много генов, их накопление в малигнизированных клет­ках лежит в основе процесса диссеминации, наблюдаемом при опухолях различно­го происхождения.