теории канцерогенеза. Патология опухолевого роста
 Скачать 425.85 Kb.
|
|
Вирус Эпстейн-Барра. Это представитель семейства вирусов герпеса участвует в опухолевой трансформации клеток при ряде новообразований: африканской форме лимфомы Беркитта, В-клеточной лимфоме у иммуносупрессированных и ВИЧ-инфицированных лиц, а также после трансплантации органов, болезни Ходжкина, назафарингеальной карциномы. Вирус Эпстейн-Барра инфицирует эпителиальные клетки и В-лимфоциты, соединяясь с их CD21 -рецепторами, тем самым как бы «вовлекая их в бессмер- тие». Инфекция течет медленно без репликации самого вируса. Один из вари- антов этого вируса вызывает доброкачественное заболевание крови - инфекци- онный мононуклеоз. Вирус гепатита В. На Дальнем Востоке (в особенности на Тайване) и в Африке обнаружена достоверная корреляция между заболеваемостью вирус- ным гепатитом и раком печени. Риск заболеваемости раком печени у больных вирусным гепатитом в этих регионах в 200 раз выше по сравнению с неинфицированными пациентами. Особенностью патогенеза этого типа опухоли является высокая пролиферативная активность печеночных клеток, которая позволяет реализоваться дополнительным к мутагенному эффекту вируса мутациям в геноме печеночных клеток. РНК-содержащие онкогенные вирусы (онкорнавирусы). Известен только один РНК-содержащий вирус (ретровирус), вызывающий злокачественную опухоль у людей, а именно: острый Т-клеточный лейкоз у взрослых. В Японии и на Карибских островах заболевание носит эндемический характер, спорадические случаи этого заболевания обнаружены во всех районах мира. Подобно вирусу иммунодефицита человека (HTLV-3), HTLV-1 имеет тропизм к С04 + клеткам. Они являются главной клеточной мишенью для опухолевой трансформации. Этот вид лейкоза развивается приблизительно в 1% случаев у инфицированных лиц после длительного латентного периода (от 20 до 30 лет). Помимо лимфолейкоза, HTLV-1 выявлен при тропическом спастическом парапарезе, а также при некоторых формах увеита и артрита, встречающихся в районах эндемии. Наследственные механизмы вирусного онкогенеза. В этиологию и патогенез рака вовлечены как ДНК-, так и РНК-содержащие вирусы. Перед тем как перейти к описанию молекулярных основ возникновения злокачественных опухолей необходимо перечислить обозначения тех основные терминов, кото- рые приняты при описании генетики рака. Протоонкоген (р-опс) - ген, кодирующий нормальные белки, необходимые для роста и дифференцировки клеток. Клеточный онкоген (с-onc) - продукт активации протоонкогена, кодирующий онкобелки, обеспечивающие высокую митотическую активность опухолевых клеток. V-onc - онкоген, присутствующий внутри вируса, аналог р-опс. Клеточные протоонкогены впервые были открыты Нобелевскими лауреатами Вармусом и Бишопом, которые доказали, что протоонкогены - это очень давно захваченные ретровирусами клеточные нуклеотидные последовательности (кодоны-мотивы, состоящие из триплетов). Эти т.н. «бродячие гены» со- ставляют часть вирусного генома. Став вирусными онкогенами, они вызывают опухолевую трансформацию клеток в эксперименте на животных и неопласти- ческую трансформацию клеток человека «in vitro». Они имеют следующие закрепившиеся за ними названия: v-sis, v-ras, v- fos, v-myc и др. Поскольку впервые они были идентифицированы в вирусных генах, то некоторые протоонкогены названы именем их вирусных гомологов. Каждый v-onc обозначается тремя буквами. Так, v-onc, выделенный из ко- шачьей саркомы, назван v-fes (от feline - кошка, + s — первая буква слова sarcoma). Вирусный онкоген, обнаруженный в обезьяней саркоме, носит на звание v-sis (от simian -обезьяна). Попав в клетки, они уже называются не ви- русными, а клеточными онкогенами и меняют в своем названии первую букву v (virus) на букву с (cell - клетка). В опухолях человека обнаружено около 40 онкогенов, но не все они являются аналогами вирусных онкогенов. В спонтанно развивающихся опухолях человека большинство онкогенов образуется в результате дополнительных му- таций, которым в высокой степени подвержены активно пролиферирующие клетки. Они имеют уже другие названия (табл. 6). Существует два основных механизма превращения под влиянием вируса протоонкогена в клеточный онкоген. Один механизм связан с интеграцией ви- русного генома с протоонкогенной последовательностью с последующим структурным изменением клеточного генома и изменением генетического кода клетки хозяина. Этот вариант соответствует механизмам малигнизации под влиянием быстро трансформирующих ретровирусов. Молекулярный анализ клеток крови, малигнизированных вирусами лейкозов указывает на то, что провирусная ДНК всегда «вставлена» в клеточный протоонкоген. Второй механизм, связан со вставкой но уже сильного вирусно- го промотора рядом с протоонкогеном, ведущей к увеличению экспрессии это- го протоонкогена. Так действуют медленно-трансформирующие вирусы (ретровирусы), которые не содержат вирусный онкоген, но зато они содержат несколько типов генов, предназначенных для своих разных жизненных целей. Так, ген gag кодирует сердцевину вирусного белка, ген pol кодирует обратную транскриптазу, a env кодирует оболочку белка. В дополнение к этим генам ретровирусы обладают промоторными после- довательностями, необходимыми для их собственной репликации. Они назы- ваются областями длительного повтора (Long terminal repeat units - LTR). Эти постоянно включающие гены промоторные единицы, оказавшись рядом с протоонкогенами, трансформируют последние в онкогены. Последние отличаются от протоонкогенов тем, что в отсутствии нормальной регуляции находятся в состоянии повышенной экспрессии. Такой вариант трансформации протоонкогена в онкоген заканчивается усилением продукции белка, кодируемого протонкогеном. Этот инсертный ме- ханизм активации проонкогенов соответствует малигнизации, вызываемой медленно действующими ретровирусами. В этом случае опухоль развивается медленно, поскольку прикрепление промоторной пследовательности (LTR) к определенным генам и их активация (усиление амплификации, гиперэкспрес- сия) происходит наугад, случайно и не носит постоянного характера. Еще Вармус и Бишоп высказали гипотезу о том, что в ходе эволюции ретровирусы при заражении клетки хозяина захватили регуляторные последова- тельности этих клеток для собственной репликации. Проникнув в клетку и воз- вращая ей эти последовательности, вирус утрачивает способности к самореп- ликации, а его репликационные способности поступают в распоряжение кле- точных генов, что приводит к увеличению ростовых клеточных способностей. Механизмы превращения протоонкогенов в онкогены (варианты генных мутаций): 1. Точковые мутации, при которых происходит замена одних пуриновых или пиримидиновых оснований на другие. 2. Амплификация - увеличение числа генных копий, и его продукта. 3. Транслокации генов, в ходе которой частички одной хромосомы переносятся на другую хромосому. Транслокации могут быть реципрокными, и тогда происходит обмен нуклеотидными последовательностями между двумя различными хромосомами. Результатом транслокации может стать образование гибридных генов («сливных» генов) и как следствие - их аномальных продуктов со свойствами онкобелков. 4. Делеция или утрата антионкогенов, которая приводит к перевесу эффекта онкогенов. Хотя опухоли человека редко связаны с инфицированием ретровирусами, тем не менее они содержат онкогенные ДНК-последовательности. Это было показано в опытах с трансфекцией (внесением) генов в клетки «in vitro». Если ДНК, выделенную из злокачественной опухоли человека, перенести в культуру мышиных фибробластов, последние приобретают некоторые свойства опухо-. левых клеток. Более того, многие из этих трансформирующих последователь- ностей превращаются в гомологи ras-протоонкогенов. Таким образом, спон- танно возникающие опухоли содержат трансформирующий фактор, и это ни что иное, как онкогены. Помимо вирусных онкогенов из клеток опухолей вы- делены и не связанные с вирусами новые трансформирующие последователь- ности, например c-erb В-2 и другие (табл. 6). Роль хромосомных перестроек в онкогенезе. Протоонкогены активируются двумя типами хромосомных перестроек: транслокацией и инверсией, из них более часты хромосомные транслокации. Транслокации могут активировать протонкогены двумя способами: перемещением и слиянием (рекомбинацией). Регуляторные промоторные (LTR) последовательности, которые находятся на одной из участвующих в транслокации хромосом, перемещаются на другую хромосому, где картированы гены, участвующие в синтезе определенного бел- ка. Такая транслокация заканчивается усиленной продукцией белка, кодируе- мого «подстѐгнутым» геном. Подобного типа транслокации часто обнаружи- ваются в опухолях из лимфоидной ткани. Таблица 6 Некоторые протоонкогены, механизмы их активации, онкобелки и связанные с ними злокачественные опухоли Категория белка Протоон- когены Механизмы трансформации Вид опухоли Тромбоцитарный фактор роста sis Гиперэкспрессия Астроцитома Фактор роста фибробластов hst-1 int-2 Гиперэкспрессия Амплификация Рак желудка Раки мочевого пузыря и молочной железы. Меланома Рецепторы эпидермального фактора роста erb-1 erb-2 Гиперэкспрессия Амплификация Рак лѐгких Раки мочевого пузыря, яичников, лѐгких, желудка Рецепторы колониестимулиру ю-щего фактора fms Точковая мутация Лейкоз GTP-связывающие белки ras Точковая мутация Многие виды рака. Лейкозы Нерецепторные белки abl Транслокация Хронический миелолейкоз Острый лимфобластный лейкоз Активаторы транскрипции мус N-myc Транслокация Амплификация Хронический миелолейкоз Нейробластома, мелкокле- точный рак лѐгких Циклины Циклин Д Амплификация Раки молочной железы, печени, пищевода Циклин-зависимая киназа CDK-4 Амплификация или толчковая мутация Глиобластома, меланома, некоторые саркомы Так, при лимфоме Беркитта, являющейся примером такой транслокации, сегмент, содержащий с-тус, перемещается с 8-ой хромосомы на сегмент 14q, где находится ген синтеза тяжелых цепей иммуноглобулинов. При втором варианте транслокации, характерном для хронического миелолейкоза и острого лимфолейкоза, гены, находящиеся на различных хромосомах, рекомбинируют (сливаются), и образуется новый гибридный ген. Примером служит транслокация 9-22, при которой протоонкоген с-аbl с 9-ой хромосомы перемещается в область bcr на хромосоме 22. Гибрид (с-аbl-bcr) обладает тирозиназной активностью, подталкивающей клетку к митозу. При разных типах лейкозов этот белок Абельсона существует в различных, от- личающихся по молекулярному весу, формах. Это может объяснить разный па- тогенез и клинику хронического миелоцитарного и острого лимфобластного лейкозов. Химический канцерогенез. История химического канцерогенеза связана с клиническими наблюдениями английского доктора сэра Персиваля Потта, впервые описавшего рак мошонки у трубочистов. Его описание относится к 1774 году. В 1915 году японские исследователи Ямагива и Ичикава вызвали в эксперименте рак кожи у кроликов путем втирания в кожу уха подопытных кроликов экстракта камен- ноугольной смолы. Была доказана связь некоторых форм рака (лѐгких, мочево- го пузыря) с курением и с профессиональными вредностями (рак мочевого пу- зыря у лиц, занятых в производстве анилиновых красителей). В настоящее вре- мя предполагают, что некоторые пищевые вещества, употребляемые в повы- шенных количествах (жиры), также могут иметь отношение к возникновению раков, в первую очередь, такой локализации, как толстый кишечник, молочная железа, простата и в меньшей степени - поджелудочная железа. Стадии химического канцерогенеза. Общепринято считать, что химический канцерогенез протекает в две стадии: инициации и промоции. Инициация является результатом непосредственного контакта обязательного канцерогена с клеткой, который ведет к мутациям и стойкому необратимому изменению кле- точного генома. Не все инициаторы обладают мутагенными свойствами, однако корреляция между канцерогенностью и мутагенностью достаточно высока. Существует так называемый тест Эймса, который основан на способности химических веществ вызывать мутации у сальмонеллы мышиного тифа. От 70 до 90% химических веществ, подозреваемых в канцерогенности, «засвечива- ют» себя в этом тесте, и поэтому он часто употребляется в качестве скрининг— теста при определении канцерогенности химических веществ. Однако целый ряд мутагенных веществ не обладает канцерогенностью «in vitro», но обладает ею «in vivo». Экспериментально доказано, что мутации, вызванные различными химическими канцерогенами, часто приводят к активации ras-протоонкогенов и инактивации гена апоптоза р-53. Причем на стадии инициации для индукции химической опухоли достаточно появление лишь единичной мутировавшей клетки. Однако для воспроизведения «химической опухоли» в эксперименте не- достаточно одной инициации. Следующая стадия химического канцерогенеза-стадия промоции. Промоторы или «толкачи» - это химические вещества, обладающие ростовыми свойствами и способствующие пролиферации инициированных клеток. Являясь сильными митогенами, промоторы способствуют возникновению дополнительных мутаций в активно пролиферирующих клетках. По этой причине хроническое воспаление, сопровождающееся гибелью клеток и одновременным их усиленным новообразованием, является фактором риска в плане возникновения опухолевого процесса. В эксперименте в качестве промоторов часто используют форболовые эфиры. Естественными промоторами в организме являются вещества стероидной природы - половые гормоны и желчные кислоты. Характеристика химических канцерогенов и инициация канцерогенеза. По своему происхождению химические вещества, вызывающие канцерогенез, могут быть природными и синтетическими, а также экзогенными и эндо- генными. Последние, как правило, выполняют роль промоторов. Полициклические ароматические углеводороды - наиболее сильные канцерогены. К ним относятся 3,4- бензпирен, обнару- женный впервые как продукт перегонки каменного угля. Он и послужил при- чинным фактором описанного Персивалем Поттом рака мошонки у трубочис- тов, поскольку содержался в саже, которая попадала в складки мошонки маль- чиков, занимавшихся в детстве чисткой каминных дымоходов. Рак возникал у них гораздо позже, много лет спустя, когда мальчики-трубочисты достигали зрелого возраста. Полициклические углеводороды содержатся в отходах табака и, в первую очередь, повинны в возникновении рака легких и мочевого пузыря у курильщиков. Эксперименты по изучению связи между структурой и эффектом канце- рогенных веществ показали, что последние содержат области, усиливающие или ослабляющие их канцерогенность. В лабораторных условиях был получен очень сильный представитель этого класса канцерогенов, называемый диметилбензантраценом (ДМБА). Он и метилхолантрен наиболее часто употребляются в лабораториях для изучения химического канцерогенеза на животных. Полициклические углеводороды обладают местным действием, индуцируя злокачественные опухоли в месте их аппликации (кожные опухоли). Инъецированные подкожно, они могут вызвать саркому, а при введении в органы - местный рак. Обладают они и общерезорбтивным действием, вызывая опухоли в отдалѐнных от места поступления канцерогена органах. Ароматические амины и азокрасители. Вещества этой природы обладают органотропизмом. Длительное скармливание крысам азокрасителей и ароматического амина - ацетиламинофлуорена вызывает гепатоцеллюлярную карциному, но не рак желудочно-кишечного тракта. Бета-нафтиламин связан с возникновением рака мочевого пузыря у людей. Эта связь была установлена где-то в 50-е годы XX века. Было замечено, что у лиц, занятых в производстве этого красителя, имеетя 50-кратный риск заболеваемости раком мочевого пу- зыря. Некоторые азокрасители, используемые для окраски пищевых продуктов (маргарина), такие, как азобензол масляный желтый, способны вызвать рак пе- чени. В настоящее время во многих государствах применение их в пищевой промышленности запрещено. Канцерогены, встречающиеся в природе. Среди известных нам химических канцерогенов, вырабатываемых растениями и микрорганизмами, потен- циальным печеночным канцерогеном является афлотоксин В1, продуцируемый некоторыми штаммами грибка Аспергилус флавус. Афлатоксин содержится в земляных орехах. В Африке и на Дальнем Востоке, где земляные орехи наибо- лее часто употребляются с пищей, обнаружена корреляция между их употреб- лением и раком печени. Фактором, который способствует развитию рака пече- ни в этих регионах, служит также инфицирование населения вирусом гепатита В. Оба этих фактора (афлатоксин и вирус) действуют содружественно, именно эта «пара» повинна в возникновении рака печени. Нитрозамины и амиды имеют отношение к возникновению рака желудка у человека. При перегрузке организма нитратами, содержащимися в больших ко- личествах в мясных консервах, под влиянием бактерий желудка образуются канцерогенные нитриты. Из других потенциальных канцерогенов следует на- звать следующие: асбест, приводящий к пневмокониозу - асбестозу и в последующем к возникновению бронхогенного рака лѐгких, мезотелиомы и рака желудка; винилхлорид, имеющий определѐнное отношение к возникновению такой редкой опухоли, как гемангиосаркома печени; мышьяк, при загрязнении которым окружающей среды возрастает частота раков кожи; хром и никель, содержащиеся в промышленных отходах, имеют отношение к возникновению рака лѐгких. |