Имя материала: Патологическая анатомия

Автор: Михаил Александрович Пальцев

7.7. канцерогенные агенты и их взаимодействие с клетками

В настоящее время известно большое количество агентов, вызывающих генетические повреждения клеток и их неопластическую трансформацию. Их делят на следующие категории: химические канцерогены; лучистая энергия или радиация; онкогенные вирусы. Если ряд химических канцерогенов и определенные виды радиации являются давно доказанными этиологическими агентами, то роль некоторых вирусов в канцерогенезе человека еще не установлена.

Химический канцерогенез. Известны сотни химических препаратов, трансформирующих клетки in vitro и являющихся канцерогенными для лабораторных животных. Некоторые из наиболее мощных препаратов, например, полициклические ароматические углеводороды, были получены из топлива или как продукты неполного сгорания. Другие же были синтезированы для каких-либо промышленных целей или специально для химического канцерогенеза в эксперименте. Ряд соединений получают из диких растений или микроорганизмов. Значительное количество таких веществ, включая ряд запрещенных ныне лекарственных средств, относятся к препаратам, канцерогенным для человека.

Этапы химического канцерогенеза. Канцерогенез является многоступенчатым процессом. Лучше всего это показано на экспериментальных моделях, когда в ходе химического канцерогенеза можно выделить две стадии: инициацию и промоцию. Различия между ними были прослежены в классических опытах с воздействием на кожу мышей инициатора (полициклического углеводорода) и промотора (кротонового масла).

Инициация (первоначальное опухолеродное воздействие) возникает при экспозиции клеток с соответствующей дозой канцерогенного агента — инициатора, взаимодействующего с геномом этих клеток и подталкивающего их к формированию опухоли. Инициация вызывает стойкое изменение ДНК (мутации), которое развивается быстро (иногда в течение нескольких часов), имеет необратимый характер и генетическую память. Даже однократное воздействие инициатора, даже с задержкой промоции, приводит к канцерогенезу. Однако одной инициации для развития новообразования недостаточно. Продвижение и поддержание процесса обеспечивается в стадию промоции. В эту стадию инициированные клетки пролиферируют, завершают процесс трансформации, в данном случае малигнизации, и обретают соответствующий фенотип. Сами по себе промоторы неканцерогенны и в случае применения до инициации никакого опухолеродного эффекта не дают. Их воздействие не затрагивает ДНК, а последствия его обратимы. Кроме того, если множественные раздельные дозы инициаторов могут приводить к тем же необратимым изменениям, что и однократная инициация, то для промоторов существует пороговый уровень. Поэтому субпороговые или раздельные дозы с большими паузами между ними не дают завершающего канцерогенного эффекта.

Концепция об инициации и промоции подтверждена на многих моделях канцерогенеза в печени, мочевом пузыре, молочной железе, толстой кишке и органах дыхательной системы.

Некоторые вещества обладают двоякой способностью к инициации и промоции, что не требует применения дополнительных агентов. К числу таких полных канцерогенов относится, например, бутил-бутанол (4)-нитрозамин, оказывающий узкое уротропное действие и дающий очень высокий процент образования карцином мочевого пузыря в эксперименте. Но встречаются и неполные канцерогены, способные только к инициации.

Инициация канцерогенеза. Вещества, дающие опухолегенный эффект, сильно различаются по структуре и включают в себя как естественные, так и синтетические продукты. Они подразделяются на две группы: соединения прямого действия, не требующие химического преобразования для обретения канцерогенных свойств, и вещества непрямого действия, или проканцерогены, требующие метаболической конверсии в организме для выработки конечных канцерогенов, способных к трансформации клеток. Все опухолеродные вещества прямого действия и конечные канцерогены имеют одно общее свойство — высокореактивную электрофильность (имеют атомы с недостающими электронами). Они могут реагировать с нуклео-фильными, т.е. богатыми электронами, зонами в клетке. Эти реакции носят неферментный характер и приводят к образованию ковалентных аддуктов (добавочных продуктов). Электро-фильные реакции могут поражать в клетках-мишенях несколько зон, богатых электронами, включая ДНК, РНК и белки. Иногда это заканчивается летальным повреждением. При инициации взаимодействие не является летальным, а в качестве основной мишени выступает ДНК.

1. Метаболическая активация канцерогенов. Кроме алкилиру-ющих и ацилирующих, т.е. образующих гликозиды при взаимодействии со спиртом или уксусной кислотой, агентов прямого действия, которым свойственна электрофильность, большинство химических опухолеродных соединений для превращения в конечные канцерогены нуждается в метаболической активации. Есть и другие пути метаболизма, которые приводят к инактивации или детоксикации проканцерогенов или их дериватов. Таким образом, канцерогенные потенции какого-либо вещества определяются не только реактивностью, присущей его электро-фильному деривату, но также равновесием между метаболической активацией, с одной стороны, и реакциями инактивации — с другой.

Большинство известных канцерогенов метаболизируется с помощью цитохром-Р-450-зависимых монооксигеназ. Известен ряд факторов окружающей среды, или факторов, имеющих генетическую природу, которые воздействуют на активность этих окислительных ферментов и, следовательно, на потенции про-канцерогена. Показано, что некоторые лекарственные препараты, такие как фенобарбитал, стимулирующие микросомальные ферменты, могут усиливать канцерогенез в эксперименте, стимулируя систему цитохром-Р-450-оксигеназы. Кроме того, многочисленные факторы, такие как возраст, пол, вид организма (человек или лабораторное животное), гормональный статус и характер питания, — все это через варианты метаболизма влияет на канцерогенный эффект какого-либо химического соединения.

2. Молекулярные мишени для химических канцерогенов. Поскольку злокачественная трансформация является результатом мутаций, затрагивающих онкогены, канцеросупрессорные гены и гены, регулирующие апоптоз, подавляющее большинство химических соединений — инициаторов обладает мутагенными свойствами, последние изучают с помощью широко распространенного теста мутационного воздействия на бактерию Salmonella typhimurium (Ames test). От 70 до 90 \% известных химических канцерогенов позитивны по указанному тесту. Кроме того, большинство тех веществ, которые мутагенны in vitro, дают канцерогенный эффект и in vivo. Из-за высокого соответствия мутагенности и канцерогенное™ Ames test часто используют для проверки химических соединений на канцерогенные свойства.

Инициация при химическом канцерогенезе не подразумевает какое-либо единственное изменение ДНК. Более того, изменения ДНК, вызванные канцерогеном, не обязательно ведут к инициации, так как несколько видов повреждений ДНК могут быть репарированы (восстановлены) с помощью клеточных ферментов. Вероятно, поражения ДНК какими-либо агентами окружающей среды встречаются гораздо чаще, чем злокачественные новообразования. Например, редкое наследственное заболевание — пигментная ксеродерма связана с дефектом репарации ДНК и служит основой для развития рака кожи при ультрафиолетовом облучении.

Несмотря на то что практически любой ген может стать мишенью для химического канцерогена, в экспериментах на лабораторных грызунах-носителях опухолей часто встречаются мутации гена ras. Молекулярный анализ этого мутантного гена, выделенного из опухолевых клеток, показал, что изменение нукле-отидной последовательности точно соответствует предсказанному изменению в том сайте, где происходит взаимодействие канцерогена с основаниями ДНК. Таким образом, каждый канцероген вырабатывает молекулярный отпечаток, который может способствовать мутационному эффекту вещества. Например, в определенных географических зонах развитие гепатоцеллюляр-ного рака связывают с поглощением грибкового метаболита аф-латоксина В1. В других регионах Мира этот рак является следствием инфекции вирусом хронического гепатита В. Во всех случаях происходит мутация гена р53. Однако в зонах, пораженных афлатоксином В1, сайт, в котором происходит мутация, а также изменение оснований в раковых клетках вполне определенны и отличаются от мутаций гена р53 в тех зонах, которые эндемичны (характеризуются постоянным наличием) по отношению к гепатиту В.

3. Инициированные клетки. Для того чтобы изменение ДНК стало фиксированным, т.е. воспроизводилось в клетках-потомках, его шаблон должен пройти репликацию, т.е. копироваться. Поэтому для закрепления инициации клетка, измененная канцерогеном, должна совершить хотя бы один цикл пролиферации. Например, в печени многие химические соединения активируются до реактивных электрофильных продуктов, но большинство из них все же не вызывает рак до тех пор, пока гепато-циты пролиферируют в течение периода формирования аддук-тов ДНК (72—96 ч). В тканях, которые в норме стабильны в пролиферативном отношении, митогенные стимулы могут быть обеспечены самим канцерогенным воздействием, поскольку многие клетки погибают от токсического эффекта опухолерод-ных химикатов и вследствие этого в переживающих клетках стимулируется регенерация. Кроме того, пролиферация может быть следствием различных сопутствующих биологических влияний вирусов, паразитов, гормональных или алиментарных факторов.

Промоция канцерогенеза. Канцерогенность некоторых соединений повышается по мере последующего применения промоторов (форболовых эфиров, гормонов, фенолов, некоторых лекарственных препаратов), которые сами по себе не являются опухолегенными. Известная стадийность химического канцерогенеза (инициация — промоция) вызывает вопрос: если промоторы не дают мутагенный эффект, то как они способствуют формированию опухолей? Хотя действие промоторов плейо-тропно, индукция клеточной пролиферации является непременным условием промоции. Лучше всего изучен промотор 12-0-тетрадеканоилфорбол-13-ацетат (ТФА) — форболовый эфир, мощный активатор протеинкиназы С, фосфорилирующей ряд субстратов сигнальной трансдукции. ТФА вызывает также продукцию фактора роста некоторыми клетками. Его способность активировать протеинкиназу С опирается на структурное сходство этого эфира с 1,2-диацилглицерином — физиологическим активатором протеинкиназы С. Другие промоторы воздействуют на сигнальную трансдукцию с помощью родственного, но особого механизма. Они являются ингибиторами протеинфос-фатаз и, следовательно, предупреждают дефосфорилирование субстратов, которые в фосфорилированной форме содействуют сигнальной трансдукции.

Итак, если воздействие инициатора может вызвать мутационную активацию онкогена, например гена ras, то последующий эффект промоторов приводит к пролиферации и клональной экспансии инициированных клеток-мутантов. У таких клеток, особенно после активации гена ras, запросы в отношении факторов роста уменьшены, и они менее чувствительны к сигналам из микроокружения, тормозящим рост. Вынуждаемый пролифе-рировать, инициированный клеточный клон претерпевает еще ряд мутаций, прежде чем начинается малигнизация. Хотя промоторы не мутагенны, они все же воздействуют на ДНК. Поэтому ТФА с помощью свободных радикалов-дериватов кислорода вызывает разрывы спирали ДНК. Полагают, что такое воздействие форболовых эфиров может окончиться гибелью клеток.

При пролиферации клеток возрастает риск мутаций и опухолевой трансформации. Таким образом, главное звено промоции — размножение инициированных клеток — существенно облегчает завершение процесса злокачественной трансформации.

Химические канцерогены. Ограничимся лишь краткой характеристикой важнейших групп инициаторов и промоторов канцерогенеза, уделяя, в основном, внимание тем веществам, которые вызывают малигнизацию у человека.

Алкилирующие агенты прямого действия — вещества, способные вводить одновалентные радикалы углеводородов (алкилов) в молекулы органических соединений. Они не подвергаются активации и являются слабыми канцерогенами. Тем не менее о них важно помнить, так как ряд лекарственных противоопухолевых препаратов (циклофосфан, хлорбутин, миелосан и др.) попадают в эту категорию. К сожалению, помимо противоопухолевого действия, они могут вызвать лимфомы, лейкемии и ряд других неоплазий. Иными словами, указанные препараты могут привести к развитию ятрогенной патологии (см. главу 9). Некоторые алкилирующие агенты, например циклофосфан, являются также сильными иммуноподавляющими средствами и используются при иммунных расстройствах, например при ревматоидном артрите и гранулематозе Вегенера (F.Wegener). Терапевтический и канцерогенный эффекты у алкилирующих агентов обеспечиваются в результате повреждения ДНК.

Полициклические ароматические углеводороды. К ним относятся вещества с наиболее выраженными канцерогенными свойствами. Они нуждаются в метаболической активации и могут вызывать опухоли в самых различных тканях: в коже, мягких тканях, эпителии. Интерес к ним обусловлен еще и тем обстоятельством, что эти вещества образуются при сгорании табака и сигаретной (папиросной) бумаги и играют важную роль в возникновении рака легких. Известно также, что частым источником этих веществ для человека являются животные жиры в жареной мясной пище, а также копченые мясные и рыбные продукты.

Ароматические амины и азокрасители (соединения с азогруппами и аминогруппами). Опухолеродное действие большинства этих агентов проявляется в печени, в которой формируются конечные канцерогены при взаимодействии цитохром-Р-450 ок-сигеназных систем. Поэтому при скармливании лабораторным крысам ацетиламинофлуорена и азокрасителей возникают гепатоцеллюлярные, а не гастроинтестинальные карциномы. Исключение представляет механизм действия р-нафтиламина, выделенного из карцином мочевого пузыря человека. Раньше работники резинового и лакокрасочного производств, соприкасавшиеся с анилиновыми красителями, были подвержены риску развития рака мочевого пузыря в 50 раз чаще, чем лица, не имевшие такой профессиональной вредности. Оказалось, что р-нафтиламин после всасывания гидроксилируется в активную форму, а затем детоксицируется путем соединения с глюкуроно-вой кислотой. Организм человека производит мочевую глюку-ронидазу. При выделении в мочу нетоксичный конъюгат расщепляется указанным ферментом. При этом снова освобождается электрофильный реагент, который и вызывает рак мочевого пузыря. Некоторые азокрасители производят для окраски пищевых продуктов: маргарина в масляно-желтый цвет, некоторых видов карамели в различные цвета.

Канцерогены окружающей среды. Среди примерно 30 известных химических канцерогенов, производимых растениями и микроорганизмами, наиболее важным для человека является афлатоксин В1. Он вырабатывается некоторыми штаммами гриба Aspergillus flavus, который может активно расти на неправильно хранимых зерне и горохе. В некоторых регионах Африки и Дальнего Востока обнаружено строгое соответствие между содержанием этого гепатоканцерогена в пище и частотой гепато-целлюлярного рака. Следует отметить также связь между инфицированием вирусом гепатита В и заболеваемостью раком печени.

Нитрозамины и амиды. Эти канцерогены интересны потому, что они могут образовываться в желудочно-кишечном тракте человека. Поэтому не исключена их роль в развитии некоторых опухолей, в частности рака желудка. Подобно другим канцерогенам нитрозосоединения нуждаются в активации в среде организма, что опять-таки связано с микросомальной системой Р-450.

Агенты смешанного типа. Канцерогены обнаружены среди множества других химических соединений. Упомянем те из них, которые обусловливают профессиональные вредности (см. главу 9). Так, продолжительная работа с асбестом сопровождается повышением частоты возникновения бронхогенного рака, мезотелиом и карцином желудочно-кишечного тракта. Если такой работе сопутствует курение, то заболевают бронхогенным раком почти 100 \% лиц. На некоторых производствах работники контактируют с мономером винил/хлоридом, из которого получают полимер поливинилхлорид. Известно, что с первым из них связана высокая частота возникновения гемангиосарком печени. Хром, никель и некоторые другие металлы, подвергающиеся испарению (и вдыханию) в ряде технологических процессов, вызывают рак легкого, а мышьяк — рак кожи. Ряд иностранных инсектицидов (aldrin, dieldrin, chlordane, полихлорированные бифенилы) канцерогенны для животных.

Промоторы химического канцерогенеза. Некоторые промоторы могут способствовать развитию рака у человека. Это подтверждается тем, что клетки, инициированные при экспозиции к канцерогенам окружающей среды, безвредны до тех пор, пока не подвергнутся повторным промоторным воздействиям. Например, после введения лабораторным животным уротропного канцерогена применение сахарина или цикламатов оказывало промоторное действие на развитие рака мочевого пузыря. Являются ли эти вещества промоторами или инициаторами для человека, остается неясным, и надежных доказательств их канцерогенного действия пока нет. В качестве промоторов для экспериментальных опухолей печени могут служить гормоны, в частности эстрогены. Продолжительный прием диэтилстильбэстро-ла способствует возникновению постменопаузальной карциномы эндометрия, а также рака влагалища. Наконец, длительное потребление в большом количестве животного жира повышает риск развития рака толстой кишки, что может быть связано с увеличением синтеза желчных кислот, действующих в качестве промоторов в экспериментальных моделях.

Радиационный канцерогенез. Лучистая энергия, будь то ультрафиолетовые лучи или солнечный свет, ионизирующее электромагнитное облучение или радиация элементарными частицами, может трансформировать in vitro фактически все типы клеток и вызывать in vivo опухоли в эксперименте и у человека. Ультрафиолетовые лучи служат одной из причин злокачественных новообразований кожи, а разные виды ионизирующей радиации медико-терапевтического, профессионального и военного происхождения являются этиологическими факторами при развитии многих опухолей. Хотя роль лучистой энергии в возникновении онкологических заболеваний у человека относительно мала, все же ее общеизвестное скрытое действие и эффект накопления требуют очень долгого периода наблюдения и затрудняют оценку значения для патологии человека. Только теперь, спустя почти полвека после атомных бомбардировок, стала ясной причина повышенной частоты карцином молочной железы у японских женщин, получивших в детстве большие дозы радиации. Более того, возможное усиливающее или дополнительное действие этих доз на другие канцерогенные влияния расширяет зону канцерогенного риска для этих лиц. Что касается воздействия ультрафиолетовых лучей на ДНК, то оно отличается от такового при ионизирующей радиации.

Ультрафиолетовые лучи. Современные эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что ультрафиолетовая часть солнечного света является причиной высокой частоты плоскоклеточного рака, базальноклеточной карциномы и злокачественной меланомы кожи. Степень риска зависит от типа ультрафиолетовых лучей, времени экспозиции и уровня пигментации меланином, образующим в эпидермисе светопогло-щающий слой. Среди лиц европейского происхождения со светлой кожей, живущих в зонах, где много солнца (например, в Австралии, близко к экватору), и многократно подвергавшиеся загару без ожога, отличается самая высокая частота возникновения меланом кожи. Ультрафиолетовую часть солнечного спектра можно разделить по длине волны лучей на три диапазона: UVA (320-400 нм), UVB (280-320 нм) и UVC (200-280 нм). Полагают, что только UVB имеют значение для канцерогенеза в коже. В то же время диапазон UVC, несмотря на свои сильные мутагенные свойства, не имеет серьезного значения, поскольку отфильтровывается озоновым слоем Земли. Что касается диапазона UVA, который еще недавно расценивался как безвредный, то выяснилось, что его лучи канцерогенны для лабораторных животных, и потому интерес к нему как возможному опухоле-родному агенту для человека значительно возрос.

Ультрафиолетовые лучи тормозят деление клетки, инактиви-руют ферменты, вызывают мутации и в большой дозе убивают клетки. Канцерогенный эффект этих лучей связан с образованием в ДНК пиримидиновых димеров. Если не происходит репарации, то эти димеры приводят к более крупным ошибкам транскрипции и в некоторых случаях к малигнизации. Эксперименты показывают, что в механизм малигнизации вовлечено больше процессов, чем только одни мутации, вызванные ультрафиолетовым светом, так как одновременно ослабляется клеточный иммунитет. Мутации отражают механизм инициации, а иммунные изменения — действие потенцирующих субстанций или же промоторов.

Как и другие канцерогены, UVB вызывает мутации онкогенов и опухолевых генов-супрессоров. В частности, мутантные формы генов ras и р53 определяются и при раке кожи человека, и при раке, индуцированном лучами UVB в эксперименте. Эти мутации встречаются главным образом в дипиримидиновых последовательностях ДНК и отражают генетические повреждения, вызванные ультрафиолетовыми лучами и имеющие этиологическое значение для малигнизации.

Ионизирующее излучение. Электромагнитное излучение (рентгеновские и у-лучи), а также воздействие частиц (а-, р-частицы, протоны, нейтроны) являются канцерогенными. Этому есть многочисленные доказательства, поэтому ограничимся несколькими примерами. У многих исследователей, первыми работавших с рентгеновскими лучами, развились злокачественные опухоли кожи. Шахтеры, трудившиеся на урановых рудниках в Европе и в районе Скалистых гор в США, заболевали раком легкого в десятки раз чаще, чем их коллеги из каменноугольных шахт. У жителей Хиросимы и Нагасаки, переживших в 1945 г. атомную бомбардировку, вначале была высокая заболеваемость лейкемией (острый и хронический миело-цитарный вариант) — отмеченная после среднего латентного периода в 7 лет. В дальнейшем возросла частота карцином молочной железы, толстой кишки, щитовидной железы и легких.

Даже медико-терапевтическое облучение дает канцерогенный эффект. Лица, получившие в младенчестве или детстве лечебные дозы радиации на зону головы и шеи, затем в 9 \% случаев страдают раком шитовидной железы. Бытовавшая ранее практика лечения артрита позвоночника (анкилозирующего спондилита) с помощью облучения привела впоследствии к 10— 12-кратному повышению заболеваемости таких пациентов лейкемией.

Обследование жителей Маршалловых островов, облученных при случайной аварии водородной бомбы, показало наличие в их щитовидной железе радиоактивного йода. Не менее чем у 90 \% детей в возрасте до 10 лет, живших на одном из этих островов, через 15 лет были обнаружены аденоматозные узлы в щитовидной железе, которые у 5 \% детей малигнизировались.

Вероятность малигнизации при ионизирующем излучении неодинакова для разных органов. Чаще всего возникают лейкемии (кроме хронической лимфоцитарной формы, по неизвестным причинам эта форма почти никогда не вызывается облучением). Следующими по частоте являются опухоли щитовидной железы. Реже встречается рак молочной железы, легких и слюнных желез. Кожа, кости, желудочно-кишечный тракт относительно устойчивы к действию радиации. Тем не менее следует помнить, что клетки любой ткани могут трансформироваться в злокачественные под воздействием радиации.

Дефекты репарации ДНК. При изучении редких наследственных заболеваний с дефектами репарации ДНК были расшифрованы некоторые молекулярные механизмы ответа клеток на воздействие радиации. К ним относятся такие ауто-сомно-рецессивные заболевания, как пигментная ксеродерма, синдром Блума (D. Bloom; сочетание недоразвития скелета, ги-пофизарной карликовости, гипогонадизма и др.), атаксия-теле-ангиэктазия (мозжечковые нарушения координации и равновесия, очаговые расширения капилляров конъюнктивы и кожи, пневмонии и др.) и анемия Фанкони. Все вместе они характеризуются гиперчувствительностью к одному или нескольким агентам, повреждающим ДНК, а также предрасположенностью к малигнизации.

Больные с пигментной ксеродермой обладают высокой фоточувствительностью, у них часто развивается рак кожи в местах, экспонированных на солнце. Молекулярные механизмы дегенеративных изменений кожи, облученной солнцем, а также опухоли этого органа связаны с врожденной неспособностью к репарации ДНК в зонах повреждения ультрафиолетовыми лучами. У больных с пигментной ксеродермой имеется заметный дефицит эксцизионной репарации пиримидиновых димеров (экс-цизионная репарация — замена одноцепочечного участка двух-цепочечной ДНК с поврежденными основаниями путем синтеза последовательности, комплементарной той, которая имеется в сохранившейся цепи). Пигментная ксеродерма генетически гетерогенна и насчитывает минимум 7 разновидностей. Каждая из них обусловлена мутацией в одном или нескольких генах, вовлеченных в нуклеотидную эксцизионную репарацию.

Атаксия-телеангиэктазия связана с дефектом ответа на повреждение от ионизирующей радиации и с большим риском развития злокачественных лимфом. Она тоже гетерогенна и имеет 6 генетических вариантов.

Больные с анемией Фанкони предрасположены к лейкемиям, прогрессирующей апластической анемии и иногда имеют врожденные пороки развития. Их клетки крови особенно чувствительны к перекрестно-связуюшим агентам ДНК, предположительно в результате недостаточности ферментов, удаляющих межспиральные перекрестные связи, возникающие под воздействием токсических продуктов.

От всех названных заболеваний отличается синдром Блума. Больные с этим синдромом особенно чувствительны к различным агентам, повреждающим ДНК (ультрафиолетовые лучи, радиация). Дефекты репарации ДНК имеют у них более распространенный характер. У таких больных клетки характеризуются необычайно высокой частотой спонтанного обмена сестринскими хроматидами (копиями хромосом, образующимися при репликации). Этот обмен происходит в результате некоторых нарушений в лигировании ДНК (образовании фосфодиэфирной связи между двумя основаниями одной цепи ДНК, разделенными разрывом). Лица с синдромом Блума страдают тяжелым иммунодефицитом, отставанием в росте и предрасположенностью к разным формам злокачественных новообразований. Поскольку эта патология является наследственной по аутосомно-рецес-сивному типу, можно сделать вывод, что у таких больных обе копии соответствующих генов репарации ДНК подвергаются мутации или инактивации. В этой связи гены, вовлеченные в репарацию ДНК, могут рассматриваться как тумор-супрессор-ные гены.

Вирусный канцерогенез. Множество ДНК- и РНК-содержа-щих вирусов являются опухолегенными для большого количества подопытных животных (от амфибий до приматов). Определенные формы злокачественных новообразований у людей тоже имеют вирусное происхождение.

Опухолегенные ДН К-с одержащие вирусы. Несколько представителей этой группы вызывают опухоли у животных. Часть из них, например, аденовирусы, туморогенны только для лабораторных животных, другие же, например вирус папилломы быков, является причиной добро- и злокачественных новообразований у своих естественных носителей. Из многочисленных вирусов, патогенных для людей, наибольший интерес представляют три вида веществ — папилломы человека, или HPV, вирус Эпстайна — Барр (M.A.Epstein, J.M.Barr), или EBV, и вирус гепатита В, или HBV, вызывающие развитие злокачественных опухолей.

Трансформирующие ДНК-содержащие вирусы формируют стабильный комплекс с клеточным геномом хозяина. Интегрированный вирус не способен к завершению своего репликаци-онного цикла, поскольку последовательности вирусных генов, необходимые для такого завершения, прерваны в ходе интеграции вирусной ДНК в геном хозяина. В трансформации клетки играют важную роль только те вирусные гены, которые подверглись ранней транскрипции в течение жизненного цикла вируса. Они экспрессированы в трансформированных клетках.

Вирус папилломы человека. К настоящему времени известны примерно 65 генетически отчетливых типов HPV. Некоторые из них, например 1, 2, 4 и 7, вызывают образование плоскоклеточных папиллом (бородавки). HPVs могут индуцировать отдельные виды рака, в частности плоскоклеточные карциномы шейки матки, аноректальной и генитальной зон. Эпидемиологические исследования показывают, что агент рака шейки матки передается половым путем. Примерно у 85 \% больных инвазивным плоскоклеточным раком, а также карциномой in situ или с сильно выраженной дисплазией найдены последовательности ДНК от HPV типов 16, 18, реже 31, 33, 35 и 51. В то же время для генитальных папиллом набор агентов более узок и включает типы: HPV-6 и HPV-11.

Молекулярный анализ тканей этих видов рака и папиллом, позволил установить различия, которые могут иметь отношение к трансформирующей активности вирусов. При папилломах и дисплазии геном HPV поддерживается в эписомальной (неин-тегрированной) форме, тогда как при раке вирусная ДНК обычно интегрирована в геном клеток пациента. Полагают, что такая интеграция играет важную роль в малигнизации. Несмотря на то что места (сайты) интеграции выбираются случайно (при разных видах рака вирусная ДНК определяется в различных частях генома хозяина), вид уже произошедшей интеграции носит кло-нальный характер. Иными словами, в клетках какого-либо конкретного вида рака все сайты интеграции идентичны.

При изучении раковых опухолей, вызванных HPV, было обнаружено то место, в котором происходит прерывание ДНК в ходе ее интеграции. Оно довольно постоянно и почти всегда находится внутри открытой рамки считывания Е1/Е2 вирусного генома. Поскольку локус Е2 вирусной ДНК в норме ответствен за подавление транскрипции ранних вирусных генов Е6 и Е7, его прерывание сопровождается сверхэкспрессией белков Е6 и Е7 в вирусах HPV-16 и HPV-18. Опухолегенные потенции этих вирусов как раз и соотносят с указанными продуктами двух ранних вирусных генов. Белок Е7 связывается с недофосфорилиро-ванной формой белка гена-супрессора pRb и, возможно, изолирует ее, тогда как белок Е6 связывается с продуктом гена р53 и облегчает его расщепление. Степень сродства или сходства этих вирусных белков с продуктами опухолевых генов-супрессоров варьирует в зависимости от опухолеродных способностей HPVs. Белки генов Е6 и Е7, дериваты вирусов типов 16, 18, 31 связываются с близкородственными Rb и р53, в то время как продукты таких же генов у вирусов типов 6 и 11 связываются при небольшом сходстве.

Несмотря на то что из приведенных данных следует, что определенные типы HPVs играют важную роль в патогенезе рака у человека, следует отметить, что если в кератиноциты, взятые от людей, перенести in vitro ДНК от HPV 16, 18 или 31 типов, то клетки становятся бессмертными, однако при введении животным не формируют опухолей. Котрансфекция (сочетанный перенос) ДНК с мутантным геном ras приводит к полной трансформации (малигнизации) клеток. Таким образом, HPV, как фактор канцерогенеза, действует в тканях человека не один, при этом вероятны и другие сочетанные генетические изменения или воздействия.

Вирус Эпстайна—Барр (ЕВУ) входит в семейство вирусов герпеса и участвует в патогенезе четырех видов опухолевых процессов у человека: африканской формы лимфомы Беркитта; В-клеточных лимфом при подавлении иммунитета, в частности при инфицировании вирусом иммунодефицита человека (HIV, или ВИЧ), а также пересадке органов; некоторых вариантов болезни Ходжкина (о лимфогранулематозе см. главу 13); карцином назофарингеальной области.

Известно, что EBV поражает эпителиальные клетки полостей носа, гортани и уха, а также В-лимфоциты. Он проникает в клетку с помощью молекулы CD21, которая экспрессирована на перечисленных клетках. Внутри В-лимфоцитов линейный геном EBV превращается в форму эписомы (плазмиды, т.е. самостоятельной кольцевой внехромосомной молекулы ДНК) в клеточном ядре. Поражение В-клеток носит скрытый характер: репликация вируса не происходит, а клетки не погибают. Латентно поражаемые В-клетки при выращивании in vitro становятся бессмертными и обретают способность к безудержному размножению. Молекулярные механизмы, обеспечивающие такие качества, сложны. В этот процесс вовлечены латентный мембранный белок LMP-1, предотвращающий апоптоз путем взаимодействия с геном bcl-2; ген EBNA-1, поддерживающий вирус в скрытом состоянии; ген EBNA-2, активирующий несколько вирусных и клеточных генов, важных для роста В-клеток.

Лимфома Беркитта, возникающая из В-лимфоцитов, является самой частой опухолью у детей Центральной Африки и

Новой Гвинеи. Спорадически возникающие такие новообразования встречаются повсеместно. Обнаружена непосредственная связь между африканским вариантом лимфомы Беркитта и EBV. Более чем в 90 \% наблюдений ткань указанной опухоли содержит EBV. У всех больных с этим новообразованием имеются повышенные титры антител против вирусных капсидных антигенов (капсид — внешняя белковая оболочка вирусной частицы). Уровень этих сывороточных титров соответствует степени риска развития лимфомы.

Кроме того, поражения клеток вирусом EBV встречаются за пределами районов, где распространена лимфома Беркитта. Этот вирус убиквитарен (вездесущ) и может бессимптомно поражать любого взрослого человека. Известно также, что EBV вызывает инфекционный мононуклеоз (см. главу 22), при котором поражаются В-клетки. Геном EBV обнаруживается только в 15—20 \% наблюдений лимфомы Беркитта вне Африканского континента, однако и при эндемическом (африканском), и при спорадическом вариантах этого заболевания отмечают транслокацию t (8; 14), реже встречаются другие (вариантные) транслокации, приводящие к нерегулируемой экспрессии онкогена с-тус. Несмотря на то что вирус Эпстайна-Барра делает бессмертными В-лимфоциты in vitro, эти клетки не формируют опухоли при пересадке подготовленным лабораторным животным. Конечно, имеется значительная разница в типах экспрессии вирусных генов в В-клетках, трансформированных, но не малигнизированных с помощью EBV, и в клетках лимфомы Беркитта. Например, в опухолевых клетках не экспрессируются несколько мембранных белков, закодированных в вирусе, которые известны как мишени для цитотоксического действия Т-клеток хозяина.

Таким образом, EBV является лишь одним из факторов в многоступенчатом развитии лимфомы Беркитта. У здорового человека инфицирование вирусом EBV легко контролируется эффективным иммунным ответом, направленным против вирусных антигенов, экспрессированных на клеточных мембранах, т.е. подавляющее большинство инфицированных не имеют симптоматики или заболевают инфекционным мононуклеозом. В эндемических (африканских) районах имеется ряд пока еще необъяснимых кофакторов, например, хроническая малярия, стимулирует непрерывную пролиферацию В-клеток, которые под воздействием EBV стали «бессмертными». Активно размножающаяся популяция этих клеток имеет повышенный риск мутации при транслокации t (8; 14), в результате которой с-тус контактирует с одним из локусов гена иммуноглобулина. Это дает пораженным клеткам преимущества в росте благодаря активации с-тус. Одной только сверхэкспрессии онкогена с-тус еще недостаточно для малигнизации. По всей вероятности она представляет собой одну из многих ступеней в развитии лимфомы. В бессмертных В-клетках встречаются добавочные мутации, возможно, затрагивающие онкоген N-ras. Все вместе эти изменения приводят к появлению моноклональной В-клеточной опухоли. Согласно такому представлению EBV сам по себе не дает прямой опухолегенный эффект, но, действуя как поликло-нальный В-клеточный митоген, он определяет стадию приобретения t (8; 14) и других мутаций, которые, в конце концов, нарушают нормальную регуляцию роста клеток. Одновременно меняется экспрессия вирусных генов, поэтому экспрессия антигенов, которые могли бы быть распознаны Т-клетками с цито-токсическим действием, ослаблено.

Роль, которую выполняют иммунные механизмы при контроле за В-клетками, трансформированными вирусом EBV, иллюстрируется появлением В-клеточных лимфом у больных с подавленным иммунитетом. Некоторые больные СПИДом и те, кто получает продолжительную иммуносупрессорную терапию для предотвращения отторжения какого-либо аллотранспланта-та, страдают от развития множественных В-клеточных опухолей в лимфоидной системе или центральной нервной системе. Вначале эти опухоли поликлональны, но затем они могут формировать моноклональные пролифераты. На опухолевых клетках остается высокой экспрессия вирусного антигена, такого как LMP-1, и, следовательно, опухоли представляют собой в условиях организма точное подобие тех В-клеточных линий, которые стали бессмертными in vitro под влиянием вируса EBV.

Другим новообразованием, связанным с воздействием вируса EBV, является карцинома назофарингеальной области. Существуют эндемические зоны в Южном Китае, некоторых районах Африки и Арктики (у арктических эскимосов). В отличие от лимфомы Беркитта, ткань назофарингеальных карцином, исследованная в самых различных частях мира, в 100 \% случаев содержит ДНК вируса EBV. Кроме того, у больных повышены титры антител к антигенам вирусного капсида, а в эндемических очагах у больных обнаруживаются антитела IgA еще до развития опухоли. Географически ограниченное преобладание указанной опухоли не исключает также влияния на ее происхождение наследственности и факторов окружающей среды.

Вирус гепатита В (HBV) вызывает гепатоцеллюлярный рак, который эндемичен в странах Дальнего Востока и Африки. Например, на Тайване, у лиц, инфицированных HBV, риск заболеть раком печени в 200 раз выше, чем у их неинфицированных земляков. Роль этого вируса в гепатоканцерогенезе подтверждена и в эксперименте, но его значение в патогенезе рака печени человека пока не выяснено. Практически во всех случаях указанного рака обнаружена интеграция ДНК вируса HBV в геном гепатоцитов и, таким образом, по отношению к этим инсерци-ям (вставкам нуклеотидов) опухоли имеют клональное строение. Однако геном HBV не кодирует онкобелки и не обнаруживает закономерной интеграции поблизости от какого-либо известного протоонкогена. Поэтому весьма вероятно, что он оказывает непрямое и, возможно, многофакторное действие. Вызывая хроническое повреждение гепатоцитов и их регенеративную гиперплазию, HBV расширяет пул клеток, которые подвергаются риску последующих генетических изменений. В ми-тотически активных гепатоцитах мутации могут иметь случайный характер или вызываются агентами из микроокружения, например пищевыми афлатоксинами. В регионах, эндемичных по отношению к распространенности и HBV, и афлатоксинов, обнаружена мутационная инактивация р53. HBV кодирует регу-ляторный белок НВх, который прерывает нормальный контроль за ростом пораженных гепатоцитов с помощью транскрипционной активации нескольких клеточных протоонкогенов. Белок НВх активирует протеинкиназу С — решающий компонент для нескольких путей сигнальной трансдукции и, таким образом, имитирует действие опухолевого промотора ТФА. Важная роль НВх в патогенезе рака печени подкрепляется еще и тем, что у лабораторных мышей, трансгенных по отношению к гену НВх, развиваются гепатокарциномы.

Вирусы, содержащие РНК. Известен только один ретровирус, патогенный для человека, а именно вирус Т-кле-точной лейкемии 1-го типа (HTLV-1).

HTLV-1 связан в основном с формами Т-клеточной лейкемии и лимфом, эндемичных для определенных районов Японского и Карибского бассейнов. Подобно вирусу СПИДа он имеет тропизм к CD4+ Т-клеткам, т.е. Т-клетки являются главной мишенью для опухолевой трансформации. Заражение человека происходит путем передачи пораженных Т-клеток во время половых сношений, переливаний крови и кровезаменителей, вскармливания грудным молоком. После латентного периода в 20—30 лет около 1 \% зараженных лиц заболевают лейкемией. Кроме лейкемии, HTLV-1 связан также с тяжелым неврологическим демиелинизирующим процессом, названным тропическим спастическим парапарезом.

Молекулярные механизмы трансформации Т-лимфоцитов еще не полностью ясны. В противоположность нескольким мышиным ретровирусам, HTLV-1 не содержит v-onc и не способен к интеграции с протоонкогеном (по R.S.Cotran, K.Kumar, T.Collins, 1998). В опухолевых клетках при лейкемии обнаружен кло-нальный вид вирусной интеграции. При изучении генома HTLV-1 выявлены gag, рої, env, а также районы длинных повторяющихся терминальных последовательностей (LTR), характерные для других ретровирусов. В отличие от других вирусов, вызывающих лейкемию, геном HTLV-1 содержит еще один район, названный «tax». Предполагается, что трансформирующая активность HTLV-1 связана именно с геном tax. Продукт этого гена нужен для репликации вируса, поскольку он стимулирует транскрипцию вирусной мРНК путем воздействия на 5' LTR. Белок tax может также активировать транскрипцию нескольких клеточных генов, включая: c-fos, c-sis, гены, кодирующие цито-кин ИЛ-2 и его рецептор, а также ген миелоидного фактора роста. Таким образом, инфицирование вирусом HTLV-1 стимулирует пролиферацию Т-клеток, связанную с геном tax, который включает действие генов, кодирующих Т-клеточный фактор роста, ИЛ-2 и его рецептор. Миелоидный фактор роста, воздействуя на соседние макрофаги, вызывает повышенную выработку митогенов, например ИЛ-1, для других видов Т-клеток. Первоначально пролиферация Т-клеток поликлональна, поскольку вирус поражает много клеток. Существует повышенный риск вторичных трансформирующих мутаций пролиферирую-щих Т-клеток, которые приводят к росту моноклональной опухолевой популяции Т-клеток.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 |