Практическая онкология №1 2005

Стр.1

Стр.2

Стр.3

© Е.Н. Имянитов, К.П.Хансон, 2005 г. УДК 616006(91) ГУН НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова, СанктПетербург Понимание природы опухолевого роста стало принимать более очерченные формы лишь в течение двух последних десятилетий прошлого века, благодаря взрывоподобному развитию молекулярной онкологии. ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОНКОЛОГИЯ: НАИБОЛЕЕ ПРИМЕЧАТЕЛЬНЫЕ СОБЫТИЯ 2004 ГОДА Е.Н. Имянитов, К.П.Хансон Введение: современные представления о механизмах злокачественной трансформации Несмотря на более чем 100летнюю историю теоретической онкологии, дать универсальное определение опухолевому процессу представляется довольно зат руднительной задачей, вследствие комплексного характера этого патологичес кого явления. Тем не менее, попытаемся выделить главные признаки новообразо вания. Вопервых, опухолью считается процесс, сопровождающийся прибавле нием клеточной массы (в медицине данный феномен часто называют «плюстка нью»). Следует оговориться, что само по себе явление «+ ткани» наблюдается не только при онкологических, но и при ряде других патологий, например при вос палении, поэтому оно не может считаться достаточным для описания опухоли. Вовторых, для новообразований характерен автономный характер роста. В нор ме количество клеток регулируется посредством точной балансировки двух про тивоположных процессов – клеточного деления и клеточной элиминации. В слу чае онкологического заболевания прибавление клеточной массы опережает кле точную гибель, либо за счёт активации процессов пролиферации, либо вслед ствие угнетения процессов апоптоза, а чаще всего – за счёт сочетанного наруше ния обоих этих процессов. Существенно, что дисбаланс регуляции количества клеток вызван неспособностью трансформированного клона реагировать на внешние сигналы; таким образом, объём клеточной массы перестаёт зависеть от потребностей организма, что и подразумевается под понятием «автономность». Остальные признаки опухолевого роста, часто упоминающиеся в литературе, та кие как инвазия и метастазирование, блок дифференцировки, клеточная атипия, нарушенный гликолиз и т.д. зачастую действительно сопутствуют онкологичес кому перерождению тканей, но не являются необходимыми для его проявления. До самого последнего времени количество «теорий рака» измерялось сотнями. К наиболее значимым следует отнести вирусные, иммунологические, канцеро генные и гормональнометаболические концепции, ставшие предметом горячих споров в середине ХХ столетия. Понимание природы опухолевого роста стало принимать более очерченные формы лишь в течение двух последних десятиле тий прошлого века, благодаря взрывоподобному развитию молекулярной онко логии. Первый серьёзный прорыв произошёл в 70х годах, в процессе изучения молекулярных основ вирусного канцерогенеза. При проведении серии экспери ментов, направленных на идентификацию «онкологическизначимых» фрагмен тов генома вируса саркомы Рауса выяснилось, что за всю картину злокачествен ной трансформации отвечает всего лишь один единственный ген, который был назван онкогеном src. Позже было установлено, что подобный принцип характе рен для большинства известных онкогенных вирусов. Однако значение опытов на вирусах лимитировалось тем фактом, что данная разновидность опухолевого патогенеза наблюдалась только у животных (мышей, крыс, птиц), в то время как причастности вирусов к опухолям у человека доказать не удавалось. Разработка метода гибридизации нуклеиновых кислот привела к новому революционному открытию: оказалось, что все вирусные онкогены имеют гомологов в составе че ловеческого генома. Более того, данные гомологи являются необходимым ком понентом клеточной жизнедеятельности; они отвечают за такие важнейшие про цессы, как пролиферация, дифференцировка и т.д. Венцом примерно 10летней серии экспериментов стало доказательство факта активации онкогенов в опухо лях (вследствие увеличения количества копий и/или функциональной модифи кации). К середине 80х годов онкогенная теория рака приобрела удивительную ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 6, № 1 – 2005 1

Стр.1

Е.Н. Имянитов, К.П.Хансон стройность. Её основные положения можно упрощённо сформулировать следующим образом: 1. Онкогеном называется ген, который а) в норме ока зывает активирующее влияние на процессы пролифера ции и/или препятствует клеточной гибели; б) активиру ется в опухолях; в) проявляет трансформирующие свой ства в экспериментах по трансфекции. 2. Онкогены необходимы для нормального функцио нирования (обновления) тканей; их работа находится под строгим контролем сигнальных систем организма. Со матическая мутация в онкогене приводит к независимо сти клетки он внешних регулирующих влияний, т.е. кле точный клон, находясь в условиях аутостимуляции, при обретает способность к неконтролируемому размноже нию. Генетические повреждения в онкогенах могут воз никать вследствие случайного мутационного процесса, однако, вероятность мутаций существенно повышается при увеличении канцерогенной нагрузки. 3. При вирусном канцерогенезе у животных вирус со держит уже активированную версию онкогена, и, таким образом, является лишь транспортной формой последне го. У человека, напротив, большинство опухолей возни кает за счёт активации (мутации) эндогенных онкогенов. 4. Активация одного онкогена почти всегда компен сируется. Процесс злокачественной трансформации тре бует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах. Удивительно, что несмотря на кибернетическую оче видность причастности к данной проблеме противопо ложно направленных процессов, т.е. механизмов сдер живания клеточного роста, молекулярные основы нега тивной регуляции количества клеток почти не обсужда лись вплоть до открытия антионкогенов. Антионкогеном (супрессорным геном) называется ген, который а) в нор ме оказывает инактивирующее влияние на процессы про лиферации и/или способствует клеточной гибели; б) инактивируется в опухолях; в) осуществляет реверсию злокачественного фенотипа в экспериментах по транс фекции. К концу 80х годов было установлено, что прак тически каждая опухоль содержит множественные мута ции в антионкогенах, выражающиеся как в виде делеций, так и в форме микромутаций. Вероятно, инактивирую щие повреждения супрессорных генов встречаются су щественно чаще, чем активирующие мутации в онкоге нах, что соответствует бытовой логике «ломать – не стро ить». В целом, открытие антионкогенов послужило очень заметным этапом в истории молекулярной онкологии, добавив целостности и логичности к имеющимся до это го воззрениям. Современная наука полагает, что для возникновения трансформированного клеточного клона необходимо как минимум 5–9 мутаций в разных онкогенах и анти онкогенах. Если взять в расчёт скорость мутационных процессов, подобное накопление мутаций в одной и той же клетке представляется почти невероятным событием. Повидимому, на какомто из промежуточных этапов трансформации опухолевый клон приобретает способ ность к ускоренному мутагенезу, т.е. свойство «геномной 2 Practical oncology нестабильности». Факт геномной нестабильности экспе риментально подтверждается тем, что наряду со «значи мыми» мутациями в онкогенах и антионкогенах, в опу холях наблюдается огромное количество «побочных», относительно нейтральных повреждений генома. Фено мен генетической нестабильности опухолей привлёк внимание экспериментаторов в середине 90х годов и продолжает интенсивно изучаться в настоящее время [12]. Таким образом, молекулярная онкология вошла в ХХI век с достаточно чёткими представлениями о патогене зе новообразований. Суть молекулярногенетических изменений в опухолях сводится к трём компонентам: 1) активирующие мутации в онкогенах; 2) инактивирую щие мутации в антионкогенах; 3) геномная нестабиль ность. Спектр генетических повреждений в неоплазмах характеризуется удивительным разнообразием. К тако вым относятся амплификации (увеличение копийности генов), делеции, инсерции, транслокации, микромутации (точковые замены, микроделеции, микроинсерции) и т.д. В последнее время большое внимание уделяется насле дуемым изменениям в уровне экспрессии генов, что свя зано с аномальным метилированием их промоторов [12]. Определённую стройность приобрели представления не только о молекулярных, но и о более видимых, фено менологических компонентах опухолевой трансформа ции. Среди десятков особенностей, отличающих опухоль от нормальной ткани и упоминаемых в литературе трид цатилетней давности, удалось выделить и классифициро вать несколько чётких, подкреплённых молекулярноге нетическими данными тенденций. Наиболее ясное обоб щение этих признаков представлено в работе основопо ложников молекулярной онкологии D. Hanahan и R. Weinberg, появившейся на страницах первого номера жур нала «Cell» за 2000 г. [5]. Несмотря на небольшую давность этой публикации, упомянутый обзор уже приобрёл статус «классического». По мнению авторов, все или почти все опухоли характеризуются следующими чертами: 1) самодостаточность в отношении сигналов проли ферации, связанная с аутопродукцией факторов роста, соответствующих рецепторов или других компонентов сигнального промитотического каскада; 2) потеря чувствительности к сигналам, сдерживаю щих процесс пролиферации, обусловленная инактива цией супрессорных (антимитотических) белков; 3) замедление процессов программируемой клеточ ной гибели, опосредованное дисбалансом биохимичес кой регуляции процессов апоптоза; 4) неограниченный репликативный потенциал клеток (преодоление «лимита Хэйфлика»), сопряжённый с ре активацией экспрессии фермента теломеразы, и, как след ствие, отсутствием физиологического укорачивания те ломер; 5) стимуляция процессов ангиогенеза в опухоли, выз ванная экспрессией трансформированными клетками ангиогенных факторов и направленная на удовлетворе ние повышенных потребностей быстроделящихся нео пластических компонентов в оксигенации; ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 6, № 1 – 2005

Стр.2

Practical oncology 6) способность к инвазии и метастазированию, ассо циированная с продукцией опухолью гистолитических ферментов (протеаз), а также факторов, угнетающих ло кальный иммунитет; 7) геномная нестабильность, опосредованная инакти вацией систем репарации ДНК и нарушениями в молеку лярном контроле клеточного цикла; 8) перестройка стромальных компонентов, создающая более благоприятные условия для эволюции злокаче ственного клона. Подобная «диссекция» ключевых признаков опухоле вого роста имеет существенное практическое значение. Мы являемся свидетелями переходного периода в облас ти разработок новых методов противоопухолевой тера пии. Эмпирический подход, сопряжённый со случайным перебором тысяч биологически активных химикатов, постепенно замещается научно обоснованным, молеку лярнонаправленным поиском действительно специфи ческих противораковых средств, направленных на акти вацию или инактивацию ключевых биохимических ком понентов опухолевой трансформации. Первые подобные средства (герцептин, мабтера, гливек) уже внедрены в практическую медицину. Повидимому, их количество увеличится в ближайшие годы в десятки раз, что приве дёт к существенному улучшению результатов противо опухолевой терапии. Роль стромальных компонентов в инициации и прогрессии опухолей Многочисленные «классические» работы эксперимен тальной онкологии ХХ века убедительно доказали, что трансформированная клетка является центральным, и, в целом, самодостаточным компонентом опухолевого ро ста. Так как в большинстве случаев онкологическая тема тика подразумевает приоритетное изучение «рака», т.е. опухолей эпителиального происхождения, то при рас смотрении данного вопроса принято употреблять тер мины «эпителиальный компонент», под которым подра зумеваются сами опухолевые клетки, и «стромальный компонент», включающий в себя окружающие ткани. «Приоритетность» эпителиального компонента подтвер ждается целым рядом экспериментальных наблюдений, наиболее показательным из которых является возмож ность прививать опухоли подопытным животным по средством инокуляции трансформированных клеточных культур. Первые сомнения в непогрешимости подобных воззрений зародились в середине 90х годов прошлого века, когда было установлено, что опухолевые клетки сек ретируют специфические факторы ангиогенеза, обеспе чивающие управляемую васкуляризацию опухолей; эти наблюдения оказались в достаточной мере сенсацион ными, так как ранее считалось, что прорастание опухо ли сосудами представляет из себя пассивный, в опреде лённой степени второстепенный процесс. Другая серия неожиданных открытий происходит сейчас, на наших глазах. Некоторые эксперименты демонстрируют, что населяющие опухоль фибробласты отличаются от сво Е.Н. Имянитов, К.П.Хансон их «нормальных» гомологов и также играют активную роль в канцерогенезе [2]. Например, иммортализованные клетки гиперпластического эпителия предстательной железы подвергаются дальнейшей злокачественной трансформации лишь в том случае, если они кокульти вируются с фибробластами, полученными из опухоли; напротив, кокультивация этих же эпителиоцитов с «нор мальными» фибробластами не сопровождается их малиг низацией. Одним из механистических объяснений дан ного феномена является продукция «опухолевыми» фиб робластами целого ряда ростовых факторов, обеспечи вающих паракринную стимуляцию роста неоплазии. Су щественно, что в стромальных клетках опухоли иногда удаётся выявить соматические мутации, причём, спектр этих мутаций отличается от такового в эпителиоцитах [7]. Создаётся ощущение, что опухолевый процесс может начинаться не только с инициирующих мутаций в клет ках эпителиального ростка, но и с мутаций в фибробла стах; в последнем случае аномальные стромальные клет ки создают среду, благоприятную для возникновения и развития карциноматозного клона. Иерархия клеток опухоли? Стволовые клетки опухоли? Проблема стволовых клеток стала популярной темой в современной медицине. Под стволовыми клетками под разумеваются плюрипотентные клетки, которые сочета ют практически неограниченный потенциал к самовос производству с возможностью к разнообразной специа лизации посредством дифференцировки. Понимание механизмов жизнедеятельности стволовых клеток име ет большое прикладное значение, так как деликатное управление их размножением и функционированием может позволить восстанавливать органы, утраченные в результате тех или иных патологических процессов. Представления о стволовых клетках наиболее разрабо таны применительно к кроветворной ткани, тогда как поведение подобных «ростковых» компонентов в поддер жании и обновлении структурнооформленных органов изучено значительно меньше. Тем не менее, сама концеп ция существования тканеспецифических стволовых кле ток, предназначенных для поддержания функционально го равновесия между появлением новых и отмиранием старых органосоставляющих компонентов, представля ется интуитивно логичной. На этом фоне выглядят сен сационными экспериментальные данные, которые сви детельствуют, что этот же принцип используется не толь ко нормальными тканями и органами, но и опухолями. Весьма вероятно, что опухолевые массы функционально неоднородны, при этом их гетерогенность обусловлена не столько высокой фенотипической изменчивостью трансформированных клеток, сколько жёсткой иерархи ей и дифференцировкой внутри опухолевого клона. Со здаётся ощущение, что, по крайней мере, некоторые но вообразования имеют собственные стволовые клетки, которые и обеспечивают столь устойчивое поддержание и прирост размеров неоплазии. Эти стволовые клетки ПРАКТИЧЕСКАЯ ОНКОЛОГИЯ • Т. 6, № 1 – 2005 3

Стр.3