Механизмы возникновения, диагностика и нехирургические методы лечения онкологических заболеваний

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, ДИАГНОСТИКА И НЕХИРУРГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ



Содержание

Введение

1. Онкология вчера и сегодня

1.1 История онкологии

1.2 Основные причины канцерогенеза

1.3 Основные постулаты канцерогенеза

2. Особенности опухолевого роста. Классификация злокачественных новообразований. Клинические группы. Свойства злокачественных новообразований

2.1 Протоонкогены и онкогены

2.2 Свойства злокачественных новообразований

2.3 Инвазивность и метастазирование

2.4 Классификация опухолей

2.5 Псевдоопухолевые процессы

2.6 Паранеопластические синдромы

2.7 Клинические группы

3. Лекарственная терапия в онкологии

3.1 Лекарственная терапия

3.2 Оценка лечебного действия цитостатиков

3.3 Гормонотерапия при злокачественных новообразованиях

4. Биологические методы лечения злокачественных новообразований

4.1 Биотерапия: классификация и виды

4.2 Циторедукция опухолей и ее значение для повышения эффективности биотерапии

4.3 Побочные эффекты биотерапии и способы их минимизации

5. Лучевая терапия

5.1 Радиобиологические основы лучевой терапии

5.2 Эффективность лучевого воздействия

5.3 Основные принципы подготовки к лучевой терапии

5.4 Последствия и побочные явления при лучевой терапии

Заключение

Выводы

Список литературы

Введение

опухолевый новообразование злокачественный лучевой

Актуальность проблемы

Злокачественные новообразования устойчиво занимают 2-е место среди причин смертности населения Российской Федерации. Их удельный вес в общей структуре смертности составляет около 14%. Смертность населения от онкологических заболеваний в России в 2011 г. составила 204,6 на 100 тыс. населения. Более 40% впервые регистрируемых онкологических больных имеют уже III-IV стадию заболевания, что обусловливает высокий показатель одногодичной летальности (27,4%) (Гарин А.М., 2012).

В начале XX века стало очевидно, что канцерогены являются причиной мутаций, приводящим к нарушению структуры ДНК и хромосом. В это же время было выявлено, что 5-10% соматических мутаций ДНК приводят к опухолевой трансформации клеток. Исследование молекулярно- биологических основ причин, диагностики и лечения онкозаболеваний перешли на новый уровень с расшифровкой генома человека и генома некоторых опухолей. Было охарактеризовано более 30 000 генов, мутации 350 генов связаны с развитием онкозаболеваний (Гарин А.М., 2012).

Помимо этого около 15-20% злокачественных опухолей имеют вирусное происхождение. В 1910-1911 гг. Раусом была открыта вирусная природа рака. Эти работы послужили для многих исследований, которые открыли ряд вирусов, вызывающих опухоли у животных: вирус папилломы кроликов Шоупа (1933), вирус рака молочных желез мышей Битнера (1936), вирусы лейкозов мышей Гросса (1951), вирус «полиомы» Стюарта (1957), и др. (van Zijl F., et al, 2011).

Определенные успехи в работах по идентификации молекулярных отклонений, характерных для различных типов опухолевых клеток и понимание их ролей в процессах карценогенеза, позволили разработать новые методы диагностики, прогнозирования и лечения злокачественных новообразований. Прогресс в диагностике связан с применением высокочувствительных методов обнаружения молекулярных изменений с помощью методов полимеразной цепной реакции, протеомики, микрочипового анализа и других высоконаучных технологий. С помощью молекулярных механизмов карценогенеза разработаны методы применения таргетных препаратов, которые, действуя непосредственно на пораженные клетки, блокируют процессы неоангиогенеза, прекращают работу ростовых факторов.

Современная стратегия таргетной терапии рака включает в себя взаимодействие факторов роста с рецептором, трансдукция сигнала, контроль транскрипции генов, клеточного цикла, апоптоза, генов репарации, ангиогенез, метастазирование и репарация.

Таким образом, исследование молекулярно-биологических причин возникновения рака является одной из наиболее актуальных задач молекулярной медицины на период до 2025 года (Распоряжение Правительства РФ от 28.12.2012 № 2580-р.).

Цель данной работы: изучение молекулярных и биохимических механизмов возникновения онкозаболеваний, современных методов диагностики и нехирургические подходы к лечению онкологических заболеваний.

Задачами исследования являлись:

1. изучение основных причин возникновения онкозаболеваний;

2. выявление особенностей опухолевого роста;

3. изучение эффективности применения лекарственной терапии для онкобольных;

4. подбор современных биологических методов лечения онкологических заболеваний;

5. изучение эффективности лучевой терапии при онкозаболеваниях.



1. Онкология: прошлое и настоящее

1.1 История онкологии

Опухоли (новообразования) человека известны с древнейших времен. Еще Гиппократ описал отдельные формы опухолей. Именно он ввел в обращение термин «рак». Существует легенда о том, что, наблюдая одну из своих пациенток, страдающую раком молочной железы, Гиппократ подробно описал свои наблюдения в одном из своих известных трудов ? «Карцинома».

По всей видимости, заболевание находилось уже в достаточно поздней стадии, когда врач осмотрел пациентку. Новообразование в ее груди было похоже на распухшее членистоногое существо, а кровяные сосуды, питавшие опухоль, набухли и стали схожи с клешнями ракообразных. Именно поэтому Гиппократ дал этой болезни название «karkinos», что по-гречески означает «рак». Такое же сходство между проявлением болезни и внешним видом животного отметил позже древнеримский врач Гален, давший опухоли название «cancer», переведя на латынь древнегреческое слово «karkinos». Таким образом, термин «cancer» был заимствован в древнеанглийский период и имел две формы «cancer» и «cancor» (Гущина Л.Н., 2006 г.).

Новообразования костей были обнаружены, в том числе и у мумий древнего Египта. Более того, сравнительно недавно было проведено исследование доказавшее, что онкологическими заболеваниями страдали даже динозавры. Опухоли у динозавров были сходны с опухолями человека. Это показывает, что такое заболевание, как рак, существует с очень давних времен и в ходе эволюции не претерпело существенных изменений. (Rothschild et. al., 2003).

В прошлом люди не имели возможности бороться со злокачественными новообразованиями иначе, как хирургическим путем. Хирургические методы лечения опухолей использовали в медицинских школах древнего Египта, Китая, Индии, у инков Перу и др. Однако, несмотря на значительный интерес к вопросу возникновения и роста опухолей, несмотря на многообразные попытки их лечения, в продолжение ряда веков уровень медицинской науки не позволял глубоко изучить данные процессы. Это стало возможным только с изобретением во второй половине XIX века микроскопа и развитием патологической анатомии, особенная роль отводится работам Вирхова по целлюлярной патологии. Чрезвычайно важными для развития онкологии стали экспериментальные исследования на животных.

В течение длительного времени медицинское сообщество задавалось вопросами онкологии. В 1765 году на соискание премии Лионской академии наук был выдвинут вопрос «что такое рак?». Победил актуальный для своего времени тезис «Эту болезнь также трудно определить, как и лечить».

Наблюдение так называемого профессионального рака сыграло выдающуюся роль в изучении причин появления опухолей. В 1775 г. английский хирург П. Потт описал рак кожи мошонки у трубочистов, возникший в результате длительного загрязнения сажей, частицами дыма и продуктами перегонки каменного угля. Эти факты послужили основанием для исследования 1915-1916 гг., когда японские ученые Ямагива и Ичикава стали смазывать кожу ушей кроликов каменноугольной смолой и получили экспериментальный рак. В дальнейшем в 1932-1933 гг. работы Кинеуея, Хигера, Кука и их сотрудников установили, что действующим канцерогенным началом различных смол являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и, в частности, бензпирен.

Структурная формула бензпирена

Последнее вещество распространено в окружающей человека среде. В настоящее время, наряду с углеводородами, известны канцерогенные вещества, принадлежащие к другим классам химических соединений - аминоазотистые соединения, циклические амины, нитрозосоединения, афлатоксины и т.д.

Отдельные наблюдения профессиональных заболеваний человека и многочисленные опыты на животных показали, что канцерогенным действием могут обладать рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, радий и радиоактивные вещества. Открытие Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри искусственной радиоактивности дало возможность широкого использования радиоактивных изотопов для искусственного получения опухолей у животных и изучения процесса канцерогенеза.

По мере развития медицины и сопряженных наук, вопрос возникновения опухолей все более прояснялся. Так в 1910 году основоположник отечественной онкологии профессор Н.Н. Петров дал следующее определение: «Опухоль, это атипичное органоидное образование, растущее из первоначального зачатка, без определенного окончания, иногда бурно и неудержимо, всегда независимо от интересов организма посредством пролиферации своих собственных клеток, для которых размножение является самодовлеющей целью». В 1910 г. в России было издано первое руководство Н.Н. Петрова «Общее учение об опухолях».

Важным этапом в истории онкологии явилось открытие Раусом в 1910- 1911 гг. вирусной природы некоторых сарком кур. Эти работы легли в основу вирусной концепции рака и послужили поводом для многих исследований, которые открыли ряд вирусов, вызывающих опухоли у животных: вирус папилломы кроликов Шоупа (1933), вирус рака молочных желез мышей Битнера (1936), вирусы лейкозов мышей Гросса (1951), вирус

Для изучения этиологии и патогенеза опухолей человека большое значение имели исследования по эпидемиологии рака, подтверждающие несомненное влияние климатических, бытовых, профессиональных и других экзогенных и эндогенных факторов на возникновение и рост определенных форм злокачественных опухолей. Установлены значительные различия в частоте распространения разных форм рака в различных местах земного шара. Так, например, во вторую половину XX века резко увеличилась заболеваемость раком легкого в странах Западной Европы, особенно в Англии и США, что связывают с загрязнением атмосферы городов и распространением курения. Известно преобладание рака печени в развивающихся странах Африки, что может быть обусловлено недостаточностью белкового питания и наличием паразитарных заболеваний печени.

В начале XX века о вирусной природе злокачественных опухолей высказывались И.И. Мечников и Н.Ф. Гамалея. Культивированием опухолевой ткани занимались А.А. Кронтовский, Н.Г. Хлопин, А.Д. Тимофеевский и их сотрудники.

Первые в России работы по экспериментальной индукции опухолей каменноугольной смолой и химически чистыми канцерогенными веществами были проведены Н.Н. Петровым и Г.В. Шором с сотрудниками. Работы по изучению патогенеза опухолей, особенно по выяснению роли нарушений функций нервной системы в опухолевом процессе, проводили в СССР М.К. Петрова, А.А. Соловьев, С.И. Лебединский и др. В середине ХХ века все больший интерес вызывают иммунология опухолей и существование специфических опухолевых антигенов (Зильбер Л.А., 1948). Выяснению роли мезенхимы и взаимоотношениям опухоли и организма были посвящены работы А.А. Богомольца, Р.Е. Кавецкого и их сотрудников.

Изучение морфологии различных опухолей нашло отражение в трудах М.Ф. Глазунова, Н.А. Краевского и других советских патологоанатомов. Современные гистологические и цитологические исследования на молекулярном уровне (Ю.М. Васильев) углубили представления о свойствах опухолевых клеток.

Много усилий было направлено на изучение этиологии опухолей. Л.А. Зильбером разработана вирусогенетическая концепция опухолей. Его работы по иммунологии опухолей привели к исследованию опухолевых антигенов и, как результат, к открытию специфического печеночного альфа- фетопротеина, который стал диагностическим маркером рака печени.

С помощью радиоактивных веществ и канцерогенных углеводородов впервые в мире были получены экспериментальные злокачественные опухоли у обезьян. Изучение химических канцерогенных веществ привело к целому ряду достижений. В 1937 г. впервые в мире была доказана возможность получения опухолей у животных при введении экстрактов из тканей умерших от рака людей, так были заложены основы представлений об эндогенных бластомогенных веществах (Л.М. Шабад). Эта концепция была в дальнейшем развита как в СССР (Л.М. Шабад и др., М.О. Раушенбах), так и за рубежом (Лакассань, Бойланд) (Шабад Л.М., 1969 г.).

Изучение канцерогенных углеводородов побудило к разработке точных количественных методов их обнаружения в различных компонентах внешней среды. На основании результатов этих исследований был разработан ряд рекомендаций по профилактике рака. Наибольший размах приобрела экспериментальная и клиническая работа по химиотерапии опухолей. К традиционным методам лечения опухолей - хирургическому и лучевому - прибавилось лекарственное лечение. Синтез и экспериментальное изучение новых противоопухолевых препаратов при правильно организованной системе их испытания одновременно во многих клиниках, при соблюдении контролируемых условий, давали новые успехи химиотерапии опухолей.

В 1954 г. было организовано Всесоюзное (ныне Российское) научное общество онкологов. Отделения этого общества работали во многих регионах, хотя в настоящее время в силу определенных экономических обстоятельств, многие из них приобрели самостоятельность и организовали областные ассоциации онкологов. С участием онкологических институтов проводились межобластные, республиканские конференции. Общество онкологов России организует съезды и конференции, а также входит в состав Международного противоракового союза, объединяющего онкологов большинства стран мира.

Всемирная организация здравоохранения принимает активное участие в вопросах онкологии, в ее структуре создан специальный «отдел рака».

Несмотря на то, что злокачественные опухоли известны с древних времен, онкология (от греческого oncos - опухоль, logos - слово, наука) является молодой наукой - ей не более 100 лет, а полноценное развитие ее началось лишь в XX веке. Основные ее задачи: выяснение причин новообразований, разработка методов профилактики, способов раннего распознавания и успешного лечения.

В последние годы достижения онкоиммунологии, онкогенетики (иначе говоря - биотерапии рака), выводят онкологию, как науку, на новый уровень, и внушают новые надежды на победу над этим недугом. Разрабатываются новые вакцины, новые методы генной терапии рака (Мантров Д.А., 2009 г.).

1.2 Основные причины канцерогенеза

Каковы причины возникновения рака, до сих пор однозначно не известно. Существует несколько десятков научных точек зрения. Если все их объединить в одну общую картину, то выделяется три основных фактора, способствующих развитию злокачественной опухоли:

- физические факторы - к ним относят радиацию, ультрафиолет;

- химические факторы - к ним относят канцерогенные вещества;

- биологические факторы - это некоторые опасные вирусы.

Данные факторы сначала приводят к патологии структуры ДНК, результатом которой, как правило, становится активация онкогена и обретение клетками пролонгированной жизни. В результате клетки не отмирают в положенный срок, а начинают с огромной скоростью размножаться, образуя опухоль.

Перечисленные выше факторы являются внешними причинами возникновения рака. Кроме внешних факторов, есть внутренние причины, которой является наследственная предрасположенность. В этом случае у организма либо уменьшена способность восстановления ДНК, либо уменьшен иммунитет к онкологии. Часто внутренние и внешние причины рака настолько размыты, что трудно сказать о первичности их воздействия.

В научном сообществе общепринятой считается мутационная теория рака. Согласно этой теории раковая клетка - это результат точечных генетических сбоев незрелых клеток тела под действием внешних или внутренних факторов. Обсуждаются также другие теории канцерогенеза. Однако, ни одна теория, в полной мере, не отражает суть заболевания, так как:

- современные принципы лечения рака основаны на устранении последствий уже развившегося заболевания - подавлении роста опухолевых клеток с помощью хирургического вмешательства, методов химио- и лучевой терапии;

- не до конца ясны принципы методов управления мутациями клеток.

Канцерогены, как причина возникновения рака

Главная причина возникновения рака заключается в основном свойстве заболевания - это повреждение структуры ДНК. Несмотря на имеющуюся у живых организмов природную защиту от этого процесса, канцерогены повреждают ДНК. Организм способен сам восстанавливаться и уничтожать канцерогены, и даже злокачественные опухоли. Но с возрастом эта функция организма ослабевает. Поэтому шанс заболеть раком зависит не только от функционирования организма, но также от количества поступающих канцерогенов. Следовательно, уменьшение поступления канцерогенов в организм дает значительную профилактику рака.

Разные канцерогены по-разному влияют на структуру ДНК. Например, физическое повреждение оказывают канцерогены, которые вырабатывают большое количество свободных радикалов. К ним относят ультрафиолет и рентгеновское излучение. Существуют также канцерогены химического воздействия, которые наносят повреждение пут?м создания химических связей. К биологическим канцерогенам относят вирусы. Вирусы обычно встраиваются в саму структуру ДНК и разрушают е?. Но появлению канцерогенов может также способствовать и сама медицина - например, использование ионизирующих излучений и отдельных вариаций гормональной терапии и терапии рака.

Наследственность и рак

Наследственность тоже влияет на риск возникновения рака. У человека либо с рождения имеется наследственная предрасположенность к онкологии, связанная со слабым иммунитетом, либо у организма уменьшена способность восстановления ДНК.

Известно примерно 50 наследственных форм рака. Эти же формы могут быть и ненаследственными, а спорадическими. Предрасположенность к раку наследуется как обычный Менделевский доминантный признак с той или иной степенью пенетрантности и возникновением в более раннем возрасте, чем спорадические формы (Knudson A.G., 1993).

Статистика факторов риска заболевания раком

В 95 % случаев рак возникает из-за ухудшения окружающей среды и неправильного образа жизни:

Причины возникновения опухолей питание	% патологий 35-40
курение табака	30
инфекции	10
ионизирующее и ультрафиолетовое излучение	6
профессиональные канцерогены	5
половые инфекции	4
низкая физическая активность	4
алкоголизм	2
загрязненный воздух	1

Стоит заметить, что самый высокий процент патологий показывает неправильное питание. Современный тип питания характеризуется избыточным потреблением животных белков, рафинированных углеводов, тугоплавких жиров и малым количеством органических волокон и клетчатки, а также витаминов.

Свою лепту в повышение заболеваемости вносят постоянные стрессы современной жизни, которые, как известно, вызывают угнетение иммунной системы.

На сегодняшний момент существует большое количество теорий канцерогенеза, каждая из которых несет в себе определенную долю понимания сути этого процесса. Сейчас рак признан многопричинным заболеванием и в первую очередь считается нарушением генетического аппарата клетки.

1.3 Основные постулаты канцерогенеза Причины возникновения онкозаболеваний

Организм человека состоит из огромного количества клеток, примерно из 1012-1014, четырех видов ткани: эпителиальной, соединительной, мышечной и нервной, которые образуются из более 200 типов специализированных клеток. В нормальном организме все клетки действуют согласовано по единой генетической программе. Время жизни клеток запрограммировано. Для каждого вида клеток установлен индивидуальный предел существования, например, тромбоцит существует 4 дня, а эритроцит - 125 дней. Организм человека постоянно обновляется за счет новых клеток.

Стадии развития здоровой клетки тела.

- Зарождение и деление стволовых клеток организма.

- Созревание. Генетически обусловленное стремление клетки к морфологической и физиологической специализации.

- Специализация. Приобретение клеткой морфологических, гистологических, физиологических признаков зрелой клетки, например, из клетки эпителия, эритроцита, лимфоцита получаются только аналогичные клетки.

- Активность. Полноценное функционирование клеток в содружестве и всеобъемлющем подчинении потребностям макроорганизма.

- Старение. Период увядания физиологических функции, морфологическое дряхление.

- Запрограммированная гибель (апоптоз). Главное отличие от патологической гибели - некроза, в том, что вокруг клетки в состоянии апоптоза отсутствует воспалительный отек.

Патологические мутации возникают ежесекундно, однако в результате многоступенчатой регуляции, в здоровом организме, мутировавшие клетки уничтожаются.

Под влиянием внутренних и/или наружных патогенных факторов (генетические, физические, химические, биологические), происходит сбой регуляции, измененные клетки не погибают, а продолжают размножаться в месте образования, но уже по собственной программе, не связанной с организмом. Существенное отличие в том, что мутировавшие клетки не достигают стадии специализации и последующих за ней стадий, соответственно их запрограммированная гибель (апоптоз) не подчиняется единым законам здорового организма. Регуляция апоптоза имеет 2 уровня: верхний уровень включает непосредственно регуляторы апоптоза, а нижний

- эффекторные компоненты (Adams J.M., Cory S., 2007).

Стадии опухолевых процессов в организме

Гиперплазия (hyperplasia) [греч. hyper - над, сверх и plasis ? образование] ? увеличение в объеме органов и тканей вследствие повышенного образования в них клеточных элементов, внутриклеточных структур и межклеточных волокнистых образований, происходящее в результате усиления функции органа или патологического новообразования.

Формирование доброкачественной опухоли, хотя эта стадия может:

а) отсутствовать при некоторых формах рака, стадия гиперплазии сразу переходить в стадию дисплазии;

б) оказаться конечной стадией, без дальнейшего продолжения патогенеза.

Доброкачественная опухоль медленно растет, не имеет метастаз, опасность представляет в случае сдавливания окружающих нервных волокон и кровеносных сосудов.

Дисплазия. Закрепление и продолжение патологического роста измененных клеток. Превращение доброкачественной опухоли в злокачественную опухоль называют малигнизацией.

Предраковое состояние - пограничное состояние, когда опухоль имеется, но возможен регресс. Еще один важный признак клеток в этом состоянии - локализация их в ограниченном пространстве.

Инвазивный рак. Развитие патогенеза сопровождается появлением метастаз, развитием воспалительных реакций в местах роста опухоли. Прогноз исхода заболевания считают неблагоприятным если выявляются метастазы в отдаленных органах.



2. Особенности опухолевого роста. Классификация злокачественных новообразований. Клинические группы. Свойства злокачественных новообразований

2.1 Протоонкогены и онкогены

Понятие о протоонкогенах и онкогенах, является ключевым звеном современного взгляда на онкогенез. Ген ? структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определ?нного полипептида либо функциональной РНК.

Онкогены представляют собой клеточные или вирусные гены, экспрессия которых создает вероятность возникновения или роста опухолей.

Протоонкогенами являются нормальные клеточные гены, которые в результате изменения или усиления функций, становятся онкогенами. Они отвечают за продукцию белков (протоонкобелки), которые регулируют многие важные процессы, в числе которых: внутриклеточный транспорт, создание цитоскелета, разрастание клеток организма, путем размножения клеток делением (пролиферация), связь с окружающими клетками и матриксом и др.

Опухолевые супрессоры (антионкогены, рецессивные опухолевые гены) - клеточные гены, вывод из строя которых, резко увеличивает опасность возникновения новообразований, в то время как восстановление их изначальных функций может подавить рост опухолевых клеток.

Таким образом, предпосылки к перерождению нормальной клетки в опухолевую возникают, когда усиливается действие онкогенов, либо, когда прерывается действие антионкогенов. В настоящее время науке известно порядка 100 онкогенов и около 30 опухолевых супрессоров. В течение длительного времени информация о каждом из онкогенов и антионкогенов была весьма неоднозначной. И только в последнее время стала проясняться картина, рассказывающая о том, что львиная доля известных протоонкогенов и опухолевых супрессоров на самом деле являются участниками нескольких общих сигнальных путей, по которым идет контроль за основополагающими механизмами развития и жизнедеятельности клеток: клеточным циклом, апоптозом, дифференцировкой клеток, целостностью генома и морфогенетическими реакциями. Очевидно, что изменения именно в этих сигнальных путях в конце концов и приводят к образованию злокачественных опухолей (Майборода А.А., 2013).

К изменению структуры или же увеличению числа копий участков ДНК, содержащих протоонкогены и опухолевые супрессоры, приводят как естественные ошибки при копировании цепочки нуклеотидов, так и мутации, вызванные внешними генотоксическими воздействиями, такими, как ионизирующее и УФ-излучение, воспалительные процессы, химические канцерогены, а также воспалительные процессы.

В случае, если мутации возникают в половых клетках, это может привести к возникновению наследственной формы опухолей. В случае, если первичным изменениям подвергаются соматические клетки, то мутации остаются в одном организме и могут привести к появлению спорадических опухолей.

Все гены парные и сосредоточены на двух аллелях. Для того, чтобы появился онкоген достаточно мутации протоонкогена лишь на одном аллеле. А для того, чтобы инактивировался антионкоген, необходима мутация сразу на двух аллелях. Мутация на одном аллеле не меняет функцию клетки, но значительно повышает риск развития опухоли, для реализации которого необходима мутация второй копии гена.

Перерождение протоонкогена в онкоген возможно в следующих случаях:

- изменение первичной структуры (мутации), которые приводят к синтезу измененного белка (онкобелок);

- увеличение числа копий белка, что приводит к синтезу протоонкобелка в увеличенном объеме;

- рекомбинации ДНК (хромосомные транслокации, инверсии, делеции).

Рядом с каждым протоонкогеном имеется ген, который отвечает за регулирование его работы. Если происходит его перемещение в другое место, то рядом может не оказаться регулирующего гена и протоонкоген может начать работать, так как ген, который его контролировал, не функционирует.

Если протоонкоген активен, то увеличивается количество белка, за выработку которого он отвечает, и регулирующий фактор поступает в резко возросших количествах. Так, например, при многих опухолях наблюдается повышенная секреция факторов роста. Он не изменен, но его слишком много. И это вызывает бурный всплеск роста клеток с рецептором, реагирующим на этот фактор. Похожим образом происходит прекращение синтеза белков опухолевых супрессоров, либо синтез формы белков, которая неактивна.

Как известно, опухоль со временем меняется. Существующая теория прогрессии опухоли говорит о том, что опухоль из доброкачественной может стать злокачественной, неметастазирующая начнет давать метастазы, гормонозависимая станет гормонорезистентной и т.д. Эти признаки никак не зависят друг от друга и меняются со временем. Считается, что это связано с последовательным включением разных онкогенов. Сначала, при трансформации, переход клетки в опухолевое состояние может быть связан с тем, что какое-то количество протоонкогенов становится онкогенами.

Например, в случае протоонкогенов, имеющих отношение к сигналу на деление, клетки начинают бесконтрольно делиться, при этом морфологически еще оставаясь нормальными и не приобретя способности к инвазии и т.д. В ходе последующего развития в этих клетках появляются и накапливаются различные хромосомные нарушения и мутации и в популяции происходит отбор определенных вариантов, которые получают преимущество в развитии. Например, произошла мутация гена, контролирующего цитоскелет. В этом случае клетка меняется морфологически. Если мутация происходит в генах, контролирующих синтез протеаз, такая клетка приобретает способность к инвазии.

2.2 Свойства злокачественных новообразований

Злокачественные новообразования возникают в результате неограниченной пролиферации клеточного клона, выходящего за пределы собственной ткани и приобретшего способность к росту в сопряженных тканях. По причине постоянной генетической изменчивости и отбора, которые проходят под давлением организма, в популяции клеток такого клеточного клона постоянно идет отбор все более и более агрессивных субклонов. Все клетки и ткани организма способны принимать участие в опухолевых процессах. При этом свойства пораженных клеток переносятся и на нормальные, но у опухолевых клеток эти свойства проявляются в искаженном или утрированном виде (Копнин Б.П., 2012).

Основными свойствами злокачественных новообразований считают следующие:

- автономность роста;

- атипия;

- инвазивный рост;

- метастазирование.

Автономность роста

Автономность роста является одной из отличительных черт онкологических клеток. Рост клетки в сложном организме регулируется с учетом конечного фенотипа организма. Это правило нарушается опухолевыми клетками - для них характерно так называемое «асоциальное» поведение, связанное, в первую очередь, с нарушением нормальных морфогенетических реакций таких, как пролиферация, независимо от наличия факторов роста и прикреплению к субстрату, потеря контактного торможения размножения и т.д.Все эти нарушения связаны с нарушением функций опухолевых супрессоров и протоонкогенов (Васильев Ю.М., 1997).

Неопластические клетки, которые дают начало злокачественным новообразованиям, образуются из незрелых или стволовых клеток в результате сбоя в генетических программах, обеспечивающих нормальное функционирование процесса обновления тканей. При этом возникает объединение постоянно пролиферирующих бессмертных клеток - т.н. стволовых клеток опухоли, копящих в себе дополнительные клеточные изменения и мутации, которые, в свою очередь, обеспечивают дальнейшее развитие опухолевого процесса.

При нормальном пути развития стволовых клеток, процессы деления и дифференцировки их потомков, подвержены различным регулирующим сигналам извне (цитокины, гормоны и т.д.), плюс межклеточными взаимодействиями и белками внеклеточного матрикса.

Автономность роста опухолевых клеток обусловлена работой нескольких механизмов.

1. Самодостаточность в пролиферативных сигналах (клетки опухолей могут размножаться, при наличии в сыворотке ростовых факторов в сотни раз меньшем от нормы), что выражается в:

- увеличении количества рецепторов;

- автономной секреции факторов роста;

- делении в отсутствии факторов роста.

2. Независимость от субстрата (способность к пролиферации в полужидкой среде).

3. Понижение восприимчивости к замедляющим сигналам:

- контактное торможение размножения;

- цитокины (растворимые факторы).

В основном клетки начинают делиться, когда на них действует химический фактор роста (коих известно более 60-ти). Наиболее изученной и клинически реализованной является сигнальная система с участием рецептора эпидермального фактора роста (РЭФР) и родственных ему рецепторов семейства c-erbB или HER (human epidermal growth factor receptor) (Герштейн Е.С. и др. 2010; Herbst R.S., 2004). Данные факторы стимулируют размножение либо какого-то определенного вида клеток, либо разных. Фактор роста взаимодействует с определенным рецептором, находящимся на поверхности клеточной мембраны и посылает сигнал через последовательность белков к ядру. Рецептор фактора роста состоит из трех частей: внеклеточная часть, внутримембранная и внутриклеточная (Федянин М.Ю. и др., 2014).

Процесс передачи сигнала по рецептору представляет собой последовательное фосфорилирование нескольких белков, являющихся продуктами протоонкогена (RET, ERB B1, ERB B2, SRC, RAS и других) (Гребенникова О.П. и др., 2009 г.). В случае, если протоонкоген мутировал и превратился в онкоген, продуцируемый им белок меняется и начинает посылать сигнал на деление постоянно, в результате того, что постоянно находится в активном состоянии и включается уже без участия фактора роста. Сигнал идет в ядро, где находятся факторы транскрипции, которые запускают процесс деления клетки. Таким способом, опухолевые клетки делятся при дефиците или полном отсутствии фактора роста.

Одним из важных свойств неопластических клеток, можно назвать отсутствие репликативного старения (иммортализация). Известно, что возможное количество делений каждой нормальной клетки ограничено. Одним из механизмов, с помощью которого обеспечивается наступление конечной точки размножения клеток, является изменение структуры концевых участков теломер хромосом, после запрограммированного количества делений. Этот процесс происходит с помощью специализированного фермента ДНК-теломеразы, который восстанавливает структуру концевых участков ДНК. В опухолевых клетках этот фермент, как правило, активен, что и позволяет клеткам делиться неограниченное количество раз.

Бесконтрольное деление клеток также может наблюдаться при сбое в работе генов-супрессоров. Ген р53 является одним из наиболее известных, на данный момент, антионкогенов. Полноразмерный белок р53 человека состоит из 393 аминокислотных остатков, кодируемых 10 экзонами гена ТР53 (всего в составе гена ТР53, простирающегося на 20 тысяч пар оснований на коротком плече хромосомы 17, 11 экзонов, но 1-й экзон кодирует нетранслируемую мРНК) (Копнин Б. П. и др., 2008 г.). Этот ген контролирует целостность генома, регулирует клеточный цикл и апоптоз. Важно то, что р53-зависимый апоптоз элиминирует из организма не только поврежденные клетки, но и клетки с нерегулируемой стимуляцией пролиферации, которая вызывается, например, конститутивной активацией онкогена MYC. Мутации р53 можно наблюдать при многих спорадических опухолях.

Нарушения функции гена р53 приводят к следующим последствиям:

- отмена индукции апоптоза;

- потеря негативного контроля пролиферации;

- накопление клеток с генетическими нарушениями и мутациями;

- нарастание генетической нестабильности.

В итоге, автономность опухолевых клеток, проявляется в независимости их роста, скорости размножения и прочих видов жизнедеятельности от разнообразных видов внешнего воздействия. Примером этого явления можно рассматривать отсутствие реакции на голодание, даже в организме, который испытывает резкий недостаток питательных веществ, опухолевые клетки продолжают расти и делиться. Так, например, при раке пищевода, все нормальные клетки подвергаются прогрессирующей атрофии. Все, за исключением раковых.

Атипия

1. Атипия морфологическая ? утрата опухолью характерных для исходной ткани морфологических особенностей. Для злокачественного образования характерным является, как клеточная, так и тканевая атипия.

Клеточная атипия выражается в полиморфизме клеток, увеличении ядерно-цитоплазматического соотношения, гиперхромии ядер, изменении цитоскелета, появлении «голых» ядер и нуклеол (ядрышек на фоне ядра), митозов.

Тканевая атипия проявляется в нарушении соотношения элементов ткани, ее арихитектоники, наличии или отсутствии каких-либо структур (папиллярных, тубулярных и т.д.).

Эффект нарушения дифференцировки клеток при онкологических заболеваниях, с успехом используется при диагностировании новообразований. Степень морфологической атипии может широко варьироваться ? от практически не имеющих морфологических отличий, до глубоких изменений (неклассифицируемые опухоли).

2. Функциональная атипия ? утрата способности выполнения функций (секреторная, сократительная и др.) пораженными клетками и тканями.

3. Биохимическая атипия ? потеря пораженной клеткой части, либо всех специфических ферментов, которые характерны для исходных здоровых тканей. В других случаях, бывает, что в пораженных клетках возобновляется синтез белков (ферментов), которые, при нормальном функционировании клетки, являются специфичными только для эмбриональной стадии развития организма.

Онкомаркеры ? опухолевые маркеры, представляющие собой макромолекулы, наличие и концентрация которых в периферической крови, либо других жидкостях организма изменчиво, в соответствии с наличием и ростом злокачественных новообразований. Онкомаркеры формируются либо на самих пораженных клетках, либо через индукцию другими клетками.

Онкомаркер, в идеальном варианте, должен обладать следующими особенностями:

- продуцироваться только злокачественными клетками;

- обладать органоспецифичностью;

- давать высокую концентрацию в биологических жидкостях;

- концентрация онкомаркера должна изменяться в зависимости от размеров опухоли, стадии заболевания, эффективности лечения;

- позволять проводить диагностику всей опухолевой ткани.

На настоящий момент в диагностике используются онкомаркеры, которые соответствуют лишь некоторым из перечисленных критериев.

Сейчас известны более 200 соединений, и их количество постоянно увеличивается. Но на практике используется лишь малая часть: 10-15 онкомаркеров. По биологической функции онкомаркеры делятся на онкофетальные антигены, энзимы, гормоны, рецепторы и соединения, роль которых до конца не изучена.

Онкофетальные антигены: РЭА (раково-эмбриональный антиген); АФП (альфа-1-фитопротеин); ХГЧ (хорионический ганадотропин человека); СА 125; СА 15-3; СА 19-9; SCC; CA 72.4; CYFRA 21.1 (Кушлинский Н.Е. и др., 2009).

Энзимы

ПСА (простатоспецифический антиген) ? гликопротеин, с помощью которого поддерживается вязкость семенной жидкости. Является органоспецифическим маркером. Повышенное содержание может наблюдаться при гипертрофии простаты, диагностических манипуляциях, воспалительных заболеваниях (Аляев Ю.Г. и др. 2006; Аляев Ю.Г., 2009).

НСЕ (нейроспецифическая енолаза), как правило, обнаруживается в нейроэндокринных структурах. Применим для диагностики мелкоклеточного рака легких, нейроэндокринных опухолей и как дополнительный маркер для диагностики семином (Тиц Н.У., 1997).

Ценность онкомаркеров заключается в том, что с их помощью проводится мониторинг и контроль за эффективностью терапии. При регулярном наблюдении за показаниями онкомаркеров, можно обнаружить метастазы за 5-6 месяцев до их клинического проявления. Важно отметить, что важным показателем является именно динамика изменений, а не абсолютные величины концентрации онкомаркеров.

4. Иммунологическая атипия ? исчезновение из пораженных клеток ряда антигенов, являющихся типичными для здоровых клеток того же вида. Этот процесс называется «антигенное упрощение». С его помощью повышается выживаемость пораженных клеток в организме, так как затрудняется их идентификация имуннобиологической системой организма.

2.3 Инвазивность и метастазирование

При опухолевой трансформации нарушаются не только механизмы нормальной пролиферации клеток, но и их локомоторная активность, что приводит к таким проявлениям «асоциального» поведения опухолевых клеток, как инвазивный рост и метастазирование. (Юнусова Н.В. и др., 2012).

Этот многоступенчатый биологический процесс отношений опухоли и организма складывается из нескольких этапов.

1. Отделение пораженных клеток от первичного опухолевого узла, обусловленное снижением адгезионной способности.

2. Клетка должна обладать способностью к локомоции (активному перемещению).

3. Пораженная клетка проникает через базальную мембрану, проходит рыхлую соединительную ткань, стенку сосуда и затем в обратном направлении. Эндотелий новообразованных сосудов так же может проникать сквозь базальную мембрану и соединительную ткань, способствуя попаданию опухолевых клеток в кровоток. Растворение базальной мембраны и соединительной ткани возможно благодаря выработке специальных протеаз.

4. Клетка должна обладать способностью выживать в среде крови (нормальным клеткам это не свойственно) и большая часть опухолевых клеток погибает.

5. Необходима фиксация пораженной клетки к стенке сосуда.

6. Выход опухолевых клеток за пределы сосуда, размножение и рост в среде, не свойственной для клеток данного типа с образованием нового очага опухолевого роста.

В итоге для инвазии и метастазирования характерны следующие факторы:

- изменение адгезии;

- локомоция;

- выработка палеолитических ферментов;

- неоангиогенез.

Печень ? наиболее поражаемый метастазами орган, иногда эта зона метастазирования единственная. Медиана выживаемости больных с метастазами в печень без их хирургического удаления не превышает 16 месяцев. Оперируются больные раком толстой кишки и почки, герминогенными и эндокринными опухолями, 5-летняя выживаемость достигает от 35 до 50%. Возможны повторные операции. Лучшие результаты получены после лобэктомии, при метастазах, не превышающих 5 см. Неудачны результаты при раке молочной железы и других не указанных локализациях рака.

Легкие ? вторая зона по частоте метастазирования после печени.

Метастазэктомии выполняются после контроля первичного очага и доказательств отсутствия опухолевых заносов в другие органы. Операции могут производиться и торакоскопически. Пятилетняя выживаемость после хирургического удаления легочных метастазов при остеогенных саркомах достигает 40%, при саркомах мягких тканей: 25-40%, раке толстой кишки ? 35%, раке почки ? 40%, опухолях головы и шеи ? 50%, гинекологическом раке ? 35%, герминогенных опухолях ? 86%, меланоме ? 20% (Гарин А.М., 2012).

Метастазы в мозг регистрируются у 10% онкологических больных.

Медиана выживаемости пациентов без терапии ? 2 мес, со стероидной терапией ? 3 мес, после лучевой терапии ? 6 мес. Удаление метастазов в головной мозг продлевает жизнь больных раком молочной железы и раком легкого на 1 год, раком почки ? на 10 мес, раком толстой кишки ? на 9 мес, при меланоме ? на 7 мес. (Гарин А.М., 2012; Cassidi J. et al., 2010; Coyle V.M. et al., 2010).

Современные представления о клеточных и молекулярных механизмах инвазии и метастазирования злокачественных опухолей обосновывают возможность рационального поиска ингибиторов метастазирования с патогенетической направленностью действия. (Киселев С. М. и др., 2006).

Адгезивное взаимодействие

Всего существует два вида адгезивного взаимодействия:

- клетка/клетка

- клетка/внеклеточный матрикс (все субстраты прикрепления опухолевой клетки ? базальная мембрана, соединительная ткань и т.д.).

Способность клетки к прикреплению обусловлена наличием и работой молекул адгезии. Прикрепление к субстрату-донору происходит не всей поверхностью клетки, а только некоторыми ее участками (точечные или фокальные контакты). В этих точках сконцентрирован белок интегрин, который состоит из трех частей: внеклеточной, внутримембранной и внутриклеточной. Изнутри клетки к этому белку подходят филоменты (нити), которые и составляют цитоскелет клетки. Эти нити состоят из белка актина (актиновые филоменты). Эти нити прикрепляются к интегрину изнутри и таким образом укрепляют контакт.

Внешний вид пораженных клеток так же отличается от вида здоровых. Например, если нормальная клетка находится на подложке, то она имеет плоскую, гладкую форму, если плавает, то форма становится сферической, но, если ее поместить на подложку ? на ее конце появляется выступ, с помощью которого клетка прикрепляется к субстрату. Однако через 15-20 минут клетка, подобно капле, растекается во всех направлениях, уплощается и становится плоской.

В отличие от здоровой клетки, опухолевая даже на подложке имеет сферическую форму и напоминает ежа. У опухолевых клеток происходит мутация гена, ответственного за выработку актина, что ведет за собой изменения в самом белке. Такая дисфункция актина приводит к потере актином способности образовывать филоменты и, как следствие, к дезорганизации цитоскелета и потере контактов.

Интегриновые молекулы в онкоклетках фосфорилируются за счет действия онкогенов. Они становятся либо полностью неспособными связываться с клеточным матриксом, либо эта связь значительно ослабевает. Сила сцепления такой клетки в несколько раз меньше, чем для здоровой. Разные интегрины связываются с разными компонентами матрикса. В целом, существует четыре молекулы адгезии: интегрин, кадхерин, селектин, иммуноглобулиноподобные белки.

Прикрепление опухолевых клеток к эндотелию происходит так же, как у лейкоцитов при воспалении. Чтобы выйти из просвета сосуда в воспаленном участке, лейкоциты должны прикрепиться к сосудистой стенке. Аналогичный процесс происходит с раковыми клетками.

Селектины ? молекулы адгезии, которые расположены в эндотелии. Они связываются с углеводами на поверхности опухолевых клеток. Плавающая в крови пораженная клетка, выделяет так называемый фактор некроза опухоли, который в норме вырабатывается макрофагами. Этот фактор вызывает усиленное образование селестинов, в результате чего опухолевая клетка легче прикрепляется к эндотелию. Это начальная стадия адгезии ? связь еще неустойчива и клетка может не удержаться на месте и оторваться. Но в течении 6-12 часов те же самые факторы адгезии стимулируют на поверхности эндотелия синтез иммуноглобулиноподобных белков, которые образуют связи прочного порядка. После этого эндотелиальные клетки поджимаются и между ними образуется просвет, обнажающий базальную мембрану, к которой прикрепляется опухолевая клетка с помощью интегринов.

Нарушение адгезии обеспечивается дефицитом сначала тканеспецифических, а затем и неспецифических факторов гомотипической (клетка-клетка одноименной ткани) адгезии (Thiery J.P., et al., 1982; Edelman G.M., 1984, 1986,1989; Alford D., Papadimitriou J., 1996; Kimura K., et al., 2000; Kato Y., et al., 2005; Margulis A., et al., 2005; Lascombe I., et al., 2006).

Протеолитические ферменты

Далее клетка начинает секретировать протеазы и происходит растворение мембраны. Протеазы могут быть самого различного типа, в том числе и специфическими. Одним из важнейших условий для успешной опухолевой инвазии является деградация клеточного матрикса. Происходит это за счет секреции опухолевыми клетками трансмембранных протеаз из группы матричных металлопротеиназ. Опухолевая строма может секретировать ингибиторы протеолиза, однако, зачастую, их активность бывает понижена.

Локомоция

Локомоция, это способность клетки к активному и направленному передвижению. Она зависит от химических факторов - мотогенов, которые действуют, как на нормальные клетки, так и на пораженные. Все факторы роста являются мотогенами для определенного типа клеток, но есть и чистые мотогены. Один из самых известных ? фактор распространения. Данный фактор придает клеткам локомоторный фенотип, что очень важно для опухолевых клеток, так, как они сами не в состоянии его продуцировать, но выделяют вещества, стимулирующие секрецию этого фактора стромой опухоли. Кроме этого, раковые клетки обладают большим количеством рецепторов, восприимчивых к мотогенам, из-за чего приобретают утрированный локомоторный фенотип.

Ангиогенез

Неоангиогенез ? формирование новой сети капилляров из эндотелиальных клеток, выстилающих мелкие венулы, на основе уже существующей в ткани сети сосудов. Это необходимое условие для продолжения роста микроскопического зачатка опухоли. Приобретение неопластическими клетками способности к стимуляции пролиферации и миграции клеток эндотелия связано с двумя основными событиями: окончание секреции ими факторов, которые ингибируют ангиогенез, а также повышением секреции цитокинов, которые являются факторами роста и мотогенами для клеток эндотелия (в основном это VEGF, FGF, EGF, TGF-а). Эти процессы сопровождаются повышением секреции и/или активности протеаз, которые обеспечивают протеолиз внеклеточного матрикса и проникновение эндотелиоцитов в опухолевую ткань. Ключевая роль в возникновении ангиогенного фенотипа опухолевых клеток принадлежит инактивации опухолевого супрессора р53, который контролирует экспрессию некоторых ингибиторов и стимуляторов ангиогенеза. К еще большему усилению способности стимулировать ангиогенез может приводить экспрессия онкогенов. В итоге, в стимуляции ангиогенеза играет роль изменение активности определенных опухолевых супрессоров и онкогенов.

Опухолевая инвазия не везде идет одинаково успешно ? есть ткани, которые выполняют барьерные функции на ее пути. Хрящевая ткань, стенки артерий, плотная фиброзная ткань достаточно успешно противостоят проникновению опухолевых клеток, хотя и не являются абсолютным барьером.

При исследовании гистологических образцов редко можно точно установить четкую границу пораженного опухолью участка. Так, как опухолевые клетки могут находиться на большом удалении от самой опухоли. Так, при полиповидном раке зараженность прилегающих тканей достигает 2 см от видимого края опухоли, а при диффузно-инфильтративном инфильтрация может достигать 8 см.

Метастазирование, это сложный биологический процесс, который в большой степени зависит от сопротивляемости организма, состояния его регулирующих систем, иммунного статуса. При этом, чем дольше существует опухоль, тем сильнее ее потенциал к метастазированию. Однако прямой зависимости от возможности опухоли поставлять пораженные клетки в кровоток и способностью к формированию удаленных метастаз не установлено.

...