Моноклональность и гетерогенность онкологических заболеваний - рака

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 21.12.2024

Существуют три основные характеристики, присущие опухолевым клеткам. Во-первых, это бесконтрольный рост вне зависимости от клеточного окружения прилегающих тканей. Во-вторых, раковые клетки всегда находятся на той или иной стадии анаплазии, то есть теряют клеточную специализацию. В-третьих, раковые клетки способны метастазировать, то есть распространяться по организму и проникать в ткани далеко за пределы области развития первичной опухоли.

Эти три характеристики присущи клеткам большинства известных видов рака, однако существуют исключения. Действительно, в опухолевой ткани нарушены нормальные регуляторные механизмы контроля роста. Тем не менее обнаруживаются участки опухолевой ткани, где происходит контактное торможение роста неоплазии.

Далее, хотя большинство раковых клеток является «недифференцированными», то есть они как бы произошли от более раннего предшественника процесса тканевой дифференцировки, при некоторых видах рака опухолевые клетки сохраняют те или иные функции зрелой ткани, из которой они произошли. И только метастазирование является уникальным свойством, присущим только раковым клеткам.

Более того, поскольку чаще всего именно метастазы становятся причиной смерти больных раком, изучение биологических механизмов метастазирования является одной из ключевых задач современных исследований в онкологии.

В отдельных статьях на сайте мы рассмотрим события, происходящие вслед за воздействием на организм канцерогена и ведущие к развитию инвазивного метастазирующего злокачественного новообразования.

Большинство человеческих неоплазий по своей природе являются моноклональными. Это означает, что при канцерогенном воздействии на организм обычно первоначально поражается всего одна клетка и вся опухоль представляет собой результат размножения этой единственной клетки. Существуют две основные группы доказательств этой концепции.

Первая группа доказательств. Некоторые женщины бывают гетерозиготны по двум формам фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе (Г6ФД). Ген, кодирующий этот фермент, находится в Х-хромосоме, и женские гетерозиготы наследуют этот ген либо по отцовской, либо по материнской линии.

Если у женщины с гетерозиготным набором генов будет повреждена одна из Х-хромосом, каждая клетка ее тела будет содержать только одну из этих двух форм фермента. Обследования больных гематологическими видами рака, возникающими из гетерозиготности по гену Г6ФД, показали, что их раковые клетки всегда содержат только одну форму фермента. Это является сильным доказательством того, что рак развивается из одиночной клетки, несущей ту или иную форму гена.

При хронической гранулоцитарной лейкемии у больных обнаруживается рестрикция экспрессии ферментов в клетках гранулоцитарного ряда и, что особенно важно, в эритроцитах и тромбоцитах. Таким образом, процесс злокачественной трансформации поражает стволовые клетки.

Описанные подходы трудно применимы к раку. По-видимому, рак развивается из некоего «поля вероятности», когда толчок к развитию опухоли из тканевых клеток дают сразу несколько клональных линий, возникающих практически одновременно. Аналитические исследования женщин с раком мочевого пузыря показали, что у них все опухолевые клетки обнаруживают супрессию по одному и тому же локусу Х-хромосомы, тогда как здоровые клетки мочевого пузыря демонстрируют случайные супрессии одной из двух Х-хромосом.

Приведенный факт также подтверждает моноклональную теорию происхождения рака. Кроме того, в исследованиях было показано, что хотя делеция 9q участка хромосомы обязательно присутствует во всех раковых клетках, в некоторых клетках была также обнаружена потеря 17р и 18q участков, что предположительно связано с более поздними этапами развития опухоли. Это также говорит о том, что хотя возникновение и первичное развитие опухоли происходят из одной клетки, в процессе ее роста возможно возникновение и нарастание генетической изменчивости составляющих ее клеток.

Вторая группа доказательств моноклональной природы рака происходит из исследований лимфом и различных лимфоидных форм рака. Было показано, что иммуноглобулины, продуцируемые лимфоидными неоплазиями (и встроенные в мембрану, и выделяемые в кровяное русло, как в случае с миеломой), почти всегда являются моноклональными, принадлежащими к одному классу и обнаруживающими одинаковую рестрикцию экспрессии легких цепей.

Безоговорочное принятие теории моноклональности рака иногда заставляет исследователей приписывать раковым опухолям гораздо более предсказуемое поведение, чем это есть на самом деле. Реальное же положение вещей такое, что, несмотря на моноклональное происхождение, неоплазии в процессе своего развития обнаруживают все большую и большую гетерогенность. Этот факт необходимо всегда учитывать при лечении онкологических заболеваний и в оценке природы опухолевых метастазов.

Как же вообще возникает гетерогенность, если раковая опухоль первично моноклональна? Дело в том, что процесс злокачественной трансформации всегда сопровождается общей генетической нестабильностью, что вызывает многочисленные фенотипические изменения первоначально однородных клеток. Некоторые из мутирующих клеток выживают и дают начало новым линиям развития, некоторые погибают в результате мутации. Выживаемость мутировавших клеток зависит от их гормональной и биохимической стабильности, а также от возможности их распознавания иммунной системой.

Таким образом, зрелую опухоль можно рассматривать как конгломерат клеток моноклинального происхождения, но различающихся по способности к метастазированию, устойчивости к цитотоксическим препаратам и атакам иммунной системы организма.

Процесс постепенного накопления хромосомных изменений в ходе прогрессии опухоли показан на рисунке на примере развития рака толстой кишки из полипа толстой кишки. По мере роста опухоли и возрастания генетической нестабильности в ее клетках возникают многочисленные разрывы хромосом, делеции и редупликации генов. Морфологически это сопровождается изменчивостью клеточных ядер и ростом числа плеоморфных цитологических форм.

Опухолевые клетки многих видов рака содержат мутации по гену, кодирующему белок р53. Этот ген кодирует наработку ядерного фосфопротеина, который участвует в контроле клеточного цикла, запрещая вступление клетки в фазу G1, если обнаруживаются повреждения клеточной ДНК. В нормальных клетках под действием ультрафиолетового облучения или цитотоксических препаратов происходит резкое увеличение содержания р53, что связано со стабилизацией белка после трансляции.

Деактивация функций р53 в результате мутации приводит к тому, что клетка вступает в митоз даже с ошибками в своем генетическом коде. Мутации в гене р53 раковых клеток приводят к конформационным изменениям фермента и делают его неактивным. Мутантные формы фермента теряют способность связываться с молекулами ДНК. Таким образом, мутация белка р53 является ключевым моментом опухолевой профессии, когда злокачественные клетки вступают в клеточный цикл без предварительной репарации поврежденных участков ДНК. В дальнейшем происходит процесс все большего накопления мутационных изменений.

Популяция раковых клеток, выросшая как потомство одной единственной клетки, в ходе своего развития обнаруживает значительную изменчивость как по скорости роста отдельных субпопуляций, так и по их цитоплазматической организации, гормонально-рецепторному статусу, чувствительности к радиоактивному облучению и цитотоксическим препаратам. В качестве примера можно привести мелкоклеточный рак легкого.

При этом заболевании клетки первичной опухоли и отдаленных метастазов значительно отличаются друг от друга по уровню цитоплазматического кальцитонина, гистаминазы и L-дофаминовой декарбоксилазы. Обнаруживаются также кариотипические различия клеток первичных и вторичных опухолей.

Гетерогенность опухолей представляет собой громадную проблему для терапии рака. Если опухоль обнаруживает изменчивость клеточных фенотипов и антигенной экспрессии, становится очень трудно оценить, какой вид иммунотерапии может дать положительный лечебный эффект. Аналогично, наличие в единичной опухоли субпопуляций клеток с различной чувствительностью к тем или иным цитостатическим препаратам обусловливает ее резистентность к химиотерапии, которая часто выявляется в ходе проведения лечения.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

-