Новая теория рака

[albert52]

В отличие от доброкачественной гиперплазии простаты (аденомы предстательной железы), когда признаки достаточно выражены, рак простаты возникает из наружной зоны железы и растет очень медленно, не вызывая никаких жалоб. На запущенных стадиях рака предстательной железы могут возникать боли при мочеиспускании, частые позывы и затруднение мочеиспускания.

Однако, хотя на сегодняшний день считается, что прямой зависимости между ДГПЖ и РП нет, у большинства пациентов пожилого возраста выявляются оба эти заболевания. Случаи рака без ДГПЖ встречаются достаточно редко. Даже если железа не увеличена по данным различных аппаратных исследований (УЗИ, компьютерная или магнитно-резонансная томография), то на микроскопическом уровне всегда определяются признаки гиперплазии.

Существуют убедительные доказательства того, что при раке желудка, толстого кишечника, печени, мочевого пузыря протекающие в данных органах и тканях воспалительные процессы имеют этиологическое значение. Вне зависимости от причин воспаления эти процессы создают благоприятные условия для канцерогенеза. Те же закономерности справедливы и в отношении рака предстательной железы. Многочисленные эпидемиологические исследования указывают на прямую связь между воспалительными заболеваниями простаты и РП.

Воспаление имеет колоссальное значение как фактор, вызывающий дистрофию и регенерацию в очагах воспаления, и рассматривается как мощный генератор активных форм кислорода и перекисей липидов, имеющих мутагенное и канцерогенное действие. Следует подчеркнуть, что, с эволюционной точки зрения, воспалительная реакция направлена на формирование нового клеточного микроокружения с целью репарации тканевых повреждений, ликвидации инфекционных агентов и необратимо измененных клеток. При этом инициируется спектр молекулярных процессов, которые при н***агоприятных условиях приводят к канцерогенезу в том или ином органе или ткани.

Главное действующее лицо, повышающее общий уровень мутагенности - это, безусловно, свободные радикалы - высокореактивные формы кислорода и азота, образуемые макрофагами и другими фагоцитами в очагах хронического воспаления.

Процесс окисления липидов, вызванный действием свободных радикалов, имеет целый ряд негативных для клетки последствий, одним из которых является синтез простагландинов – важнейших провоспалительных медиаторных молекул. Этот процесс осуществляется через активацию циклооксигеназы 2-го типа (СОХ-2), которая, согласно современным представлениям, играет важную самостоятельную роль в канцерогенезе вообще и предстательной железы в частности, особенно на его ранних стадиях - гиперплазии простатических клеток.

При канцерогенезе, как правило, отмечается двойная аномалия ДНК-метилирования как эпигенетический фактор канцерогенеза. С одной стороны, повышенное “региональное” метилирование (“промоторное” гиперметилирование), а с другой – пониженное метилирование в других, непромоторных, участках ДНК (общее гипометилирование).

При этом гиперметилирование, как правило, связывается с инактивацией генов, контролирующих противоопухолевую клеточную активность: опухоль-супрессорных генов – регуляторов клеточного цикла (p16, p14, p15), а также генов, опосредующих репарацию поврежденных участков ДНК (hMLH1, BRCA1, MGMT), апоптоз (DAPK, APAF-1), метаболизм канцерогенов (GSTP1), гормональный ответ (RARb2) и клеточную адгезию (CDH1, CDH3). Следствием же повышения общего гипометилирования (и вытекающей отсюда повышенной экспрессии онкогенов) является повышение нестабильности генома.

При раке простаты отмечается также усиление промоторного метилирования генов, ответственных за минимизацию оксидативных повреждений генома, например, гена глутатион-S-трансферазы, а также других антиоксидантных генов. В результате дисбаланс Δ (ПО –АО) между прооксидантными (ПО) и антиоксидантными (АО) составляющими в клетке может достигнуть канцерогенного уровня ∆k (ПО – АО), см. выше.

Отметим, что специфическим эпигенетическим маркером предшествующего канцерогенезу воспалительного процесса может быть галогенирование (бромирование или хлорирование) остатков цитозина в составе молекул ДНК. Показано также, что процесс галогенирования нуклеиновых кислот может быть одной из ключевых форм повреждений ДНК в живых организмах. Так, в очагах воспаления молекулы НОСl, образуемые находящимися в них активированными нейтрофилами, и молекулы НОBr, образуемые активированными эозинофилами, при взаимодействии с ДНК, среди других продуктов, образуют соответственно 5-хлор-цитозин и 5-бром-цитозин. Эти галоген-модифицированные цитозины могут прекрасно (не хуже, а в некоторых случаях даже лучше) имитировать действие метилированных цитозинов при взаимодействии последних с факторами транскрипции.

Возможно также, что начальное галогенирование цитозинов может “направлять” метилирование в комплементарной цепи ДНК, что приводит к наследуемым модификациям генома.

[albert52]

При воспалении, когда организм оказывается не в состоянии ликвидировать источник “нарушения спокойствия”, говорят о хроническом течении процесса воспаления. Протяженное во времени хроническое воспаление, сопровождающееся устойчивым нарушением привычного клеточного метаболизма, может являться предпосылкой появления различных связанных с воспалением патологических состояний, в том числе опухолевых заболеваний.

Провоспалительным стимулом может быть инфицирующий агент, рана или на продвинутой стадии опухолевый очаг, точнее, секретируемые опухолевыми клетками и индуцирующие воспалительный ответ факторы роста, цитокины, хемокины, а также другие промоторы опухолевой прогрессии.

Отметим, что “молекулярное оружие”, используемое участвующими в воспалительном ответе клетками, является “обоюдоострым мечом”. В результате этого мигрирующие в очаг иммунные и стромальные клетки, призванные защитить организм от “внешнего врага” в ходе быстрого воспалительного ответа (острого воспаления) и неминуемо погибнуть в этой борьбе, приобретают способность к длительному интактному существованию. Вследствие чего происходит инициация хронического воспаления, а затем и возникающих на его основе опасных пролиферативных заболеваний, в том числе опухолевых.

Это происходит потому, что многие биологически активные молекулы, продуцируемые “стоящими на страже” клетками-защитниками, обладают одновременно как антивоспалительными (антимитогенными), так и провоспалительными (митогенными) свойствами. К числу таких молекул относятся, в частности, простагландин Е2 (PGЕ2), трансформирующий фактор роста b (TGFb), фактор некроза опухоли TNF, а также упомянутые выше реактивные свободные радикалы кислорода и азота.

Так, двойственность биологической активности TNFa обусловлена различными свойствами и функциональной активностью двух видов специфических TNF-рецепторов – TNFRI, вызывающий апоптоз, и TNFRII, способствующий пролиферации клеток. Главной эффекторной молекулой, опосредующей проканцерогенные (антиапоптотические) свойства TNFa, является ядерный фактор транскрипции NF-kB. Показано, что NF-kB и активированные им адгезионные молекулы (Е-селектин, фактор межклеточной адгезии, фактор адгезии сосудистых клеток) обеспечивают адгезию и миграцию лейкоцитов как при воспалении, так и в провоспалительном клеточном микроокружении в опухоли.

Подобная “пластичность” необходима для правильного и своевременного перехода с процессов уничтожения инфицирующего агента на процессы тканевой репарации и ремоделирования. По тем или иным причинам может происходить сбой в системе регуляции воспаления (“поломка” механизма перехода с провоспалительных на антивоспалительные сигнальные процессы и/или нарушение механизмов апоптоза и фагоцитоза воспалительных клеток in situ). В таких случаях очаг воспаления, постоянно пополняющийся новыми “клетками-защитниками”, становится хроническим.
Так макрофаги, попав в окружение опухоли, вместо того чтобы уничтожать раковые клетки или “посылать сигналы тревоги” компонентам адаптивного иммунитета (Т-лимфоцитам), проходят “переобучение” и начинают “выполнять указания” раковых клеток.

Превращение макрофагов в “предателей” начинается в ответ на “сигналы о помощи”, посылаемые опухолевыми клетками, например, сигнал о нехватке кислорода. TAM (tumor-associated macrophages) способствуют усиленному опухолевому росту, начиная с самых ранних стадий канцерогенеза, используя при этом сразу несколько регуляторных механизмов. Они:
1) подавляют противоопухолевый иммунный ответ, продуцируя IL-10 и простагландин Е2;
2) усиливают пролиферацию и миграцию опухолевых клеток, секретируя эпидермальный фактор роста (EGF) и другие лиганды семейства EGF-рецепторов;
3) стимулируют опухолевый неоангиогененез, инвазию и метастазирование, секретируя ангиогенные факторы (VEGF, эндотелин-2 и другие белки), матриксные металлопротеиназы (ММР-2, ММР-9) и урокиназу;
4) способны индуцировать образование TNFa и iNOS – важных связующих компонентов между воспалением и канцерогенезом (см. выше), а также несколько специфических провоспалительных факторов, усиливающих онкогенез.

Аналогичными свойствами обладают и другие “прошедшие переобучение” клетки, составляющие провоспалительное клеточное микроокружение, например, тучные клетки, нейтрофилы, а также CD4+-Т-лимфоциты, эозинофилы и миелоидные супрессорные клетки.

Становится все более очевидно, что привлеченные в опухолевый очаг фагоциты и другие воспалительные клетки играют важнейшую роль в стимуляции близлежащих сосудистых эндотелиальных клеток и индукции т.н. “воспалительного” ангиогенеза, что в итоге приводит к усилению канцерогенных процессов. Именно зависимый от воспаления ангиогенез является главной движущей силой опухолевой прогрессии и экспансии.

Прогрессирующую опухоль можно сравнить со своеобразной “незаживающей раной”. При этом обнаружена прокоагулянтная активность у опухолевых клеток и, в отличие от обычного процесса ранозаживления, при котором процесс свертывания крови завершает тканевую репарацию, в таком очаге опухолевые клетки обеспечивают непрерывное отложение в воспалительном экссудате фибринового матрикса, который затем замещается зрелой опухолевой стромой. При этом опухолевые клетки ползут по фибриновым волокнам к "солнцу", то есть к капиллярам, так как дефектным митохондриям нужно больше кислорода. При этом образуется больше свободных радикалов, что приводит к еще большему повреждению клеток, то есть к порочному кругу.

Заметим, что идеальный противоопухолевый таргетный антиангиогенный препарат (препарат направленного действия с максимально выраженной антиангиогенной активностью) должен эффективно блокировать не только ангиогенные молекулярные мишени, но и молекулы, опосредующие проведение воспалительных сигналов.

[albert52]

Злокачественные ткани состоят из раковых клеток, окруженных различными типами стромальных клеток и адипоцитов, каждый из которых вносит вклад в микроокружение опухоли. Установлено, что усиленный гликолиз происходит часто не в самих опухолевых клетках, а в окружающих стромальных клетках. Считается, что эта взаимосвязь возникает в результате окислительного стресса в строме, связанной с раком (CAS), обусловленного образованием опухолевыми клетками активных форм кислорода и потерей стромальными клетками кавеолина-1 (CAV1).

Кавеолин-1 (Cav-1), интегральный мембранный белок, экспрессируемый в двух изоформах (Cav-1α и Cav-1β), представляет собой основной компонент мембран кавеол in vivo. Он участвует в регуляции нескольких сигнальных путей и опосредует внутриклеточные процессы, особенно в качестве негативного регулятора в нескольких митогенных путях и в онкогенезе. Cav-1, по-видимому, функционирует в качестве белка-супрессора опухолей на ранних стадиях развития рака.

Исследования показали, что потеря экспрессии Cav-1 в строме опухоли является надежным биомаркером метастазирования и агрессивных фенотипов, который также связан с окислительным стрессом, старением и воспалением в микроокружении опухоли. Помимо нарушения функции митохондрий, потеря стромального Cav-1 также способствует фиброзу и ремоделированию внеклеточного матрикса, которые облегчают злокачественную трансформацию и дальнейшее развитие опухоли.

Клетки CAS при этом подвергаются метаболическому перепрограммированию, связанному с митофагией (избирательная деградация митохондрий ) и аутофагией клеток, и они генерируют высокие уровни богатых энергией метаболитов (включая лактат и кетоны) посредством гликолиза, которые затем переносятся в раковые клетки в качестве субстрата для окислительного фосфорилирования и синтетических процессов. Так возникает своего рода "обратный эффект Варбурга", причем чем более злокачественна опухоль, тем более он выражен.

В совместной культуре клеток рака молочной железы перенос лактата в эпителиальные клетки опухоли зависит от транспортеров семейства монокарбоксилатных транспортеров (MCT), причем MCT4 важен для оттока лактата из стромальных клеток, а MCT1 для поглощения лактата в эпителиальных клетках опухоли.
Потеря кавеолина 1 (Cav-1) и активация монокарбоксилатного транспортера 4 (MCT4) в стромальных клетках здесь являются новыми маркерами эффекта Варбурга и метаболической синергии между клетками стромы и карциномы. MCT4 и Cav-1 также являются прогностическими биомаркерами рака молочной железы.

Описана также аналогичная метаболическая система из двух частей при аденокарциноме протоков поджелудочной железы, при которой связанные со стромой панкреатические звездчатые клетки стимулируются путем контакта с клетками рака поджелудочной железы, чтобы подвергаться аутофагии и выделять в основном аланин, который питает цикл трикарбоновых кислот (TCA) и биосинтез в самих раковых клетках.

Сигнальный белок STAT3 ускоряет рост опухоли и предсказывает плохой прогноз при раке человека. Интересно, что пул STAT3 локализуется в митохондриях и поддерживает высокий уровень митохондриального дыхания, а также усиливает трансформацию онкогенными мембранносвязанными белками Ras. Отметим, что ошибки в регуляции Ras могут привести к росту опухоли и метастазированию. Действительно, в 20—25% опухолей человека обнаружены мутации в гене Ras, повышающие его активность, а в некоторых типах опухолей эта цифра доходит до 90%.

Аналогичным образом, митохондриальный транскрипционный фактор A (TFAM), который необходим для репликации митохондриальной ДНК и окислительного фосфорилирования, также необходим для K-Ras-индуцированного онкогенеза легких.

Правда, хорошо документировано, что в результате внутриопухолевой гипоксии во многих опухолевых клетках активируется путь индуцируемого гипоксией фактора (HIF) 1α, что приводит к прямой активации лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и увеличению потр***ения глюкозы. Однако в опухолях во многом благодаря обратному эффекту Варбурга окислительные пути по прежнему играют важную роль в выработке энергии и могут быть источником примерно от 50 до 80% вырабатываемого АТФ.

Вообще, метаболическая связь происходит в агрессивных опухолях между клетками эпителиального рака и стромальным компартментом, а также между хорошо оксигенированными и гипоксическими компартментами самой опухоли.