Роль наследственных факторов в этиологии и патогенезе онкологических заболеваний

Вопрос о роли наследственности в возникновении рака у человека долгое время являлся предметом горячих споров. Важность этой проблемы особого сомнения не вызывала, однако возможности для более углубленного ее изучения появились благодаря бурному развитию биологических наук, и широкому внедрению почти во все разделы клинической медицины (в том числе и в клиническую онкологию) методов медицинской генетики.

В настоящее время уже твердо установлено, что в некоторых семьях в накоплении повторных случаев рака среди родственников больного существенная роль принадлежит наследственным факторам. Все формы злокачественных новообразований с точки зрения значимости наследственности в их возникновении можно разделить на две группы.

Первая группа включает злокачественные новообразования, при которых измененная наследственность (мутация) является основной причиной болезни. Это так называемые наследственные формы рака, которые могут передаваться потомкам как просто наследуемый признак. Вторая группа злокачественных новообразований - это суммарный эффект многих генотипических и средовых факторов, совместное действие которых и определяет проявление болезни. Это так называемые мультифакториальные онкологические заболевания.

Наследственные формы рака встречаются практически при всех видах опухолей и в среднем составляют 5-10% всех случаев злокачественных новообразований. При некоторых опухолях (эмбриональные опухоли у детей) доля наследственных форм достигает 40%. Прогресс в лечении детей с эмбриональными опухолями (нефро-ретино-нейробластомы), достигнутый за последние 30 лет, довольно существенно изменил генетический статус: возросла частота семейных форм, появилось потомство у ранее леченых больных, наследование болезни можно было проследить в двух и более поколениях. Все это позволило рассматривать неоплазии у детей как перспективную модель для изучения закономерностей канцерогенеза и адекватно оценить роль наследственных факторов в этиологии и патогенезе злокачественных опухолей у человека. Благодаря этому и исключительным успехам в области цито- и молекулярно-генетических исследований последних лет была создана единая теория генетического канцерогенеза.

Мысль о мутационном происхождении рака была высказана еще в начале этого века. Наиболее популярной и научно обоснованной следует считать двухмутационную модель, предложенную Кнудсоном еще в 1972 году. Проанализировав взаимоотношение трех признаков: время возникновения опухоли, частоту поражения парных органов и частоту семейных случаев этих новообразований, авторы пришли к заключению, что первопричиной злокачественной трансформации клетки является мутация гена. Первоначальная мутация может произойти в генетическом аппарате как половой (герминальной), так и соматической клетки. В первом случае мутация может быть унаследована и присутствовать во всех клетках организма, во втором случае - мутация в соматической клетке - не наследуется. Однако для злокачественной трансформации клетки необходимо второе мутационное событие, происходящее на уровне соматической клетки. Таким образом, были выделены наследственные и ненаследственные варианты эмбриональных опухолей у детей. Первые характеризуются более ранним возрастом начала болезни и склонностью к множественности процесса и фактом семейного накопления. Ненаследственные опухоли представлены только односторонними спорадическими опухолями. На основе этих данных были сделаны следующие выводы:

1. Эмбриональные опухоли у детей представляют гетерогенную группу внутри каждой нозологической формы. В 40% случаев развитие заболевания связано с мутацией в половых клетках, которая или передается по наследству или возникает “de novo””, у 60% детей развитие опухоли обусловлено мутацией в соматических клетках и потомкам не передается.

2. Первоначально возникшая мутация в герминальных или соматических клетках недостаточна для возникновения опухоли, она только делает клетку лабильной к воздействию мутагенных факторов, под действием которых возникает вторая мутация, переводящая клетку на стадию малигнизации.

3. Для пациентов с двусторонними и семейными опухолями характерно более раннее начало заболевания, которое статистически значимо отличается от проявления односторонних спорадических опухолей. Возраст проявления заболевания (до 2 лет) является критерием для выделения лиц с гаметическими мутациями.

4. Все случаи двусторонних спорадических опухолей и часть унилатеральных следует считать результатом новых доминантных мутаций.

Ретинобластома явилась первой опухолью, для которой была выявлена специфическая связь с презиготной хромосомной мутацией (у ребенка с ретинобластомой была обнаружена деления длинного плеча хромосомы 13). К 1982 г. были опубликованы данные о 25 таких больных, а к 1985 г. имелись данные уже о 70 пациентах с различными хромосомными аберрациями, основную часть из которых составляют “чистые делении” 13ql4. Благодаря методам дифференциального окрашивания и анализа растянутых прометафазных хромосом удалось точно локализовать участок, выпадение которого приводит к развитию опухоли глаза. Деления может иметь разные размеры и положения, но у больных с ретинобластомой делетирует всегда именно участок 13ql4.

Несколько позже интерстициальную делецию в коротком плече хромосомы 11 нашли у пациента с нефробластомой, которая сочеталась с аниридией. В кариотипе лимфоцитов периферической крови была найдена делеция участка 11р13. Затем появились работы с описанием аналогичных ситуаций и подтверждением того, что критическим участком для развития нефробластомы является деления сегмента 11р13.

Таким образом, на данном этапе исследовании обнаруженные микроделеции в соответствующих хромосомах позволили идентифицировать участки, в которых расположены гены, причастные к развитию таких опухолей, как ретинобластома и нефробластома. Следовательно, из двух кнудсоновских мутаций одну уже удалось цитогенетически локализовать в участках соответствующих хромосом , а именно в 13q 14 - при ретинобластоме и в 11 р 13 - при нефробластоме.

Дальнейшие исследования с помощью молекулярно-генетических методов показали, что по меньшей мере в половине случаев, протекающих без видимой делеции 13ql4, опухолевые клетки содержали две копии дефективного аллеля гена ретинобластомы (Rb), т. е. клетки опухоли были геми- или гомозиготны по участку хромосомы 13, включающему сегмент 13ql4. Подобные изменения наблюдаются как при наследственных, так и ненаследственных вариантах ретинобластомы. Таким образом , эти результаты указали на то, что критическим моментом для возникновения ретинобластомы является утрата оставшейся неповрежденной копии гена Rb.

Следовательно, с точки зрения проведенных молекулярно-генетических исследований, концепция генетического канцерогенеза при ретинобластоме может быть сформулирована следующим образом. Мишенями двух мутаций, необходимых для возникновения рака, являются две копии гена Rb. Мутация одного аллеля гена Rb - это только носительство повышенного риска возникновения заболевания. У ребенка, который унаследовал патологический аллель Rb, заболевание может развиться в случае возникновения второй соматической мутации в одной из клеток сетчатки глаза. У детей с двумя нормальными копиями гена Rb опухоль может развиться только в результате соматических событий, таких, как утрата обеих копий в одной из клеток сетчатки глаза .

Что же происходит при потере активности двух локусов и почему клетка становится злокачественной - вот вопрос, который волнует многих исследователей. Большинство из них считают, что при этом делетируют тканеспецифические супрессорные гены, в норме тормозящие активность протоонкогенов. В настоящее время их называют антионкогенами или генами протекторами, выступающими в качестве альтернативного варианта по отношению к онкогенам. Что же касается этих генов, то они имеют свои особенности:

1 ) эти гены передают по доминантному типу предрасположенность к раку, обычно с высокой тканеспецифичностью, и гетерозиготность по этим мутациям недостаточна для образования опухоли; лица - носители гаметической мутации - имеют высокий риск развития рака, но только единичные клетки вступают на путь малигнизации;

2) для последующей ступени необходимо еще одно мутационное событие - оно должно произойти в гомологичнои хромосоме и привести к гомозиготности по этой мутации; вторым событием могут быть точечная мутация, деления, транслокация, потеря хромосомы, рекомбинация хромосом во время митоза; независимо от характера повреждения основной конечный эффект - потеря активности того же гена; в строгом смысле можно говорить не только о гомозиготации, но и компаундных состояниях с единым фенотипическим эффектом;

3) фенотипическим проявлением этого механизма следует считать полную потерю активности гена, которая является прямым следствием его инактивации; этим свойством и отличаются антионкогены от онкогенов. Если инактивация гена при ретинобластоме приводит к неконтролируемому росту и образованию опухоли, значит эти гены в нормальном состоянии должны сдерживать веточный рост; при выключении функции гена протектора наступает активация онкогена, т. е. снимается механизм торможения , включенный на определенном этапе развития для предотвращения механизма неограниченной пролиферации клеток;

4) класс этих генов, по-видимому, довольно многочислен; каждый из них в норме участвует в контроле размножения определенных клеток организма, т. е. обладает довольно узкой тканеспецифичностью.

Теоретически можно предположить, что антионкогены существуют для всех видов тканей. Это утверждение не бесспорно, так как получены данные, свидетельствующие о том, что действие гена Rb не ограничивается образованием опухоли сетчатки глаза. В частности, ген Rb обусловливает предрасположенность к возникновению остеосарком, причем изменения гена Rb столь же часты при остеосаркомах, как и при ретинобластомах, даже у тех больных остеосаркомой, у которых никогда не было ретинобластомы. Отсюда естествен вывод, что возникновение остеосарком, по-видимому, является результатом соматических мутаций гена Rb. Следовательно, можно предположить, что ген Rb участвует в регуляции размножения двух совершенно разных типов клеток и соответственно тканей. Ген Rb выделен и клонирован в 1985 году. В ближайшее время основная направленность работ по антионкогенам, очевидно, будет связана с решением вопроса о том, каковы механизмы, с помощью которых эти гены контролируют процессы клеточного деления. Следовательно, основное положение генетического канцерогенеза сводится к тому, что: 1) гаметическая (наследуемая) мутация является первоочередным событием в канцерогенезе наследственных форм рака; 2) второе событие (мутация в соматический клетке) ведет к потере активности двух аллелей гена супрессора, что приводит к полной его блокаде и последующей активизации соответствующего протоонкогена. Происхождение протоонкогенов или клеточных онкогенов широко дискутируется, но тем не менее большинство исследователей считают, что вирусные онкогены происходят из клеточных генов, захваченных вирусом и все известные вирусные онкогены имеют аналоги в геноме клеток позвоночных. Механизмы активации онкогенов, играющих существенную роль в возникновении некоторых опухолей человека, могут быть различными. Нарушение же системы, выступающей в качестве альтернативного варианта по отношению к онкогенам (инактивация генов супрессоров) и приводит к бесконтрольному клеточному размножению (активация онкогенов).

Таким образом, показано, что:

1) формирование опухоли сопряжено с различными изменениями генома, причем различны не только факторы, вызывающие трансформацию, но и молекулярные механизмы, ведущие к ней;

2) процесс опухолеобразования контролируется более чем одним геном;

3) действия этих генов имеют многоступенчатый характер и, следовательно, могут быть разнесены во времени;

4) к развитию опухоли приводят разные изменения этих генов: мутация, делеция, амплификация, хромосомные транслокации и др.

Многие из этих теоретических положений в последние годы нашли подтверждения на молекулярном уровне. Кроме гена ретинобластомы, в 1 994 году выделен ген р16, ответственный за развитие некоторых форм меланомы кожи, локализованный в коротком плече 9 хромосомы и ген - BRCA- 1 ответственный за развитие семенных форм рака молочной железы, локализованный в определенном уч астке 12q-24 длинного плеча 17 хромосомы. Б 1994г. картирован на 13 хромосоме (13q-12-13) второй ген - BRCA-2, увеличивающий предрасположенность к раку молочной железы. Женщины-носительницы мутации гена BRCA-l имеют 85% риск развития РМЖ. Наличие мутации ВКСА-2 дает повышенный риск развития спорадического РМЖ и чаще у мужчин.

Говоря о наследственных формах рака следует отметить и о существовании огромной группы наследственных онкосиндромов и болезней (их более 200), которые предрасполагают к развитию необластического процесса, резко повышая вероятность возникновения опухоли, а в некоторых случаях эти предопухолевые состояния подвергаются злокачественному перерождению со 100%-ной вероятностью . Сюда относится давно известный семейный поли- поз кишечника, синдром Гарднера, наследуемые по аутосомно-доминантному типу и высоким риском развития рака прямой кишки, пигментная ксеродерма, часто заканчивающаяся раком кожи или меланомой кожи, анемия Фанкони и синдром Блума, сопровождаемые острым лейкозом. Генетически детерминированные синдромы, обладающие высоким потенциалом развития рака, в настоящее время будут привлекать особое внимание онкологов с точки зрения формирования “групп риска” с целью ранней диагностики злокачественных новообразований.

Другая группа, составляющая основную массу онкологических заболеваний, может быть обусловлена сложной комбинацией наследственно обусловленных особенностей обмена веществ человека и провоцирующих, т. е. усиливающих проявление наследственной предрасположенности внешних факторов среды таких как особенности питания, курение, алкоголь. Отсюда следует, что вероятность возникновения рака у лиц этой группы зависит от степени их наследственной предрасположенности и характера (интенсивности, длительности) воздействия неблагоприятных факторов среды. Таким образом, чем выше наследственно обусловленная предрасположенность к раку, тем скорее средовое воздействие даже незначительной выраженности приведет к его развитию.

Стратегия генетических исследований при опухолях этой природы основывается на проведении изысканий, направленных в итоге на: 1) выявление лиц, имеющих наследственно обусловленную предрасположенность к раку; 2) выявление и устранение из их окружения канцерогенных факторов, увеличивающих вероятность проявления онкологических заболеваний. Таким образом, идентификация наследственно обусловленной предрасположенности к развитию рака - одна из основных задач, решение которой является основополагающим этапом для оказания медико-генетической помощи онкологи- чески отягощенным семьям. В связи с этим важное место в онкологии занимает медико-генетическая консультация, деятельность которой подразделяется на 3 этапа: 1) скрининг и создание регистров онкологически отягощенных семей ; 2) определение прогноза здоровья для родственников больного и его потомства; 3) формирование регистра “групп онкологического риска” и создание системы его функционирования (организация клинико- генетического мониторинга). Основные подходы для разработки критериев отбора лиц с повышенным онкогенетическим риском заключаются в выявлении специфических фенотипических ассоциаций, характерных для наследственных форм рака (наследственные синдромы, болезни, пороки развития, признаки диспластичности), и в поисках биологических маркеров (популяционно-статистических, клинических, биохимических, цито- и молекулярно-генетических), которые могут указывать на наличие предрасположенности у конкретного человека к определенной форме рака. Успехи в решении этих вопросов несомненно сказываются на ранней (доклинической) диагностике и профилактике онкологических заболеваний. На данном этапе существуют два пути активной первичной профилактики рака при некоторых формах рака: 1) предотвращение рождения потенциально больного ребенка и 2) нормокопирование генетически измененного организма путем создания для него адаптивной среды. На основании генетических закономерностей развития злокачественных заболеваний можно рассчитать риск рождения больного ребенка или, что более эффективно, использовать внутриутробную диагностику, при которой получаем ответ не о прогнозе, а о диагнозе ребенка.