Черезов А. Е. Общая теория рака тканевый подход

гумент можно снять, если учесть, что в многочисленных экспериментах по пересадке ядер опухолевых клеток в предварительно энуклеированные зародышевые клетки из них развивались полноценные организмы.

10. Критика клонально-селекционной концепции рака

Существует распространенное представление, что опухолевая прогрессия является процессом селекционного отбора клеток, напоминающим образование видов в эволюции, т.е. за счет мутаций создаются различные виды раковых клеток, которые продуцируют отличные друг от друга клоны. Последние путем селекционного отбора создают новую породу клеток, резко отличающихся от обычных, в том числе стволовых. Представление о новой породе клеток развивалось еще Н.Н.Петровым. Эта модель удобна для объяснения, поскольку покоится на фундаменте эволюционной теории. В качестве подтверждения приводят такой довод, что клоны в опухоли различаются степенью злокачественности (Бахтин и др., 1987).

Имеются, однако, данные, позволяющие опровергнуть основную идею клонально-селекционной концепции. Дело в том, что появление клонов с различной степенью злокачественности предполагается как конечный результат длительного процесса канцерогенеза, что сопряжено с мутациями.

Например, для экспериментального рака необходимо 7 — 11 месяцев, в течение которых должны появиться новые виды трансформированных клеток, однако фактически клоны, обладающие различной степенью злокачественности, уже имеются изначально, т.е. предшествуют мутационному процессу Существуют многочисленные данные, подтверждающие злокачественность нормальных стволовых клеток без канцерогенного воздействия. Как, учитывая эти факты, объяснить увеличение степени злокачественности в процессе опухолевой прогрессии? В силу того, что канцерогены индуцируют хроническую пролиферацию, вызывающую прогрессирующую эмбрионализацию ткани, очевидно, что степень клоногенности будет зависеть от снижения дифференцированности клона, т.е. злокачественность клеток будет увеличиваться в процессе опухолевой прогрессии. Однако выход изпод контроля определяется на уровне тканевой системы контроля. Истинно стволовых клеток в нормальной ткани содержится немного, и именно они обладают максимальной злокачественностью, при этом имеет значение степень дифференцировки клона, а не отдельной клетки. Можно поставить такой вопрос: каковы

условия, при которых стволовые клетки переходят к неконтролируемому размножению без дифференцировки? Очевидно, что такие условия создаются в ходе опухолевой прогрессии в силу того, что увеличение степени омоложения ведет к увеличению ФР и снижению концентрации кейлонов, контролирующих деление стволовых клеток. Об этом, в частности, свидетельствуют данные по снижению концентрации кейлонов в тканях при регенерации и опухолеобразовании. С другой стороны, имеются данные, свидетельствующие об увеличении в опухоли активности факторов роста. Следовательно, сдвиг соотношения между кейлонами ФР приобретает устойчивый прогрессирующий характер в ходе эмбрионализации ткани.

Тканевая модель является альтернативой мутационной концепции и теории онкогена, она решает трудности и проблемы, в которых увязла мутационная концепция и базирующаяся на ней теория онкогена. В частности, необъяснимой с позиции теории онкогена оказалась проблема обратимости трансформированного состояния клеток. Механизм мутационных изменений онкогенов предполагает наследственно закрепленные необратимые изменения. В противоположность этому явление обратимости трансформации следует из тканевой модели, поскольку она не основана на генетических нарушениях. Вместе с тем в тканевой модели преодолевается представление, что сама дедифференцировка клетки и является процессом трансформации. Это необходимое условие, но не достаточное, поскольку речь идет о разрушении тканевой системы контроля пролиферации.

ГЛАВА V

МЕХАНИЗМ НАРУШЕНИЯ ТКАНЕВОГО ГОМЕОСТАЗА

1.Структура и динамика

внарушении тканевого гомеостаза

Мы подошли к проблеме механизма нарушения тканевого гомеостаза. Общей реакцией на канцерогены является интенсивная компенсаторная пролиферация, вызывающая омоложение ткани. Процесс омоложения неспецифичен и сопровождает также различные регенерационные процессы. При таком режиме пролиферации клетки, появившиеся в результате деления стволовых клеток, не успевают пройти дифференцировку, поэтому ускоренная пролиферация приводит к обратимой блокировке дифференциации и ее результату — эмбрионализации ткани за счет репопуляции, т.е. замещению зрелых клеток низкодифференцированными.

В структуре обновляющейся ткани можно выделить три основных пула клеток: стволовые, коммитированные, дифференцированные. Численность состава каждого пула регулируется за счет прямых и обратных связей. Механизм тканевой регуляции митотической активности, обусловливающей воспроизводство ткани, связан с системой кейлонов и факторов роста, а также регуляцией дифференцировки.

Согласно концепции тканевых ингибиторов-кейлонов (Bullough, 1975), малодифференцированные клетки способны непрерывно размножаться, но процесс сдерживается ингибиторами, выделяемыми дифференцированными клетками. Убыль количества дифференцированных клеток ведет к снижению концентрации ингибиторов, следовательно, к увеличению клеточных делений. Ускорение же клеточных делений приводит к омоложению клеточного состава, появляется слишком много

стволовых клеток. Детерминирующий механизм дифференцировки связан с выбором пути после деления стволовой клетки. Например, в коже на глубине каждой пролиферативной едини-

цы	(дифферона)	лежит стволовая	клетка,	которая порождает
все	клетки этой	единицы. Линия	потомков	ее не прерывается,

в этом смысле она является бессмертной. Когда стволовая клетка делится, одна из дочерних становится бессмертной, а другая дифференцируется и в конце своего пути отмирает. После ка- ких-то шагов дифференцировки клетка уже не может вернуться к первоначальному состоянию.

Если бы деление стволовой клетки было всегда асимметричным, то число стволовых клеток не увеличивалось бы. Но в процессе повреждения эпидермиса образуются новые пролиферативные единицы (Албертс и соавт.,1987).

Элементарную единицу тканевого воспроизводства называют диффероном. В процессе опухолеобразования происходит постепенный сдвиг в сторону увеличения числа дифферонов и искажения структуры дифферона, т.е. искажается соотношение между дифференцированными и недифференцированными клетками. Увеличение количества дифферонов и искажение структуры дифферона — это два направления, по которым идет развитие опухолеобразования. При этом возможны различные сочетания преобладания той или иной тенденции. Доброкачественная опухоль отличается от злокачественной преобладанием первого направления, т.е. увеличением количества дифферонов без существенного искажения тканевой структуры. Злокачественная опухоль характеризуется преобладанием второго пути развития — искажением структуры дифферона, что определяет потерю контроля над стволовыми клетками и соответственно инвазивный рост и метастазирование.

Таким образом, трансформация совершается в результате нарушения механизма тканевой регуляции пролиферации, что обусловлено сдвигом равновесия между стволовыми и дифференцированными клетками. Эти типы клеток (клоногенные и дифференцированные) составляют два полярных полюса тканевого гомеостаза, замкнутые друг на друга контуром обратной связи. Если увеличивается количество пролиферирующих стволовых клеток, но процесс дифференцировки не нарушен, то увеличивается масса клеток без искажения тканевой структуры. Такое состояние характеризует доброкачественную опухоль При искажении структуры тканевого гомеостаза, соответственно структуры дифферона, происходит потеря контроля над клоногенными клетками. Схематично принцип трансформации, т.е. нарушения тканевого гомеостаза и нарушения контроля пролиферации, можно изобразить так:

I Структура тканевого гомеостаза в норме

II Структура тканевого гомеостаза в процессе

опухолеобразования

Стволовая клетка	Коммитированная	Дифференцированная
	клетка	клетка

Данная схема иллюстрирует искажение процесса воспроизводства, репопуляции, при повышенной хронической пролиферации, в результате которого происходит замещение дифференцированных клеток на клоногенные низкодифференцированные. Таким образом, процесс прогрессирующей эмбрионализации в результате интенсивных канцерогенных либо митогенных нагрузок на ткань, вызывающих повышенную хроническую пролиферацию, приводит к потере устойчивости системы тканевого гомеостаза. Неспособность выдерживать длительные интенсивные воздействия и является ахиллесовой пятой тканевого гомеостаза. Таким образом, несмотря на большую устойчивость, которая основана на воспроизводстве тканевой системы, существуют предельные по времени и интенсивности канцерогенные нагрузки, при которых нарушается воспроизводство системы гомеостаза, что приводит к неконтролируемому опухолевому росту.

Тканевый гомеостаз характеризуется устойчивостью, основанной на воспроизводимом динамическом равновесии, т.е. структур- но-функциональная стабильность системы зависит от воспроизводства качественного и количественного состава ткани. Отсюда непосредственно следует, что можно подобрать такой режим пролиферации, при котором структура гомеостаза теряет устойчивость в результате нарушения воспроизводства, т.е. начинает, образно говоря, «течь», или «плавиться». Этот подход и принцип позволяет однозначно конкретизировать причину и механизм канцерогенеза.

Механизм общего знаменателя, в качестве которого выступает тканевый гомеостаз, его пролиферативная реакция, переводит разнообразие канцерогенных факторов на «единый язык» транс-

формирующего фактора эмбрионализации, разрушающей гомеостаз. Поэтому общим вторичным канцерогенным фактором является динамический параметр воздействия и реакции на него — режим пролиферации, что определяет канцерогенный профиль.

Канцерогенность того или иного фактора проявляется в способности инициировать повышенный режим пролиферации и прогрессирующую эмбрионализацию, при которой нарушается воспроизводство гомеостаза. Таким образом, нарушение воспроизводства тканевого гомеостаза лежит в основе неконтролируемой пролиферации.

Будет ли опухоль прогрессировать до злокачественной стадии, стабилизируется или регрессирует — зависит от динамики пролиферации. В рамках тканевой модели удается объяснить, почему не все опухоли, а лишь часть из них прогрессирует до злокачественной формы, а предраковые состояния не всегда переходят к опухолеобразованию. Эта закономерность определяется способностью гомеостатических систем выдерживать большие нагрузки без потери устойчивости, а при прекращении патогенного воздействия восстанавливаться. В пользу такого представления говорит существование наряду со злокачественными опухолями доброкачественных опухолей. Если канцероген слабый, то для инициации опухолеобразования необходим очень длительный период воздействия. Различное возможное сочетание силы канцерогена и времени воздействия дает различную картину опухолеобразования, что обусловлено тем или иным режимом пролиферации.

Воздействие канцерогена может быть сильным и коротким, длительным и слабым, сильным и постоянным, что определяет канцерогенный профиль. Концепция канцерогенного профиля рационально объясняет, почему не всегда удается вызвать рак в эксперименте, что явилось в свое время причиной критики идеи неспецифического воздействия как канцерогенного фактора. Суть концепции канцерогенного профиля состоит в том, что между параметрами канцерогенного профиля и параметрами устойчивости тканевого гомеостаза должна существовать корреляция, т.е. профиль воздействия должен соответствовать свойствам гомеостаза либо превосходить его.

Тканевую модель можно представить наглядно в виде модели шара с двумя оболочками, внутри которого находится ядро, обладающее большим запасом энергии пролиферации, удерживаемое этими двумя оболочками. Энергия ядра соответствует тому огромному пролиферативному потенциалу, которым обладают стволовые клетки. Вся система, поддерживающая стабильность, находится в равновесии при условии постоянного нормального воспроизводства каждого слоя ядра. Прочность или устойчивость двух оболочек, которые соответствуют пулу коммитированных и дифференцированных клеток, определяется правильной структурой (пропорциональным соотношением) всех составляющих элементов системы.

При нарушении воспроизводства ткани в каком-то локальном месте, а это происходит при канцерогенном воздействии, силы ядра перестают уравновешиваться, в результате происходит своеобразный медленный взрыв, «осколки» которого, образно говоря, разлетаются в виде метастазов по всему телу. Это образное представление тканевой модели рака акцентирует внимание на основных моментах теории опухолеобразования — механизме удержания контроля пролиферации в тканевой системе и условиях, при которых происходит потеря устойчивости саморегулирующейся системы. Тканевую теорию можно также назвать динамической моделью канцерогенеза, поскольку в качестве канцерогенного фактора выступает режим пролиферации и разрушение, перерождение тканевой структуры.

Общую схему процесса канцерогенеза, развивающегося согласно тканевой модели, можно представить в виде такой логической последовательности событий:

Канцеро-	Гибель	Усиленная,		Обратимое
гены	и	хроническая		нарушение
(воздействие,	повреждение	компен-		дифферен-
соответст-	клеток либо	саторная		цировки
вующее	митогенное	пролифера-		клеток
канцерогенному	воздействие	ция
профилю
Эмбрио-	Нарушение		Выход из-под
нализация	структуры и		контроля
ткани.	функции		клопогонных клеток
Исчезновение	тканевого го		(стволовых и
молекул	меостаза,		коммитированных)
адгезии и	нарушение		с активизиро-
ряда	отрицательной		ванными
рецепторов на	обратной связи,		онкогенами,
клеточной	контролирующей		злокачественный
мембране	деление		рост: инвазия,
	клоногенных клеток.		метастазирование
	Сдвиг равновесия —

факторы

роста/кейлоны

2.Клиническая картина опухолеобразования

спозиции тканевой теории

Каковы возможности тканевой теории в плане объяснения клинической картины опухолеобразования?

Тканевая модель выгодно отличается от молекулярно-генети- ческой теории тем, что она обходит ряд трудностей, в которых увязла теория онкогена. Предметом ее анализа является разрушение тканевого гомеостаза, поэтому тканевые изменения, характеризующие состояние предрака, попадают в поле ее внимания в качестве центральных проблем, поскольку в период предрака происходит искажение и разрушение тканевой структуры гомеостаза, контролирующего пролиферацию клоногенных клеток.

В рамках такого подхода удается рационально объяснить отличие доброкачественных опухолей от злокачественных. Прогрессия опухолеобразования в первой фазе, когда процесс определяется внешним источником стимуляции пролиферации, зависит от канцерогенного профиля, уровня которого может не хватать, т.е. он может быть ниже того, при котором процесс опухолеобразования доходит до злокачественного состояния. Темп, динамика развития опухолевой прогрессии является, как показывают данные, отображением канцерогенного профиля. С точки зрения структуры ткани, согласно клиническим наблюдениям, для доброкачественных опухолей характерна структура клеточных популяций, приближающаяся к нормальному состоянию, и наоборот — злокачественные опухоли характеризуются полной деградацией тканевой структуры, соответственно меняется соотношение «факторы роста/кейлоны». Следовательно, клиническая картина подтверждаеттканевую теорию, обнаруживается хорошая согласованность. Тканевый гомеостаз как система динамического равновесия, удерживающая баланс между полюсами дифференцированных и клоногенных низкодифференцированных клеток, обладает свойством выдерживать большие нагрузки, поэтому для опухолеобразования характерны промежуточные стабильные переходные формы между доброкачественным состоянием и злокачественным. С этой точки зрения доброкачественные и злокачественные опухоли — это не разные виды или формы опухолей, а разные стадии, фазы развития, общей опухолевой прогрессии. Такая точка зрения известна в литературе, но она была получена как эмпирический вывод, основанный на фактах, но ни одна теория не могла этого подтвердить. В рамках тканевой модели она впервые получает теоретическое обоснование и описание механизма развития доброкачественных и злокачественных опухолей.

Большинство современных исследователей стоят на классических позициях, что «рак никогда не возникает в здоровом органе». Как утверждал Л.М.Шабад, «всякий рак имеет свой предрак».

Клиническое значение предраковых состояний, которые могут быть выявлены и вылечены, не требует доказательств. Признавая наличие предраковых состояний, необходимо учитывать трудности в оценке степени риска. Не существует признаков опухолеобразования, которые, будучи оценены изолированно, могут быть истолко-

ваны как безусловно указывающие на повышенный риск развития рака. Например, такие изменения слизистой оболочки и паренхимы, как метаплазия, гиперплазия и атрофия, легко распознаются и в определенной ситуации сочетаются с риском развития рака. Однако даже в тех случаях, когда эти изменения происходят в определенной клинической ситуации, риск развития рака, по мнению ряда ученых, может быть выражен лишь в общих чертах (Carter, 1984). Некоторые морфологические изменения остаются на уровне атипии многие годы, другие могут регрессировать. Многие авторы в состав предраковых поражений включают доброкачественные опухоли. Последние часто представляют явную, определяемую стадию эволюции злокачественного новообразования.

Установлено, что предраковые заболевания могут длительно существовать, не подвергаясь озлокачествлению, или до их малигнизации проходит значительный промежуток времени; одни предраковые заболевания озлокачествляются с большим постоянством, другие — довольно редко. При анализе предраковых заболеваний гортани было выявлено, что с высокой степенью озлокачествляются лейкоплакия и лейкокератоз (Ольшанский, 1988). При микроскопическом исследовании лейкоплакия представляет собой неравномерное утолщение покровного многослойного эпителия с ороговением различной степени.

Наблюдения показали, что развитию рака на фоне лейкоплакии предшествуют изменения в покровном эпителии в виде пролиферации и атипии базальных клеток. Развитие рака на фоне лейкоплакии может идти двумя путями: либо через стадию внутриэпителиального рака, либо непосредственно путем инвазии базальных клеток, находящихся в состоянии пролиферации и атипии. При гистологическом исследовании лейкоплакий обнаруживается кератоз, гиперплазия и дисплазия различной степени тяжести.

Морфологическая картина пахидермии характеризуется значительной пролиферацией покровного эпителия, которая выражается в увеличении числа слоев клеток. Поверхность·· эпителия неровная, образует складки и сосочки, покрытые роговым слоем.

Морфологическое исследование часто рецидивирующих папиллом обнаруживает усиление процесса пролиферации эпителия, сопровождающееся появлением глубоких акантотических тяжей. Увеличивается число слоев базальных клеток, отмечается нечеткость межклеточных границ. Ядра клеток во всех слоях эпителия становятся более гиперхромными, видны частые митозы, особенно в базальном слое.

Несмотря на небольшие отличия предраковых состояний в различных органах и тканях, общая картина опухолеобразования типична и закономерна. Общей закономерностью является наличие некоторого предсуществующего состояния патологии, определен-

ного фона, который создает повышенный уровень пролиферации в ткани. Вторым моментом является уровень инициирования пролиферации и соответственно омоложения ткани. Например, риск развития рака толстой кишки повышен у больных с длительно текущим язвенным колитом. Накопленные клинические данные указывают, что рак развивается в предсуществующих аденоматозных полипах. Независимо от размера и локализации аденомы, главным признаком является изменение клеточной кинетики в виде утраты строгого порядка деления и созревания клеток в основании крипты и миграции клеток к поверхности, где они слущиваются в просвет после завершения полного жизненного цикла. При аденоматозном характере пролиферации клетки сохраняют способность к делению, утрачивая частично или полностью способность дифференцироваться и созревать. Митотическая активность отмечается во всех участках железистых структур как следствие нарушения клеточной кинетики (Whitehead, Cosgrove, 1979). Клетки-предшественники, находящиеся в основании измененной крипты, сохраняют способность дифференцироваться и имеют тенденцию к созреванию в бокаловидные или адсорбирующие клетки, но всегда имеют степень отклонения от нормы, обладают признаками, характерными для дисплазии. Так, отмечается увеличение ядра, гипохроматоз, по-ли- морфизм, «палисадное» расположение и увеличение митотической активности наряду с изменением цитоплазмы. При исследовании аденоматозных полипов обнаруживаются отклонения, подобные наблюдаемым в клетках опухолей; могут быть изменены число и конфигурация хромосом, и в результате дерепрессии генов и эмбрионализации клетки могут приобретать способность синтезировать карциноэмбриональный антиген или гормоны (Isseson, Le Vann, 1976; Skinner, Whitehead, 1981).

Одновременно было показано, что между полипами и раком толстой кишки отмечается выраженное сходство в связи с тем, что они содержат следующие антигены: карциоэмбриональный, хорионический, лактосоматотропный гормон (плацентарный лактоген), α-фетопротеин, специфический для толстой кишки антиген, специфический для беременности ß-липопротеин I, ß-хорио- нический гонадотропин, плацентарную щелочную фосфатазу, изоферритин и трансферрин,

Deschner и Lipkin (1975), например, показали, что в предраке нормальные клетки вблизи или на поверхности кишечной крипты накапливают 3Н-тимидин, что свидетельствует о недостаточности контролирующих механизмов, которые в норме строго обеспечивают деление клеток только в нижней части крипты. В нормальном эпителии фибробласты размножаются на том же уровне крипты, что и эпителиальные клетки. Как и эпителиальные клетки, фибробласты утрачивают способность делиться по достижении поверхно-