Иммортализация опухолевых клеток

Ответы к задачам

№1

Наиболее опасно в канцерогенном отношении табакокурение. В 100 сигаретах содержится 1,1 — 1,6 мкг бензпирена, а примесь мышьяка в 15 раз превышает его мак­симально допустимое количество. Кроме того, в табачном дыме (состоящем из газовой фазы и твердых частиц) нахо­дятся дибензантрацен и никель, канцерогенные для чело­века. Смертность от рака легкого прямо пропорциональна числу выкуриваемых в день сигарет: у людей, выкуривающих 16—25 сигарет в день, риск заболеть раком легкого в 30 раз выше, чем у некурящих. В табачном дыме есть канцерогены полициклические углеводороды, они повышают активность цитохрома Р – 450. Канцерогенным действием обладают чаще не исходные формы алкилирующих ксенобиотиков, а те продукты в которые они превращаются в организме. Канцерогены окисляются кислородом в системе микросомальных оксидаз цитохромом Р – 450. При этом образуются либо свободные радикалы, либо эпокиси. Эти продукты намного превосходят по активности исходные, родительские молекулы и связываются с азотистыми основаниями ДНК. Результатом является неправильное спаривание оснований при транскрипции, т.е. возникают соматические мутации.

Химические канцерогены подразделяются на проканцерогены (составляют абсолютное большинство) и прямые канце­рогены. Проканцерогены превращаются в истинные, конеч­ные канцерогены только после метаболических превращений, катализируемых тканевыми ферментами (неспецифическими оксидазами).

Представители второй группы прямых канцерогенов, на­пример, нитрозамины, р-пропионлактон, диметилкарбамил-хлорид, действуют как таковые, не подвергаясь метаболичес­кой модификации.

Коканцерогены – способствующие действию канцерогенов (ятрогенные - глюкокортикоиды, иммунодепрессанты).

Синканцерогенез (совместное действие двух или нескольких канцерогенов, возможное потенцирование...) В табачном дыме присутствует несколько химических канцерогенов плюс действие физического фактора - высокой температуры (на конце сигареты – 300 градусов).

№2.

Признаки клеточной трансформации в культуре:

Трансформированные клетки, культивируемые in vitro, от­личаются от нормальных многими свойствами. Они способны расти в культуре при низкой концентрации сыворотки и в от­сутствие ростовых факторов; их размножение ограничено, по-видимому, лишь питательными ресурсами среды; они посто­янно пребывают в цикле деления (не переходя в фазу покоя GО), а если и останавливаются в тех или иных его точках, то только из-за отсутствия питательных веществ; они могут расти в суспензии, не испытывая потребности в прикреплении к внеклеточному матриксу.

Трансформированные клетки способны неограниченно де­литься вследствие отсутствия у них так называемого контактно­го торможения, что позволяет им размножаться многослойно (нормальные клетки, соприкоснувшись своими поверхностями, прекращают делиться, в результате чего образуют однослойную культуру). У трансформированных клеток ослаблены адгезивные свойства: они утрачивают способность распластываться на подложке и прочно прикрепляться к ней. Их деление перестает зависеть от прикрепления к твердому субстрату; они приобрета­ют способность размножения в полужидкой среде. Некоторые опухолевые клетки могут в отличие от нормальных расти в суспензионной культуре — свойство, которое коррелирует с их опухолеродностью (способностью образовывать опухоли при имп­лантации животным). Последняя является главным отличитель­ным признаком трансформированной клетки.

Иммортализация опухолевых клеток

Нормальные клетки трудно перевести в культуру и практи­чески невозможно поддерживать ее длительно, поскольку после определенного числа, клеточных делений (пассажей) скорость роста постепенно замедляется, затем прекращается полностью и клетки в конце концов погибают (этот феномен по имени открывшего его ученого называют барьером Хайфлика). Число пассажей, которые клетки способны пройти в культуре, различно у разных видов и зависит от возраста жи­вотного, от которого эти клетки были исходно получены (чем моложе организм, тем больше возможное число пассажей). По-видимому, в клетке существует некий счетчик числа деле­ний, включающий программу старения и гибели по достиже­нии какой-то критической величины.

В противоположность этому трансформированные клетки иммортализованы, т.е. могут делиться неограниченно долго, не проявляя признаков старения. У них, кроме того, часто обнаруживают различные дефекты механизма апоптоза (про­граммируемой клеточной гибели), в силу чего они способны выживать в условиях, гибельных для клеток нормальных. Бла­годаря этому свойству культуры опухолевых клеток можно поддерживать десятилетиями.

№3

Опухолевые маркеры — соединения, обнаруживаемые в биологических жидкостях онкологических больных и синтези­руемые либо собственно раковыми клетками, либо клетками нормальных тканей в ответ на инвазию опухоли. Маркерами опухоли могут быть различные белки (ферменты, гормоны, антигены — внутриклеточные или ассоциированные с поверх­ностными мембранами) и метаболиты, концентрация которых в среде коррелирует с массой опухоли, с ее пролиферативной активностью и иногда со степенью злокачественности. Опухолевые маркеры можно подразделить на две основные группы: продуцируемые самой опухолью и ассоциированные с опухолью.

Среди маркеров, продуцируемых опухолью, — α-фетопротеин (повышенное его содержание в сыворотке крови может служить указанием на гепатоцеллюлярный рак); раковоэмбриональный антиген (отмечен у значительной части больных раком толстой кишки, поджелудочной железы, молочной же­лезы и легкого); тканевый полипептидный антиген (обнару­живается при раке мочевого пузыря, предстательной железы и почек); хорионический гонадотропин (при опухолях трофобласта).

Маркеры, ассоциированные с опухолью, — белки острой фазы воспаления (церулоплазмин, гаптоглобин, α₂-глобулины, С-реактивный белок), некоторые ферменты (нормальные энзимы в высоких концентрациях. ЛДГ, КФК или их изоформы), иммунные комплексы.

Маркеры неспецифичны за исключением простатоспецифического, т.е. могут повышаться при опухолях и воспалениях различных локализации [раковоэмбриональный антиген (отмечен у значительной части больных раком толстой кишки, поджелудочной железы, молочной же­лезы и легкого)]. Современные методы позволяют выявить опухолевые марке­ры в столь малых (фемтамолярных, 10~¹⁵ М) концентрациях, что это дает возможность в ряде случаев следить за ходом заболева­ния и эффективностью лечения. Если концентрация опухолевыех маркеров возросла после операции, следовательно в организме остались метастазы и дали интенсивный рост, а значит больной нуждается в химио- или лучевой терапии.

Исключительно важную роль в росте опухоли (как первич­ного очага, так и его метастазов) играет ангиогенез. Опухоли диаметром 1—2 мм получают все необходимое посредством диффузии, однако их дальнейший рост зависит от кровоснабже­ния и, следовательно, от новообразования сосудов. Опухоль способна продуцировать стимулирующие ангиогенез факторы, которые обусловливают врастание сосудов в опухолевый очаг путем миграции в него эндотелиальных клеток из прилегающей соединительной ткани и их размножения. Как и в физиологиче­ских условиях (заживление раны), активность ангиогенеза в опу­холи определяется балансом регуляторов, позитивных (ангиогенин, фактор роста тромбоцитов, фактор некроза опухолей, простагландины Е, и Е₂, интерлейкин-8 и др.) и негативных (ангиостатин, гепариназа, интерфероны, тромбоспондин, и др.).

Прекращение по тем или иным причинам врастания сосу­дов в опухоль может на время остановить ее рост и перевести в «дремлющее» состояние. Более того, поскольку пролиферация эндотелиальных клеток и связанное с этим новообразование сосудов, как правило, отстают от роста самой опухоли, в ее центре часто обнаруживают участки некротического распада. В изменившихся условиях (при улучшении кровоснабжения) оставшиеся в живых раковые клетки могут дать начало реци­диву опухоли даже спустя несколько лет после ее удаления.

В то же время опухоль может продуцировать факторы, бло­кирующие новообразование сосудов. Именно этим объясня­ются те нередкие случаи, когда после хирургического удале­ния основного очага начинается бурный рост «дремавших» до того метастазов. При этом в организме сдвигается баланс про- и антиангиогенных факторов в пользу первых; в частности, падает концентрация циркулирующего в крови ангиостатина (фрагмента плазминогена размером 38 кДа), продуцируемого многими неоплазмами.

№4

Увеличение концентрации простатоспецифического антигена может быть как у больного с аденомой прстаты (доброкачественное заболевание), так и у больного с раком предстательной железы.

Необходимо под­черкнуть, что ни в трансформированных клетках, ни в биоло­гических жидкостях онкологических больных не обнаружены такие соединения, которые были бы характерны только для опухоли и не обнаруживались бы и в нормальных тканях на тех или иных стадиях их развития.

№5

Канцерогенез — длительный процесс накопления генети­ческих повреждений; латентный период (период от начальных изменений в клетке до первых клинических проявлений) может составлять 10—20 лет. Возникновение опухоли — про­цесс многостадийный; выделяют три основные стадии канцерогенеза: инициации, промоции и прогрессии

Радиация привела к первой стадии - индукции (инициации) т.е. изменениям в геноме. Произошла мутация нескольких генов, регулирующих клеточное деление (протоонкогенов). Такая клетка с измененным геномом может находиться долго вне деления (фаза покоя G₀) и в таком случае не происходит реализации ее измененной генетической программы, - поэтому после действия канцерогенного фактора и появлением опухоли может пройти много лет. В костном мозге огромное количество клеток (запас), они периодически становятся востребованными.

2 стадия - промоция (ускорение) - стимуляция клеточного деления различными факторами, которые не являются канцерогенами и не повреждают ДНК, но обеспечивают воздействие на ДНК и деление клетки (гормоны, трефоны и т.д.). Реализация измененной генетической программы Включение промотора (промотор - участок ДНК для связи с РНК полимеразой, активирует транскрипцию гена). Начало деятельности онкогенов – синтез особых онкобелков, стимулирующих бесконечное деление клеток, т.е. происходит аутостимуляция клеток к делению. Экспрессия – продукция поврежденных генов

№6

3 стадия прогрессия – озлокачествление – малигнизация (предпочтительное развитие более агрессивных клонов, т.е. селекция).Существовавшее когда-то представление о том, что рост опухоли — лишь количественное увеличение числа однородных клеток, чрезвычайно далеко от действительности. На самом деле наряду с количественным увеличением массы опухоли она постоянно претерпевает качественные изменения и приобретает новые свойства — все большую автономность от ре­гулирующих воздействий организма, деструктивный рост, инвазивность, способность к образованию метастазов (обычно от­сутствующую на ранних этапах) и, наконец, ее поразительную приспособляемость к меняющимся условиям.

В настоящее время доказано клональное происхождение опухоли. Опухоль (клон) - потомство одной первичной клетки, которая в результате стадийного процесса приобрела способность нерегулируемого роста. Размножение вертикальное (свойства своим потомкам), а не горизонтальное, как при инфекции. Метастазы – то же потомство той самой клетки. Клональная гетерогенность опухоли происходит из-за генетической нестабильности опухолевой клетки (нестабильность генома – новые мутации). Это приводит к появлению новых клонов, различающихся генотипически и фенотипически. Селекция отбирает самые живучие и злокачественные клоны. После химиотерапии остается всего 0,1% клеток опухоли, но так как клеточный цикл равен 24 ч, то опухоль может восстанавливаться через 10 суток и быть резистентной к химиотерапии.

№7

Злокачественные опухоли растут, инфильтрируя (прорастая) окружающие ткани и вызывая их деструкцию. Они часто дают метастазы (вторичные очаги в отдаленных тканях и органах), что во многих случаях означает финальную стадию процесса.

У опухолевых клеток нет десмосом и они не свзаны между собой, как нормальные клетки, они легко отделяются от опухолевой массы, совершая амебовидное движение. Возможно гемато-, лимфо-, ликворогенное, полостное, контактное перемещение клеток.

Стадии метастазирования:

1. переход опухолевой клетки в сосуд

2. стадия клеточной эмболии (опухолевые клетки в кровотоке покрыты фибрином, образуя клеточный тромбоэмбол)

3. переход из сосуда в ткань

Формирование метастаза — событие в принципе маловеро­ятное. В крови онкологических больных, не имеющих мета­стазов, часто обнаруживают циркулирующие опухолевые клет­ки. Их подавляющее большинство в кровеносном русле разру­шается естественными киллерами и макрофагами, тогда как очень малая часть (менее 0,05 %) выживает благодаря естест­венному отбору на резистентность к природным «киллерам» и на способность подавлять их функцию. Сохранившие жизне­способность клетки задерживаются в узких сосудах того орга­на, к которому имеют тропность (многие опухоли проявляют тенденцию к преимущественному метастазированию в опреде­ленные ткани: например, аденокарцинома молочной железы метастазирует в кости и головной мозг, а нейробластома — в печень и надпочечники).

№8

Паранеопластический синдром — проявление генерализованного воздействия опухоли на организм. Его формы разно­образны: состояние иммунодепрессии (повышенная подвер­женность инфекционным заболеваниям), тенденция к по­вышению свертываемости крови, сердечно-сосудистая недо­статочность, мышечная дистрофия, некоторые редкие дерма­тозы, пониженная толерантность к глюкозе, острая гипогли­кемия при опухолях больших размеров и ряд других.

Одним из проявлений паранеопластического синдрома яв­ляется так называемая раковая кахексия (общее истощение организма), которая возникает в периоде, близком к терми­нальному, и часто наблюдается при раках желудка, поджелу­дочной железы и печени. Она характеризуется потерей массы тела в основном из-за усиленного распада белков скелетных мышц (частично миокарда), а также истощения жировых депо. Сопровождается отвращением к пище (анорексией) и измене­нием вкусовых ощущений. Одна из причин кахексии — повы­шенный (иногда на 20—50 %) расход энергии, обусловленный, по-видимому, гормональным дисбалансом.

В сыворотке крови больных, страдающих хроническими заболеваниями и, в частности, злокачественными новообразо­ваниями, нередко обнаруживают кахектин — цитотоксический полипептидный гормон, известный также как TNF (tumor necrosis factor — фактор некроза опухолей). Он секретируется макрофагами и опосредует воспалительные реакции. Практи­чески все клетки организма обладают рецепторами к этому гормону, эффекты которого поэтому могут быть весьма многообразными: шоковое состояние, падение артериального давления, расстройства липидного и углеводного обмена, ме­таболический ацидоз, активация нейтрофилов вплоть до гибе­ли организма. В экспериментах на животных кахектин инду­цирует также состояния анорексии и истощения организма, очень сходные с кахексией при хронических заболеваниях и злокачественном росте.

№9

Иммунная защита. Далеко не всякий возникший в орга­низме клон опухолевых клеток превращается в злокачествен­ную опухоль. Организм располагает определенными, хотя и ограниченными, средствами противодействия. На первых эта­пах действует система так называемой естественной неспеци­фической резистентности, способная элиминировать неболь­шое количество (от 1 до 1000) опухолевых клеток. К ней отно­сятся естественные киллеры — крупные гранулярные лимфо­циты, составляющие от 1 до 2,5 % всей популяции перифери­ческих лимфоцитов и независимые от вилочковой железы. Они могут лизировать не только опухолевые, но и нормальные поврежденные и эмбриональные клетки, активируются интерфероном. К системе естественной резистентности относятся также макрофаги. Их оружием против небольшого числа опу­холевых клеток служат кислородные радикалы, образуемые специфическими оксидазами, и перекись водорода Н₂О₂. Воз­можность преодоления опухолевыми клетками первого барье­ра естественной резистентности определяется их способнос­тью продуцировать факторы, подавляющие эту систему (про­стагландины Е), и их устойчивостью к Н₂О₂.

Что касается специфического противоопухолевого имму­нитета, то он обычно развивается слишком поздно и не очень активен. Спонтанные опухоли животных и человека весьма слабо антигенны и легко преодолевают этот барьер. Однако зарегистрированы единичные случаи регрессии злокачествен­ных опухолей (меланомы, нейробластомы у детей), что указы­вает на принципиальную возможность успешной борьбы орга­низма с уже сформировавшейся неоплазмой.