Спектр изменений генетического материала в каждой конкретной опухоли имеет индивидуальный характер, однако наличие общих закономерностей для неоплазм определенной локализации дает основание связывать их с патологией определенного органа (см. табл. 3.1).
В большинстве опухолей обнаруживается сразу несколько онкогенов. Особенно часто встречаются мутации в генах – супрессорах опухолей, которые кодируют белки, ингибирующие аномальный рост и трансформацию клеток.
Описано более 10 супрессорных белков. Наиболее изученными из них являются Rb и р53. Так, при ретинобластоме – редком детском онкологическом заболевании сетчатки глаза наблюдается инактивация гена Rbl, кодирующего ядерный белок с мол. массой 105 000. В норме этот белок ингибирует пролиферацию клеток, так как способен связываться и инактивировать транскрипционный фактор EF2, который в свою очередь усиливает экспрессию ростстимулирующих белков и ферментов: ДНК-полимеразы α (рис. 3.6). Однако Rb перестает влиять на переход клетки из G, в S‑период, если он фосфорилирован или инактивирован связыванием с другими белками-ингибиторами, а также в результате мутаций в гене. Это стимулирует пролиферативный процесс.
Другим антионкогеном является Р53. Его функция наиболее часто нарушена у онкологических больных. Этот антионкоген кодирует ядерный белок с мол. массой 53 000, которой, будучи транскрипционным фактором, контролирует в клетках чрезвычайно важные функции: после повреждения ДНК ингибирует пролиферацию и активирует ее репарацию, но если последняя невозможна, то побуждает клетки к апоптозу, а также подавляет ангиогенез в опухолях.
Белок Р53 состоит из трех доменов: регулирующего транскрипцию, обеспечивающего связывание с ДНК и ответственного за олигомеризацию. Он связывается с регуляторными участками ДНК в виде тетрамера и имеет значительное число генов-мишеней, в которых есть последовательности, способные присоединять Р53 и таким образом менять свою активность (рис. 3.7). К генам, экспрессия которых зависит от Р53, относится ген wafl, кодирующий белок – ингибитор циклинзависимой киназы. В последние годы в клетках обнаружена группа белков – циклинов, которые активируют более десятка гомологичных по структуре сер/тре-ПК, названных циклинзависимыми протеинкиназами. Образуя комплексы с циклинами, эти ПК фосфорилируют белки, осуществляющие продвижение клетки по клеточному циклу и обеспечивающие преодоление G1/S и G2/M проверочных точек. Белок Р53 увеличивает экспрессию гена waf l и синтез белка р21.
Другим геном, транскрипция которого усиливается Р53, является gadd 45. Показано, что экспрессия этого гена возрастает в клетках, подвергнутых ионизирующей радиации.
Два гена – bcl‑2 и Ьах, чувствительные к Р53, регулируют разрушение клеток путем апоптоза. Однако присоединение к регуляторному участку Р53 прекращает экспрессию гена bcl‑2, являющегося ингибитором апоптоза, и активирует ген bах, который стимулирует апоптоз.
Белок Р53 увеличивает экспрессию гена тромбоспондина, который кодирует белок, препятствующий росту кровеносных сосудов в опухоли – ангиогенезу и, следовательно, предотвращающий метастазирование.
Центральная роль Р53 в регуляции метаболизма клетки объясняет, почему частота мутаций в гене этого белка особенно велика. Так, у людей мутации в этом гене обнаружены практически во всех типах опухолей. Они наблюдаются в 70% случаев рака толстой кишки, 56% рака легкого и 40–45% случаев рака яичников, пищевода, поджелудочной железы, кожи и желудка.
Таким образом, согласно современным представлениям, инактивация, амплификация или накопление мутаций в генах, кодирующих белки, участвующие в регуляции пролиферации, дифференцировки и апоптоза, включение механизма поддержания длины теломер создают предпосылки для трансформации и иммортализации клеток.
Одним из направлений в развитии диагностики онкологических заболеваний является поиск и создание методов выявления индикаторов опухолевого процесса – опухолевых маркеров.
Опухолевыми маркерами (ОМ) называют соединения: белки, биологически активные пептиды, гормоны, ферменты и метаболиты, которые синтезируются раковыми клетками либо клетками нормальных тканей в ответ на развитие рака. Они должны синтезироваться только в организме опухоленосителя и отсутствовать в нормальных клетках, так как являются продуктами аномальной экспрессии генома раковой клетки. ОМ, как правило, обнаруживают в крови или других биологических жидкостях организма и используют для скрининга населения на носительство опухоли, как прогностический фактор, для оценки состояния пациента в клинической стадии и мониторинга в ходе лечения, а также в целях обнаружения рецидивов болезни.
Согласно современной классификации, ОМ делят на три основные группы:
* первичные опухолево-ассоциированные;
* вторичные, продуцируемые опухолью (специфические и неспецифические);
* вторичные, индуцируемые опухолевой болезнью.
Эта классификация не лишена недостатков, так как одно и то же соединение может синтезироваться клетками опухоли и вырабатываться нормальными клетками органа в ответ на опухолевую инвазию.
Значимость ОМ оценивают по следующим критериям:
1) диагностическая чувствительность; характеризует способность теста выявить заболевание у больного
2) специфичность; характеризует способность теста давать отрицательный результат в группе здоровых
3) эффективность. характеризует способность различать опухолевые и неопухолевые заболевания
Современные биохимические и иммунологические методы позволяют выявить неоплазму, когда число опухолевых клеток достигает 109–1010, а уровень секретируемого опухолью маркера от 1 до нескольких фемтомолей на 1 мл биологической жидкости. Следует отметить, что большинство известных в настоящее время ОМ не отвечает этим критериям. Почти во всех случаях при ряде таких патологических состояний, как воспалительные заболевания печени, поджелудочной железы и легких, отмечается неспецифическое, часто незначительное повышение уровня маркера.
В клинической практике наиболее часто используют такие онкофетальные белки, как
- раковый эмбриональный антиген,
- α-фетопротеин (АФП),
- плацентарные белки (хорионический гонадотропин β-HCG,
- плацентарная щелочная фосфатаза и др.),
- дифференцировочные антигены лимфоцитов: тканевый полипептидный специфический антиген или тканевый полипептидный антиген.
К ОМ, появляющимся в организме больного в ответ на развитие опухолевого процесса, относят белки острой фазы воспаления, ферритин, церулоплазмин, гаптоглобулин, С-реактивный белок, изоформы ЛДГ и креатинкиназы и ряд др.
При обнаружении опухоли или на более поздних стадиях онкологического заболевания используют химио- и радиотерапию, а также симптоматическое лечение. Очень важным является возможно более полное хирургическое удаление неоплазмы.
К лечебным мероприятиям, нашедшим применение в клинической практике, предъявляется два основных требования:
- оказывать цитостатический (предотвращающий пролиферацию)
- оказывать цитотоксический (уничтожающий опухолевые клетки) эффекты.
Однако химиотерапия прекращает синтез ДНК и клеточное деление по механизмам, общим для всех клеток, отсюда ее токсичность и многочисленные побочные эффекты. Успех лечения связан с большей чувствительностью к лекарственным средствам неопластических клеток по сравнению с нормальными, неизмененными клетками и отражает компромисс между эффективностью в отношении опухоли и токсичностью для здоровых тканей.
В химиотерапии используют
- алкилирующие агенты: цисплатин, мелфалан, циклофосфамид и др., вызывающие поперечные сшивки в нитях ДНК;
- антиметаболиты: цитозин арабинозид, гидроксимочевина, метотрексат, ингибирующие синтез нуклеиновых кислот и нуклеотидов,
- антибиотики: блеомицин, даунорубицин, доксорубицин, интеркалирующие между азотистыми основаниями ДНК и вызывающие хромосомные разрывы и фрагментацию макромолекул;
- некоторые растительные продукты, интерферон, аспарагиназу и антагонисты половых гормонов.
Однако до настоящего времени химиотерапия во многих случаях остается малоэффективной.
Главная причина низкой эффективности химиотерапии – множественная лекарственная устойчивость (МЛУ), которая развивается у больного в ответ на многократное введение хи-миопрепарата. МЛУ является результатом суперэкспрессии Р-гликопротеина (Р170) и ряда глутатионзависимых ферментов, осуществляющих детоксикацию лекарственных средств. Р170 – это энергозависимый трансмембранный насос, он за счет энергии АТР осуществляет «откачку» противоопухолевых препаратов из раковых клеток и препятствует их накоплению в цитотоксических концентрациях.
Практика показала, что лечение одним лекарственным препаратом, за редким исключением, не способно привести к исцелению. Как правило, химиотерапию сочетают с радиотерапией, вызывающей в облученной ткани индуцированные свободными радикалами разрывы нитей ДНК и апоптоз. Перспективным направлением стала фотодинамическая терапия, стимулирующая разрушение опухоли воздействием введенных в опухоль веществ, которые переводят в активированное состояние с помощью излучения лазера.
Вселяющим новые надежды на успех в лечении рака стало создание разных моделей направленной доставки химиопрепаратов в пораженную ткань с помощью антител к антигенам опухолей, фетальных белков и факторов роста к их рецепторам, которые суперэкспрессированы на плазматической мембране раковых клеток.
В стадии разработки и многие другие подходы к лечению онкологических заболеваний: поиски ингибиторов протеаз и возможностей модулировать содержание интегринов, которые способны были бы остановить метастазирование.
Возникло направление генной терапии, которое ставит перед собой задачу найти способы восстановления функций генов, ингибирующих пролиферацию и рост, и выключения онкогенов, нарушающих согласованность процессов роста, дифференцировки и апоптоза. Это вселяет надежду, что в ближайшие годы человечество сможет более эффективно бороться за жизнь и здоровье онкологических больных.