Опухолевый атипизм

Для опухолей характерен атипизм – отличия опухолевых клеток от нормальных. Он проявляется в относительной автономности роста, особенностях размножения, дифференцировки, метаболизма, структуры, функции и антигенного набора опухолевых клеток.

1. Одной из причин относительной автономности роста опухоли, увеличения ее массы является усиленная экспрессия канцерогенами ряда протоонкогенов (гомологов онкогенов ретровирусов), кодирующих синтез опухолевой клеткой онкопродуктов, которые нередко гомологичны факторам роста, их рецепторам и белкам, участвующим в пострецепторной передаче митогенного сигнала. Опухолевые клетки обладают способностью продуцировать собственные факторы роста путем так называемой аутокринной секреции. Это α- и β-трансформирующие факторы, эпидермальный фактор роста, инсулиноподобные факторы роста I и II.

Эти факторы или регуляторные пептиды, продуцируемые самой опухолевой клеткой, обеспечивают утилизацию энергетических и пластических субстратов из окружающей среды и включают механизмы деления опухолевой клетки. Продуцируемые опухолью ростовые факторы стимулируют последующий рост массы опухоли и снижают потребность новообразования в экзогенных факторах роста. Полагают, что именно аутокринная секреция факторов роста лежит в основе относительной автономности опухоли, ее независимости от регуляторных внешних факторов.

2. Метаболический и энергетический атипизм. До настоящего времени не удалось выявить качественных изменений метаболизма опухолевых клеток, которые отличали бы их от нормальных. Все обнаруженные изменения в опухолевых клетках носят количественный характер и касаются изменений концентрации соединений, активности ферментов, размера транспорта метаболитов и других величин. Эти изменения метаболизма опухолевых клеток являются следствием нарушения регуляторных процессов в них, причем величина изменений метаболизма прямо связана со скоростью роста опухоли.

Особенности метаболизма углеводов. Типичным для опухолевых клеток является анаэробный гликолиз – расщепление глюкозы до лактата в присутствии кислорода. Причиной активации анаэробного гликолиза считается недостаток коферментов, особенно НАД, KoA-SH и тиаминпирофосфата, что препятствует аэробному распаду глюкозы в опухолевой клетке. Весьма характерно, что распад углеводов до пирувата и его превращение в лактат происходит в присутствии кислорода (этот феномен получил название отрицательного эффекта Пастера). Если имеется недостаток глюкозы (главного энергетического субстрата опухолевых клеток), о чем свидетельствует гипогликемия, встречающаяся при разнообразных опухолях, то они способны окислять и другие субстраты.

Наиболее часто гипогликемия является следствием продукции инсулиноподобных факторов роста (ИФР–I и ИФР–II) самой опухолью. Гены инсулина кодируют образование проинсулина (неактивный предшественник инсулина), структура которого сходна с двумя инсулиноподобными факторами роста, которые образуются в печени. Наибольшая концентрация ИФР–I выявлена в печени, нервной системе, глазу, легких, сердце, скелетных мышцах, яичках, тимусе, лимфоузлах, жировой ткани, поджелудочной железе.

Кроме того, причинами паранеопластической гипогликемии могут быть: повышенная продукция соматостатина и ингибиторов инсулиназы, торможение гликогенолиза в печени, блокирование глюконеогенеза и повышенное потребление глюкозы опухолью.

Для опухолевых клеток характерно низкое содержание митохондрий, что уменьшает интенсивность тканевого дыхания и изменяет способ ресинтеза АТФ, а именно: увеличивается доля АТФ, образуемой в ходе гликолиза и уменьшается доля АТФ, синтезируемая в процессе тканевого дыхания. Общая продукция АТФ в опухолевой клетке снижена по сравнению с нормальной.

Усиление гликолиза в опухолевых клетках обусловливает их высокую выживаемость в условиях гипоксии. С увеличением размеров опухоли прогрессивно ухудшается ее васкуляризация, что также усиливает анаэробный гликолиз. В опухолевых клетках активируется обмен глюкозы по пентозофосфатному шунту через аэробную (при участии глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы) и анаэробную (при участии трансальдолазы и транскетолазы) ветви этого процесса, что обеспечивает повышенную продукцию рибозо–5–фосфата как основного продукта для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

В опухолевых клетках в несколько раз увеличивается активность гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы – гликолитических ферментов (в итоге накапливаются недоокисленные продукты), а активность ферментов глюконеогенеза (глюкозо–6–фосфатаза, фруктозо–1,6–дифосфатаза, фосфоенолпируваткарбоксилаза и пируваткарбоксилаза) несколько снижена. И тем не менее, глюконеогенез в опухолевых клетках протекает с большей скоростью, чем в нормальных. Субстратом для этого процесса являются аминокислоты. Следует отметить, что ферменты глюконеогенеза обладают большим сродством к субстратам и хуже поддаются гормональной регуляции.

Содержание гликогена в опухолевых клетках снижено, но это не типично для них, так как уменьшение содержания гликогена отмечается и в нормальных клетках при быстром росте и регенерации тканей. Скорость гликогенолиза снижена.

Для злокачественного роста типичным является сниженный ответ гликемии на инсулин и сниженная в соответствии с этим толерантность к глюкозе. Учитывая, что синтез и высвобождение инсулина из клеток поджелудочной железы при опухолевом росте не меняется, нарушение следует искать на уровне рецепторов клеточных мембран.

Особенности белкового метаболизма. Обмен белков нарушается не только в опухолевых клетках, но и в организме, пораженном злокачественным ростом. На уровне опухолевых клеток интенсифицируется синтез онкобелков («опухолеродных» или «опухолевых» белков), которые обусловливают появление у опухолевых клеток характерных биологических свойств: бесконтрольность деления, утрата лимита Хейфлика, иммортализация (бессмертие) др. Синтез онкобелков программируется активными клеточными онкогенами и в очень малых количествах – их неактивными предшественниками, именуемыми протоонкогенами. Активные онкогены выявляются только в опухолевых клетках, а протоонкогены – во всех нормальных клетках. В опухолевых клетках отмечается уменьшение синтеза и содержания гистонов – белков-супрессоров синтеза ДНК.

На увеличение скорости белкового синтеза в опухолевых клетках влияет повышенная проницаемость цитоплазматических мембран для некоторых ключевых субстратов этого процесса. Опухолевые клетки представляются «пастью, открытой для белков». Они изымают необходимые, незаменимые аминокислоты из крови без какой-либо регулировки этого процесса, влияя тем самым на состояние здоровых клеток. Результатом этого становится не только быстрый рост опухолевых клеток, но и отрицательный азотистый баланс организма, что, как правило, сопровождается быстрым снижением массы тела и развитием кахексии. Кроме того, угнетаются процессы дезаминирования и переаминирования.

Изменения белкового состава крови у лиц с опухолевым процессом можно разделить на 2 группы:

1. Изменение количественного соотношения естественных белков плазмы крови.

2. Появление белков новых типов, связанных с возникновением или течением опухолевого роста.

Снижается синтез и концентрация сывороточного альбумина и повышается синтез α₁–, α₂– и β–глобулинов. Прежде всего, это относится к α₁-гликопротеиду, α₁-антитрипсину, церулоплазмину и трансферрину, в увеличении содержания которых в сыворотке крови существенную роль играют внутриклеточные гидролазы, освобождающиеся при распаде опухолевых и неопухолевых клеток.

Развитие злокачественного роста в некоторых органах сопровождается появлением белков, синтез которых имел место только в эмбриональном периоде: альфа-фетопротеин, канцероэмбриональный антиген и хорионгонадотропин. Альфа-фетопротеин синтезируется эмбриональными гепатоцитами и находится в сыворотке эмбриона. В сыворотке крови взрослого человека этот белок обнаруживается при гепатоцеллюлярном раке печени, тератобластоме яичка и яичника. Он способен специфически связывать стероидные гормоны и один из изоферментов щелочной фосфатазы. Повышенное содержание хорионгонадотропина отмечается во время беременности, но если его содержание возрастает без беременности, то следует искать трофобластические опухоли.

Наиболее изученным при канцерогенезе и развитии опухоли оказался метаболизм нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Установлено, что одним из первых проявлений злокачественной трансформации является экспрессия генов, ответственных за кодирование ключевых ферментов анаболических и катаболических процессов. При этом вначале значительно повышается активность ферментов, участвующих в анаболических процессах, поэтому в опухолевых клетках повышается синтез нуклеиновых кислот, отмечается их избыточное накопление, что характерно для злокачественного роста. Активность ферментов, участвующих в катаболических процессах, вначале опухолевого роста снижается (а в организме повышаются, и усиливаются катаболические процессы), а затем повышается.

Особенности метаболизма липидов. В организме, пораженном злокачественным ростом, липиды выполняют роль источника энергии и субстратов для образования сложных липидов, участвующих в построении и в обмене фосфолипидов цитоплазматических мембран. В первом случае в метаболизме не наблюдается никаких отклонений: липолиз происходит обычными путями и регулируется гормонами, но постепенно запасы нейтрального жира иссякают. Поскольку при этом не отмечается как правило повышения в крови кетоновых тел, можно полагать, что процесс их распада является аэробным.

Структурные липиды, фосфолипиды, образующие цитоплазматические мембраны в опухолевых клетках, по своему качественному составу принципиально не отличаются от таковых и в нормальных клетках. Отмечается лишь некоторое упрощение их полисахаридного компонента. Обнаруживаются также количественное различие в представительстве отдельных видов фосфолипидов, входящих в мембраны различных опухолевых клеток.

Общее содержание фосфолипидов в опухолевых клетках повышено, ускорен их метаболический оборот. Это связано с быстрым синтезом и делением клеток, для которого необходимым условием является быстрый синтез липидных компонентов мембран. Отсюда и ускоренный метаболизм липидов в микросомальной фракции, где их молекулы и образуются. Аналогично изменяется синтез холестерина.

Весьма характерен для опухолей феномен «субстратных ловушек». Он заключается в усиленном захвате и использовании субстратов для энергообразования (глюкозы), для построения цитоплазмы (аминокислот – отсюда «ловушка азота») клеточных мембран (холестерина), для защиты от свободных радикалов и стабилизации мембран (антиоксидант α-токоферол). Эта особенность повышает выживаемость опухолевых клеток при контакте их с нормальными клетками в условиях инвазивного роста и метастазирования.

3. Физико-химический атипизм проявляется увеличением содержания в опухолевых клетках воды и некоторых электролитов Увеличение содержания воды облегчает диффузию субстратов метаболизма внутрь клетки и его продуктов наружу. Далее, в опухолях в пересчете на сухую массу или на белковый азот повышается содержание ионов натрия и кальция (в опухолевой клетке), в меньшей степени – калия и значительно снижается концентрация магния.

Увеличение содержания калия в опухолевой клетке препятствует в определенной мере развитию внутриклеточного ацидоза в связи с усилением гликолиза и накоплением молочной кислоты. Концентрация ионов водорода увеличивается в периферической, растущей зоне опухоли благодаря интенсивному гликолизу и уменьшается в некротизирующейся зоне, обычно расположенной центрально, благодаря выходу из распадающихся структур опухолевых клеток больших количеств калия и белка.

В организме-носителе опухоли отмечается тенденция к развитию алкалоза. Полагают, что механизм его развития связан с компенсаторным перераспределением (в ответ на резорбцию из опухоли в кровь лактата) щелочных катионов из тканей в кровь.

В некротически измененной опухоли высвобождаются жирные кислоты, которые связываются с ионами кальция, образуя соли (мыла) и тем самым способствуют увеличению ионов кальция в опухолевой ткани. Снижение ионов калия характерно для опухолей, отличающихся высокой продукцией муцинов (например, аденокарцинома яичников), которые связывают ионы калия. При быстрой потере массы тела и при развитии кахексии вследствие разрушения большого количества клеточных структур калия много выделяется с мочой.

Изменения концентрации кальция обычно вторичны и сопровождают опухоли эндокринных желез или метастазы в кости. Часто отмечается недостаточность железа, что играет важную роль в возникновении железодефицитной анемии.

Повышается величина отрицательного заряда поверхности опухолевых клеток вследствие накопления на ней анионов нейраминовой кислоты, что способствует увеличению их взаимного отталкивания и проникновению по межклеточным щелям в нормальные ткани. Повышается также электропроводность и снижается вязкость клеточных коллоидов.

В последние годы установлено, что опухолевые клетки излучают митогенетические лучи – ультрафиолетовые лучи с длиной волны 190-325 нм. Они генерируются всеми клетками, но наиболее интенсивно – делящимися. Эти лучи способны стимулировать деление соседних клеток. Они были открыты А.Г.Гурвичем и получили название митогенетических лучей Гурвича. В крови животных, страдающих опухолями, обнаруживаются вещества, ингибирующие митогенетическое излучение опухолевых клеток. Их назвали тушителями митогенетических лучей.

4. Морфологический атипизм делят на тканевой и клеточный. Тканевой атипизм сам по себе, без клеточного атипизма, характерен только для доброкачественных опухолей и заключается в нарушении нормального соотношения тканевых структур, в неравномерности волокнистых или мышечных пучков, в образовании неправильных и неравномерных железистых ходов, в отсутствии выводных протоков у опухолей железистого характера.

Клеточный атипизм. Опухолевая клетка сама по себе не несет черт специфичности, но по совокупности структурно-функциональных качеств она отличается от нормальной клетки организма, т.е. она атипична. Морфологическая атипия опухоли может выражаться в нарушении органотипической, гистотипической и цитотипической дифференцировки.

Для доброкачественных опухолей характерны два первых признака; для злокачественных опухолей характерным является в первую очередь нарушение цитотипической дифференцировки, отражающее появление опухолевого роста на уровне клетки и ее органоидов. На светооптическом уровне морфологические признаки атипии клеток выражаются в их полиморфизме или мономорфизме. Полиморфизм касается ядер, ядрышек. Выявляется гиперхроматоз ядер, «комковатый» хроматин, полиплоидия, нарушение ядерно-цитоплазматического индекса (из-за укрупнения ядра), обилие митозов с преобладанием среди них патологических.

Наряду с атипией, проявляющейся дедифференцировкой, анаплазией, катаплазией, отмечаются признаки дифференцировки опухолевых клеток с образованием в них специфических структур. Дифференцировка опухолевых клеток всегда неполная, атипичная и афункциональная, но продукты дифференцировки позволяют установить тканевую принадлежность опухоли, а нередко – и ее гистогенез. Дифференцировка выражается не только в появлении структур, характерных для нормальных клеток данной ткани и органа. Она сопровождается изменениями функции клеток и проявляется в форме выработки специфических структурных белков (коллагена, миозина), секретов (слизи), гормонов (паратгормон, глюкагон), изменений активности ферментов (фосфорилазы) и др.

Ультраструктура опухолевой клетки. Специфических электронно-микроскопических изменений, характерных для опухолевых клеток, не обнаружено. Описываемая обычно дезорганизация цитоплазмы, преобладание в ней свободных рибосом, увеличение ядра, инвагинация ядерной оболочки и изменения митохондрий встречаются далеко не во всех опухолях, а если и выявляются, то далеко не во всех клетках данной опухоли. Все это свидетельствует, по мнению академика Д.С.Саркисова, о том, что опухолевая клетка совершает не «шаг назад», а «шаг в сторону», что F.Beneke назвал «катаплазией». Катаплазия (приставка «ката» означает движение вниз) – появление слабодифференцированных или недифференцированных клеток, похожих на эмбриональные. Опухоль может утрачивать частично или полностью тканеспецифические признаки.

Было бы принципиальной ошибкой пытаться описать ультраструктурную организацию опухолевой клетки вообще, т.е. какой-то средней, единой для всех опухолей клетки. И тем не менее выделяют 2 особенности опухолевых клеток: ультраструктурную органоспецифичность и ультраструктурный полиморфизм. Крайне редко опухоли имеют мономорфную ультраструктуру. Они весьма разнообразны – в одной и той же опухоли встречаются клетки, находящиеся на разных уровнях дифференцировки и функционального созревания. Вот поэтому-то в опухолях можно выявить 2 группы клеток:

А. Улътратсруктурно недифференцированные клетки. Это разнообразные по ультраструктуре клетки, но без специфических структурных признаков определенного типа. Они имеют крупное или неправильной формы ядро с диффузным или конденсированным в виде плотных конгломератов хроматином. Цитоплазма скудная, содержит много рибосом, полисом, имеются также митохондрий, зернистый и незернистый эндоплазматический ретикулум. Формы и размеры этих клеток значительно варьируют. Полагают, что именно за счет пролиферации части клеток этой группы в основном происходит рост опухоли и метастазирование.

В. Клетки с разной степенью дифференцировки и функциональной зрелости. Эта группа клеток может быть представлена одним или несколькими типами клеток (например, пневмоциты I и II типов и слизистые клетки). Могут встречаться и опухолевые «клетки–химеры», имеющие одновременно ультраструктурные признаки клеток различных типов (например, пневмоцитов I и II типа и эндокринных клеток). В этой группе клетки бывают разной степени дифференцировки: некоторые опухолевые клетки по своей ультраструктуре практически ничем не отличаются от нормальных элементов аналогичного типа; другие могут быть изменены, но все равно имеют те или иные специфические ультраструктурные признаки. Недифференцированные опухолевые клетки способны не только к пролиферации, но и к дальнейшей специфической ультраструктурной дифференцировке, т.е. опухолевые недифференцированные клетки в определенной своей части являются клетками-предшественниками или стволовыми клетками.

Таким образом, опухоль – это сложная динамическая популяция клеток, находящихся на разных уровнях дифференцировки и созревания, т.е. в опухоли существуют клеточные клоны или совокупности клеток с разной степенью дифференцировки, протекающей в одном направлении.

Установлено, что при возникновении малигнизации на уровне клеток-предшественников в опухоли встречаются только недифференцированные клетки, но какого-то одного типа. В тем случае, когда малигнизации подвергаются стволовые (полипотентные) клетки, то в опухоли наблюдается одновременно несколько типов клеток: и низкодифференцированные и дифференцированные.

Иногда атипичность может зайти так далеко, что не представляется возможным определить, из какой ткани образовалась данная опухоль – речь идет о метаплазии. Метаплазия (от лат. metaplasis – преображение) – это стойкое изменение морфофизиологических свойств клеток (ткани), сопровождающееся превращением их в клетки (ткань) другого типа.

5. Антигенный атипизм опухоли состоит в разнонаправленных изменениях антигенного состава ее клеток: антигенном упрощении и появлении новых антигенов. Под антигенным упрощением понимают утрату опухолевыми клетками антигенов, имеющихся в исходно нормальных клетках. В опухолевых клетках появляются новые, отсутствовавшие в нормальных клетках, антигены. Существует две гипотезы, объясняющие возникновение новых антигенов в опухолевых клетках:

а) новые антигены (неоантигены) возникают вследствие соматической мутации генома клетки;

б) новые антигены являются результатом реактивации тех участков генома, которые в ходе развития (дифференцировки) были ингибированы.

Как известно, большинство клеточных антигенов локализуется в цитоплазматической мембране и имеет природу интегральных белков. Обычно, это гликопротеиды, проникающие через всю толщу мембраны, а на поверхности оканчивающиеся цепью или цепями олигосахаридов. Именно эти олигосахариды принимают участие в обеспечении таких жизненно важный функций, как адгезия, контактное ингибирование и отличие своих белков от чужих.

При злокачественной трансформации может происходить отщепление выступающих над поверхностью опухолевой клетки антигенных структур под влиянием протеаз, и тогда на поверхность выходят детерминантные группы, локализующиеся глубже – криптоантигены. Кроме того, выявляется обеднение поверхностных углеводных структур трансформированных клеток. Такая упрощенная поверхностная структура менее всего способна различать другие подобные обедненные структуры. Это приводит к утрате контактного торможения (ингибирования), суть которого заключается в том, что клетки, входя в контакт с клетками того же вида, перестают делиться.

В зоне злокачественного перерождения на поверхности клеток не только возникают новые антигены; но одновременно с этим идет процесс исчезновения некоторых, ранее присутствовавших поверхностных антигенов. Они могут попадать в кровь, и это будет иметь большое значение для диагностики опухолей. Из типично опухолевых антигенов, освобождающихся с поверхности клетки и выходящих в кровь, с диагностической целью можно использовать такие антигены, как:

– α₁–фетопротеин. Это гликопротеин (м.м. около 70 кД), образующийся в печени эмбриона. Его синтез прекращается после рождения и содержание его в крови находится на столь низких величинах, что можно обнаружить только радиоиммунным методом. Повышение его содержания характерно для рака печени, а также для тератом различной природы и локализации;

– канцероэмбриональный антиген. Это также гликопротеид (м.м. 180-200 кД); выделено 3 различных вида данного антигена. В физиологических условиях он имеется в клетках слизистой пищеварительного тракта и с их поверхности постоянно выделяется в просвет кишечника. В крови его очень мало (следы) и он выявляется иммунохимически. Концентрация этого антигена в крови возрастает при раке прямой кишки, толстого кишечника, печени, бронхов, доброкачественных полипах кишечника, язвенном колите. Содержание этого антигена может быть также повышено и при всех состояниях, которые сопровождаются повышенной секрецией слизи: хронический бронхит, при курении. Таким образом, определение канцероэмбрионального антигена в крови для диагностики опухолей не является специфическим тестом. Контроль за его концентрацией может быть использован для оценки проводимой терапии.

Утрата опухолевыми клетками одних антигенов (органоспецифических) и появление в них эмбриональных антигенов (к которым не образуются антитела, поскольку они воспринимаются иммунной системой как свои) способствует «антигенной маскировке» опухолевых клеток и «неузнаваемости» их иммунной системой.

Кроме того, опухолевые клетки несут на своей поверхности туморассоциированные трансплантационные антигены – ТАТА. Именно эти антигены вызывают каскад реакций иммунной системы, результатом которых является торможение роста опухоли или цитолиз трансформированных клеток.

Поиск по сайту: