Инвазия раковых клеток: молекулярные причины и пути пре- дотвращения

В истории первым методом лечения рака было хирургическое иссечение, хотя в I в. н.э. делались попытки лечения рака лекарствами (W.R. Belt, 1957).

Уже тогда хирурги столкнулись с трудностями иссечения рака: очень часто возникал в области иссечения «возврат», т.е. рецидив рака, и крайне редко – «местное» излечение. Это заставило хирургов разрабатывать принципы операций при раке.

Ибн Сина (Авиценна, 980-1037 гг.) считал возможным хирургическое лечение рака, но советовал: «вырезать опухоль, отступя от ее краев, а дно раны прижигать раскаленным железом».

Причиной рецидива рака после иссечения хирурги объясняли оставлением части раковой опухоли. Для улучшения результата лечения рака позднее к иссечению его добавили иссечение регионарной клетчатки с лимфатическими узлами.

Результаты оперативного лечения рака вплоть до 1910 г., как писал акад. Н.Н. Петров (1910) были «совершенно безотрадными».

Не зря известный английский хирург Дж. Педжет (J. Paget, 1814- 1899) в

1853 г. оценил результаты лечения рака хирургическим методом так: «Хотя излечение рака вырезыванием и нельзя назвать делом совершенно невозможным, однако оно до такой степени мало вероятно, что надежда на такое излечение в

каком либо определенном случае не может быть разумно поддерживаема» (цит. по: Н.Н. Петров, 1910).

Очевидно, Реклингаузен был первым, кто «открыл движение и перемещение раковых клеток» (цит. по: А. Люке, 1870). Он предположил, что перемещение раковых клеток «может иметь важнейшее значение в развитии и распространении рака». Это явилось началом наших знаний об инвазии раковых клеток и причины «возврата», т.е. рецидива рака.

Первое описание инвазии раковых клеток в окружающие ткани мы нашли в работе проф. А. Люке (1870). Так как его данные имеют значение для нас и сегодня, мы приводим ряд выдержек из этой работы.

1. Рак распространяется на окружающие ткани «таким образом, что провести точную границу часто невозможно даже ножом». Он называл такое распространение «инфильтрацией».

Он выделил два варианта рака: 1) «от главной массы опухоли отходят корнеобразные отростки, углубляющиеся в соседние ткани»- 2) в этом случае

«собственно массы опухоли не существует, а скорее разлитое набухание- при ячеистных наростах только микроскоп может решить, где граница новообразованного пропитывания». Из этого для врача вытекают весьма важные правила в оперативном отношении: необходимо всегда оперировать не иначе как в здоро- вых частях, если не хотят иметь «возврата».

2. «Всем известно, что наросты, удаленные каким-либо оперативным способом, к сожалению, в особенности хирургов, часто развиваются вновь в ране или в рубце».

«Чем разлитее опухоли, тем больше их способность к возвратам». Причиной «такой большой наклонности к местным возвратам» он считает «способ распространения разлитых опухолей обыкновенно почти на все ткани, их окружающие».

Вот так описывает автор этот способ: «чем дальше от главной массы, тем гнезда новообразования все меньше и меньше- между тем как сначала ячейки

видны еще непрерывными рядами, потом они попадаются уже только отдельными группами все меньшей и меньшей величины, разделяясь островками здоровой ткани- такие разбросанные группы могут окружать всю опухоль как по плоскости, так и в глубину- между тем как те из них, которые лежат ближе к центру и образуют более крупные скопления, заметны для невооруженного глаза и наощупь, более отдаленные могут быть открыты лишь с помощью микроскопа. Если мы удаляем при операции только то, что кажется больным на глаз и на ощупь, то остающиеся на месте микроскопические гнезда беспрепятственно развиваются далее и ведут к возвратам».

«Я вполне убежден, что местных возвратов не было бы никогда, если бы мы, удаляя названные опухоли, могли бы удалять вместе с тем и мельчайшие микроскопические гнезда их».

3. «Если мы имеем перед собою опухоль, способную к возвратам, то отнюдь не следует оставлять на месте соседние с болезненным гнездом части. Выше мы видели, что наши диагностические средства не в состоянии указывать нам на присутствие микроскопических гнезд в окружности опухоли. И поэтому необходимо без всякой жалости оперировать в здоровых частях, на достаточном расстоянии от больных тканей- требование это есть для больного indicatio vitalis. Перед ним должны умолкнуть, конечно, всякие косметические соображения. Все разумные хирурги настоящего времени согласны между собою в этом отношении, ибо, только поступая таким образом, можно справиться с болезнью и наверное предотвратить возврат».

4. О показаниях к оперативному лечению автор пишет так: «при злокачественных опухолях нужно руководствоваться тем основным правилом, чтобы удалять их, как можно раньше, дабы спасти все тело от опухольной болезни».

«При каких бы то ни было условиях, врач всегда одинаково должен настаивать на операции и не тратить дорогого невозвратимого времени на какое- нибудь бесполезное лечение. Чем опухоль меньше, тем легче можно положиться на некровавые способы, в особенности на прижигание. Но раз она представляется уже разлитою и захватившею соседние ткани, необходимо вырезывание ножом».

Что доказал проф. А. Люке? Он обнаружил, что: 1) инвазия раковых клеток происходит «вширь» и «вглубь»- 2) инвазия раковых клеток «без четких границ»- 3) причиной рецидива рака после его иссечения является остающиеся в тканях раковые клетки.

Из этого он пришел к выводу, что результат оперативного лечения рака зависит «от двух условий»:

1) «Раковые опухоли должны быть удаляемы как можно раньше».

2) «Они должны быть удаляемы вполне». Здесь слово «вполне» означает удалять рак так, чтобы не оставить в тканях ни одной раковой клетки.

А. Люке подчеркивает, что первое из этих условий «заслуживает распространения в массе более всякого другого, ибо мы знаем, что всегда имеется только один первичный раковый узел и что с его полным удалением прекращается и вся болезнь. Чем долее мы будем медлить, тем менее надежен будет и ход всякого лечения». Теперь доказано, что при раке любого размера, видимого глазом, у пациента уже имеются метастазы. Из этого следует, что удаление даже ограниченного рака любой локализации к прекращению болезни в таком случае не приведет.

Второе условие невыполнимо при «разлитом распространении страдания» из-за «микроскопических гнезд, границу между здоровым и больным невозможно определить невооруженным глазом».

Как при раке определить здоровые ткани, чтобы через них иссекать рак? Проф. А. Люке рекомендует оперировать «на достаточном расстоянии от больных тканей», но как определить его во время операции, не дает ответа.

Акад. Н.Н. Петров пишет, что зона здоровых тканей находится на расстоянии «не менее 1,5-2 см от ощутимого края опухоли, a при язвенно- инфильтративном раке – и больше».

Начиная от А.Люке (1870) и до сих пор, многие хирурги говорят и пишут:

«рак инвазирует» или «рак прорастает». На самом деле это делает не рак, а его раковые клетки, так как рак не одно целое.

Ясно, что раковые клетки могут жить поодиночке, т.е. порознь, так как каждая раковая клетка – это одноклеточный организм. В таком случае следующим шагом должно стать познание причин свойства к инвазии раковой клетки.

Раковая клетка без этого свойства не была бы раковой, а значит, не было бы из нее этой самой опасной болезни – рака. Свойство к инвазии заложено в самой раковой клетке, – это выражение ее хоуминга, т.е. миграция в свою нишу, так как раковая клетка – это стволовая клетка, а реализуется это генетическими нарушениями в ней.

Инвазия раковой клетки – это процесс из нескольких стадий, каждая из них создается за счет изменений в соответствующих генах, через их продукт – белки.

В процессе инвазии раковой клетки различают три стадии (Ю.А. Ровенский, 1998, 2001):

1) приобретение раковой клеткой свойства отделяться от клеток своей ткани и от внеклеточного матрикса-

2) приобретение раковой клеткой свойства разрушать внеклеточный матрикс-

3) миграция раковой клетки в «очищенное» вследствие деструкции окружающей ткани место. Каждая из этих стадий – результат изменений в ряде генов.

Первая стадия. В тканях клетки «скреплены» друг с другом молекулами адгезии – кадгеринами. Это не позволяет им отделяться друг от друга. Молекула кадгерина обеспечивает адгезию клеток друг с другом – это межклеточные контакты.

Молекула кадгерина – это белок. В этой молекуле различают три части: наружная часть – вне клетки, средняя часть – в мембране клетки, третья часть – в цитоплазме клетки.

Наружная часть молекул кадгерина – это рецепторы, связывающиеся со своими лигандами, имеющимися на поверхности соседних клеток, а также с лигандами внеклеточного матрикса. Внутренняя часть молекулы кадгерина связывается с концом ?-катенина, а другим его концом – с молекулой ?-катенина, затем ?-катенин связывается с цитоскелетом клетки.

«Скрепление» клеток с внеклеточным матриксом в ткани осуществляется отдельными участками клетки – фокальными контактами. В них сосредоточены молекулы адгезии – интегрины.

Молекула интегрина – это тоже белок, состоящий из ?- и ?-частиц. В его молекуле также различают те же три части. Третья ее часть через связь с другими белками связывается с цитоскелетом клетки (Г.П. Георгиев, 2000).

Адгезия клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом – основное условие целостности ткани. Через эти контакты клетка каждого типа выполняет свои функции, как часть этой ткани и организма.

В возникшей в какой-либо ткани раковой клетке возникают изменения в генах молекул адгезии – кадгеринов и интегринов, а также в других генах – ген wt 53 и др. В результате утраты контактов ее с соседними клетками и внеклеточным матриксом, раковая клетка отделяется от них необратимо. С этого момента она уже не часть своей ткани, а элементарная единица живого – это клетка-организм. Она живет в организме отдельно, сама по себе, бесконтрольно размножается в борьбе за место: ее потомки инвазируют в окружающие ткани и разрушают их, погибают нормальные клетки, а раковые клетки-потомки занимают их место.

Вначале раковая клетка-организм делится и из своих потомков создает скопление в виде горстки клеток или узелка размером 1-2 мм в диаметре. Включение генов инвазии в раковой клетке возникает сразу или при диаметре узелкам в 1-2 мм.

Вторая стадия. Чтобы размножаться дальше и инвазировать в окружающую ее здоровую ткань, раковой клетке надо разрушить ее. А ткань – это сцепленные друг с другом клетки, а также пространство между ними, заполненное матриксом, – белковые волокна, мембраны и др. в геле. Для этого в раковой клетке включается ряд генов, ответственных за синтез гидролитических ферментов – протеиназ. Синтез их в раковой клетке больше, чем в нормальной клетке, выше также и активность этих протеиназ. Они разрушают белки матрикса здоровой ткани (Г.П. Георгиев, 2000).

Третья стадия. В этой стадии раковые клетки активно перемещаются в разрушенный матрикс ткани. Но это свойство раковой клетки возникает в результате воздействия на нее молекул-мотогенов. Свойство клетки активно перемещаться по внеклеточному матриксу называется локомоцией.

Молекулы-мотогены – это различные факторы роста (GF) – эпидермальный (EGF), инсулиноподобный (IGF-1), фактор роста фибробластов (FGF), трансформирующий фактор (TGF-? и TGF-?) и др. Многие из них способны вызывать не только локомоцию клеток, но и стимулировать их пролиферацию, т.е. быть митогенами. Синтез мотогенов может осуществляться аутокринным, т.е. самой клеткой, или паракринным, т.е. соседними клетками, способом.

Для индукции локомоции раковой клетки среди мотогенов особую роль играет рассеивающий белок или фактор. Это скеттер-фактор – СФ (от англ. to scatter – разбегаться, рассеиваться), открытый М. Стокером (М. Stoker, 1989).

М. Стокер показал, что при добавлении СФ в среду культуры эпителиоцитов, клетки утрачивают «склеивание» друг с другом в пласты. Они приобретают «локомоторную форму»- по краю переднего конца, имеющего вид широ- кой и тонкой пластинки, непрерывно образуются короткие и узкие выросты. Эти выросты – псевдоподии то выпячиваются и прикрепляются к подлежащему матриксу, то втягиваются обратно и расползаются поодиночке по подложке, т.е.

«рассеиваются». Таким путем раковые клетки внедряются в окружающие здоровые ткани.

СФ синтезируется соседними клетками – фибробластами и другими клетками по сигналу – белку, секретируемому раковой клеткой. Для СФ на поверхности раковой клетки имеется белок-рецептор, который синтезируется ею в результате активации гена c-met. Т.е. раковая клетка – мишень для мотогенного воздействия СФ.

Есть мотогены, которые вызывают локомоцию клеток, но не стимулируют их пролиферацию. К ним относятся: аутокринный фактор локомоции – AMF и фактор стимуляции миграции – MSF. Оба обладают аутокринным действием, вызывая локомоцию самих клеток-продуцентов: AMF – меланобластов человека, а также фибробластов, трансформированных изменениями в гене ras. MSF фибробластов придает им, кроме того, свойство инвазии во внеклеточный матрикс.

При введении в эпителиоциты мутантного гена N-ras происходит перестройка их цитоскелета, что придает этим клеткам свойство к инвазии. При встрече друг с другом, они наползают друг на друга, но контакты между ними не формируются, это свойство раковой клетки.

Мы узнали основные молекулярные причины, создающие свойство инвазии раковой клетки. Это открывает пути для управления этим свойством раковых клеток.

Причины свойства инвазии – это метки или маркеры. Их можно исполь- зовать для оценки степени инвазии раковых клеток. Они же – мишени лекарств с целью подавления свойства инвазии раковых клеток.

Что можно было бы использовать для подавления свойства к инвазии раковых клеток из того, что мы сказали выше о его молекулярных причинах?

1. Подавлять инвазию с помощью ингибиторов протеиназ. Для этого можно создать моноклональные антитела или химические соединения против протеиназ.

2. Подавлять синтез или действие мотогенов, вызывающих локомоцию раковой клетки, в том числе средства против СФ.

Но как подчеркивает Ю.А. Ровенский (2001), «все те средства, которыми пользуются раковые клетки, применяют для перемещения и нормальные, т.е. здоровые клетки».

Протеиназы и мотогены синтезируют как раковые клетки, так и нормальные клетки и действуют «тоже на оба типа клеток, индуцируя их подвижность и деление». Отсюда, такие лекарства могут оказывать побочные действия.

Поиск лекарств от свойства к инвазии крайне необходим для уменьшения числа рецидива рака после лечения его оперативным методом. К счастью, для пациентов, страдающих раком, учеными, в том числе нашей страны, открыты гены инвазии раковых клеток.

П. Стиг (P.S. Steeg, 1991) открыла ген белка nm23 в опухолевой клетке, подавляющий свойство инвазии. Если этот ген отсутствует или неактивный, т.е. нет его белка или изменен белок, то клетка приобретает свойство инвазии. Этот ген можно клонировать и применять как препарат против инвазии, действуя через свой продукт-белок nm23.

Акад. Г.П. Георгиев и его группа (1999) отрыли ген mts1 и его продукт- белок Mts1, или метастазин 1, который активируется и создает свойство инвазии раковых клеток. Ген обнаружен в клетках мыши и человека. В нормальной клетке этот ген «молчит» и его белок отсутствует. Если этот ген подавить или связать его белок в раковой клетке, то свойство инвазии этой клетки будет подавлено.

Проф. М. Фрейм (М. Frame, 2002) и ее группа из Института Битсена (Шотландия) приблизились к пониманию молекулярных причин инвазии раковых клеток.

Они открыли особую молекулу Src-белок, способствующий инвазии раковых клеток в окружающие здоровые ткани. Это вещество разрушает связи между нормальными клетками, мешая их ограничительной функции.

Механизм действия этой молекулы удалось открыть не сразу. Оказалось, что Src-белок приводит к исчезновению с поверхности здоровых клеток белка Е-кадгерина. Мы уже знаем, что этот белок обеспечивает «скрепление» здоровых клеток друг с другом. Кроме того, исследователи полагают, что Src-белок вместе с молекулами-интегринами формируют новый, – менее «интегрированный тип структуры этой ткани», благодаря чему раковые клетки имеют возможность «двигаться и инвазировать».

«Теперь мы знаем, что эта молекула инициирует сразу несколько химических сигналов, влияя на клетки несколькими различными способами», – заявила она.

По мнению проф. М. Фрейм, более детальное понимание того, как инвазируют раковые клетки в окружающие ткани, способно помочь созданию лекарств, блокирующих этот процесс.

Открытие учеными особой молекулы – Src-белка предвещает новый путь к применению оперативного метода лечения рака с симптомами. По активным участкам пространственной структуры белка можно создать химическое соединение для избирательной блокировки этого белка. Кроме этого, можно блокировать и ген этого белка, который известен этим ученым. Тогда оперативное лечение рака может состоять из двух этапов: 1) вначале курс лечения пациента по блокировке Src-белка или этого белка и его гена- 2) после этого курса – операция на первичном очаге рака и путях лимфооттока.

Как подчеркивают ученые, «если раковые клетки будет лишены возможности инвазировать в окружающие ткани, попытка хирургического удаления рака будет иметь гораздо больше шансов на успех. Кроме того, раковые клетки не смогут образовывать метастазы в других органах и тканях».

Датские ученые из Копенгагенского университета (2004) полагают, что «блокировав работу определенного фермента, можно останавливать распространение раковых клеток в человеческом теле».

Исследователи считают, что это открытие «может привести к появлению принципиально новых антираковых препаратов и во многих случаях отказаться от химиотерапии, без которой сегодня лечение рака практически не обходится». Речь идет о ферменте – urokinase plasminogen activator, uPA, секретируемом раковой клеткой. Он осуществляет протеолиз белков внеклеточного матрикса, делая путь для инвазии раковых клеток в ткани.

Эксперименты на мышах показали, что «при инактивации одного - единственного фермента – uPA, распространение раковых клеток прекращалось у шести из семи лабораторных мышей. При этом мыши не испытывали никаких неудобств от того, что этот фермент в их организмах не работает».

Анализ результатов позволил ученым сделать вывод: раковые клетки не могут распространяться в отсутствие uPA, но «организму деятельность этого фермента не нужна». Эта идея затем была подтверждена в ходе новых экспериментов: «мыши, которые в результате генетических манипуляций родились вовсе без uPA, никак не ощущали его отсутствия».

«Это значит, что мы можем блокировать этот фермент, – говорит один из ученых, доктор М. Йонсен, – и таким образом предотвращать распространение раковых клеток без тяжелых побочных последствий для пациента, к которым приводят другие формы терапии».

Следующий шаг в этом направлении – создание препарата, который работал бы на мышах. Только тогда можно приступать к решению вопроса о возможности испытаний этого препарата на людях.

Доктор Т. Сковсгаард, специалист по раку из копенгагенской клиники «Херлев», считает работу его коллег «очень многообещающей». «Если клинические испытания также покажут, что распространение раковых клеток может быть остановлено, – говорит он, – тогда станет ясно, что этой группе исследователей удалось найти ключ к этой проблеме».

«Это правда: терапия, которая предотвращала бы распространение раковых клеток, стала бы большим шагом на пути лечения рака», – согласна К. Ло, глава отдела клинических испытаний британского общества Cancer Research.

В заключение раздела, мы выделяем некоторые положения.

1. Утрата раковой клеткой контакта с соседними клетками и внеклеточным матриксом делает ее клеткой-организмом.

Опухолевая клетка без свойства инвазии создает из себя незлокачественную опухоль. Удаление такой опухоли хирургическим методом обычно нетрудно, и на этом прекращается сама болезнь.

Опухолевая клетка со свойством инвазии, т.е. раковая клетка, создает из себя самую опасную болезнь – рак, которая пока неизлечимая.

2. Свойство инвазии раковой клетки делает ее смертельной для пациента, страдающего от рака. Почему?

На этапе удаления первичного очага рака и регионарного метастазирования хирургическим методом невозможно удалить, не оставив хотя бы сколько-то раковых клеток где-то в ткани. Из них, как клеток-организмов, нередко возникает рецидив рака.

Проф. А.И. Барышников (2004) пишет так: «Как бы тщательно не удаляли рак, всегда остаются раковые клетки, из которых рак способен возродиться».

Объектом воздействия скальпеля хирурга является первичный очаг рака, региональная клетчатка и другие ткани с лимфатическими узлами и незримые в границах операционного поля раковые клетки.

В настоящее время хирург-онколог, каждый в своей анатомической области, достиг в технике операции предела, даже показывает чудеса в технике операции. Однако, для излечения рака с симптомами этого недостаточно, – далеко нередки рецидивы рака. Но главное другое.

Ведь рак в ткани до размера узелка 2 мм в диаметре – это еще местная болезнь, а при размере больше этого, – становится системной болезнью из-за ангиогенеза и лимфангиогенеза в таком узелке, а значит, рассеивания клеток с кровью и лимфой.

Дж. Педжет (J. Paget, 1853), Н.Н. Петров (1910) и другие ученые подчеркивали ограниченность хирургического метода для излечения от рака. Причина этого – инвазия раковых клеток в ткани органов не имеет границ и без конца. Но молекулярные причины свойства к инвазии раковых клеток выяснены лишь теперь: молекула белка Src, ген инвазии и метастазирования mts1 и его белок – Мts 1, ген остеопонтин и его белок и другие.

Улучшение результатов хирургического метода лечения рака можно ожидать лишь, подавляя свойство к инвазии раковых клеток, действуя лекарственными препаратами на эти молекулы, до операции и после операции. Пока это в практику врача-онколога не внедрено.

Если рак – это потомство из одной раковой клетки, то ясно, что для излечения от него, необходимо уничтожить все раковые клетки. То есть путь к излечению от рака один, и состоит в решении двух задач: 1) распознать в организме пациента каждую раковою клетку среди нормальных клеток и 2) уничтожить их все – «без остатка», не повреждая нормальные клетки.

Лучевое лечение и химиотерапия в стандартном виде неадекватны ни самой ракой клетке, – эукариот среди нормальных эукариотов, составляющих организм человека, ни следствиям свойства к инвазии раковых клеток – инвазия в окружающие здоровые ткани и метастазы по всему организму.

В ближайшие годы XXI века к хирургическому методу лечения от рака будут добавлены новые методы, позволяющие решить эти две задачи.

Из новых методов – это экстракты из эмбриональных тканей или их белки, вакцины на основе дендритных клеток и другие вакцины, а также лекарства к генам-маркерам и белкам-маркерам раковых клеток, избирательно уничтожающие эти клетки, т.е. без побочных эффектов, ведь действовать они будут только на определенные гены и белки раковых клеток.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!