Клональное происхождение раковых клеток

Важнейшим в онкогенезе является вопрос о том, развивается ли злокачественная опухоль при малигнизации одной клетки или нескольких. Ответ на этот вопрос неоднозначен, так как, хотя большинство опухолей и имеет моноклоновое происхождение, существует небольшое число опухолей, формирующихся из не­скольких клеток.

Теория моно к л оно в о г о происхождения опухолей. У большинства опухолей такое происхождение доказывается наблюдениями неоплазм у женщин, гетерозигот­ных по изоформе глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ). Известно, что ген Г-6-ФДГ локализуется в Х-хромосомах, одна из которых получена от матери, а другая от отца. Одна из двух Х-хромосом, содержащихся в каждой клетке, инактивируется на стадии бластоцисты, и в клетке остается единственная Х-хромо-сома, кодирующая ту или иную изоформу Г-6-ФДГ. Это приводит к тому, что все клетки женского организма подразделяются на две группы в зависимости от изоформы Г-6-ФДГ. Описанная ге­терогенность по Г-6-ФДГ свойственна многим женщинам негри­тянского происхождения. При этом установлено, что развиваю­щиеся у них опухоли состоят из клеток только одного вида по изоформе Г-6-ФДГ, т.е. имеют моноклоновое происхождение. Методом инактивации Х-хромосомы доказано моноклоновое происхождение аденом и карцином толстой кишки, аденом око­лощитовидной железы. При хроническом миелолейкозе имеется другой маркер моноклонового происхождения опухолевых кле­ток — филадельфийская хромосома, при Т- и В-клеточных лимфомах и лейкозах — специфические перестройки генов Т- и В-рецепторов, выявляемые с помощью блот-анализа ДНК. Моно­клоновое происхождение сопровождается ростом опухоли на на­чальной стадии развития в виде одного узла — т.е. имеет место уницентрической характер роста.

Однако моноклоновость уже развившейся опухоли может быть результатом не моноклонового ее происхождения, а возни­кать в итоге селекции наиболее злокачественного клона опух 0 ' левых клеток и вытеснения им менее злокачественных клонов-

Теория поликлонового происхождения опухолей. Поликлоновое происхождение опухолей встреча­ется значительно реже, чем моноклоновое, и характерно для опу­холей с мультицентричным характером роста, таких как полипоз толстой кишки, мультицентрический рак молочной железы и пе­чени и др.

Мультицентрический характер роста может обусловливать и формирование единого узла опухоли при близком расположении _и слиянии нескольких очагов роста. Это положение впервые обосновал Willis в своей теории опухолевого поля (1967). Согласно данной теории, возможно образование одновре­менно нескольких очагов пролиферации клеток с их последую­щей трансформацией. По мере роста опухолевые очаги сливают­ся. При этом опухолевые клетки принадлежат к разным клонам.

В ходе прогрессии опухоли может происходить ее клональная эволюция [Nowell P., 1988], т.е. могут появлять­ся новые клоны опухолевых клеток, возникающие в результате вторичных мутаций, что приводит к поликлоновости опухоли и доминированию наиболее агрессивных клонов как итог клональной селекции. Доброкачественные опухоли характе­ризуются доминированием опухолевых клеток одного клона на протяжении всего существования, в то время как в злокачествен­ных опухолях постоянно прогрессирует поликлоновость, особен­но при низкодифференцированных высокозлокачественных ва­риантах. Теория клональной эволюции может помочь в объясне­нии не только прогрессии злокачественной опухоли и метастазирования, но также дать ответы на следующие вопросы: почему в опухолях может возникать феномен "метаплазии" — изменения дифференцировки клеток на отдельных участках? Как может усиливаться злокачественность опухоли со временем или особен­но после проведения противоопухолевой терапии? Почему воз­никают устойчивые к противоопухолевым воздействиям опухоли спонтанно и после терапевтических воздействий (феномен мно­жественной лекарственной устойчивости опухоли).

Канцерогенез- длительный процесс накопления генетических повреждений: латентный период (т.е.период от начальных изменений в клетки до первых клинических проявлений) может составлять 10-20 лет.

Выделяют четыре основные стадии канцерогенеза: трансформации (инициации), пролиферации (активации, промоции (см.теорию двухстадийного канцерогенеза), прогрессии и исхода.

Прогрессия- это нарастание различных признаков злокачественности опухоли, которые появляются по мере ее роста.

Концепцию прогрессии опухолей сформулировал в 1969 г.L.Foulds. Он постулировал принцип независимости возникновения и эволюции признаков злокачественности опухоли, Именно в этом заключается принципиальное различие между прогрессией опухоли, которую никогда нельзя считать завершенной, и нормальной дифференцировкой ткани, которая всегда жестко запрограммирована, вплоть до момента формирования конечной структуры.

Фундаментальное значение для онкологии имеет положение о клональном происхождении опухоли, т.е. представление об опухоли как потомстве (клоне) одной первичной клетки, которая в результате многостадийного процесса приобрела способность нерегулируемого роста. Окружающие опухоль нормальные клетки в процесс озлокачествления не вовлечены. Иными словами, первичная трансформированная клетка передает свои свойства ( в том числе главное- способность неконтролируемого размножения) только своим потомкам (т.е."вертикально, но не "горизонтально", как это имеет место при инфекционных заболеваниях).

На поздних стадиях опухолевого процесса нередко происходит диссеминиция (метастазирование) опухоли- ее распространение по всему организму с возникновением вторичных очагов в отдаленных тканях.

Трансформированная клетка в результате многократного деления производит клон подобных себе клетокс одинаковыми генотипом и фенотипом. Однако присущая ей нестабильность генома приводит к появлению новых клонов, различающихся генотипически и фенотипически. В результате возникает клональная гетерогенность опухоли, это ее кардинальное свойство и движущая сила всех последующих метаморфозов. Популяция опухолевых клеток постоянно находится под прессом естественного отбора. Селективным преимуществом обладают клоны, наиболее быстро растущие и резистентные к защитным средства организма. Благодаря действию отбора фенотип опухоли постоянно меняется, становясь все более агрессивным и злокачественным. Нестабильность генома и как следствие клональная гетерогенность опухоли наделяют ее особой живучестью, приспособляемость к условиям среды, сопротивляемостью к терапевтическим воздействиям.

Бластомогенез- процесс преобразования опухолевой клетки в опухолевую ткань- рак, когда идет интенсивное накопление массы опухолевых клеток.

Сложный многоступенчатый процесс. Он начинается с пренеопластического состояния- предрака.

Предрак- "это патологическое состояние, характеризующиеся длительным сосуществованием атрофических, дистрофических и пролиферативных процессов, которое предшествует развитию злокачественной опухоли и в большом числе случаев с нарастающей вероятностью в нее переходит" (Л.М.Шабад).

Классификация предопухолевых состояния (по Л.М.Шабаду)

Из приведенной схемы видно, что к чисто предраковым состояниям относятся очаговые пролифераты (та стадия процесса, когда уже образуются очаги, узлы бурно размножающихся клеток, но без явлений как клеточного, так и тканевого атипизма) и доброкачественные опухоли, которые уже обладают тканевым атипизмом, но еще не имеют клеточного.

В настоящее время цепь последовательных изменений тканей в процессе бластомогенеза представляется следующим образом:

неравномерная диффузная гиперплазия----> очаговые пролифераты, включая регенерацию и метаплазию----> доброкачественные опухоли----> дисплазия I степени----> дисплазия III степени----> прединвазивный рак----> инвазивный рак.

Метаплазия (от латинского metaplasis- преображение)- это:

- "превращение одной характерной ткани в другую характерную ткань, отличающуюся морфологически и функционально" (И.Орт, 1910)

- стойкое изменение морфологических свойств клеток (ткани), сопровождающееся превращением их в клетки (ткань) другого типа.

Метаплазия возникает вследствие хронического воспаления, нарушений питания, нарушений функций. Например, переходный эпителий мочевого пузыря при хроническом воспалении может превращаться в многослойный плоский или железистый призматический с выраженным слизеобразованием; при длительном дефиците витамина А возникает плоскоэпителиальная метаплазия дыхательных путей, островки многослойного плоского ороговевающего эпителия обнаруживаются в молочной, щитовидной, предстательной железах при хронических воспалительных процессах и в условиях пролиферации, обусловленной гормональными воздействиями.

Дисплазия ( от латинского dys- нарушение, расстройство и plasis- форма, образование)- нарушение в опухолевом очаге характерной для данной ткани структуры, ее атипия (по своему строению, расположению и взаимоотношениям клеточных элементов опухоль резко отличается от исходной нормальной ткани). Т.е., под термином "дисплазия" понимают отклонения от нормальной структуры клеток и всего тканевого комплекса в направлении неопластического развития (т.е. нарушение дифференцировки клеток и тканей). На практике дисплазией обозначают только контролируемые и обратимые нарушения дифференцировки клеток предопухолевого характера в результате пролиферации камбиальных элементов (недифференцированных клеток-предшественников, стволовых клеток) с развитием их атипии и нарушением гистоструктуры без инвазии базальной мембраны. От группы неопухолевых, т.е. контролируемых пролиферативных процессов, таких как регенерация, гиперплазия, метаплазия, в целом диспластические изменения отличаются наиболее выраженными нарушениями. Возникая в эпителиальных тканях, дисплазия проявляется как нарушениями в структуре клеток, так и в тканевой архитектонике. Клетки утрачивают мономорфность, широко варьируя по величине и форме. Ядра становятся гиперхромными, слишком крупными по отношению к нормальным размерам ядер и клеток.

В соответствии со степенью пролиферации эпителия и выраженностью структурной и клеточной атипии выделяют различные степени дисплазии:

I- слабая (малая), II- умеренная (средняя), III- выраженная (значительная) дисплазии, различающиеся выраженностью полиморфизма и гиперхромии ядер. Нарастают ядерно-цитоплазматическое соотношение (в сторону ядра), число митозов, сокращается продолжительность жизни клеток, что ведет к быстрому обновлению клеточной популяции.

Тяжелая дисплазия граничит с завершившейся малигнизацией по типу рака in situ (или рак на месте, подразумевая под этим, что в данной ткани уже имеется клеточный атипизм и наблюдается рост в пределах эпителиального пласта) или даже инвазивного рака.

Описывают переходные формы от нормальных к атипичным клеткам. Одним из ранних признаков начинающегося неопластического развития является нарастание в пролиферате атипических митозов при неизмененном их количестве, а также нарастание полиплоидности ядер и увеличение числа клеток в G- фазе клеточного цикла.

Вероятность злокачественного превращения регенераторного, гиперплазированного или метаплазированного эпителия невелика. опасность малигнизации возрастает при дисплазии, особенно тяжелой степени.

• Опухоль развивается из одной мутировавшей клетки и затем дает метастазы

• Опухоли имеют клональное происхождение

• Опухоли классифицируются по клеточному типу

Рак представляет собой болезнь клеток, которые развиваются в организме в неправильное время и в несоответствующем месте. Когда в клетках происходят мутации, нарушающие регуляцию деления, они размножаются, образуя массы, которые называются опухоли. Опухоли незлокачественного происхождения (доброкачественные) не проявляют инвазивности и не влияют на остальные ткани, в то время как раковые опухоли (злокачественные) проявляют деструктивные свойства.

Опухолевый рост сопровождается ростом новых кровеносных сосудов, питающих опухоль; этот процесс называется ангиогенез. Наконец, злокачественные клетки могут покидать свою первоначальную локализацию и перемещаться на новые места в организме. Этот процесс называется метастазирование. Перечисленные события схематически представлены на рисунке ниже.

Вся масса клеток опухоли представляет собой моноклональный вырост, в котором все клетки являются потомками одной клетки-предшественника. Эта клетка-предшественник сохранила исходное повреждение, в результате которого она вступила на путь аберрантного роста и стала злокачественной. Хотя повреждение могло произойти за десятки лет до момента обнаружения опухоли, мы предполагаем, что потомки клетки-предшественника продолжают обнаруживать многие полученные от нее аберрации.

Таким образом, если мы будем учитывать характер аберраций в клетке-предшественнике, мы можем многое выяснить о свойствах ее потомков и, в свою очередь, прогнозировать свойства опухоли как целого. С этой точки зрения, рак представляется заболеванием клеток, и многие, если не все, свойства распространенных опухолей можно прогнозировать на основании свойств индивидуальных составляющих их клеток.

Рак может развиваться как в виде локальной опухоли, так и давать обширные метастазы.
На схеме показаны основные этапы опухолевого роста эпителиальных клеток в результате возникновения в них мутаций.

В организме человека клетки многих различных типов могут образовывать опухоли. При этом опухоль каждого типа характеризуется характерными гистологическими (т. е. микроскопическими) чертами и биологическими свойствами. Поэтому раковые опухоли могут развиваться более чем в 100 различных участках тела и обнаруживают широкий спектр свойств.

Даже в пределах опухолей одного типа наблюдается большая вариабельность гистологических и биохимических свойств клеток. Тем не менее, хотя специфика клеток может определять свойства опухоли (например, по сравнению с базальноклеточными карциномами, меланомы более инвазивны), все раковые клетки обладают такими общими фундаментальными биохимическими свойствами, как неконтролируемый рост и деление.

Опухоли классифицируются на четыре основные группы, которые определяются типом клеток, из которых происходят эти различные неоплазии или растущие массы аномальных клеток. Наиболее часто встречающиеся опухоли человека представлены карциномами, которые образуются при трансформации эпителиальных клеток, выстилающих полости и поверхности различных органов. К числу распространенных относятся карциномы легкого, кишки, молочной железы, предстательной железы, желудка, поджелудочной железы и кожи.

Несколько реже развиваются саркомы, которые возникают из мезенхимальной ткани, образующейся из фибробластов и близких по типу клеток; к этой же группе относятся опухоли костей и мышц. Частыми мишенями при канцерогенезе служат органы гемопоэза (кроветворения), и злокачественная трансформация соответствующих клеток приводит к развитию лейкозов, лимфом, миелом и близких заболеваний. К четвертой группе относятся опухоли из нейроэктодермальных клеток. Они включают нейробластомы, глиобластомы, нейромы, нейрофибросаркомы и меланомы. В таблице ниже представлена частота заболевания различными формами рака в США в 2017 г.

Онкология быстро развивается от простого описания различных и как будто бы не связанных между собой феноменов в стройную систему, в которой свойства клеток и опухолей можно выразить в рамках нескольких основных характеристик. В настоящем разделе описаны эти характеристики и то, каким образом с их помощью можно объяснить сложный и изменчивый характер опухолей человека.

• Чем раковые клетки отличаются от нормальных?
• Каковы причины появления раковых клеток?
• Какие бывают типы генов рака?
• Основные характеристики и строение раковых клеток
• Как выглядят раковые клетки под микроскопом?
• Как развиваются раковые клетки, какие этапы проходят в своем развитии?
• Ликвидация раковых клеток: что помогает их уничтожить?

Чем раковые клетки отличаются от нормальных?

Для того чтобы организм человека правильно работал как единое целое, каждая клетка в нем должна подчиняться общим правилам и обладать некоторыми основополагающими свойствами:

Не перестает размножаться. Сколько бы своих копий ни создала опухолевая клетка, она не останавится. Злокачественная опухоль постоянно растет и распространяется в организме.

Не специализируются. Раковая клетка не становится специализированной и не выполняет полезные для организма функции. Процесс клеточной специализации называется дифференцировкой. Чем ниже степень дифференцировки, тем агрессивнее ведет себя рак.

Каковы причины появления раковых клеток?

Почему в теле конкретного человека возникли раковые клетки — вопрос во многом риторический.

Каждая живая клетка функционирует и размножается в соответствии с заложенной в ней генетической информацией. При возникновении определенных мутаций эти тонкие механизмы регуляции сбиваются, и может произойти злокачественное перерождение.

Сложно сказать, что именно привело к таким мутациям в каждом конкретном случае. Современным врачам и ученым известны лишь факторы риска, которые повышают вероятность злокачественного перерождения и развития заболевания. Вот основные из них:

• Неблагоприятная экологическая ситуация.
• Курение.
• Чрезмерное употребление алкоголя.
• Профессиональные вредности, контакт с канцерогенными веществами и различными излучениями на производстве.
• Ожирение, избыточная масса тела.
• Ультрафиолетовое излучение солнца и соляриев.
• Малоподвижный образ жизни.
• Возраст: со временем мутации накапливаются, поэтому вероятность возникновения в организме раковых клеток повышена у пожилых людей.
• Нездоровое питание: преобладание в рационе животных жиров, красного и обработанного мяса.

Ни один из этих факторов не приводит со стопроцентной вероятностью к развитию злокачественной опухоли.

Какие бывают типы генов рака?

Не все мутации одинаково опасны. К раку приводят те, которые возникают в определенных генах:

Онкогены активируют размножение клеток. Злокачественное перерождение происходит, когда они становятся слишком активны. В качестве примера можно привести ген, который кодирует белок HER2. Этот белок-рецептор находится на поверхности клетки и заставляет ее размножаться.

Мутации, которые приводят к раку, могут быть наследственными (возникают в половых клетках) и соматическими (возникают в клетках тела в течение жизни).

Основные характеристики и строение раковых клеток

Раковые клетки обладают тремя основополагающими характеристиками, за счет которых так опасны онкологические заболевания:

• Способность к бесконтрольному размножению.
• Способность к инвазии — прорастанию в окружающие ткани.
• Способность к метастазированию — распространению в организме и образованию новых очагов в различных органах.

Не всякая опухолевая клетка — раковая. Раком или карциномой называют злокачественные опухоли из эпителиальной ткани, которая выстилает кожу, слизистые оболочки внутренних органов, образует железы. Из соединительной ткани (костной, жировой, мышечной, хрящевой, кровеносных сосудов) развиваются саркомы. Злокачественные заболевания органов кроветворения называют лейкозами. Опухоли из клеток иммунной системы — лимфомы и миеломы.

Как выглядят раковые клетки под микроскопом?

Если коротко, то они сильно отличаются от нормальных, тех, что ожидает увидеть патологоанатом, когда рассматривает под микроскопом фрагмент ткани. Раковые клетки имеют более крупные или мелкие размеры, неправильную форму, аномальное ядро. Если нормальные клетки в одной ткани все примерно одинаковых размеров, то раковые зачастую разные. Ядро содержит очень много ДНК, поэтому оно крупнее (его размеры тоже вариабельны), а при окрашивании специальными веществами выглядит более темным.

Из нормальных клеток образуются определенные структуры, например, железы. Раковые клетки располагаются более хаотично. Например, они образуют железы искаженной, неправильной формы или непонятные массы, которые на железы совсем не похожи.

Как развиваются раковые клетки, какие этапы проходят в своем развитии?

Раковые опухоли растут за счет деления клеток, которые входят в их состав. Во время деления злокачественная клетка образует две своих копии, таким образом, рост происходит в геометрической прогрессии. Например, для того чтобы образовалась опухоль размером 1 см, нужно около 30 удвоений. Через 40 удвоений новообразование достигает веса 1 кг, и этот размер считается критическим, смертельным для пациента.

Согласно современным представлениям, за рост злокачественной опухоли отвечают так называемые стволовые опухолевые клетки. Они активно делятся, в то время как другие опухолевые клетки просто существуют. Современные ученые заняты поиском методов лечения, направленных против этих стволовых клеток.

Время удвоения опухолевых клеток бывает разным. Например, при лейкозе это происходит за 4 дня, а при раковых новообразованиях толстой кишки — за 2 года. Проходит много времени, прежде чем опухоль достигнет настолько больших размеров, что станет проявляться какими-либо симптомами. Например, если у онкологического больного появились некоторые жалобы, и после этого он прожил год, вероятно, опухоль в его организме на момент появления жалоб существовала уже около трех лет, просто он об этом не знал.

Пока раковая опухоль небольшая, ей вполне хватает кислорода. Но по мере роста она все сильнее испытывает кислородное голодание — гипоксию. Чтобы обеспечить свои потребности, опухолевые клетки вырабатывают вещества, которые стимулируют образование кровеносных сосудов — ангиогенез.

По мере роста опухоли происходит инвазия — распространение раковых клеток в окружающие ткани. Они вырабатывают ферменты, которые разрушают нормальные клетки.

Некоторые из них отрываются от материнской опухоли, проникают в кровеносные и лимфатические сосуды, образуют в них вторичные очаги — метастазы. В этом самая главная опасность злокачественных опухолей. Именно метастатические очаги становятся причиной гибели многих онкологических пациентов.

Ликвидация раковых клеток: что помогает их уничтожить?

С раковыми клетками можно бороться разными способами. Например, удалить их из организма хирургическим путем. Но это возможно лишь в случаях, если опухоль не успела сильно распространиться в организме. Даже если можно выполнить радикальную операцию, никогда нет стопроцентной гарантии того, что в организме не остались микроскопические опухолевые очаги, которые в будущем станут причиной рецидива. Поэтому зачастую хирургические вмешательства дополняют адъювантной и неоадьювантной терапией.

Другие методы лечения:

В Европейской клинике применяются наиболее современные оригинальные препараты для борьбы с раком. У нас есть возможность провести молекулярно-генетический анализ опухолевой ткани, разобраться, из-за каких мутаций клетки стали злокачественными, и назначить наиболее эффективную персонализированную терапию. Свяжитесь с нами, мы знаем, как помочь.

Кандидат биологических наук Илья Щеглов.

Модель раковых стволовых клеток (РСК) подразумевает, что любое злокачественное новообразование (неоплазия) развивается из одной клетки. В результате неких событий генетический аппарат некогда нормальной клетки трансформируется настолько, что происходит её перерождение в инициирующую раковую клетку. В результате последующей пролиферации (деления) этой клетки формируется злокачественная опухоль. Согласно концепции РСК, эта опухоль устроена иерархически, то есть разные типы раковых клеток обладают разной способностью к делению.

Раковые стволовые клетки составляют лишь небольшую популяцию опухолевых клеток. Однако, будучи истинно стволовыми клетками, они (и только они) способны к неограниченному числу делений и постоянному самовоспроизведению. Число делений остальных клеток, если они способны к пролиферации (то есть формально обладают неким стволовым потенциалом), строго ограничено.

В основе процесса самовоспроизведения РСК лежит так называемый асимметричный тип деления стволовых клеток, который заключается в том, что родительская стволовая клетка даёт начало двум клеткам. Одна из них — с такими же стволовыми свойствами, что и материнская, другая же способна к ограниченному числу делений и поэтому называется частично дифференцированной, временно пролиферирующей раковой клеткой. Конечные потомки таких клеток — раковые клетки, не способные к делению. Их называют терминально дифференцированными. Соответственно иерархия опухолевой ткани выглядит так: раковые стволовые клетки → временно пролиферирующие раковые клетки → терминально дифференцированные раковые клетки. Два последних типа клеток образуют при этом основную массу опухоли.

Точно такая же иерархия имеет место и в нормальных тканях, стволовые клетки которых, способные к самовоспроизведению и поддержанию собственной популяции, также дают начало ограниченно пролиферирующим клеткам — предшественникам зрелых клеток. Эти зрелые тканевые клетки не способны к делению вовсе и погибают через какое-то время после выполнения свойственных им функций.

Итак, согласно модели раковых стволовых клеток, не все опухолевые клетки обладают равной способностью к делению и самовоспроизведению. И несмотря на то что основная масса опухоли состоит из злокачественных клеток той или иной степени дифференцировки, её рост и развитие определяются небольшой по численности, но наивысшей в иерархии популяцией раковых стволовых клеток.

Упреждая аргументы критиков РСК-модели, следует отметить, что некоторые злокачественные новообразования не вписываются в эту модель, а, скорее, соответствуют модели клональной эволюции. Есть виды неоплазий, при которых могут встречаться разные популяции раковых стволовых клеток, имеющих разные хромосомные нарушения. Хрестоматийные примеры таких новообразований — хроническая миелоидная лейкемия и колоректальный рак. В этих случаях РСК-модель не может полностью описать развитие опухоли, так как в соответствии с ней все клетки опухоли — потомки одной инициирующей РСК. Здесь же возможна либо инициация опухоли сразу из нескольких злокачественных стволовых клеток, формирующих несколько генетически различающихся клонов, либо эволюция одного клона из другого за счёт последовательного накопления генетических нарушений. Разные клоны могут обладать разной злокачественностью и соответственно могут конкурировать за ресурсы. Иными словами, будет проходить эволюция опухолевых клонов.

Некоторые новообразования, отличающиеся экстремальной злокачественностью, также больше соответствуют модели клональной эволюции, нежели иерархической модели РСК. К ним относятся, например, различные злокачественные меланомы, при которых доля активно делящихся раковых клеток составляет чуть ли не более половины опухолевой массы. При этом в пределах одной опухоли сосуществуют РСК с различными фенотипами, которые при различных воздействиях на опухоль могут легко превращаться один в другой. Очевидно, что и для этих случаев РСК-модель не вполне подходит.

Однако, как можно заметить, в современной интерпретации модели клональной эволюции центральная роль инициирующих раковых стволовых клеток в запуске развития злокачественного новообразования ни в коей мере не оспаривается. Дискуссии продолжаются лишь относительно тех или иных сценариев развития опухоли*. А коли так, мы со спокойной совестью можем говорить о раковых стволовых клетках.

Более полувека спустя, в 1930-х годах, теория зародышевого остатка получила новый импульс. Гистологические наблюдения одной из опухолей мозга — медуллобластомы — показали, что её клетки морфологически очень напоминают клетки эмбрионального мозжечка, на основании чего было выдвинуто предположение, что эта форма опухолей мозга развивается из зародышевого остатка, состоящего из медуллобластов, утративших способность к дифференцировке.

Очередной значительный шаг на пути к концепции раковых стволовых клеток сделан в середине прошлого века. Исследования различных миелопролиферативных заболеваний (особой группы злокачественных новообразований, развившихся из клеток крови**) показали, что в развитие данной группы заболеваний могут быть вовлечены все ветви гемопоэза, за исключением лимфоидных ростков. Это послужило основанием для предположения, что все указанные патологии связаны со злокачественным перерождением клеток — предшественников всех остальных клеток миелоидного ряда, теперь известных как миелоидные cтволовые клетки.

А уже в 1960 году Питер Ноуэл (Peter Nowell) и Дэвид Хангерфорд (David Hungerford) открыли уникальную взаимосвязь так называемой филадельфийской хромосомы с одним из миелопролиферативных заболеваний — хронической миелоидной лейкемией. Филадельфийская хромосома — следствие хромосомной аномалии, которая приводит к образованию мутантного белка BCR-ABL1. К несчастью, этот мутантный белок сохраняет способность одного из своих родительских белков (ABL) к передаче пролиферативного (стимулирующего деление клетки) сигнала внутрь клетки. Более того, он передаёт сигналы гораздо интенсивнее и при этом делится вне зависимости от внешних сигналов. В результате клетки, несущие такую мутацию, начинают быстро и неконтролируемо делиться. В дальнейшем наличие филадельфийской хромосомы при этом заболевании было подтверждено во всех клетках, не относящихся к лимфоидному ряду, на основании чего выдвинули гипотезу о происхождении всех клонов лейкемических клеток от одного предшественника.

Как видно, модель клональной эволюции подразумевает, что одни раковые клоны отличаются большей злокачественностью, другие — меньшей, но в целом все они обладают сопоставимой способностью к делению. И в этом заключается принципиальное отличие стохастической теории канцерогенеза от иерархической теории, которая базируется на модели раковых стволовых клеток.

Тем не менее, как уже было упомянуто выше, модель клональной эволюции до сих пор не потеряла своей актуальности, поскольку в несколько большей степени, нежели модель РСК, объясняет развитие нескольких типов новообразований.

Долгое время концепция РСК находилась на вторых ролях. Однако в 1997 году Доминик Бонне (Dominique Bonnet, London Research Institute) и Джон Дик (John Dick, Toronto General Research Institute) продемонстрировали, что единичные лейкемические стволовые клетки, взятые у пациентов с острой миелоидной лейкемией, при трансплантации мышам дают начало полному спектру клеток с различными злокачественными фенотипами, наблюдаемыми при этом заболевании у человека. После этой работы число исследований, посвящённых РСК, стало лавинообразно нарастать.

В начале 2000-х годов раковые стволовые клетки были идентифицированы и в солидных опухолях (при одной из форм рака молочной железы). На сегодняшний день РСК описаны для абсолютного большинства форм онкологических заболеваний, и с этими клетками связывают все основные клинические проблемы в онкологии.

Поскольку любое новообразование может развиться только из активно делящейся клетки, наиболее подходящие кандидаты для злокачественной трансформации — нормальные тканевые стволовые клетки (дающие начало полностью дифференцированным клеткам, выполняющим свои узкоспецифические задачи в том или ином типе тканей), так как они обладают длительным сроком жизни и высокой скоростью деления. В соответствии с этим концепция РСК подразумевает, что инициирующее событие в канцерогенезе — злокачественное перерождение нормальных тканевых стволовых клеток***, которые становятся инициирующими РСК.

Ещё одна неприятная особенность раковых стволовых клеток — их чрезвычайная устойчивость ко всем известным видам лечения. Какой бы вид противоопухолевой терапии ни применялся (радио-, химио-, иммунотерапия, таргетная), РСК будут погибать последними, когда все дифференцированные раковые клетки уже успешно побеждены.

Известно несколько механизмов терапевтической устойчивости РСК. Во-первых, РСК характеризуются повышенной экспрессией транспортных белков семейства ABC (ATP-binding cassette). Это эволюционно консервативные белки, присутствующие у всех организмов — от бактерий до человека. В норме они локализуются преимущественно в плазматической мембране клеток и отвечают за транспорт полезных веществ (например, витаминов) в клетку и выведение из неё вредных токсинов и ксенобиотиков. В РСК эти белки экспрессируются на особенно высоком уровне и отвечают за выведение из них различных химиотерапевтических препаратов.

Во-вторых, РСК, как никакие другие клетки, отличаются обилием фермента альдегид-дегидрогеназы (ALDH). В норме функция этого белка — окисление токсичных для организма альдегидов до карбоновых кислот. В РСК же он отвечает за инактивацию многих химиотерапевтических препаратов.

Это основные, но далеко не все механизмы устойчивости РСК. В тех же случаях, когда системы резистентности РСК к терапии дают сбой, раковые стволовые клетки впадают в дормантность (состояние покоя), в которой они могут пребывать несколько десятилетий, после чего активируются и обусловливают скоротечный фатальный рецидив. Дормантные РСК отличаются очень низким уровнем метаболизма, экстремальной устойчивостью к повреждающим воздействиям и практически не экспрессируют поверхностные белки, которые могли бы послужить мишенями для создания таргетных препаратов. На сегодняшний день дормантные РСК представляют собой наибольшую трудность для лечения. Однако надежда на успех есть. Во-первых, испытываются и неплохо себя проявляют различные сложные комбинации уже существующих таргетных препаратов. Во-вторых, удалось вплотную приблизиться к получению препаратов, воздействующих на процессы, лежащие в основе образования вторичных метастатических РСК. В-третьих, обнаружены белки, отвечающие за дормантность РСК и обеспечение их жизнеспособности в состоянии покоя. Наконец, разрабатываются препараты, способствующие выходу РСК из дормантности, что делает их более чувствительными к существующим формам терапии.

Cловарик к статье

Клеточная дифференцировка — процесс клеточной дифференцировки заключается в так называемом созревании стволовой клетки-предшественника в клетку со строго определённым фенотипом (например, кардиомиоцит или пирамидный нейрон), называемую дифференцированной.

Пролиферация (от лат. proles — отпрыск, потомство и fero — несу) — разрастание ткани организма путём размножения клеток делением.

Репарация ДНК — внутриклеточная молекулярная система восстановления исходной последовательности ДНК после её повреждений.

Стохастический (от греч. στοχαστικός — умеющий угадывать) означает неопределённость, случайность чего-либо.

Фенотип (от греческого слова phainotip — являю, обнаруживаю) — совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития (особенности строения и жизнедеятельности).

Комментарии к статье

* Большинство ведущих специалистов сегодня склоняются к мнению, что универсального сценария развития опухоли не существует. Возможна реализация обеих моделей.

*** Само злокачественное перерождение может быть результатом одного или нескольких канцерогенных событий (например, мутаций, но не только их).