ПРЕДИСЛОВИЕ

Злокачественные опухоли, как известно, способны поражать все живое — млекопитающих, птиц, рыб, рептилий и даже представителей растительного мира. Особенность раковой болезни — ее многоликость.

Статистика показывает, что если смертность от рака в 20-лстнем возрасте принять за единицу, то в 50—59 лет риск умереть от этого заболевания увеличивается в 50 раз, а в 60 лет и старше вероятность этого возрастает еще больше: для мужчин — в 119, для женщин — в 78 раз. В большинстве стран Запада и США, а также в России систематизируются в основном материалы о смертности, а заболеваемость злокачественными новообразованиями изучается выборочно по отдельным районам и затем рассчитывается на 100 000 населения. Например, в США ежегодно диагностируется около 1 млн случаев рака, примерно 50% из них с летальным исходом. Более 2 млн жизней — ежегодная дань, которую собирает рак на земном шаре.

К сегодняшнему дню эпидемиологами составлена точная картина географии рака, из которой следует, что 80—90% случаев этой болезни у человека связано с факторами окружающей среды и образа жизни; около 40%; случаев рака у мужчин и около 60% у женщин обусловлены пищевыми факторами. Известно более 700 химических веществ (главные из них полициклические углеводо­роды, аминоазосоединения, нитрозамины, афлотоксины и др.), которые содержатся в пище, и являются канцерогенами в экспериментах на животных. Каждый канцероген вызывает определен­ный вид рака: поливинилхлорид — рак печени, курение (на слизистой оболочке бронхов остается до 90% продуктов сгорания табака) — рак легкою, жевание табака — рак полости рта, анилино­вые красители — рак мочевого пузыря и ободочной кишки Исследовательская группа под руко­водством К А.

В эксперименте образованию атипических клеток с неправильным набором хромосом, кото­рые могут превращаться в опухолевые, способствуют нс только химические канцерогены, опухо­леродные вирусы, ионизирующая радиация, отягощенная наследственность, но и калорийность пищи (снижение ее препятствует развитию опухолей). У женщин высококалорийная пища и связанное с этим ожирение способствуют развитию рака молочных желез. Хроническое употреб­ление алкогольных напитков, особенно крепких, повышает риск развития рака различных орга­нов, в первую очередь пищевода и печени, а также ротовой полости, глотки, гортани, прямой кишки, поджелудочной железы Специальной терапевтической диеты для онкологических боль­ных, очевидно, не существует.

Меры профилактики рака: употребление в пищу больше клетчатки (свежие фрукты и овощи) и меньше жиров, резкое ограничение потребления алкогольных налитков, исключение курения и профессиональных вредностей. Социологические исследования, проведенные Р Доллом, напри­мер, показали, что только одно прекращение курения снижает смертность от рака на 30%;, а проф А В. Чаклин, много лет изучавший эпидемиологию рака (влияние вредных факторов окру­жающей среда на возникновение опухолей), считает, что более 75% всех злокачественных

новообразований человека можно предотвратить. Он пишет: «Надо успеть задержать бегуна — растущие клетки, до той поры пока они нс преодолели барьер злокачественности, не коснулись ленточки ракового перерождения, а бегут они иногда довольно стремительно, и им в спину часто дует попутный ветер того самого фактора, который побудил их к бегу».

Развитие раковой болезни начинается с того, что какая-нибудь вполне нормальная клетка тела претерпевает некие изменения и начинает безудержно множиться, иногда меняя при этом форму и размеры, функцию и структуру.

Естественно, в настоящее время многих интересует, за счет чего злокачественно трансформи­рованная клетка приобретает особые биологические свойства. Понятно, что гипотеза, претенду­ющая на общую теорию онкогенеза, должна прежде всего указать на молекулярные изменения в макромолекулах, которые обеспечивают опухолевым клеткам эти свойства.

Ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению относительно причин безудержного, беспорядочного и безконтрольного размножения раковых клеток. Однако сейчас все согласны с тем, что рак представляет собой заболевание, при котором нарушается деятельность генетическо­го аппарата клетки, се генома, т с. «двойной спирали» ДНК, в которой имеются все необходи­мые «инструкции» по формированию и работе любой клетки тела высших животных и данного вида в целом.

Действительно, наско.тько прав Нобелевский лауреат Ж. Моно, который заметил: ... что «верно для Е. coli, верно для слонов»^[I]. Все это стало известно после 2 апреля 1953 г., дня рождения «двойной спирали» и вместе с ней молекулярной биологии, отцами которой стали американский ученый Джеймс Уотсон и англичанин Френсис Крик. Открытие «двойной спира­ли», т. е. основы структуры ДНК, помогает лучше понять многие биологические процессы, в частности, как размножаются клетки организма. Но одно дело—клетки нормальные, а другое — злокачественные, опухолевые. Почему первые превращаются во вторые?

Еще в 1935 г. у академика Л. А. Зильбера возникла мысль, что возбудитель рака размножается внутри клеточного ядра. Такая близость возбудителя к генному аппарату клетки, думал Л. А. Зильбср, дает возможность предположить и наследственные изменения, связанные с его размножением. К началу 60-х голов (1958) он сформулировал вирусогенетическую гипотезу превращения нормаль­

ной клетки в опухолевую.

Вместе с тем поиск самого онковируса продолжался, и в результате был разработай новый метод для прямою обнаружения в клетке его наследственного аппарата. Этот метод ос новы вале я на слиянии трансформированной и нормальной клеток под действием на них, например, убитого парагриппозного вируса. Вначале между клетками, обработанными этим вирусом, образуются цитоплазматические мостики, которые постепенно расширяются до тех пор, пока клетки пол­ностью не сливаются. Слияние может происходить между одинаковыми и разными клетками одного вида и различных видов и даже классов животных. Причем такие гибридные клетки могут содержать два и более ядер. В них онковирусы проходили весь цикл своего размножения и формировали полные, инфекционные вирусные частицы.

Итак, метод слияния дал возможность обнаружить генетическую информацию полного вируса, трансформирующего клетку в опухолевую, но не был еще решен вопрос, где же обосновываются «бродячие» вирусные гены. Тоща прибегли к приему молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот. Сугь этого метода сводится к тому, что родственные нуклеиновые кислоты образуют гибриды, а чужеродные их не образуют. Чтобы определить степень родства, достаточно одну кислоту (или ее фрагмент) пометить радиоактивным веществом, а затем рассчитать, допустим, степень ее гибридизации с ДНК вируса. Так были обнаружены в клетках, трансформированных вирусами полиомы и ОВ40, вирусные геномы и их вирусспецифическис РНК, которые содержали генетическую информацию для синтеза вмрусспецифичсских белков. Оказалось, что вирусные двойные спирали ДНК встраивались в комплементарные участки клеточных ДНК, прочное ними связывались, тем самым локализуясь в ядерных, хромосомных ДНК трансформированных клеток. В ДНК нормальных клеток они не определялись. Этими работами американские ученые I’. Дюльбекко (1966), Г. Уэстфал (1966), К. Фуджинага и М. Грин (1966, 1967) блестяще подтвер­дили все положения вирусогенсгической теории рака, сформулированной Л. А. Зильбером. Но, к сожалению, все первые экспериментальные доказательства правильности этой теории касались самой немногочисленной группы опухолсродных ДНК-содержащих вирусов — группы полиома- вирусов. которые в естественных условиях развития опухолей у животных практически не вызы­вают.

Ахи;ілесовой пятой при этом оставались РНК-содержание вирусы (ретровирусы), составляю­щие основную массу семейства опухолеродных вирусов. Эта группа прежде всего важна тем, что именно ее представители инициируют опухоли у животных в естественных условиях. Невозможно было представить себе объединение (интеграцию) ДНК клетки не с ДНК, а с Pl 1К вируса в единую молекулу, а затем кооперативное функционирование их геномов. А это лишало вирусогенетичес­кую теорию универсальности, делало ее узкоограниченной, применимой только к ДНК-содсржа- щим онкогенным вирусам. В то время считалось, что в живой клетке информация о наследствен­ности всегда передается в одном направлении — от двойной спирали молекулы ДНК к ее копии («рабочему чертежу»), а именно — к одинарно закрученной молекуле мРНК (информационная, или матричная), «управляющей» синтезом белков. Основной путь передачи генетической инфор­мации согласно «центральной догме» молекулярной биологии, выглядел так: ДНК—>РНК—>белок.

В 1964 г. американский исследователь Г. Темин предположил, что РНК-содержащис вирусы тоже могут вызывать опухоли, вырабатывая свою собственную ДНК, как то.гько они проникают в клетку. Эта ДНК — копия РНК вирусов — встраивается в ДНК клетки хозяина и начинает «отда­вать приказы» о превращении клетки в опухолевую и о «производстве» последующего поколения опухолсродных вирусов. Однако «теминизм», как окрестили новую концепцию, был встречен

скстнчески и не нашел большой поддержки у ученых, поскольку требовал экспериментального обоснования принципиально нового пути передачи информации с РНК на ДНК. Г. Темин не сдавался, он сумел открыть существование «обратного» направления в синтезе белка. Это откры­тие позволило приподнять завесу над еще одной тайной превращения здоровой клетки в раковую, еще на один шаг продвинуло человечество на пути к разгадке этого механизма. Г. Темину (совмес­тно с С. Миэутани) удалось доказать, что вирусы сарком птиц, содержащие в своем составе РНК, имеют особый фермент, получивший название обратной транскриптазы, или рсвертазы (отсюда название этой группы вирусов — ретровирусы), с помощью которого происходит «обратный» синтез: РНК—>ДНК—>РНК—>6елок. Иначе говоря, «центральную догму» теперь можно допол­нить: РНК—>ДНК—>белок. Коллега Г. Темина и С. Мизутани Д. Е>агггимор одновременное ними опубликовал в 1971 г. аналогичные данные. Справедливости ради следует заметить, что задолго до этого открытия наш соотечественник С. М. Гершензон постулировал наличие в клетках указанно­го фермента и получил косвенные доказательства в пользу данного предположения в генетических экспериментах.

Главный вывод этих работ РНК вирусов, вызывающих злокачественные новообразования у птиц и животных, может «собирать» свою собственную ДНК, которую назвали ДНК-провирусом. Оказалось, что наличие провируса свойственно только ретровирусам, поскольку для их размноже­ния необходима эта промежуточная форма ДНК. Вскоре проверочные опыты, проведенные руко­водителем Института раковых исследований при Колумбийском университете С. Шпигсльманом — одним из наиболее известных экспериментаторов в области молекулярной биологии, подтвердили эти данные. С. Шпигельман решил, что если вирусная РНК выполняет функцию матрицы (служит «шаблоном» для ДНК), то она должна обладать способностью соеди­няться с первичным продуктом реакции — односпиральной ДНК и образовывать с ней гибридную двойную спирать, прежде чем будет синтезирована вторая нить ДНК, комплементарная первой. Действительно, после прокручивания в центрифуге (плотность РНК отличается от плотности ДНК) спирали постепенно разделялись. В пробирке ясно обозначались два слоя. К радости ученого, он обнаружил и третий слой, что доказывало наличие вещества промежуточной плотнос­ти, а именно гибридных молекул: РНК-ДНК.

Впоследствии умение создавать свою ДНК через реакцию «наоборот» было обнаружено у всех известных РНК-содержащих онковирусов. Г. Темин оказался прав.

Интеграционный принцип взаимодействия вирусного генома с генетическим аппаратом клет­ки, по-видимому, имеет общебиологическое значение. Вероятно такое взаимодействие — один из факторов эволюции, обеспечивающий обмен генетической информацией в биосфере как внутри видов, так и между особями, принадлежащими к разным таксономическим (классификационным) группам среди высших и низших организмов. Установлено, что интеграция имеет место не только при перерождении клеток, noli в случае продуктивной инфекции ДНК-содержащими опу^олсрод- ными вирусами (когда воспроизводится новое вирусное потомство) и, вероятно, очень характерна для них, а в случае ретровирусов является одним из этапов их вегетативного репродуктивного цикла.

Дальнейшее развитие вирусогенетическая теория рака получила в трудах американских иссле­дователей из Национального института рака Р. Хюбнера и Дж. Тодаро (1969, 1971, 1972). Еще до открытия обратной транскриптазы у вирусных частиц ретропирусов (далее вирусные частицы будут называться вирионами) они сформулировали гипотезу, оказавшуюся весьма своевременной и созвучной ресцвету молекулярной биологии. Согласно этой гипотезе, все клетки, в том числе и половые, у птиц и млекопитающих изначально содержат геном вируебв (вироген), который передается генетически от родителей потомству. Предполагают, что вирусные гены попали в кістку извне в результате инфекции, происшедшей более 10-30 млн лет назад. После этого они эволюционировали вместе с клетками. Такие вирусы, названные эндогенными, представляют собой, следовательно, не что иное, как обычные структурные гены, которые в той или иной степени постоянно функционируют (экспрессируются). Второе важное положение, которое вы­дай rami авторы, заключалось в том, что в составе ви роге на каждой нормальной клетки находятся ген или гены, ответственные за опухолевое превращение клеток (онкогены). Таким образом, согласно их мнению, любой опухолевый процесс, чем бы он ни был вызван (ДНК-содержащими вирусами, химическими или физическими &церогенами), сводится к активации онкогена в соста­ве вирогена.

Забегая несколько вперед, следует сказать, что многое положения гипотезы Р. Хюбнера и Дж. Тодаро уже доказаны. В геноме нормальных клеток птиц и млекопитающих (грызуны, кошки, приматы, человек) действительно имеются геномы эндогенных вирусов, которые ийтегрированы с

клеточным геномом. Покачано, что вирогсн передается с половыми клетками по наследству как ген и;ги группа генов. В клетках выявлена система контроля функционирования (экспрессии) и репрессии (блокировка работы) генов вирогена. Вироген может быть активирован полностью или частично (в последнем случае полный вирус не образуется). Обнаружены некоторые факторы активации вирогена, а именно: с помощью различных химических веществ, гормонов и облучения исследователи активирова/m заложенную в нормальную клетку вирусную информацию, и клетка стала производить эндогенные вирусы. Однако нс подтвердилось предположение Р. Хюбнера и Дж. Тодаро о постоянном присутствии онкогена в составе эндогенного вируса. Оказалось, .что выделенные из нормальных клеток животных «внутренние» вирусы отличаются от обычных онкогенных РНК-содержащих вирусов слабо выраженными онкогенными свойствами или вообще лишены их. Иными словами, интеграция вируса с ДНК клетки сама по себе необязательно вызывает патологический процесс, в том числе и опухолевую трансформацию. Примеры, подтвер­ждающие это положение, широко известны среди различных ДНК-содержащих опухолеродных вирусо'в, а у эндогенных вирусов это просто закономерно.

Итак, после теоретической разработки и прямого экспериментального доказательства включе­ния ДНК- и РНК-содержащих опухолеродных вирусов в геном опухолевой клетки проблема вирусного канцерогенеза практически свелась к нахождению онкогенов в структуре онковирусов. Само же понятие онкогена с этого времени было положено в основу современного представления о механизме действия опухолсродных вирусов. Впоследствии, после открытия вирусных и клеточ­ных онкогенов, оно переросло в концепцию онкогена, включающую в себя уже как составные все основные теории онкогенеза, в том числе и вирусогснетическую теорию рака. Интеграция по- прежнему оставалась центральным событием, но нс прямой причиной и не обязательным услови­ем опухолевой трансформации, поскольку вьгснилосі», что и неинтегрированный вирус может вызывал» трансформацию. Этот процесс прежде всего был необходим для включения и передачи вирусных онкогенов последующим популяциям клеток. В тот период открытия клеточных онко­генов (протоонкогенов) казалось ясным и другое: вирус в процессе интеграции в клеточный геном захватывает трансформирующий ген, переносит (трансдуцирует) его в нормальную клетку, где он экспрессируется, вызывая неопластическое превращение.

Многим казалось, что наконец наступила долгожданная развязка. С одной стороны, появилась реальная возможность разработки единой теории канцерогенеза, согласно которой общим звеном в онкогенезе любого происхождения может быть активация клеточных онкогенов. С другой стороны, впервые возникла перспектива детального анализа всех последовательных этапов неоп­ластического превращения клеток: от онкогена через продукты его экспрессии (онкобелка) до б иологи чес коп» проявления трансформированного фенотипа. В разработку этой проблемы сразу же включилось большое число лабораторий мира. Последовал в буквальном смысле взрыв идей и открытий, следующих одно за другим. Поток информации стремительно нарастал, причем появи­лось много противоречивых фактов. В тех случаях, когда не хватало фактического материала, выдвигались различные предположения и гипотезы, справедливость и.ли ошибочность которых могла быть доказана или опровергнута только лишь последующей экспериментальной работой. В результате возникло больше вопросов (в том числе и ключевой, обусловливают ли клеточные онкогены универсальный механизм всех видов онкогенеза), чем их было у истоков возникновения. Многие ответы, включая главный, можно найти в последующих главах этой книги.

Но прежде... возникает вопрос: не может ли рак передаваться по наследству с помощью «бродячих» онкогенов, опухолеродных вирусов, причем, как сейчас стало известно, слегка изме­ненных (достаточно даже точковой мутации — замены в продукте онкогена (онкобслкс) одной аминокислоты на другую!. Отрицать такую возможность сегодня с прежней категоричностью уже нельзя.

По мнению большинства современных исследователей, включение вирусом своей информа­ции (а именно, онкогенов в генетзіческую структуру клетки) и есть прелюдия рака. Смесь в одной клетке нормальной и раковой информации подобна бомбе, причем взрыватель может сработать в любое время. Однако чтобы «запустить» ракообразуюгций механизм, необходимо, очевидно, наличие ряда внутриклеточных и внешних факторов — химических канцерогенов, радиоактив­ных излучений и др. Возрастные изменения, нерациональное питание, вообще все то, что наруша­ет нормальную работу клетки, тоже может подтолкнуть начало болезни. Видимо, параллельно происходят два процесса: с годами снижается сопротивляемость организма и под влиянием небла­гоприятных внешних факторов подавляется защитный иммунологический механизм. Приходится также с сожалением признать, что человеческий организм не располагает средствами надежной обороны от отходов современной техники —смолы, сажи, выхлопных газов автомобилей. Забо-

леваемостъ злокачественными опухолями становится своего род;» показателем загрязненности окружающей среды.

Как видно, в науке, особенно в науке о природе рака, ничто нс дастся легко. Бесспорно, открытие онкогенов — одно из самых захватывающих достижений века, но и оно, к сожалению, может расцениваться лишь толі,ко еще одним шагом на пути к познанию. При этом «чрезвычайно умные и с высоким интеллектом» вирусы рака «избрали» именно гены, ключевые для регуляции жизненного цикла и специализации клеток, и «преподнесли их на тарелочке» исследователям. О том, что эти гены (протоонкогены) играют ключевую ролі, и в многоступенчатом механизме злокачественного перерождения клеток, стало известно несколько позже.

Используя разнообразные экспериментальные методы молекулярной генетики и молекуляр­ной биологии, в частности клонирование (получение тысяч копий ДНК, которые затем могут исследоваться с помощью радиоактивной метки), сиквенс (определение последовательностей оснований генов, т. е. установление структуры нуклеиновых кислот), трансфекцию (перенос чужеродных ДНК из раковых клеток в ядра нормальных и выявление их биологических активнос­тей), молекулярную гибридизацию и другие методы, специалисты обнаружили аномальные виды онкогенов в клетках многих типов злокачественных новообразований, в том числе и у человека, включая рак мочевого пузыря, легкого, молочной железы, кишечника и др. Пионером этих иссле­дований следует считать Р. Вайнбсрга, заведующего лабораторией Массачусетского технологичес­кого института. Здесь Чиаго Ши (1981-1984) показал, что ДНК опухолевых клеток содержит ген или гены, которые при введении в ядра нормальных клеток превращали их в опухолевые, т. е. они обретали бессмертие, не требовали твердой основы дія своего роста и бы;ш крайне агрессивны по отношению к соседним клеткам. Такие клетки, введенные мышам, вызывали опухоли. Вскоре другие исследователи повторили эти опыты и все пришли к единодушному мнению: трансформи­рующим фактором всех изученных образцов ДНК из опухолевых клеток (в том числе и клеток человека) были клеточные онкогены. Но, что гораздо важнее, последовательности ДНК, почти тождественные онкогенам (протоонкогены), были открыты в нормальных (не злокачественных) клетках всего живого мира, включая и человека. К настоящему времени биологические функции большинства этих протоонкогенов полностью не выявлены, но известно, что они существовали на протяжении всей эволюции живых организмов и выполняли полезную роль в процессах деления и дифференцировки нормальных клеток.

Итак, существуют две разновидности онкогенов, выделенных из опухолевых клеток — вирусные и клеточные. Отличительная особенность онкогенов ретровирусов заключается в том, что они не нужны для саморепродукции вируса, их последовательности не родственны последовательностям структурных вирусных генов (gag, рої и env), но зато близкородственны нуклеотидным последо­вательностям (л ротоон когенам) нормальных клеток. Онкогены ДНК-содержащих опухолеродных вирусов, наоборот, в процессе эволюции стали необходимы для размножения вируса, однако их последовательности не гомологичны клеточным последовательностям, т. е. вероятно, они превра­тились в вирусные и перестали быть клеточными. Показано, что проонкогены практически совершенно нормальны, без минимальных изменений (мутаций) они не могут трансформировать клетки в культуре. Установлено также, что оба типа онкогенов (вирусные и клеточные) взаимно не исключают друг друга. Например, онкоген рака мочевого пузыря человека близкородствен онкогену вируса саркомы мышей Харви. Другой онкоген, выделенный из опухолей легкого, поджелудочной железы, толстой кишки и других опухолей человека, очень близок онкогену, содержащемуся в вирусе саркомы Кирстсна, который вызывает опухоли и у мышей.

Недавно было обнаружено, что вирусные и клеточные онкогены (антионкогены) функциони­руют в процессе онкогенеза в кооперации друг с другом. В настоящее время молекулярная онкология располагает множеством таких фактов. За одно из таких открытий исследователю из Массачусетского общего госпиталя в области злокачественных опухолей Е. Е. Харлову (1991) была присвоена премия фирмы Бристоль — Майсри. Им было показано, что стимулирующий возникновение злокачественных опухолей доминантный онкоген аденовируса и опухолевый ре­цессивный ген-супрессор (антионкоген) объединены в общую систему при превращении нормаль­ной клетки в злокачественную. Основанием для такого заключения послужили данные 10-лстнего изучения мутировавших вирусных онкогенов, согласно которым белок онкогена EIA аденовиру­са может связываться с различными клеточными белками.

Теперь мы знаем, что представители двух «семейств» онкогенов (вирусные и клеточные), а также антионкогены обычно «связаны» друг с другом в своей «работе», тогда как некоторые клеточные онкогены, наоборот, могут нс иметь вирусных партнеров. Существенно также, что открытие генов, тормозящих малигиизацию клеток (антионкогены), может привести в перспекти­

ве к созданию эффекпгнных методов профилактики злокачественных новообразований и разра­ботке принципиально новых методов диагностики и лечения раковых заболеваний (в частности, генная терапия). Все эти направления в настоящее время интенсивно разрабатываются.

Что же касается нежелательного превращения безобидною протоонкогена в смертоносный, то Р. Вайнберг выявил такую мутацию в онкогене рака мочевою пузыря человека, которая может быть следствием воздействия радиации, вредных химикатов или вируса.

Другим процессом, приводящим к возникновению рака, может быть перенос (транслокация) протоонкогена в зоны активной работы (транскрипция) генов, например иммуноглобулиновых. Причем при этом происходят не только мутации перемещенных генов, но и подключение их к сильным стимуляторам транскрипции. Примером может служить лимфома Бсркитга — злокачественное новообразование, развивающееся из белых кровяных клеток (В- лимфоцитов), которые вырабатывают иммунные антитела. Эта опухоль чаще всею встречается у жителей некоторых районов Африки. Предполагают, чтоопухолеродный вирус Эпштейна — Барр стимулирует пролиферацию (размножение) В-лимфопитов и способствует возникновению тран­слокации, которая может быть заключительным этапом возникновения злокачественно трансфор­мированною клона.

Протоонкогены могут превращаться в онкогены и посредством амплификации (умножения), т. е. накопления в повышенном количестве во время деления клеток. В результате на различных хромосомах появляется все больше и больше онкогенов. Амплификацию генов наблюдали во многих опухолях нервной, эпителиальной, кроветворной и других тканей животных и человека. Выяснилось и другое: процесс превращения клеток в опухолевые — многостадийный и для его осуществления необходимо участие нескольких онкогенов. Р. Вайнберг и ею коллеги считают, что один ген необходим, чтобы сделать клетки бессмертными, т. е. наделить их способностью делиться и вое п рои зводиться неограниченное число раз. Другой же ген нужен, чтобы превратить такие клетки в злокачественные, которые обретают способность агрессивно распространяться (прорастал, в соседние ткани и метастази ровал. в отдаленные органы).

Иными словами, процесс возникновения опухоли в живом организме обычно представляют состоящим из трех фаз: начальной, фаз распространения и прогрессирования. Начальная фаза приводит к генетическому изменению в геноме клетки, вследствие которого клетка приобретает бессметрие. Вопреки установившемуся мнению, этот процесс также не дослігается в один элит, как показала его кинетика, исследованная университетской группой в Нидерландах (Боле Б. и др., 19911. Клетка в этом направлении проходит как минимум через три «ступени»: 1) увеличение продолжительности жизни, 2) увеличение эффективности клонирования и 3) увеличение темпов роста. Причиной первой «ступени» могут быть опухолеродные вирусы, мутагенные химические вещества или облучение, тогда как две других проявляются спонтанно в потомках, прошедших первый этап. Частота индукции первой «ступени» соответствует частоте мутаций. Частота дости­жения бессмертия ниже 2,4x10'* клеток/генерация, что говорит также о низкой вероятности мутаций. Частота второй и третьей ступени соответствует частоте спонтанных мутаций. Но самое существенное то, что клетка, дошедшая до этого этапа, необязательно должна стать раковой. Необходимы еще практически не изученные изменения в клетках или в их ДНК, или в управлении некоторыми генами. Кстати, недавно была обнаружена уникальная способность онковирусов, точнее определенных участков их геномов, дистанционно регулировать активность некоторых клеточных генов (и даже «включение» молчащих генов). Но и этою иногда бывает недостаточно, чтобы возникла опухоль. Решающее значение имеют защитные силы организма, их способность блокировал, развитие опухоли. Правда, это подчас бывает трудно сделал,, поскольку все канцеро­гены, как правило, сильные иммунодепрессанты. И что самое поразительное, опухолеродные вирусы тоже могут подавлять реакции организма. Вызванная вирусом иммунодепрессия ограничи­вает адекватный иммунный ответ на появляющиеся опухолевые клетки. Если онкогенный вирус сам не в состоянии «снять* в должной мерс иммунный ответ, ему в этом могут помочь различные канцерогены, другие вирусы, физиологический процесс старения или же, наконец, нарушение обмена веществ.

Следовательно, нельзя исключить, что предпосылки для развития рака возникают довольно часто. Однако организм каждый раз подавляет их. Все это длится до тех пор, пока однажды не произойдет «осечка» а защилгой реакции или же опухоль, как это было открыто в лаборатории вирусологии и клинической иммунологии МНИОИ им. П. А. Герцена, гге использует совершенно иную идеологию во взаимоолгошениях с организмом. Но об этом дальше.

Любопытный факт был обнаружен при исследовании структуры продуктов онкогенов опухо­леродных вирусов. Оказалось, что формирование мРНК, кодирующих синтез этих белков, осу-

щсствляется путем «сшивания» мРНК, списанный с разных участков онкогена. «Бессмысленные» участки, нс несущие генетической информации (интроны), при «сшивании» выбрасывались.

Аналогичный процесс обнаружен в клетках млекопитающих. Это открытие Нобелевский лауреат Френсис Крик назвал мини-революцией в молекулярной генетике. Дело в том, что полученная информация о строении и функционировании генов высших организмов, очевидно, не только изменит наши представления о синтезе белка, но и разрушит вторую «центральную догму» молекулярной биологии, которая гласит: один ген — один белок. Оказалось, что гены птиц и млекопитающих содержат в себе целые участки «бессмысленной» ДНК, следовательно, имеют мозаичную структуру. Вначале с гена делается промежуточная копия генетической информации, а затем специальные ферменты выделяют из этой копии «бессмысленные» куски, после чего сшивают остальные в одно целое. Это целое поступает на рибосомы и участвует в синтезе белка. Поскольку при «сшивании» могут возникать различные варианты (а это означает в дальнейшем варианты белка), то, по-видимому, надо сказать: «один ген — несколько белков».

Не менее увлекательные открытия были сделаны и при попытках многих ученых «развязать узел» жизни, т. е. разгадать загадку бессмертия опухолевой клетки. Известно, что опухоль возни­кает вследствие утраты здоровой клеткой контроля над своим ростом.

Рост — естественное состояние клеток. Система его «управления» невероятно сложна и пока полностью неизвестна. Не исключено, что познать ее ученым предстоит через изучение именно онкогенеза. Устроена эта система по принципу обратной связи, которая определяет возможность клеток «решать», сколько их должно быть в данном конкретном месте тела. Механизм «пуска и торможения» обусловливается двумя диаметрально противоположными командами: «приказом» для клеток размножаться и «требованием» подавлять свой рост.

Злокачественная опухоль — наиболее распространенный продукт неконтролируемого роста. Опухолевые клетки как бы осуждаются от организма и живут в нем, не подчинясь его законам Опухоли различных тканей растут с различной скоростью, однако в противоположность рас­пространенному мнению ни одна из них не размножается быстрее, чем это делают нормальные клетки той же ткани (особенно регенерирующие). Сравнение деления клеток в различных участках 'злокачественных опухолей позволило выявить, что переферические клетки инфильтра­тивных злокачественных новообразований характеризуется более высокой пролиферативной активностью, чем клетки центральных отделов опухоли.

В жизненном цикле клеток каждого типа возникает множество моментов, когда они должны «решать», следует ли или не следует им запускать механизм клеточного делени. Один из таких моментов — фактор роста связывается с белком рецептора на поверхности клетки и возникаю­щий при этом сигнал передается ядру клетки с тем, чтобы привести его ДНК в состояние, пригодное для деления. Нетрудно представить, что существует много таких звеньев в цепи, ведущей от событий на мембране клетки к делению клетки. Лишь немногие из них изучены. Например, одной из молекул, играющих решающую роль в передаче и умножении митогенных сигналов от клеточной поверхности к ядру, является белковый продукт протоонкогена Raf—1- серинтреониновая киназа, которая фосфори/шрустся (при этом изменяется ее активность) в ответ на митогенную стимуляцию. Это стало известно после трудоемкого исследования, проведенного Д. К. Моррисоном (1990).

Открытие Р. Дулиттла и М. Уотерфилда с коллегами (1983—1984) заключается в следую­щем. На основании данных компьютерного анализа они обнаружили близкое родство белковых продуктов двух, казалось бы, резко функционально различных генетических элементов: онкогена саркомы шерстистых паукообразных обезьян v-sis и фактора роста кровяных пластинок (platelet derived growth factor—PDGF), вырабатываемого тромбоцитами. После 18 мес работы М. Уотерфилд вместе с возглавляемой им группой установили точное расположение 104 аминокислот, из кото­рых состоит молекула PDGF, и обнаружили почти тотальное совпадение их (почти 90%) с аминокислотами продукта гена v-sis. Таким образом, несмотря на то что первый белок — онкобслок — вызывал злокачественные опухоли, а второй, обладая митогенной актив­ностью, стимулировал рост различных клеток (в частности, соединительнотканных и глиальных) и регенерацию поврежденных тканей и заживление ран, как следовало из открытия, гены, кодирующие их, произошли от одного или близкородственных клеточных генов. Молекулярный механизм их действия оказался тоже одинаковым и сводился к стимуляции роста, однако в первом случае он был безконтролен, а в другом всегда прекращался, когда тот или иной орган или ткань приобретали свойственные им формы и размеры или завершалось заживление ран, т. е. послед­ний был строго управляем. Обнаруженное «умение» PDGF включаться при определенных усло­виях в механизм превращения клетки в опухолевую делает его «двуликим Янусом». «Два лица»

PEXjF — это только первый долгожданный, но далеко не последний пример изощренной ковар­ности рака, т. е. оплаты трансформированной клеткой своего бессмертия (а затем все равно гибели вместе с организмом), — такова цена болезни.

А все это произошло и стало известно благодаря чистой случайности. Специалист по вычис­лительной технике П. Стокуалл из Новой Зеландии, обрабатывая очередной массив данных на ЭВМ, подметил близкое сходство между белком вируса, вызывающего саркомы у обезьям, и одним из факторов роста кровяных клеток — PDGF. Сознавая, что он сделал важное наблюдение, П. Стокуалл поставил на распечатке данных большой восклицательный знак и все материалы передал доктору М. Уотерфилду.

Повышать митогенный порог, т. е. делать клетки «компетентными» к пролиферации, как выяснилось, могут и иные факторы роста (ФР), например инсулиноподобный ФР, в то время как другие ФР стимулируют пролиферацию (ФР эпидермиса, ФР фиброблсстов, ФР нервов и др.). Оказалось, что трансформированные клетки могут и сами в некоторых случаях секретировать трансформирующие ФР (ТФР), гомологичные известным ФР, и конкурирующие с ними за связывание с клеточными рецепторами. Более того, выяснилось, что продукты многих протоон­когенов идентичны с рядом ФР или их рецепторами. Продукты онкогенов также идентифициро­ваны как трансмембранные рецепторы ФР с эндогенной тирозинкиназной активностью.

В то же время концепция аутокриниой секреции (производящая ФР клетка одновременно имеет и рецептор к нему), выдвинутая Дж. Тодаро (1982), допускает возможность трансформации клеток и без ТФР и рецепторов к ним. Однако секреция ТФР различными трансформированны­ми клетками при спонтанном, вирусном и химическом канцерогенезе, а также их наличие в разных опухолях человека, очевидно, указывают на весьма распространенный механизм поддер­жания трансформированного состояния самими опухолевыми клетками за счет этих факторов, которые, безусловно, играют существенную роль в прогрессии злокачественных новообразова­ний.

К сожалению, все эти многочисленные, интенсивные и очень трудоемкие разработки молеку­лярных механизмов трансформации клеток, включая и различные ФР, представляют собой в совокупности лишь отдельные, частные звенья изучения этого сложнейшего, многоступенчатого процесса — канцерогенеза. Но, наконец, пришел успех.

В лаборатории вирусологии и клинической иммунологии МНИОИ им. П. А. Герцена был открыт универсальный механизм бессмертия опухолевых клеток, который оказался удивительно простым, однако основывался на абсолютно новом понимании биологии опухолевого роста (Агеенко А. И., Ерхов В. С., 1982—1986, 1989, 1991J. Суть этой новой идеологии отношений опухоль — иммунокомпетентная система организма и новой концепции самоподдержания опу­холи, вначале разработанная теоретически, а затем обоснованная экспериментально, сводилась к следующему. Первым постулировалось положение, согласно которому указанная проблема взаимоотношений опухоль — иммунитет рассматривается значительно шире рамок действия только иммунного надзора, т. е. иммуноингибиции (блокировки) и иммуностимуляции (эта новая концепция также была сформулирована в указанной лаборатории) опухолевого роста. Сущес­твенно, что иммунитет при этом рассматривается как условие генерации разнообразия признаков и на основе иммунологических механизмов функционируют опухолевые клетки так же, как и иммунокомпетентные, т. с. лимфоидные. Второй постулат сводится к тому, что одна из основных функций иммунитета, а именно защитная, выступает здесь как частный случай иммунологичес­кого взаимодействия.

Экспериментально было установлено, что в различных опухолях мышей и человека посто­янно функционирует механизм иммунологического распознавания своих собственных ЭПА, который и обеспечивает иммортализацию (бессмертие) всех новообразований. Происходит это в силу того, что каждый раз акт распознавания сопровождается индукцией синтеза ДНК в опухолевых клетках, причем дня этого нс требуется синтез какого-либо растворимого фактора (типа ФР), а только необходим контакт поверхностей взаимодействующих клеток. Оказалось, что этот ЭПА эволюционно консервативен (одинаков в различных опухолях мышей и челове­ка), устойчив в опухолевой прогрессии (индивидуальное развитие опухоли) и является наиболее стабильным маркером всех неопластически трансформированных клеток (Агеенко А. И., Ерхов В. С. 1982-1986, 1989, 1991; Ерхов В. С., Агеенко А. И., 1986, 19921.

Постоянное функционирование в опухолях различной природы (спонтанные, вызванные вирусами, химическими и физическими канцерогенами и др.) и гистогенеза рецептора иммуноло­гического распознавания ЭПА, представляющего комплексную структуру, обнаруживается с по­мощью особых антиидиотипических антиэмбриональных сывороток, полученных специально

разработанным способом иммунизации животных. Ключевым моментом этой иммунизации явля­ется использование цельных клеток, поскольку, как известно, попытки всех исследователей выделить из опухоли в чистом виде (при этом в процессе очистки нарушается конформационная структура этою сложного комплекса, а с нею и специфичность) какую-либо специфическую структуру (молекулу) до сих пор не привели к желанным результатам. В предлагаемом варианте специфичность тестировалась на основе функциональной активности.

Крайне важно обратить внимание и на чисто практическую сторону этой новой идеологии, особенно после установления факта выхода в циркуляцию и адсорбцию эритроцитами пациентов эгих молекул, содержащих данный идиотип, специфичный для всех типов опухолей. На основе высокой специфичности этого идиотина (маркера) разработан диагностический тест на опухоле­вый рост (RT-тсст), действующим началом которого яа-гяется антиидеотипическая антиэмбрио- нальная сыворотка, используемая в модифицированном тесте гемаглюти нации эритроцитов паци- сн гов (нммуж,модификация СОЭ). RT-тест прошел широкую клиническую апробацию в онколо- шческих клиниках Москвы, клинических больницах и поликлиниках и показал высокую эффек- ізівность. В зависимости от локализации и клинической стадии опухолевого процесса RT-тест характеризуется следующими показателями: чувствительность 76,1—93%, специфичность 66,6—94%. Учитывая стабильное появление (в крови) и сохранение комплексной структуры ЭПА на разных стадиях опухолевой прогрессии, особенно на ранних этапах возникновения новообра- юваний, RT-тест можно использовать в скрининге для отбора групп повышенного риска, а также в мониторинге лечения опухолей, в целях контроля течения раковой болезни и др. (в популяции положительные значения RT-теста составляют 5%).

Предпринимаются и экспериментальные попытки использования новой идеологии рака в тсралии этой коварной болезни. Научный поиск продолжается.

«Вирусы рака чрезвычайно умны и всегда отличались высоким интеллектом».

«И у других аристократов порой рождаются талантливые дети, но у вирусов рака и только у вирусов рака это в порядке вещей».

Марк Твен, 1905.