Опухоль – патологическое разрастание, характеризующееся автономностью и способностью к неограниченному росту.
Различают доброкачественные опухоли, которые растут медленно, не прорастая в ткани, и злокачественные, отличающиеся инфильтративным ростом, прорастанием в окружающие ткани и склонностью к метастазированию. Доброкачественные опухоли могут превращаться в злокачественные.
Индуцирование трансформации нормальных клеток в опухолевые возможно путем внедрения в клетку вируса, воздействия на клетку химических факторов (канцерогенов), ионизирующего и ультрафиолетового излучений, в результате которых происходят нарушения в геноме, заключающиеся в превращении протоонкогенов в клеточные онкогены.
- II. Основная часть
Канцерогены
В течение жизни на многих людей действуют канцерогены (химические, физические, вирусные), которые приводят к стойким изменениям нуклеотидной последовательности ДНК нормальных клеток.
В результате этих изменений возникает раковая клетка, которая приобретает новые свойства:
1) способность к бесконечному количеству митозов;
2) способность к метастазированию;
3) способность активно противостоять системе иммунитета.
При опухолевой трансформации может нарушаться работа отдельных генов.
Возможность возникновения опухоли зависит от 4-х условий:
1) дозы канцерогена;
2) времени воздействия канцерогена;
3) генетической предрасположенности;
4) присутствия ускорителей (эстрогены, желчные кислоты, поваренная соль, фенобарбитал и др.) и замедлителей опухолевого роста (витамины А, Е, С, аспирин и др.).
Основным элементом распознавания «своего» и «чужого» служат молекулы главного комплекса гистосовместимости (сокращённо MHC – от англ. major histocompatibility complex), у человека он обозначается HLA (human lymphocyte antigens) и кодируется в 6-ой хромосоме. Система HLA обладает широким полиморфизмом, представлена комплексом генов HLA – A, B, C, E, F, G, DR, DQ, DP, TAP1, TAP2, LMP-2, LMP-7 и другими. Часть собственных белков, синтезированных клеткой, сразу расщепляется мультикаталитическим протеасомным комплексом, субъединицами которого являются продукты генов LMP-2 и LMP-7. Функцией LMP-2 и LMP-7 является приведение размеров пептидов в соответствие со связывающими сайтами молекул HLA.
Каждый человек имеет 2 набора HLA генов, один получен от отца, второй от матери. Существует большое разнообразие вариантов генов HLA – A, B, C, E, F, G, DR, DQ, DP. Эти варианты называются аллелями и обозначаются цифрами.
Например, по основным молекулам HLA класса I фенотип человека может выглядеть следующим образом: HLA-A3, 34; B14, 58; Cw6,3. От этого зависит, какие пептидные фрагменты опухолевого антигена будут представлены на поверхности опухолевой клетки в комплексе с молекулами HLA класса I, а какие – нет.
Т-лимфоциты в противоопухолевом иммунитете
Главным элементом активной противоопухолевой защиты в организме являются цитотоксические Т-лимфоциты, или Т-киллеры (от англ. killer – убийца). На поверхности опухолевой клетки антигены представлены не только в виде единой молекулы, но и в виде фрагментов в комплексе с молекулами HLA.
Распознавание опухоли Т-киллерами зависит от наличия на опухолевой клетке различных антигенов, причем для Т-лимфоцитов важна последовательность аминокислот полипептидной цепи, а не то, каким образом она уложена в пространстве. Чтобы Т-лимфоцит ответил на антиген, он должен быть представлен антигенпредставляющей клеткой (APC, от англ. antigen presenting cell). К APC относятся В-лимфоциты, макрофаги, дендритные клетки, которые специализируются на переработке чужеродного и собственного дефектного материала. Антигенный белок поглощается APC. Внутри клетки белок расщепляется на пептидные фрагменты длиной до 10-20 аминокислот. Эти пептидные фрагменты перемещаются на плазматическую мембрану APC и вместе с молекулами HLA образуют рецепторы, распознаваемые Т-лимфоцитами. Для этого у Т-лимфоцитов имеется собственный Т-клеточный рецептор (TCR, от англ. T-cell receptor). TCR состоит из комплекса пептидов – a, b, e, g, d, z, h, каждый из которых кодируется отдельным геном. Связывания TCR с опухолевым пептидом, представленным молекулой HLA, обычно недостаточно для действия Т-киллера. Необходимо связывание ещё одной молекулы Т-киллера – CD8-корецептора – с молекулой HLA клетки-мишени. TCR у Т-киллеров и Т-хелперов (от англ. help – помощь) кодируются одинаковыми генами, но корецептор у хелперов представлен другим белком – CD4. Корецептор-CD4 связывается с HLA класса II, корецептор CD8 – с молекулами HLA класса I. Если незрелой Т-клетке антиген представляет макрофаг с белком HLA класса I, то возникает клон Т-киллеров. Если антиген представляет макрофаг с белком HLA класса II, то возникает клон Т-хелперов. В популяции человека существует много белков HLA, но у каждого индивида имеется лишь по два гена для молекул HLA каждого типа.
Способность Т-киллеров отвечать на опухолевые клетки также зависит от молекул MHC опухолевой клетки. Молекулы MHC класса I кодируются в опухолевых клетках мыши генами H-2K и H-2D, а у человека – генами HLA-A, HLA-B, HLA-C. Ген HLA-A человека соответствует гену H-2K мыши. CD8-корецептор Т-киллера эффективно связывается с молекулой H-2K и не связывается с молекулой H-2D. Чем больше молекулы H-2K преобладают на плазматической мембране над молекулами H-2D, тем более заметными для Т-киллеров становятся опухолевые клетки. Чем выше экспрессия гена H-2D, тем чаще опухолевые клетки ускользают от иммунного ответа Т-киллеров в кровеносном русле и дают метастазы.
Экспрессия генов H-2K и H-2D изменчива. Интерфероны a и b, введённые вместе, индуцируют экспрессию гена H-2D, а g-интерферон усиливает экспрессию гена H-2K. Таким образом, экспрессию генов H-2K и H-2D можно регулировать, усиливая тем самым ответ Т-киллеров на опухоль. Кроме этого, γ-интерферон подавляет ангиогенез.
Т-киллер, связавшись своими рецепторами с опухолевой клеткой, вступает с ней в плотный контакт, для чего необходим Mg++, и выбрасывает белки перфорины. Перфорины встраиваются в мембрану опухолевой клетки и в присутствии Ca++ полимеризуются, образуя каналы, через которые в клетку входит избыточное количество воды, и опухолевая клетка разрывается. Т-киллер уничтожает лишь несколько опухолевых клеток, после чего в нём истощаются запасы энергии и перфоринов, и он погибает сам.
NK-клетки в противоопухолевом иммунитете
Важным элементом противоопухолевой защиты являются естественные клетки-убийцы, сокращённо – NK-клетки (от англ. nature kller). У здорового человека в норме количество NK-клеток должно быть не менее 170 в одном микролитре. Эти клетки принимают активное участие в противовирусной и противоопухолевой защите. Особенностью действия NK-клеток является то, что они уничтожают клетки, на которых снижена экспрессия молекул HLA I класса.
На поверхности натурального киллера имеются несколько важных молекул, от которых зависит, быть или не быть цитотоксическому ответу. Одной из таких молекул является CD16 (низкоаффинный рецептор к иммуноглобулину G (IgG)). Если на поверхности опухолевой клетки имеются антитела G класса, то именно через эти антитела натуральный киллер, с участием CD16 молекулы, присоединяется к опухолевой клетке. Другой важной группой молекул, присутствующей на поверхности натуральных киллеров, являются CD158 молекулы, которые имеют ещё два названия: иммуноглобулинподобный рецептор киллерных клеток (KIR) или ингибирующий рецептор киллерной клетки (KIR). KIR семейство включает в себя 12 генов. Различные KIR молекулы взаимодействуют с различными HLA-молекулами I класса. KIR-молекулы NK-клеток исполняют роль рецепторов для молекул HLA I класса нормальных клеток нашего организма.
Ингибиторную функцию у NK-клеток также осуществляет молекула CD94/NKG2, которая специфична для HLA-E молекул. В отличие от KIR молекула CD94/NKG2 относится к лектинподобным молекулам. В норме на всех ядросодержащих клетках нашего организма присутствуют молекулы HLA I класса. При заражении клеток организма вирусами или при опухолевой трансформации клеток может изменяться экспрессия этих HLA молекул. Уменьшение экспрессии молекул HLA I класса отменяет ингибирующее действие KIR молекул NK-клеток и неполноценная клетка уничтожается натуральными киллерами.
Таким образом, натуральные киллеры защищают наш организм от опухолевых клеток с низкой экспрессией HLA молекул. После плотного контакта натурального киллера с опухолевой клеткой осуществляется выброс NK-клеткой белков – перфоринов, которые встраиваются в мембрану опухолевой клетки и образуют пору. После этого натуральный киллер отходит от опухолевой клетки, а через образованные перфоринами поры в опухолевую клетку начинает поступать межклеточная жидкость, опухолевая клетка набухает и разрушается. На поверхности NK-клеток имеется большое количество активационных молекул. Это рецепторы к IFN-g, IL-2, IL-12, IL-15, IL-18. На поверхности всех натуральных киллеров имеется молекула, называемая FAS-лиганд (CD178), вызывающая программируемую гибель клетки-мишени. Активация NK-клеток интерлейкином-2, интерлейкином-12 приводит к усилению экспрессии (CD 178) на NK-клетках. Взаимодействие CD16 с IgG оказывает аналогичное действие. Таким образом, уничтожение опухолевой клетки может происходить и через взаимодействие CD178 с рецепторами апоптоза на опухолевых клетках. У людей, имеющих малое количество и/или низкую функциональную активность NK-клеток, значительно чаще развиваются онкологические заболевания.
Макрофаги в противоопухолевом иммунитете
Опухолевые клетки синтезируют фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (МИФ), который является необходимым элементом опухолевого роста. МИФ в опухолевом росте выполняет одновременно две важные функции. Под действием МИФ макрофаги, пришедшие к опухоли, теряют свою подвижность, но сохраняют способность синтезировать биологически активные вещества. МИФ лишает макрофаги возможности передать информацию об обнаруженной опухоли другим иммунокомпетентным клеткам, позволяет опухоли использовать обездвиженный макрофаг как фабрику по производству большого количества активатора плазминогена. Благодаря активатору плазминогена, синтезируемому макрофагами, опухолевые клетки приобретают способность проникать в кровеносное русло и распространяться по организму.
При активации Т-лимфоцитами макрофаги превращают аргинин в окись азота и с помощью этого токсичного свободнорадикального соединения убивают опухолевые клетки. Это происходит следующим образом. Активированный Т-лимфоцит выделяет γ-интерферон. Он подаёт сигнал, мишенью которого является ядро макрофага. Этот сигнал вызывает образование синтазы окиси азота, превращающей аргинин в окись азота, которая разрушает опухолевые клетки, подавляя энергообразование в цикле Кребса и при транспорте электронов в митохондриях. Окись азота подавляет синтез ДНК. Без синтазы окиси азота и аргинина защитная активность у макрофага отсутствует. Производные аргинина, особенно метильные, блокируют как образование нитратов в макрофагах, так и способность макрофагов разрушать опухолевые клетки.
В-лимфоциты в противоопухолевом иммунитете
При взаимодействии опухолевого антигена и В-лимфоцита, рецептор которого соответствует данному антигену, происходит отбор реагирующих В-лимфоцитов. Они перерабатывают опухолевые антигены и активируются. У активированных В-лимфоцитов процессированный антиген представлен на плазматической мембране в комплексе с белком MHC класса II. Зрелая Т-хелперная клетка, прошедшая антигенспецифичную активацию макрофагом с белком MHC класса II, связывается с активированным В-лимфоцитом. Это приводит к выделению Т-хелпером интерлейкина-2, под действием которого В-клетка делится и дифференцируется, превращаясь в плазматическую клетку. Зрелая плазматическая клетка секретирует антигенспецифичные иммуноглобулины (антитела).
Опухольспецифичные антитела связываются с антигенами опухоли. Но опухолевая клетка имеет интересную особенность: она может терять свои поверхностные антигены, как ящерица отбрасывает хвост, когда за него её поймают.
Фоновый уровень комплемента у человека недостаточен для развития антителозависимого лизиса опухолевой клетки. Комплекс антиген-антитело покидает опухолевую клетку раньше, чем происходит активация и полимеризация комплемента.
Образующиеся противоопухолевые антитела и циркулирующие иммунные комплексы усугубляют развитие болезни. Они блокируют антигены опухолевых клеток и рецепторы Т-киллеров, защищая опухолевую клетку от цитолитического удара.
Противораковые вакцины
Основной задачей противоопухолевой вакцинации или активной специфической иммунотерапии являетсяиндукция и поддержание иммунного ответа, направленного на распознавание и элиминацию иммунорезистентных опухолевых клеток с помощью противоопухолевых вакцин. Клинические исследования активной специфической иммунотерапии больных с опухолями различных локализаций проводятся в настоящее время во всех онкологических центрах мира. Современные исследования в области создания противоопухолевых вакцин включают два основных направления: 1) совершенствование разных этапов традиционной технологии и 2) разработку нового поколения вакцин на основе достижений молекулярной биологии и теоретической иммунологии.
III. Заключение
Проблема онкологических заболеваний остается приоритетной для современного общества. На протяжении 90-х годов ежегодно от рака в мире умирало 8 млн человек. По прогнозам ВОЗ с 1999 года по 2020 год заболеваемость онкологическими заболеваниями и смертность возрастут в 2 раза: с 10 до 20 млн. новых случаев и с 6 до 12 млн. регистрируемых смертей. Учитывая, что в развитых странах наблюдается тенденция к замедлению роста заболеваемости и снижение смертности от злокачественных опухолей, то понятно, что основной прирост придется на развивающиеся страны.
Рак – бич человечества. По смертности он занимает второе место после сердечно-сосудистых заболеваний, по страху, который внушает людям, – первое. Многие тысячи исследователей стремятся понять его причины, найти пути к его профилактике и лечению. Десятки институтов и сотни лабораторий во всем мире работают над этой проблемой, обеспечивая успех в ее понимании и медленный, но неуклонный прогресс в профилактике и лечении.
