Канцерогены и развитие рака

Канцерогены, рак Фундаментальная аномалия, приводящая к развитию рака — это постоянная неконтролируемая пролиферация раковых клеток. Накопление повреждений определённы х участков ДНК приводит к нарушению механизмов контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток.

Вместо того чтобы реагировать на сигналы, которые контролируют нормальное поведение клеток, злокачественные клетки бесконтрольно растут и делятся, проникая в близлежащие ткани и органы, и в конечном счёте через кровь и лимфу распространяется по организму, что приводит к появлению новых очагов опухолевого роста. Этот процесс называют метастазированием.

Раковые клетки

Раковые клетки — это клетки, которые непрерывно делятся, образуя солидные опухоли или наполняя кровь атипичными (аномальными) клетками. Деление клеток — процесс образования из родительской клетки двух и более дочерних клеток, используемый организмом для развития и восстановления.

В ходе деления появляются дополнительные клетки, которые используются для создания новой ткани или для замены утраченных клеток, которые погибли в результате старения или повреждения. Здоровые клетки прекращают делиться, если в этом нет необходимости. В свою очередь, раковые клетки постоянно продуцируют себе подобные.

Более того, злокачественные (или малигнизированные) клетки способны метастазировать. Метастазирование — процесс образования вторичных злокачественных опухолей (метастазов) в результате распространения клеток из первичного очага в другие ткани.

Классификация

Злокачественные новообразование различаются по типу клеток, из которых они возникают.

Карцинома — раковая опухоль из клеток эпителиального происхождения. Эпителиальная ткань — слой клеток, располагающийся на тонкой базальной мембране. Она выстилает поверхность кожи, внутреннюю поверхность органов дыхательной, пищеварительной, мочеполовой систем; образует железы.
Лейкемия возникает в тканях, ответственных за выработку новых клеток крови, чаще всего это происходит в костном мозге.
Лимфома и миелома формируются из клеток иммунной системы.
Саркома возникает в соединительной ткани, включая мышцы и кости.
Опухоли из клеток нервной системы .
Мезотелиома возникает из клеток мезотелия; слой плоских клеток, выстилающий поверхность брюшины, плевры, перикарда и других серозных оболочек.

Гистология

Морфологические особенности раковых клеток выявляются с помощью микроскопии. Характерные признаки злокачественной клетки — крупное и нерегулярной формы ядро, а также аномалии цитоплазмы.

Ядро

Форма, размер, состав белка и структура ядра часто изменяются в злокачественных клетках. Появляются бороздки, складки или углубления, хроматин может агрегироваться или диспергироваться, а ядрышко увеличиваться в размерах.

В нормальных клетках ядро часто имеет круглую или эллипсоидную форму, в свою очередь, в раковых клетках его контуры обычно нерегулярны. Различные комбинации отклонений характерны для разных типов рака. Выявление аномалий ядра часто используется в качестве маркера для постановки диагноза злокачественного заболевания.

Теломеразы

Раковые клетки обладают уникальными свойствами, которые, по мнению учёных, делают их «бессмертными». Фермент теломераза используется для продления жизни раковой клетки, в то время как теломеры большинства клеток укорачиваются после каждого деления, чем определяется продолжительность жизни клеток.

Теломераза удлиняет клеточные теломеры, и в злокачественной опухоли наблюдается активность этого фермента. Это одна из основных причин того, почему раковые клетки накапливаются, что приводит к росту опухоли.

Раковые стволовые клетки и лекарственная устойчивость

На поверхности раковых клеток учёные обнаружили молекулу, которая, по-видимому, способствует устойчивости к лекарственным средствам путём преобразования опухолевых клеток обратно в состояние, подобное стволовым клеткам.

Оказалось, что само лечение стимулирует эту трансформацию путём активации определённого молекулярного пути. К счастью, существуют лекарства (например, бортезомиб), которые могут воздействовать на этот путь, тем самым обращая клеточную трансформацию вспять. Таким образом, опухоль «повторно сенсибилизируется» к лечению.

Канцерогены

Это любое вещество, радионуклид или ионизирующее излучение, которые способствуют появлению злокачественных клеток и развитию рака. Они могут вызвать необратимые изменения генома или нарушить клеточный метаболизм. Асбест, диоксины и табачный дым являются яркими примерами химических канцерогенов.

Одним из ярких примеров канцерогенов природного происхождения является афлатоксин B1, который вырабатывается грибом Aspergillus flavus. Аспергиллы развиваются на зерне во время его хранения, на плодах, овощах, орехах и арахисовом масле. Кроме того, известно, что вирус гепатита B и вирус папилломы человека также могут вызывать у людей развитие злокачественных опухолей. В 1910 году Пейтоном Раусом был выявлен вирус саркомы Рауса, который вызывает рак у животных. Не только вирусы могут стать причиной появления у человека злокачественной опухоли, но и другие микроорганизмы, включая некоторые бактерии (например, Helicobacter pylori), и гельминты (например, Opisthorchis viverrini и Clonorchis sinensis).

Диоксины и диоксиноподобные соединения, бензол, кепон и асбест рассматриваются как основные канцерогены. Ещё в 1930-х годах промышленный дым и табачный дым были определены как источники десятков канцерогенов, в том числе бензапирена, нитрозонорникотина и формальдегида. Винилхлорид, из которого производится ПВХ, также является канцерогеном.

Ко-канцерогены — это химические вещества, которые необязательно вызывают рак самостоятельно, но способствуют активности других канцерогенов.

Канцерогенез

Канцерогенез (лат. cancerogenesis; зарождение, развитие) — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития рака, в котором взаимодействуют друг с другом большое количество факторов, нарушающих нормальный рост и деление клеток. В канцерогенезе могут принимать участие как внутренние факторы, такие как наследственность, иммунология и гормоны, так и внешние — химические вещества, вирусы, диета и радиация.

Считается, что только в 5% случаев причиной рака являются химические вещества (например, асбест и каменноугольная смола). Основными причинами рака являются факторы образа жизни, такие как диета, сигаретный дым, алкоголь и солнце. Фактически, на диетические факторы приходится 35% всех случаев рака, а с сигаретным дымом ассоциировано 30%.

Какова бы ни была причина рака, его развитие является многостадийным процессом, включающим повреждение генетического материала. Эти повреждения в основном происходят в генах, белки которых ответственны за нормальный рост и деление клеток.

Стадии канцерогенеза

Выделяют 4 стадии канцерогенеза: инициация, промоция, прогрессирование и злокачественная конверсия. Каждая из стадий канцерогенеза может протекать в течение многих лет.

Первая стадия, инициация, включает изменение генетического состава клетки, что возникает случайно или в результате взаимодействия канцерогена и ДНК. Клетка имеет множество механизмов для восстановления повреждённой ДНК. Однако если репарация не происходит и повреждение ДНК возникает на участке нахождения гена, который регулирует рост и пролиферацию клеток, репарацию ДНК или функцию иммунной системы, то клетка становится более склонной к злокачественному перерождению.

В стадии промоции клетка с ключевой мутацией делится быстрее, чем в норме, возникает популяция подобных ей клеток. Это приводит к формированию доброкачественной опухоли. Эта стадия обычно обратима, о чём свидетельствует тот факт, что после прекращения курения лёгочная ткань восстанавливается.

Фаза прогрессирования менее понятна. В этой стадии происходит дальнейшее накопление опухолевых клеток. Их генетический материал более хрупок и более подвержен мутациям. Накапливаются мутации в генах, которые регулируют рост и функцию клеток, таких как онкогены, гены-супрессоры опухолей и гены, ответственные за ДНК-репарацию.

Заключительный этап канцерогенеза — конверсия, то есть, когда растущая опухоль становится злокачественной и, возможно, метастатической.