Следует подчеркнуть, что молекулярные основы изменения гено- и фенотипа клеток при развитии доброкачественных опухолей, равно как и биология их роста, изучаются гораздо менее пристально, чем все то же, относящееся к малигнизации. Это и понятно. Слишком велико значение злокачественных новообразований в патологии человека, поэтому эта глава посвящена только злокачественным новообразованиям.

Естественное развитие большинства злокачественных опухолей проходит через четыре главные фазы: малигни- зацию клеток-мишеней, обозначаемую как трансформация, рост трансформированных клеток, местную инвазию и развитие дистантных метастазов. Молекулярные основы трансформации рассмотрены в предыдущей главе. Ниже речь пойдет о факторах, способствующих росту трансформированных клеток, и биомолекулярных механизмах инвазии и метастазирования [3, 4, 11, 27, 41].

Формирование опухолевого узла из клональных потомков трансформированной клетки — это сложный процесс, на который влияет множество факторов. Некоторые процессы, как, например, удвоение жизни малигнизированных клеток, являются для них внутренними процессами, другие же, как, например, ангиогенез, отражают реакции микроокружения, вызванные опухолевыми клетками или их продуктами. Различные факторы, влияющие на рост новообразования, можно рассмотреть в трех подразделах: кинетика (динамика) роста опухолевых клеток, ангиогенез в опухоли, опухолевая прогрессия и гетерогенность.

Кинетика роста опухолевых клеток, Рассмотрение динамики увеличения опухолевой клеточной популяции следует начать с непростого вопроса: сколько нужно вре мени, чтобы растущая масса опухолевых клеток проявила бы себя клинически? Запомним этот важный вопрос, ответ на который придется дать не сразу. Можно сосчитать, что трансформированная клетка-источник, имеющая примерный диаметр в 10 мкм, должна подвергнуться, по крайней мере, тридцати популяционным удвоениям для формирования массы в 109 клеток, весящей около 1 г. Мы уже говорили, что для первично-локализованных (но не первично-системных, кроветворных) новообразований такие показатели в принципе характеризуют наименьшую, клинически распознаваемую опухолевую массу. Любопытно, что лишь около 10 дальнейших циклов удвоения были бы нужны для достижения массы в 1012 клеток, весившей бы примерно 1 кг. Последние данные в принципе отражают максимальный объем злокачественной неоплазмы, еще совместимый с жизнью. Конечно, приведенные подсчеты основаны на допущении, что решительно все потомки трансформированной клетки сохраняют способность к делению и что в репликационном пуле (фонде воспроизведения) нет клеточной потери. Подобный взгляд на развитие опухоли, как некой патологической «динамо-машины», не является полностью правильным, и мы это обсудим. Тем не менее приведенные подсчеты подчеркивают важность понимания того, что ко времени клинического обнаружения сформированного новообразования его клетки завершают наибольшую часть своего жизненного цикла. Как мы увидим далее, это является главным препятствием при консервативном лечении злокачественных опухолей. Однако вернемся к рассмотрению опухоли как «динамо-машины», т. е. массы быстро и неотступно делящихся клеток.

Зададим три вопроса: каково время удвоения малигнизированных клеток? Какая их фракция находится в репликационном пуле? Каков темп роста, при котором клетки слущиваются и теряются из опухолевого узла? Ответы следующие. Клеточный цикл в опухолевой ткани насчитывает те же пять фаз, что и в норме (G0 , Gt , S, G2 и М). Вопреки иллюзорному представлению о большой скорости деления малигнизированных клеток, современные данные говорят о том, что общая продолжительность их клеточного цикла равна периоду нормального цикла или даже его превышает. Отсюда следует важный вывод, что рост опухолей обычно не связан с укорочением клеточного цикла.

Часть клеток малигнизированной популяции, находящихся в пролиферативном пуле, относится к фракции роста. На ранних, субмикроскопических стадиях первоначального опухолевого роста подавляющее большинство трансформированных клеток состоит в пролиферативном пуле. По мере роста новообразования клетки во все более увеличивающемся количестве покидают этот пул вследствие слущивания (и вообще потери клеток), недостаточного снабжения, ухода во фракцию дифференцировки или возвращения к фазе G0. Действительно, большинство клеток в злокачественном узле остаются в фазах G0 и Gr Поэтому ко времени клинического обнаружения узла большинство его клеток не находится в репликационном пуле. Известно, что даже в «ураганно растущих» опухолях фракция роста не превышает 20% от общего числа малигнизированных клеток.

Однако прогрессивный рост злокачественных новообразований и темп их роста определяется преобладанием воспроизведения клеток над их потерей. В некоторых случаях, особенно с относительно большой фракцией роста, это преобладание велико и приводит к быстрому увеличению узла, а в других случаях оно весьма незначительно. Из всего этого вытекает ряд положений, достойных отдельного рассмотрения.

Темп роста новообразования зависит от величины фракции роста и уровня преобладания воспроизведения клеток над их потерей. При некоторых лейкемиях, лимфомах и мелкоклеточных карциномах легкого фракция ро ста довольно велика, и это обусловливает быстрое клиническое течение таких новообразований. Для сравнения укажем, что многие распространенные опухоли, например рак кишки или молочной железы, имеют небольшие фракции роста, и воспроизведение клеток превышает их потерю примерно лишь на 10% . Такие карциномы имеют тенденцию к гораздо более медленному росту.

Фракция роста опухолевых клеток оказывает важное воздействие на чувствительность неоплазмы к химиотерапии. Поскольку большинство противораковых реактивов действуют на клетки, активно синтезирующие ДНК, нетрудно себе представить, что опухоли, содержащие, скажем, 5% своих клеток в репликационном пуле, являются медленно растущими, но относительно устойчивыми к лечению теми препаратами, которые уничтожают только делящиеся клетки. И напротив, агрессивные опухоли (некоторые виды лимфом и др.), имеющие большой пул делящихся клеток, подчас буквально тают на глазах под влиянием химиотерапии, и лечение может оказаться результативным.

Наилучшим, хоть и грубым морфологическим выражением темпа роста новообразования является частота митозов. Ее можно оценить просто по количеству фигур митоза в единице площади гистологического среза опухолевой ткани, а также с помощью проточной цитометрии или других методик. Если продолжительность клеточного цикла увеличена, что бывает в некоторых новообразованиях, то в любой момент исследования обнаруживается повышенное количество митозов, однако растет ли при этом опухоль быстро или нет — это зависит от таких показателей, как величина фракции роста и темп клеточной потери.

Теперь можно вернуться к вопросу, заданному в начале подраздела. Итак, сколько времени нужно для того, чтобы из одной трансформированной клетки возникла клинически заметная опухоль, содержащая 109 клеток?

Если каждая из дочерних клеток оставалась бы в цикле, не было бы слущивания и клеточной потери, то можно было бы ожидать срок в 90 дней (расчет прост: 30 популяционных удвоений с продолжительностью клеточного цикла в 3 дня). Понятно, что в реальности латентный период прогрессии до того момента, когда новообразование становится клинически заметным, является непредсказуемо долгим. Возможно, он насчитывает годы. Это еще раз подчеркивает то обстоятельство, что ко времени диагностики злокачественные опухоли у человека заканчивают наибольшую часть своей биологической жизни в организме. С момента клинического обнаружения средний период удвоения объема опухоли для таких распространенных форм, как карциномы легкого и толстой кишки, длится от двух до трех месяцев. В то же время для других форм рака этот период может продолжаться как менее одного месяца (некоторые опухоли у детей), так и более одного года (некоторые опухоли слюнных желез).

Опухолевый ангиогенез. Кроме механизмов цитокинетики, темп роста новообразований изменяют ряд других факторов. В начале 70-х годов Дж. Фолкмен показал, что в культуре ткани (in vitro), т. е. при отсутствии васкуляризации, опухолевые клетки могут расти только до узелков диаметром в 1-2 мм. Но когда такие узелки имплантируют в живые ткани (in vivo), то при наличии кровоснабжения из окружающих тканей по капиллярам, врастающим в опухоли, они начинают прогрессировать дальше. Общая мысль о том, что рост новообразований абсолютно зависим от их васкуляризации, не нова и сплошь и рядом подтверждается in vivo. Известно, что в опухолях солидного строения часто возникает некроз. Тщательные исследования показывают: участок некроза внутри опухоли нередко идет параллельно кровеносному сосуду и отделяется от него полосой в 1-2 мм из жизнеспособных малигнизированных клеток. Эта зона в 1-2 мм вокруг сосудов предположительно представляет собой максимальную дистанцию, на величину которой могут легко распространяться вне сосуда кислород и другие питательные материалы из кровотока. В подтверждение высказанной общей мысли ангиогенез также крайне необходим для диссеминации опухолевых клеток, ибо проникновение этих клеток в новообразованные сосуды, идущее гораздо легче, чем в предсуществующие сосуды, способствует метастазированию. Изучение меланом, рака молочной железы и толстой кишки показало полную зависимость вероятности метастазирования от степени выраженности ангиогенеза [3, 4, 11, 27, 41].

Как же развивается кровеносная сеть в растущих злокачественных новообразованиях? Многие исследования показывают, что опухоли содержат факторы, воздействующие на целый ряд событий по формированию новых капилляров. Тумор-связанные факторы ангиогенеза могут вырабатываться опухолевыми клетками или же происходить от клеток воспалительного ответа, например макрофагов, инфильтрирующих новообразование. В настоящее время выделено очень большое количество тумор-связан- ных факторов ангиогенеза. Среди наиболее известных находится семейство гепаринсвязующих факторов роста фибробластов (FGFs). Эти молекулы обладают триадой функций: они обеспечивают хемотаксис и митогенные стимулы для клеток эндотелия, а также вызывают продукцию протеолитических ферментов. Действие последних облегчает проникновение тяжей эндотелиальных клеток в строму опухоли и органа. Другие факторы ангиогенеза, производные опухолевой паренхимы, включают TGF-альфа и бета, EGF, PDGF и сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF). Не все из указанных факторов действуют непосредственно на эндотелий. Например, TGF-бета тормозит рост эндотелиальных клеток in vitro, но является ангио- генным фактором in vivo. Вполне вероятно, что он привлекает макрофаги, которые затем освобождают множество факторов, например FGFs и TNF-альфа. Поскольку ангиогенез важен и для роста, и для распространения новообразования по организму, много внимания уделяется тому, как этот механизм включается и что можно сделать для его задержки. Напомним, что ряд ангиогенных молекул, например FGFs, являются продуктами протоонкогенов, активированных при мутациях. Однако FGFs не имеют сигнальной последовательности для их секреции опухолевыми клетками и потому могут освобождаться из клеток только после их разрушения. Другие факторы ангиогенеза, например VEGF, являются секреторными гликопротеинами, которые могут вызывать васкуляризацию вокруг активно растущих малигнизированных клеток. Процесс ангиогенеза в опухолях может также включать утрату фактора, тормозящего этот процесс и кодируемого предполагаемым канцеро-супрессорным геном. Можно ли использовать современное учение об ангиогенезе в противораковой терапии? В принципе, торможение выработки соответствующих факторов могло бы приводить к истощению малигнизированных клеток, и потому ряд исследований в настоящее время направлен на получение таких тормозящих субстанций. Известен феномен фазы покоя злокачественных опухолей (dormant tumor), а также редчайшие варианты их спонтанного регресса (в течение XX века описано около 200 таких наблюдений). Однако связаны ли эти явления с недостаточностью факторов ангиогенеза, с функцией тумор- супрессорных генов или другими причинами, остается неизвестным.

Опухолевая прогрессия и гетерогенность. Общеизвестно, что в ходе своего развития многие новообразования становятся все более агрессивными и увеличивают свой потенциал злокачественности. В ряде случаев, например при развитии рака толстой кишки, ход прогрессии от пре- допухолевых состояний до доброкачественных опухолей и, наконец, до злокачественных новообразований можно проследить в серийных биоптатах. В этой связи само понятие прогрессия понимается как изменение совокупности признаков опухоли (скажем, генотипа, кариотипа и фенотипа опухолевых клеток, включающего в себя различные черты их морфологической, биохимической и прочей дифференцировки) в направлении все большего усиления злокачественности. Такое все большее «усиление» связано с последовательным появлением клеточных субпопуляций, имеющих гено- и фенотипические отличия от своих предшественников. Отличия выражаются в таких свойствах и признаках, как: инвазивность, новый темп роста, способность к метастазированию, новый кариотип, другая чувствительность к гормонам и противоопухолевым препаратам. Поэтому, несмотря на то что первоначально большинство злокачественных новообразований имеет моноклональное происхождение, ко времени их клинического обнаружения клетки, составляющие их паренхиму, отличаются выраженной гетерогенностью, т. е. неоднородностью в гено- и фенотипическом отношении.

На молекулярном уровне опухолевая прогрессия и связанная с ней гетерогенность, скорее всего, являются результатом множественных мутаций, независимо накапливающихся в разных клетках. Последние дают начало новым субклонам с новыми и разными признаками (правда, эти признаки варьируют в довольно узких пределах, скажем, в пределах одного эпидермального, энтеродер- мального или другого гистиотипа). Окончательно пока не ясно, что же предрасполагает первоначально трансформированные клетки к последующим генетическим повреждениям. Многие исследователи считают, что трансформированные клетки становятся генетически нестабильными, т. е. в высокой степени подверженными случайным, спонтанным мутациям в ходе распространения субклонов. Кроме того, мутации определенных контрольных «генов-мутаторов», например FCC, гена наследственного рака толстой кишки, могут предрасполагать к широкой генетической нестабильности. Некоторые из таких мутаций могут быть летальными и приводить к «выпадению» субклона, другие могут стимулировать рост, действуя на протоонкогены или канцеро-супрессорные гены. Мы уже говорили, что мутации тумор-супрес- сорного гена Р53 позволяют делиться клеткам с поврежденной ДНК. Это делает возможным накопление в них дополнительных мутаций [3, 4, 11, 27, 41].

Все эти механизмы приводят к формированию субклонов, подвергающихся иммунному и неиммунному отбору. Например, клетки с особенно высокой концентрацией опухолевых антигенов подавляются и разрушаются реактивными силами организма, в то время как другие, имеющие сниженную потребность в факторах роста, успешно проходят отбор. Таким образом, растущая опухоль стремится к обогащению такими субклонами, которые «выбивают лишних» в конкурентных межклеточных взаимоотношениях. В этом смысле внутриопухолевая селекция имеет направленный, адаптационный характер, т. к. проявляется в отборе клеток, наиболее приспособленных к дальнейшему выживанию, росту, инвазии и метастазированию. Конечно, генетическая нестабильность, гетерогенность и отбор имеют место еще задолго до клинического обнаружения опухоли.

Темп, с которым формируются мутантные субклоны, весьма различен. Так, у больных остеосаркомами во время их первого обращения к врачу уже всегда обнаруживаются субклоны, способные к метастазированию. При других злокачественных новообразованиях, скажем слюнных желез, агрессивные субклоны формируются медленно и редко.

Механизмы инвазии и метастазирования. Общеизвестно, что прорастание окружающих тканей и дистантное распространение по лимфатическим и кровеносным сосудам — это два главных отличительных признака злокачественного процесса. Они часто являются причиной смерти больных. Для того, чтобы опухолевые клетки освободились из первичного узла, затем проникли в лимфатическое или кровеносное русло и начали вторичный рост в какой-либо дистантной локализации, им нужно пройти ряд ступеней так называемого метастатического каскада. На каждой ступени эти клетки подвергаются множеству различных воздействий и в принципе могут погибнуть. В эксперименте показано, как, несмотря на то что ежедневно из злокачественной опухоли в кровоток проникают миллионы клеток, дистантных метастазов образуется всего несколько. Каковы же основы такой непродуктивности?

Прежде всего, следует сказать, что малигнизированные клетки внутри первичного узла обладают гетерогенностью не только «местного значения», но и в отношении потенций к метастазированию. Лишь некоторые субклоны обладают той комбинацией генных продуктов, которая необходима для прохождения всех ступеней метастатического каскада. Для более удобного рассмотрения этого каскада разделим его на две фазы: инвазию во внеклеточный матрикс и васкулярную диссеминацию с последующим поселением опухолевых клеток в тканях [3, 4, 11, 27, 41].

Инвазия во внеклеточный матрикс. Напомним, что составные части тканей нашего организма разделены двумя типами экстрацеллюлярного матрикса (ЕСМ): базальными мембранами и межуточной соединительной тканью. Несмотря на различную организацию этих типов ЕСМ, каждый из них построен из коллагенов, гликопротеинов и протеогликанов. В ходе продвижения опухолевые клетки должны взаимодействовать с ЕСМ на различных ступенях метастатического каскада. Так, раковая клетка вначале освобождается от прикреплений к соседним раковым или не малигнизированным эпителиоцитам, затем «проламывает» базальную мембрану своего эпителия, потом преодолевает стромальную ткань и далее проникает в сосуд через его базальную мембрану. Причем характерная очередность метастазирования карцином — вначале лимфогенного, затем гематогенного — объясняется двумя обстоятельствами: более близким расположением к эпителиям именно лимфатических, а не кровеносных капилляров, а также отсутствием в лимфатических капиллярах базальной мембраны.

Две последние ступени указанного «проламывания» (а иногда и все три, при метастазировании в эпителиальные комплексы) клетки в обратном порядке проходят в местах, удаленных от первичного опухолевого узла. Инвазию в ЕСМ можно в свою очередь разделить на четыре ступени: разъединение или освобождение малигнизированных клеток друг от друга, прикрепление к компонентам матрикса, расщепление ЕСМ, миграцию опухолевых клеток.

Нормальные клетки прикреплены друг к другу или к компонентам микроокружения с помощью молекул адгезии. Среди этих молекул большое значение имеет семейство кадгеринов, относящееся к трансмембранным гликопротеинам. Эпителиальный Е-кадгерин опосредует адгезию эпителиоцитов, способствуя формированию пласта, или тканевого комплекса. В то же время в карциномах (молочной железы, толстой кишки и др.) регуляция его экспрессии обычно заметно ухудшена. Очевидно, это снижает способность клеток к взаимному прикреплению и облегчает их освобождение из первичного опухолевого узла. Остановимся на этом подробнее.

В последние годы многие авторы посвятили свои работы изменениям эпителиального Е-кадгерина при начальных и глубоко зашедших инвазивных процессах, отражающих развитие рака желудка. Часть из них отталкивалась от сопоставления двух концепций в новейшей литературе. С одной стороны, во многих работах выдвигалось, что кальций-зависимый трансмембранный гликопротеин Е-кадгерин, опосредующий межклеточную адгезию, способен проявлять себя только как супрессор инвазии и метастазирования, и рано или поздно в ходе прогрессии большинства новообразований он прерывает свои функции. С другой стороны, в эксперименте было доказано, что инактивация этого белка обеспечивала промоцию канцерогенеза. Это указывало, что ген Е-кадгери- на CDH1 должен рассматриваться вообще как тумор-суп- рессорный ген. Последняя концепция была поддержана исследователями, показавшими, что сокращенные мутации CDH1 в зародышевых линиях вызывали наследственный диффузный рак желудка и синдром чувствительности к этому аутосомно-доминантному раку. Сокращенные мутации CDH1 в зародышевых линиях были также определены в качестве предрасполагающих состояний для семейных карцином молочной железы и толстой кишки. Это усилило мнение о тумор-супрессорной роли указанного гена.

Обе вышеупомянутые концепции, по мнению многих авторов, примиряло то обстоятельство, что в гастробио- птатах, выполненных с профилактической целью у бессимптомных носителей мутации CDH1 в зародышевых линиях, исследователи обнаружили поверхностные инфильтраты перстневидно-клеточного рака, а также комплексы перстневидно-клеточного рака in situ, местами «окутанные» базальной мембраной. Было также показано, что утрата способности к межклеточным контактам у нормальных клеток, как следствие сокращенных мутаций CDH1 в зародышевых линиях, не только оказывает инициацию и промоцию канцерогенеза, но и вызывает характерный рассыпной инвазивный рост опухолевых клеток.

Имеются сообщения, что лишь 1-3% карцином желудка развиваются в результате предрасположенности к наследственному раку этого органа. По их данным, немногие исследователи выявляли количество семей, пораженных такой болезнью, на основе гистологического типирования опухолей. В 1999 году в Японии было изучено 29 семей, имевших признаки фамильного рака желудка. Вскрылось небольшое преобладание интестинального типа опухоли (58,6%) над диффузным типом (41,4%). В противоположность этому, в Англии лишь 15% подобных семей имели интестинальный тип карциномы. Несмотря на литературные акценты в отношении роли сокращенных мутаций CDH1 в зародышевых линиях для развития наследственного диффузного рака желудка, лишь около 30% семейных карцином диффузного типа, по данным авторов доклада, вызываются мутациями CDH1. Что касается остальных 70% раков, в том числе тех, что вырастают на основе гиперпластического поли- поза желудка, то генетические расстройства, лежащие в их основе, пока неизвестны.

В литературе имеется множество ссылок на данные о роли мутаций CDH1 в зародышевых линиях для возникновения семейной карциномы желудка. Большинство исследователей пришли к общему выводу, что этот рак в большинстве случаев вызывается сокращенными мутациями CDH1. Обычно инактивация аллеля дикого типа при указанной карциноме была обусловлена гиперметилированием промотора гена Е-кадгерина. Биаллельная инактивация сопровождалась уменьшенной или отсутствовавшей иммунореактивностью опухолевых клеток на Е-кадгерин. Изредка отмечалась положительная иммунореактивность к этому белку, которая снижала методическую полезность применявшейся реакции для диагностических целей. По своим гистологическим и иммуногистохимическим характеристикам семейная карцинома желудка оказалась сходной с раком диффузного типа этого органа. Кроме того, авторы наблюдали рядом с опухолевым узлом пучки ямочных эпителиоци- тов с умеренно выраженной, так называемой глобоидной дисплазией. Подобные изменения не были сочтены в диагностическом отношении как имеющие достаточное дифференциальное значение.

Что касается спорадического рака желудка, то при нем соматические мутации CDH1 были найдены примерно у 50% носителей диффузного типа этой опухоли. При сравнительном исследовании выяснилось, что наследственная карцинома желудка в 86% случаев сопровождается сокращенными мутациями CDH1 в зародышевых линиях (типа сплайс-сайт, сдвига рамки считывания и нонсенс-типа), приводящими к построению неактивного протеина; большинство же CDH1-мутаций при спорадическом раке желудка — это внутрирамочные делеции со скиппингом эк- зонов или миссенс-мутации с неизученными функциональными последствиями. В первой группе мутации затрагивают ген Е-кадгерина, а во второй — район экзо- нов 7-9.

Исследователи утверждают, что изменения гена CDH1, а также нарушения регуляции экспрессии Е-кадгерина и полом кадгерин-катениновой системы происходят при многих эпителиальных новообразованиях человека. В работах на эту тему подчеркивается роль Е-кадгерина как супрессора инвазии, имеющего прогностическое значение. Авторы заостряют внимание на тех основных клиникоморфологических параметрах опухолей, которые, по их мнению, могут иметь связь с состоянием Е-кадгерина. Так, они находят различия в экспрессии этого белка при: диффузном и железистом раке желудка, протоковой и дольковой карциноме молочной железы, фолликулярном и папиллярном раке щитовидной железы. Кроме того, в аденокарциномах других локализаций (толстая кишка, простата) также отмечено снижение уровней экспрессии Е-кадгерина, если опухоль имеет низкую дифференциров- ку паренхимы или же развитую стадию распространения [16, 17, 20, 22, 29, 31, 40].

Механизмы биаллельной инактивации гена CDH1 частично совпадают при различных типах опухолевой диф- ференцировки, но исследователи выделили три основных кластера: мутации в зародышевых линиях или соматические вместе с гиперметилированием промотера (диффузный рак желудка); мутации в зародышевых линиях или соматические вместе с утратой гомозиготности аллелем дикого типа (дольковый рак молочной железы); снижение или отсутствие экспрессии Е-кадгерина без определимых CDH1-мутаций (колоректальный рак, диффузный скиррозный вариант папиллярной карциномы и мукоэпидермальный рак щитовидной железы). Многие авторы заключили, что немало фенотипических и клинико-морфологических признаков опухолей сочетаются с функциональным снижением содержания Е-кадгерина: слабые контакты между опухолевыми клетками, диплоидное или почти диплоидное строение этих клеток, те или иные проявления местного и/или лимфогенного распространения с поражением региональных коллекторов.

Для проникновения сквозь окружающий внеклеточный матрикс малигнизированные клетки вначале должны прикрепиться к его компонентам. Доказано, что опосредованное рецепторами прикрепление опухолевых клеток к ламинину и фибронектину, собственно, и определяет дальнейший ход инвазии и метастазирования. Нормальные эпителии экспрессируют для ламинина базальной мембраны родственные рецепторы, поляризованные, т. е. собранные на базальной поверхности эпителиоцитов. В отличие от последних раковые клетки имеют гораздо больше рецепторов, распределенных по всей цитолемме. Имеется соответствие между высокой плотностью распределения указанных рецепторов прикрепления (в карциномах молочной железы и кишки) и способностью их носителей, раковых клеток, к инвазии. Кроме того, малигнизированные клетки экспрессируют также интегрины, способные служить в качестве рецепторов для многих компонентов ЕСМ, включая фибронектин, ламинин, коллагены и витронектин. Опять-таки открыта корреляция между экспрессией, скажем, интегрина альфа4-бета1 (VLA-4) на клетках меланомы и их способностью к мета- стазированию. Однако такая корреляция не универсальна, и, вероятно, опухолевые клетки используют разные механизмы для прикрепления к ЕСМ.

После прикрепления к компонентам базальной мембраны или интерстициального ЕСМ малигнизированные клетки должны прокладывать себе пути для миграции. Инвазия в матрикс ведь не обеспечивается только силами пассивного давления роста, она требует активного ферментного расщепления компонентов ЕСМ. Опухолевые клетки могут сами вырабатывать протеолитические ферменты, либо они индуцируют продукцию протеаз местными клетками, например стромальными фибробластами или макрофагами иммунного инфильтрата. Идентифицированы три класса протеаз: серин, цистеин и металлопротеиназы. Известно, что коллагеназа типа IV является металлопротеиназой, расщепляющей коллаген типа IV базальных мембран эпителиев и сосудистой стенки. Получены доказательства важной роли, которую выполняет эта коллагеназа на ранних этапах опухолевой инвазии. Большое значение в деле расщепления ЕСМ имеют также катепсин D (цистеинпротеиназа) и активатор плазминогена уроки- назного типа (серинпротеиназа). Эти ферменты воздействуют на широкий набор субстратов, включая фибронек- тин, ламинин и белковые стержни протеогликанов. Их уровни содержания в плазме повышены при многих злокачественных новообразованиях. А уровни катепсина D имеют даже прогностическое содержание для больных раком молочной железы. Подмечено, что лица с повышенными плазменными уровнями указанных ферментов обнаруживают более развитые стадии инвазии по сравнению с носителями таких же опухолей, но имеющими низкие уровни.

На следующей ступени инвазии происходит продвижение малигнизированных клеток через расщепленные структуры базальных мембран и зоны протеолиза в матриксе. Миграция опосредована через цитокины, дериваты опухолевых клеток, один из которых называется фактором самопроизвольной подвижности. Это — белок с молекулярным весом в 55 kd, вызывающий подвижность клеток путем связывания со специфическим рецептором. Кроме того, активация хемотаксиса для малигнизированных клеток обеспечивается еще и продуктами расщепления компонентов матрикса (коллагена, ламинина и др.), а также некоторыми факторами роста, скажем, инсулиноподобными факторами роста I и И. Эти факторы принимают участие в процессах селективного расселения опухолевых клеток во внутренних органах и тканях.

Конечно, наиболее очевидным следствием деструкции матрикса является создание путей или «каналов» инвазии для клеток злокачественных новообразований. Однако подчеркнем еще раз, что продукты расщепления различных компонентов матрикса, в частности коллагена и протеогликанов, обладают активностью, стимулирующей рост клеток, а также ангиогенез и хемотаксис [3, 4, 11, 27, 41].

Механизмы метастатического каскада (по [3] и [4] с сокращениями и добавлениями). Итак, метастазирование злокачественных новообразований является динамическим, многоэтапным, каскадным процессом. На онкомор- фологическом уровне можно выделить восемь этапов метастатического каскада и перечислить их в следующей последовательности: •

разъединение, обособление (диссоциация) малигнизированных клеток с полной утратой межклеточных контактов и выход их из озлокачествленного паренхиматозного комплекса в первичном опухолевом узле; •

прохождение таких клеток через базальную мембрану эпителиев в случае раковой (т. е. не саркомной и не кроветворной) природы новообразования; •

прикрепление опухолевых клеток к компонентам внеклеточного матрикса и ферментная деградация (фер- ментолиз) этих компонентов; •

миграция малигнизированных клеток по «каналам деградации» матрикса, т. е. инвазия (активная инфильтрация) в строму пораженного органа; •

ферментолиз сосудистых стенок, проникновение опухолевых клеток в лимфатические и кровеносные капилляры (интравазальная инвазия); •

циркуляция малигнизированных клеток по лимфо- и/или гематогенному руслу; •

прикрепление их к стенке русла, деградация компонентов этой стенки и начало опухолевой инвазии в органе- мишени; •

размножение малигнизированных клеток в зоне экст- равазальной инвазии, преодоление ими иммунных сил и формирование метастатического очага.

Достижение и завершение последней ступени метастатического каскада возможно лишь при условии, что малигнизированные клетки, потомки соответствующих родоначальниц из первичного опухолевого узла, способны к длительному переживанию и устойчивости против различных воздействий на всех этапах каскада. Многие исследователи показали, что среди всех малигнизированных клеток, так или иначе попадающих в циркуляторное русло, лишь менее 0,05% способны в итоге давать начало метастатическим клонам. Особое качество и «метастоген- ные» свойства клеток достигаются в ходе направленного биологического отбора, который имеет некоторые общие внешние черты с естественным отбором видов по Ч. Дарвину. Молекулярные механизмы этого отбора сложны, и в основе его лежат генетическая нестабильность и гетерогенность гено- и фенотипов клеток — представительниц как первичного опухолевого узла, так и метастатических клонов [3, 4]. Надо иметь в виду и то, что в результате неуклонного возобновления «волн» метастатического каскада в первичном опухолевом узле и направленного отбора часто создаются в конце концов некие количества «ме- тастогенных» клеток, вполне достаточные для преодоления всевозможных иммунных барьеров и формирования клинически определяемых метастазов.

Коснемся важнейших биологических механизмов, «работающих» на главных этапах метастатического каскада.

Повторим, что ключевым событием в обеспечении инвазии малигнизированных клеток является их обособление (диссоциация) друг от друга в первичном узле злокачественной опухоли. Показано, что способность к такой диссоциации и дальнейшей активной миграции тесно связана с уровнем цитологической дифференцировки. С давних времен патологи знают, что в зоне (фронте) опухолевой инвазии почти всегда определяется блокада терминальной дифференцировки отдельных опухолевых клеток и даже целых комплексов малигнизированной ткани. Эта блокада облегчает диссоциацию, т. е. разъединение и обособление озлокачествленных клеток из первичного новообразования. На молекулярном уровне установлено, что клеточная диссоциация возникает на основе утраты гомотопической межклеточной адгезии, которая, в свою очередь, обеспечивается двумя главными группами молекул адгезии клеток: 1) суперсемейством иммуноглобулинов, участвующих в кальцийнезависимой межклеточной адгезии, 2) кальцийзависимым семейством кадгеринов [3,4, 17, 20, 29, 40].

К первой группе относятся молекулы: адгезии невральных клеток (N-CAM), канцеро-эмбрионального антигена (СЕА), белка канцеросупрессорного гена, подвергающегося стиранию (делеции) при раке толстой кишки (DCC), гликопротеина клеточной поверхности (MUC-18), связанного с N-CAM и СЕА. Наиболее важные молекулы входят во вторую группу кадгеринов. Они обеспечивают гомотопическую межклеточную адгезию в эпителиальных тканях. Кадгерины — это семейство, состоящее из примерно 30 связанных друг с другом белковых молекул клеточной адгезии, которые для обеспечения этой адгезии посто-

янно нуждаются в кальции и наличии физиологической температуры. Наиболее изученным является белок Е-кад- герин, действующий как супрессор инвазии и метастази- рования.

Е-кадгерин — трансмембранный гликопротеин с молекулярным весом в 120 kDa. Его молекулы обычно экпрес- сированы на базальной и боковой поверхности эпителио- цитов. Внеклеточная часть молекулы является главным звеном в адгезивных контактах с молекулами Е-кадгери- на на других клетках, а ее внутрицитоплазматическая хвостовая часть формирует комплекс с а-, (3- и у-катени- нами, а также с молекулой pl20ctn. Катенины — белки, обеспечивающие связь между Е-кадгерином и микрофи- ламентами актинового цитоскелета. Они участвуют в механизмах сигнальной трансдукции и экспрессии генов.

In vitro стирания цитоплазматической хвостовой части Е-кадгерина или модификации различных катенинов приводят к утрате Е-кадгерин-опосредованной межклеточной адгезии и/или к интенсификации подвижности клеток, а эти два биологических механизма регулируются по-разному.

Указанная адгезия индуцируется малой молекулой гу- анозинтрифосфатазы (ГТФ-азы) Racl, являющейся главным регулятором актинового цитоскелета. Такая индукция регулируется белком IQGAP 1 (из семейства G-белков ГТФ).

In vivo с помощью иммуногистохимических подходов и на примере разных опухолей было показано, что уровни экспрессии Е-кадгерина или катениновых белков противоположным образом коррелировали с интенсивностью диссоциации опухолевых клеток.

Сниженные уровни экспрессии сопровождались плохим прогнозом заболев