Опухолевые клетки

Опухолевые клетки — это дефектные, мутантные, патологические клетки многоклеточного организма, являющиеся частью доброкачественной или злокачественной опухоли. Это клетки, приобретшие тканевый атипизм.

В случае злокачественных клеток клетка приобретает также клеточный атипизм и склонность к неконтролируемому безостановочному делению (вследствие отсутствия контактного торможения), приводящему к неконтролируемому росту размеров опухоли. Злокачественные клетки могут (но не всегда) также приобрести склонность к метастазированию — расползанию и неконтролируемому росту и размножению в тех органах и тканях, в которых обычно клеток этого типа быть не должно.

На фотографии отчётливо видно, что опухолевые клетки карциномы отличаются от нормальных высоким отношением объёма ядра (тёмные области) к объёму всей клетки (светлые).

Процессы образования опухолевых клеток

Процесс образования опухолевых клеток называется - онкогенезом или канцерогенезом. Канцерогенез представляет собой очень сложный патофизиологический процесс (или совокупность процессов), происходящий на молекулярном уровне и, к сожалению, до сих пор не полностью изученный

Процессы, связанные с озлокачествлением нормальных, а также патологических - доброкачественных опухолевых клеток называют малигнизацией, а клетки, образовавшиеся в процессе малигнизации - злокачественными или малигнизированными.

Теории канцерогенеза

Изучение механизмов опухолевой трансформации клетки имеет давнюю историю. До настоящего времени было предложено множество концепций, пытающихся объяснить канцерогенез и механизмы превращения нормальной клетки в раковую. Большая часть этих теорий имеют лишь исторический интерес или входят как составная часть в принятую в настоящее время большинством патологов универсальную теорию канцерогенеза - теорию онкогенов. Онкогенная теория канцерогенеза позволила приблизиться к пониманию того, почему различные этиологические факторы вызывают одно по своей сути заболевание. Она явилась первой единой теорией возникновения опухолей, включившей в себя достижения в области химического, радиационного и вирусного канцерогенеза. Основные положения теории онкогенов были сформулированы в начале 1970-х гг. Р. Хюбнером и Г. Тодаро (R. Huebner и G.Todaro), которые высказали предположение, что в генетическом аппарате каждой нормальной клетки присутствуют гены, при несвоевременной активации или нарушении функции которых нормальная клетка может превратиться в раковую.

В течение десяти последних лет онкогенная теория канцерогенеза и рака обрела современный вид и может быть сведена к нескольким принципиальным постулатам:

• онкогены - гены, которые активируются в опухолях, вызывая усиление пролиферации и размножения и подавление гибели клеток; онкогены проявляют трансформирующие свойства в экспериментах по трансфекции;
• немутированные онкогены действуют на ключевых этапах реализации процессов пролиферации, дифференцировки и программированной гибели клеток, находясь под контролем сигнальных систем организма;
• генетические повреждения (мутации) в онкогенах приводят к высвобождению клетки от внешних регулирующих влияний, что лежит в основе ее неконтролируемого деления;
• мутация в одном онкогене практически всегда компенсируется, поэтому процесс злокачественной трансформации требует сочетанных нарушений в нескольких онкогенах.

Канцерогенез имеет и другую сторону проблемы, которая касается механизмов сдерживания злокачественной трансформации и связана с функцией так называемых антионкогенов (супрессорных генов), оказывающих в норме инактивирующее действие на пролиферацию и благоприятствующих индукции апоптоза. Антионкогены способны вызывать реверсию злокачественного фенотипа в опытах по трансфекции. Практически каждая опухоль содержит мутации в антионкогенах как в форме делеций, так и микромутаций, причем инактивирующие повреждения супрессорных генов встречаются гораздо чаще, чем активирующие мутации в онкогенах. Канцерогенез имеет молекулярно-генетических изменения, которые составляют следующие три основных компонента: активирующие мутации в онкогенах, инактивирующие мутации в антионкогенах, а также генетическая нестабильность.

В общем плане канцерогенез рассматривают на современном уровне как следствие нарушения нормального клеточного гомеостаза, выражающегося в потере контроля над размножением и в усилении механизмов защиты клеток от действия сигналов апоптоза, то есть запрограммированной смерти клетки. В результате активации онкогенов и выключения функции генов-супрессоров раковая клетка приобретает необычные свойства, проявляющиеся в иммортализации (бессмертности) и способности преодолевать так называемое репликативное старение. Мутационные нарушения в раковой клетке касаются групп генов, ответственных за контроль над пролиферацией, апоптозом, ангиогенезом, адгезией, трансмембранными сигналами, репарацией ДНК и стабильностью генома.

Структура клеток

Структура опухолевых клеток резко отличается от структур нормальных, особенно это ярко выражено у малигнизированных опухолевых клеток. Бывают случаи описания полного несоответствия структур опухолевых клеток - атипизма, от которых они происходят и видоизменяются в процессе опухолевой трансформации. Обычно такие клетки относят к недифференцированным или незрелым клеткам. Они обладают рядом свойств отличных от нормальных:

• Рост и деление таких клеток неограничен, иными словами, происходит бесконтрольное деление;
• Отсутствие контактного торможения;
• Видоизменение цитоскелета, приводящее к округлению клеток;
• Полное отсутствие клеточной адгезии;
• Нарушено ядерно-цитоплазматическое отношение, вследствие чего количество ядер в клетке зачастую превышает 2-3.
• Изменённый метаболизм (прежде всего связан с увеличением потребления и расщепления глюкозы, возможен так называемый «эффект Варбурга», в клетках увеличена скорость синтеза ДНК и РНК с последующей сверхэкспрессией).

По своим свойствам опухолевые недифференцированные клетки очень похожи на стволовые клетки.

Структура малигнизированных клеток

В малигнизированных или злокачественных клетках отсутствуют специфические морфологические изменения эндоплазматической сети, рибосом и других органелл, так как в них обнаруживаются лишь те структурные образования, которые свойственны различным стадиям дифференцировки нормальных клеток. В то же время структурные и функциональные характеристики малигнизированных клеток существенно отличаются от нормальных клеток.

Экзоскелет малигнизированных клеток характеризуется значительными количественными и качественными изменениями состава гликолипидов, гликопротеидов, протеогликанов и поверхностных белков. Поверхностным гликолипидам свойственны изменения количества общей сиаловой кислоты, аминосахаров, нейтральных сахаров, упрощение гликолипидного набора и накопление некоторых уникальных гликолипидов, встречающихся в норме в следовых количествах. Малигнизированные клетки, например эпителиоциты, могут сохранять секреторную функцию. Однако секретируемый ими муцин или муциноподобные вещества обретают свойства антигенов, на которые в организме носителя опухоли начинают вырабатываться соответствующие антитела. У женщин антигенактивный муцин часто обнаруживается не только в секрете грудной железы, где локализована злокачественная опухоль, но и в сыворотке крови. При изменениях состава экзоскелета в результате блокирования ферментной активности и синтеза ганглиозидов или возрастания активности гликозилгидролаз и сиалилтрансфераз возникает недостаток контактно-чувствительных связей альфа-галактозил—галактозид, сиалозил—галактозид, сиалозил—сиалозил и др. Это связано с резким усилением секреции сериновых и цистеиновых протеиназ и металлопротеиназ малигнизированны-ми клетками и снижением образования ими ферментов, разрушающих гликозаминогликаны, — хондроитинсульфатов А и С. Активный синтез хондроитинсульфатов ведёт к их накоплению в межклеточном веществе и на мембране клеток.

Ядро малигнизированных клеток характеризуется гипертрофией перинуклеарной области, увеличением ядерных пор, скоплением ядерной зернистости (ядерных рибосом) около ядерной оболочки, неровностью контуров последней в виде впячивания и выпячивания. В малигнизированных клетках возникают отклонения от нормального диплоидного числа хромосом — гетероплоидия, анеуплоидия, гипотетраплоидия, гипертетраплоидия и др. В одной и той же популяции малигнизированных клеток могут присутствовать клетки с разным модальным числом хромосом. В цитозоле малигнизированных клеток снижается активность белкового ингибитора протеазного активатора синтеза ДНК в ядре. Ослабление действия ингибитора усиливает взаимодействие активатора с ядром и деблокирует синтез ДНК в активированных ядрах, что препятствует своевременному наступлению интерфазы митотического цикла в малигнизированных клетках.

Органеллы малигнизированных клеток заметно отличаются от органелл нормальных клеток. В опухолевых клетках рибосомы гипертрофируются, резко увеличивается количество единичных (свободных) и комплексированных рибосом. В митохондриях возникают атрофические процессы, в них снижается активность ферментов цикла Кребса и переносчиков электронов — флавопротеидов, в связи с чем падают эффективность дыхания и его энергетический уровень. Неполноценность системы дыхательных ферментов митохондрий объясняется крайне низким содержанием в них пиридиннуклеотидов. Уменьшение числа, набухание, упрощение структуры митохондрий, торможение реакций цикла Кребса как основного механизма антиоксидантной защиты до образования зачатка опухоли приводит к повышению СO₂ в малигнизированных клетках. Несмотря на селективное накопление витамина Е, в малигнизированных клетках активируются процессы прямого свободнорадикального окисления. Повышенная концентрация свободных радикалов и перекисей способствует дерепрессии части генома, дедифференцировке и стимуляции пролиферации клеток.

В отличие от нормальных клеток в малигнизированных клетках сильно возрастают затраты АТФ на биосинтетические процессы — до 40—50% от общего количества, за счёт чего формируется один из характерных признаков малигнизации — высокая скорость продукции аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и липидов в условиях активации анаэробного гликолиза.

Названия опухолевых клеток

Название опухолевой клеток начинается с названия опухоли и добавления слова - цит (от греч. κύτος - клетка). Например:

• Карциномацит - раковая или карциномная клетка, относится к классу малигнизированных клеток;
• Саркомацит - обобщённое название клеток саркомы;
• Меланомацит - трансформированные меланоциты, клетки меланомы.

Почему опухолевые клетки устойчивы к лекарствам

Несмотря на существенные успехи в области новых препаратов и подходов к лечению опухолей, химиотерапия во многих случаях остаётся малоэффективной. Главным фактором, ограничивающим успешность применения противоопухолевых средств, является лекарственная устойчивость, которая может быть:

• первичной и, следовательно, свойственной злокачественным клеткам до начала лечения определёнными препаратами;
• вторичной, которая развивается в ответ на введение лекарства.

В последнем случае в начале лечения наблюдается положительная динамика, но через некоторое время она исчезает. Высокая изменчивость опухолевых клеток и постоянно действующий отбор на большую злокачественность приводят к тому, что первоначально с помощью препаратов удаётся уменьшить размер опухоли. Позже оставшаяся субпопуляция клеток становится резистентной сразу к целой группе лекарств, развивается так называемая множественная лекарственная устойчивость (МЛУ), сопровождающаяся рецидивами болезни и метастазами. Так, при лечении, например, винкристином, может возникнуть устойчивость опухолевых клеток не только к самому винкристину, но и к другим препаратам, которые не сходны по структуре и функциям с использованным лекарством, таким как доксорубицин и этопозид. Существуют разные механизмы возникновения МЛУ.

Некоторые биохимические механизмы,,лекарственной устойчивости, обнаруженные в опухолевых клетках, вызваны:

• снижением накопления препарата в клетках;
• появлением альтернативных путей метаболизма лекарства;
• изменением структуры клеток-мишеней для данного препарата;
• ослаблением апоптоза - процесса запрограммированной гибели клеток, с помощью которого из организма удаляются изменённые клетки.

См. также

• Контактное торможение
• Канцерогенез
• Химический канцерогенез
• Клеточный атипизм