Геронтологические аспекты молекулярной онкологии

Настоящий обзор рассматривает молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе частой встречаемости онкологической патологии у пожилых. Установлено, что злокачественная трансформация возникает вследствие накопления 5-6 и более соматических мутаций в одном и том же клеточном клоне. Для аккумуляции критического количества генетических повреждений в онкогенах и антионкогенах необходимо время, поэтому злокачественные заболевания характерны преимущественно для второй половины жизни человека. По-видимому, декомпенсация стареющего организма, выражающася в иммунологических и гормонально-метаболических нарушениях, является вспомогательным фактором, способствующим пролиферации трансформированных клонов. Рак у молодых встречается относительно редко. Раннее появление опухоли может быть спровоцировано присутствием врождeнной "раковой" мутации, интенсивной канцерогенной нагрузкой, иммунодефицитом, эндокринными сдвигами и т.д. Исторически, многие гипотезы указывали на общность молекулярных механизмов рака и старения. Однако, большинство подобных теорий не выдерживают экспериментальной проверки. В частности, "теломеразная гипотеза", по-видимому, адекватно объясняет многие аспекты клеточного деления, дифференцировки и апоптоза, однако правомочночть еe универсального приложения к онкологическим и геронтологическим процессам ставится сегодня под сомнения. Работа предназначена для широкого круга специалистов, поэтому данные излагаются в максимально упрощeнном виде.

Ключевые слова: неоплазмы, старение, генетика, онкогены, антионкогены

РАК КАК ТИПИЧНАЯ ГЕРИАТРИЧЕСКАЯ ПАТОЛОГИЯ
Преобладание онкологической патологии среди пожилых индивидуумов является общеизвестным фактом. Действительно, возраст более чем 90% онкологических пациентов превышает 45 лет. С другой стороны, риск возникновения новообразования на протяжении жизни составляет примерно 40% для мужчин и около 50% - для женщин [14]. Высокая встречаемость неоплазм среди гериатрической категории людей, а также общность многих механизмов канцерогенеза и старения позволила отечественному онкологу, В.М. Дильману, отнести опухоли к "нормальным болезням старения" [1].
Неудивительно, что практически все "теории рака", появившиеся на разных этапах развития онкологии, включали в себя попытки объяснить ассоциацию онкологической заболеваемости с пожилым возрастом. Представляется уместным условно выделить среди подобных концепций 2 группы гипотез [4].
К первой группе следует отнести теории, рассматривающие в качестве первопричины рака феномен накопления соматических мутаций. Суть их сводится к тому, что на протяжении жизни организма в клетках накапливаются различные нарушения генома. Эти генетические повреждения могут возникать как спонтанно, так и под воздействием канцерогенов. Причиной образования опухоли является появление онкологически-значимой мутации (мутаций) в какой-либо клетке, что и приводит к инициации трансформированного клона. Вероятность присутствия такого генетического события неуклонно увеличивается на протяжении всей жизни организма, поэтому встречаемость опухолей у пожилых людей заметно выше, чем у молодых. Если накопление мутаций стимулируется воздействием канцерогенов окружающей среды (например, табачного дыма) или эндогенных метаболитов (например, свободных радикалов), а также нарушениями в процессах репарации ДНК, заболевание может проявляться и в относительно раннем возрасте [4, 6, 13, 16].
Вторая группа гипотез придавала ключевое значение гериатрическим нарушениям организма-хозяина, способствующим прогрессии опухолевого клона. В частности, иммунологическая теория рака предполагала, что злокачественные клетки "ускользают" от защитных факторов организма вследствие возрастного угасания иммунной системы. Другие исследователи фокусировались на гормонально-метаболических сдвигах, способствующих разрегулированности процессов пролиферации и дифференцировки у пожилых [1, 4].
Справедливо заметить, что современные воззрения на возрастные аспекты канцерогенеза признают и роль мутационного процесса как такового, и значение предрасполагающих (в т.ч. и возрастных) изменений в организме. Тем не менее, сегодняшние представления отводят центральную место именно накоплению генетических повреждений в клетке, а иммунологические, гормональные и метаболические нарушения чаще всего рассматриваются в качестве вспомогательных факторов.

РАК КАК РЕЗУЛЬТАТ НАКОПЛЕНИЯ МУТАЦИЙ
К настоящему времени убедительно показано, что опухолевые клоны возникают вследствие геномных нарушений. Подобные повреждения затрагивают несколько классов генов [2].
Наиболее известной категорией онкоассоциированных генов являются онкогены. Онкогены - это гены, которые в норме оказывают позитивное влияние на процессы клеточной пролиферации и/или супрессируют программируемую клеточную гибель (апоптоз). В опухолях зачастую выявляются активированные формы онкогенов. Активация онкогенов может осуществляться вследствие их амплификации, увеличения экспрессии или повышения ферментативной активности продукта.
Амплификация гена - это генетическое нарушение, выражающееся в увеличении его копийности в геноме. Подобный механизм в наибольшей степени характерен для онкогенов семейств ERBB и MYC. Термин "увеличение экспрессии" ("суперэкспрессия", "оверэкспрессия") в контексте онкологических исследований чаще отражает не столько ускорение транскрипции и/или трансляции, сколько повышение суммарного количества специфического РНК-транскрипта и/или онкобелка. Механизмы подобного явления понятны лишь в общих чертах. Случаи суперэкспрессии были описаны для большинства известных онкогенов. Однако, истинное патологическое значение подобного нарушения для каждого конкретного онкогена и/или каждой опухоли как правило определить нелегко. Действительно, зачастую повышение экспрессии онкогенов, по-видимому, не является следствием мутаций, а отражает физиологические процессы, связанные с пролиферацией злокачественного клона. И, наконец, увеличение ферментативной активности онкобелков наблюдается при поражении регуляторных доменов данных ферментом. Классическим примером являются активирующие мутации в онкогенах семейства RAS [2].
Следующий класс онкоассоциированных генов - т.н. антионкогены (супрессорные гены). В норме они осуществляют негативный контроль клеточного деления и/или способствуют апоптозу. В опухолях наблюдается инактивация онкогенов, выражающаяся в их делеции, снижении экспрессии или угнетении функциональной активности продукта. К "классическим" онкогенам относят p53, RB-1, APC, DCC и т.д. По-видимому, значимые нарушения в антионкогенах встречаются намного чаще чем таковые в онкогенах. Это связано с тем, что инактивирующая мутация более вероятна чем активирующая [2].
К началу 90-х гг. в онкологии сформировалась точка зрения, в соответствии с которой причиной возникновения большинства опухолей считается сочетание мутаций в онкогенах и антионкогенах. Очень важно подчеркнуть, что суммарное количество подобных генетических повреждений составляет не менее 5-6 на опухолевую клетку. По-видимому, чаще всего подобные мутации возникают последовательно и вне зависимости друг от друга. Тем не менее, одновременное появление генетических нарушений также возможно. Подобный молекулярный патогенез был наиболее убедительно продемонстрирован на примере злокачественных опухолей толстой кишки. Доказательства множественности молекулярно-генетических повреждений для других типов неоплазм также весьма весомы, хотя сведения о стадийности мутаций, т.е. о последовательном характере их появления, менее исчерпывающи [9, 11].
В середине 90-х гг. молекулярные онкологи стали отдельно выделять третью группу онкоассоциированных генов, которые провоцируют образование несколько обособленной категории опухолей. Речь идeт о генах репарации ДНК. Установлено, что инактивация подобных генов наблюдается примерно в 15% опухолей толстой кишки, и реже - в новообразованиях желудка, эндометрия и некоторых других органов. В результате в клетке с нарушенной репарацией накапливается более тысячи мутаций. Вероятно, причиной злокачественной трансформации также является сочетанное поражение онкогенов и антионкогенов, однако в данном случае повреждения последних являются не первичной причиной опухолевого роста, а следствием триггерного генетического события. Разумеется, на долю онкогенов и антионкогенов приходится менее 1% выявленных мутаций, остальные же генетические нарушения в злокачественном клоне носят характер "шума" [12].

ПОЧЕМУ РАК ЧАЩЕ ВОЗНИКАЕТ В ПОЖИЛОМ ВОЗРАСТЕ?
Демонстрация множественности генетических нарушений в каждой опухоли является очень существенным достижением молекулярной онкологии. По существующим на сегодняшний день представлениям, клетки, несущие одну "раковую" мутацию, возникают достаточно часто. Однако, в связи с недостаточностью единичного молекулярного события для злокачественной трансформации, подобные мутированные клоны практически не обладают селективным преимуществом, или обладают им в небольшой степени. Тенденция к автономной пролиферации наблюдается лишь при "наслоении" последующих патогенетически значимых мутаций. Таким образом, если частоту мутационного события принять за 1/x, то вероятность появления двух мутаций в одной и той же клетке будет (1/x), двух - (1/x)2, трeх - (1/x)3, четырeх - (1/x)4 и т.д. Эти расчeты показывают, что шанс накопления критического количества повреждений - 5-6 онкоассоциированных мутаций - чрезвычайно невелик [2, 9, 11].
Справедливости ради следует заметить, что подобная оценка носит излишне механистический характер. С одной стороны, она несколько занижена. Действительно, во-первых, некоторые генетические события сами по себе ускоряют частоту появления последующих мутаций (например, инактивация генов репарации, о которых говорилось выше). Во-вторых, по-видимому, некоторые мутации (сочетания мутаций), способны приводить к клональной экспансии вследствие "пограничных" нарушений регуляции пролиферации, дифференцировки, апоптоза. Хотя подобные клоны не обладают злокачественными свойствами, они могут вытеснять немутированные клетки, что в свою очередь приводит к увеличению количества "опасного" субстрата для последующих мутаций. С другой стороны, приведeнные расчeты можно расценивать как завышенные, так как они не учитывают процессы физиологической элиминации изменeнных клеток (например, посредством иммунных реакций).
Тем не менее, вне зависимости от деталей, приведeнные соображения не оставляют сомнений в том, что для возникновения большинства опухолей необходимо время. Чем дольше живeт человек, тем больше шансов на накопление критического набора мутаций в каком-либо клеточном клоне. По-видимому, эволюция создала механизмы, которые замедляют скорость появления мутаций до той степени, чтобы рак не возникал в репродуктивном и/или "активном" возрасте. Однако, причиной наблюдающегося в этом столетии резкого увеличения продолжительности жизни являются не эволюционные усовершенствования, а достижения цивилизации. Резерв природно отработанных противораковых механизмов оказался относительно ограниченным, и безусловно недостаточным для предотвращения появления неоплазм в пожилом возрасте.

ИСКЛЮЧЕНИЯ ИЗ ПРАВИЛА: РАК У МОЛОДЫХ.
Хотя большинство случаев онкологических заболеваний приходится на пожилой возраст, опухоли у молодых также наблюдаются в клинической практике.
Самая изученная категория "молодых" раков - это т.н. "наследственные опухолевые синдромы". К концу 90-х гг. знания об их механизмы приняли почти исчерпывающий характер. Причиной возникновения семейного рака служит зародышевая мутация в антионкогенах или генах репарации; в исключительных случаях, например при синдроме множественных эндокринных неоплазий, мутацией поражается онкоген. Подобные мутации передаются по менделевскому механизму наследования, через гаметы, и присутствуют во всех соматических клетках носителя. Существенно, что поражeнные индивидуумы остаются абсолютно здоровыми на протяжении длительного периода времени, так как возникновение опухоли не может быть вызвано присутствием единичной мутации. Однако, "дорога к раку" при подобной ситуации сокращается. Если человеку с неповреждeнным геномом для развития опухоли необходимо накопить 5-6 мутаций в каком-либо клоне, то у носителей одно генетическое повреждение уже предсуществует в каждой клетке. Следовательно, количество необходимых соматических мутаций снижается на 1, т.е. в данном примере становится равным 4-5. Это приводит к тому, что наследственные раки значительно "моложе" спорадических. Механизмы и клинические особенности семейных опухолевых синдромов подробно описаны нами ранее в обзоре [3].
Иногда возникновение опухолей у молодых вызвано чрезмерной экспозицией к канцерогенам. Например показано, что люди, начавшие курить в детском возрасте, зачастую заболевают раком лeгких до 40 лет. [13] Причины необычно раннего развития неоплазм могут быть также обусловлены иммунодефицитом, особенно в случае опухолей соединительных тканей. Наилучшим примером подобной патологии является саркома Капоши у больных СПИД. [10] И, наконец, различные перестройки организма, связанные, например, с его бурным ростом в детском возрасте, либо с климактерическими изменениями, также сопряжены с увеличением риска отдельных неоплазм [14].

СТАРЕНИЕ И РАК: ОБЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ПАТОГЕНЕЗА
Проведение параллелей между механизмами старения и рака остаeтся довольно популярной темой теоретических обзоров. Однако, справедливости ради следует заметить, что многие из обсуждаемых концепций не выдерживают экспериментальной проверки.
В частности, длительное время дискутировалась роль накопления соматических мутаций в патогенезе не только неоплазм, но и возрастных изменений организма. К настоящему времени показано, что соматические генетические повреждения действительно накапливаются с возрастом, однако частота появления и процент поражeнных клеток несоизмеримо малы по сравнению с уровнем декомпенсации стареющего организма [16].
Механизмы деметилирования ДНК активно изучаются как молекулярными онкологами, так и геронтологами. Поводом для сравнения патогенезов рака и старения является феномен повышения экспрессии онкогенов в некоторых опухолях вследствие гипометилирования их регуляторных областей; в то же время, снижение удельного содержания метилцитозина характерно и для преклонного возраста. Тем не менее, сегодняшние методы молекулярной биологии пока не позволяют осваивать данное научное направление с той степенью эффективности, которая бы позволила однозначно интерпретировать результаты [5].
И, наконец, главное событие 90-х гг. "на границе" онкологии и геронтологии 90-х гг. - это экспериментальное обоснование "теломеразной гипотезы".
Суть еe сводится к следующим положениям [7, 8, 15]:
1) Клетки обладают ограниченным потенциалом к пролиферации ("лимит Хейфлика"); ранние эксперименты продемонстрировали сниженный резерв делений у клеток, полученных от пожилых индивидуумов.
2) Угасание способности к пролиферации ("репликативное старение") сопровождается укорочением терминальных отделов хромосом (теломер), из-за неспособности ДНК-полимеразы эффективно реплицировать экстремальные 5'-концевые участки ДНК;
3) Целостность теломер может поддерживаться ферментом теломеразой; этот энзим не экспрессируется большинством зрелых соматических клеток, однако присутствует в опухолевых клетках, что и обеспечивает иммортализацию последних.
Следует заметить, что многие положения "теломеразной гипотезы" в настоящее время оспариваются.
В частности, предлагается разграничивать понятия "продолжительность жизни клетки" и еe "репликативный потенциал". Многие учeные полагают, что если первое действительно связано с процессами старения, второе скорее ассоциировано с феноменами пролиферации, дифференцировки и апоптоза. Справедливость подобной критики оправдывает тот факт, что первоначальные данные об обратной корреляции между репликативным потенциалом клеток и возрастом их доноров, похоже, не подтверждаются [15].
Не менее спорным оказалось и утверждение об уникальности экспрессии теломеразы для опухолевых клеток. Более детальные эксперименты показали, что теломераза также присутствует и в стволовых клетках, т.е. в тех клеточных популяциях, которые обладают высокой способностью к делению. С другой стороны, неоплазмы экспрессируют теломеразу лишь на поздних стадиях злокачественного процесса; вероятно, теломераза выполняет не роль индуктора канцерогенеза, как казалось ранее, а является компенсаторным механизмом, сдерживающим истощение репликативного потенциала у клеток с учащeнной пролиферацией. Тем не менее, теломераза остаeтся одной из самых перспективных биохимических мишеней противораковой терапии [7].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Достижения молекулярной онкологии оказали существенное влияние на дискуссии о взаимоотношениях возраста и рака. Если раньше многие гипотезы носили несколько умозрительный характер, так как зачастую не были подкреплены экспериментальными данными и/или количественными расчeтами, то логика современных взглядов неплохо обоснована фактическим материалом. По сегодняшним представлениям, ведущее место в канцерогенезе отводится возрастному накоплению соматических мутаций. Другие факторы декомпенсации стареющего организма, такие как иммунодепрессия или гормонально-метаболические нарушения, также безусловно играют определeнную, по-видимому вспомогательную, роль, однако представления о механизмах действии последних носят пока менее точный характер.