УДК 616.006-02
К вопросу о бактериально-вирусных проблемах онкогенеза
М. А. Сеньчукова, к.м.н., А.А. Стадников, д.м.н., профессор
Оренбургская государственная медицинская академия,
460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6.
Кафедра лучевой диагностики и лучевой терапии с курсом онкологии,
кафедра гистологии.
Ректор академии, профессор С.А. Павловичев
Адрес для переписки: Сеньчукова Марина Алексеевна,
OrGMA2007@yandex.ru
слова:
онкология,
этиология,
патогенез,
бактериология
Ключевые
злокачественные новообразования, канцерогенез, бактерии, плазмиды,
транслокация бактерий, вирусогенетическая концепция происхождения рака
Введение
Предложена гипотеза, которая позволяет по-новому посмотреть на роль
микроорганизмов в развитии опухолевой трансформации клеток. В основе этой
гипотезы лежит краеугольное положение вирусогенетической концепции Л.А.
Зильбера, согласно которому злокачественные новообразования возникают в
результате
интеграции
генома
эукариотической
клетки
с
экзогенным
генетическим материалом. Однако, в отличие от общепризнанной концепции,
авторы считают, что источником экзогенного генетического материала,
обладающего онкогенными свойствами, могут быть не только вирусы, но и
бактериальные клетки. Предложенная гипотеза позволяет объяснить многие
феномены, присущие опухолевому процессу и может иметь практическое
применение в профилактике и лечении злокачественных опухолей.
Состояние проблемы
В настоящее время общепризнанной и экспериментально доказанной
является вирусно-генетическая концепция возникновения злокачественных
новообразований Л.А.Зильбера [11]. Основные положения этой концепции
следующие:
1. Опухоли вызываются вирусами;
2
2. Опухолевая трансформация клеток возникает в результате включения
(интеграции) вирусной ДНК в геном клеток макроорганизма;
3. Вследствие такой интеграции клетки приобретают новые свойства, а
именно, способность к бесконтрольному и неограниченному делению.
Важнейшим научным достижением В.А. Зильбера явилось то, что ему
удалось
выявить
существование
особой
группы
интеграционных
или
онкогенных вирусов, которые, в отличие от инфекционных вирусов, вызывают
не гибель пораженной клетки, а изменение ее свойств на генетическом уровне.
Принципиальным отличием инфекционных и онкогенных вирусов является
наличие у последних высокой степени сходства строения и состава части генов
вирусной ДНК (так называемых вирусных онкогенов) с определенными
участками ДНК клеток в которых эти вирусы обитают (так называемых
протоонкогенов). Современные методы генетического анализа, молекулярной
гибридизации позволили не только обнаружить вирусную ДНК в геноме
опухолевых клеток, но и расшифровать ее структуру [36].
В настоящее время изучены основные молекулярные механизмы
вирусного канцерогенеза [34]. Ведущая роль в опухолевой трансформации
клеток отводиться онкогенам. Онкогены - это гены, обуславливающие
неконтролируемый опухолевый рост клеток и представляющие собой либо
интегрированные гены онкогенных вирусов, либо активированные вследствие
мутаций или по другим причинам клеточные протоонкогены. Протоонкогены -
это
нормальные
клеточные
гены,
отвечающие
за
рост,
деление
и
дифференцировку клеток. Соответственно различают вирусные (v-onc) и
клеточные (c-onc) онкогены [38]. В настоящее время установлено, что опухоли
могут вызываться как ДНК-вирусами, так и РНК-вирусами, причем механизм
их действия различен. И в том и другом случае опухолевая трансформация
клеток есть результат включения (интеграции) вирусной ДНК (или ДНК-копий
в случае РНК-вирусов) в геном клеток хозяина. Однако, в случае ДНК-
содержащих онковирусов (вирусы группы Папова, аденовирусы, герпес вирусы
и т.д.) в геном клеток включаются вирусоспецифичные онкогены (что,
3
собственно, и вызывает опухолевую трансформацию клеток). Онкогены РНК-
содержащих вирусов не являются вирусоспецифическими генами и ведут свое
происхождение от ядерной ДНК клеток-хозяев, а именно: от клеточных
протоонкогенов [40]. Считается, что онкогены РНК-вирусов происходят из
протоонкогенов, которые на определенном этапе эволюции были захвачены
вирусом из генома позвоночных во время инфекционного цикла.
Включение в геном клетки онкогенов опухолеродных вирусов может
вызывать:
1. Активацию протоонкогенов за счет их амплификации (увеличение
копий) [57];
2. Угнетение апоптоза [43];
3. Синтез вирусных белков, обладающих регулирующими функциями
[48];
4. Хромосомные мутации [56];
5. Изменение структуры и уровня активности близлежащих генов
клетки-хозяина и т.д.
Следует еще раз подчеркнуть, что вирусно-генетическая концепция
подтверждена в большей степени экспериментально, чем клинически. К
настоящему времени известно несколько вирусов, которые ответственны за
возникновение около 15% всех опухолей человека [60]. К их числу следует
отнести вирусы папиллом, которые являются этиологическим фактором
опухолей шейки матки и содержат собственные трансформирующие гены,
вирус гепатита В, ассоциированный с опухолями печени, и некоторые другие. В
тоже время, экспериментальная и клиническая онкология, эпидемиология
злокачественных новообразований накопили значительное количество фактов,
свидетельствующих о том, что не только вирусы, но и другие микроорганизмы
могут иметь определенное значение в этиологии и патогенезе злокачественных
новообразований. Так, наибольшая заболеваемость раком отмечается при
локализациях максимально подверженных контакту с патогенной и особенно
персистирующей бактериальной флорой (легкие, желудок, толстая кишка, кожа
4
и т.д.). У больных с предопухолевыми и опухолевыми заболеваниями
увеличивается число высеваемых с кожи колоний и увеличивается доля
сапрофитных и патогенных антибиотикоустойчивых штаммов, особенно над
очагом поражения [12, 15]. Что касается Helicobacter pylori, то эта бактерия в
настоящее время вообще отнесена к канцерогенам 1 класса. Существует прямая
корреляция между инфицированностью населения Helicobacter pylori и
заболеваемостью раком желудка [22].
Многим ученым удалось выделить из злокачественных опухолей,
сыворотки крови, костного мозга онкологических больных различные
микроорганизмы. Так, В.А. Крестовниковой [17, 18] было установлено, что
чаще всего в них встречается мельчайший полиморфный микроорганизм,
имеющий кокковидную или коккобациллярную форму и который по
совокупности свойств вероятнее всего относится к классу микобактерий.
Микроорганизм не рос на обычных питательных средах и имел фильтрующиеся
формы. В реакции преципитации показано наличие общего антигена для
опухолевых клеток и данного микроорганизма, и отсутствие этого антигена в
нормальных тканях. В сыворотке больных людей обнаруживались антитела к
этому микроорганизму. Позднее было доказано, что микроорганизм является L-
формой бактерий. L-формы бактерий – это адаптивные или инволюционные
формы бактерий, полностью или частично утратившие способность к синтезу
компонентов клеточной стенки, но сохранившие способность к длительному
переживанию как в организме, так и на средах. Образуют стрептококки,
гонококки, бациллы,
бактероиды и
др.
микобактерии,
Появляются
чаще
коринебактерии,
всего
в
энтеробактерии,
результате
влияния
неблагоприятных факторов (температуры, осмотического шока, антибиотиков и
др.). Полиморфны. L-формам придается большое значение в развитии
хронических
инфекций,
носительстве
возбудителей,
в
длительной
персистенции их в организме [35].
Следует отметить, что в настоящее время на примере Agrobacterium
tumefaciens доказана способность бактерий вызывать опухоли у растений [3,
5
21]. Эта почвенная бактерия широко распространена в природе. Заражение
происходит только при попадании микроорганизма на поврежденные участки
растения. Существуют вирулентные и не вирулентные штаммы A. tumefaciens.
Вирулентные штаммы содержат большую плазмиду, так называемую Ti-
плазмиду. Плазмиды — внехромосомные генетические структуры бактерий,
способные
автономно
размножаться
и
существовать
в
цитоплазме
бактериальной клетки. Плазмиды представляют собой молекулы ДНК с
молекулярной массой от 1×106 до 200×106. Эти молекулы, как правило,
замкнуты в кольцо и находятся в клетке в сверхспирализованной форме.
Некоторые
плазмиды
могут
с
определенной
частотой
включаться
(интегрироваться) в бактериальный геном и размножаться затем вместе с ним
как его составная часть. Плазмидные гены дают клетке-хозяину ряд
преимуществ, по сравнению с бесплазмидными клетками: возможность расти в
присутствии антибиотика, использование более широкого круга субстратов,
защита
от
бактериофагов,
устранение
конкурентов
путем
синтеза
бактериоцинов и т.д. [4, 27].
Методом молекулярной гибридизации показано, что в ДНК опухолевых
клеток растений присутствует фрагмент Ti плазмиды, приблизительно 5% от ее
размера [4]. Опухолеобразующая плазмида агробактерий представляет собой
миникольцевые ДНК и является природным генетическим вектором для
переноса чужеродной генетической информации (ДНК) в растительные клетки
[21]. В настоящее время Ti плазмиды широко используются в генной
инженерии растений. Большинство трансгенных растений получены с
использованием Ti-плазмид.
Таким образом, причиной возникновения опухолей у растений также
является интеграция генома растительной клетки с ДНК Ti-плазмиды A.
tumefaciens. Важно, что и в этом случае имеет место сходство структур ДНК
растительной и бактериальной клеток [21].
Особый интерес представляют работы Б.Г.Затула [8, 9]. Ему, совместно с
коллегами, удалось получить бактериальную культуру, способную вызывать
6
злокачественные новообразования у экспериментальных животных. При
культивировании
сапрофитного
штамма
Bac.
Megaterium
на
средах,
содержащих опухолевые клетки, ими была получена культура, обладающую
антигенным сходством с большинством экспериментальных опухолей и
опухолей человека При внутрибрюшинном введении этой культуры, названной
Bac.
Megaterium
H
у
15–60%
животных
наблюдалось
появление
злокачественных опухолей: плазмоцитом, сарком, лимфом, лейкозов и др. При
введении исходной культуры и других сапрофитов индукции опухолей не
наблюдалось. В дальнейших экспериментах была показана способность Bac.
Megaterium Н потенцировать действие спонтанного вирусного и химического
канцерогенеза [9]. Автор предполагал, что в результате культивирования
бактерии
на
опухолевых
средах
она
приобрела
новые,
генетически
закрепленные свойства и способность вызывать трансформацию клеток.
Приобретение этих свойств, вероятно, было связано с захватом бактериальной
клеткой онкогенного материала, например онкогенной плазмиды, вируса или
фага. Из культуры Bac. Megaterium H удалось выделить плазмидоподобные
частицы, напоминающие Ti-плазмиды Agrobacterium tumefaciens. При изучении
эллюатов электрофореграмм были обнаружены 2 сплетенные между собой
плазмиды, большая и маленькая [8].
Говоря о роли бактерий в этиологии злокачественных новообразований,
нельзя не остановиться на экспериментальных работах, выполненные на
безмикробных животных. Безмикробные животные (Germ-Free Life) или
гнотобиоты - это животные, выращенные в условиях полной стерильности, то
есть животные свободные от контаминации известными микробными агентами.
Для этих целей наиболее часто используют мышей, морских свинок, хомячков.
Опыты на гнотобиотах позволяют выяснить роль микроорганизмов в развитии
той или иной патологии [37]. Отмечено, что у безмикробных животных
значительно реже, в сравнении с обычными, возникают спонтанные опухоли
эпителиального происхождения [42, 46, 51, 52, 53]. Однако, спонтанные
злокачественные новообразования неэпителиальной природы у безмикробных
7
животных наблюдаются не реже, а в отдельных случаях даже чаще, чем у
обычных. Особенно это характерно для животных с врожденными дефектами
иммунной системы. Так у безмикробных безволосых мышей довольно часто
возникают опухоли лимфоретикулярной системы [51], а у безмикробных крыс
линии F344 чаще, по сравнению с нестерильными, встречаются лейкозы [53].
Следует отметить, что у гнотобиотов в возникших новообразованиях
исследователи нередко обнаруживали онкогенные вирусы [52].
Не менее важным является и тот факт, что попытки индуцировать
злокачественные опухоли желудка и толстой кишки у безмикробных животных
при использовании самых различных канцерогенов: диметилбензантрацена
(ДМБА), метилхолантрена (МХ), метил-нитро-нитрозогуанидина (MNNG) и
других, не увенчались успехом [44, 45, 51, 52, 55, 61]. Однако, как у обычных
мышей, так и у безмикробных животных введение канцерогена вызывало
образование очагов атипической пролиферации, аденом и полипов толстой
кишки. Примечательно, что некоторые препараты, обладающие выраженной
антибактериальной активностью, например церрулоплазмин и лактоферрин,
обладали способностью предотвращать развитие химически индуцированного
канцерогенеза [23, 49, 58].
Согласно
современным
представлениям
канцерогенез
является
многоступенчатым процессом [20]. Выделяют, как минимум, три стадии
канцерогенеза: инициацию, промоцию и прогрессию. Не смотря на то, что
имеет место различная трактовка происходящих событий, отметим некоторые
общие закономерности. Под инициацией понимают процесс непосредственного
действия канцерогена на клетки, запускающий их трансформацию. Стадия
инициации
включает
повреждение
генетического
материала
клеток,
предрасполагающее к последующему их неопластическому превращению. В
соответствии с существующими представлениями, инициированная клетка
может длительное время оставаться в состоянии покоя, не проявляя агрессии,
до тех пор, пока не подействует другой (другие) фактор, побуждающий клетку
к делению, клонообразованию и, тем самым, формированию опухоли [19].
8
Промоция – это стадия реализации опухолевого фенотипа, обусловленная
влиянием различных факторов. На стадии промоции происходят изменения
генной экспрессии с активацией протоонкогенов и превращением их в
активные онкогены [13]. Промоторы – это физиологически активные вещества
не
вызывающие
трансформации,
но
способствующие
выявлению
трансформированных клеток. К ним относятся кротоновое масло, форболовые
эфиры, возможно половые гормоны. Большое количество канцерогенов
являются полными, то есть обладают и инициирующим и промоцирующим
действие [38].
Под
прогрессией
понимают
процесс
постепенного
приобретения
опухолью все более автономного и агрессивного характера роста [20, 38]. Эта
стадия необратима, так как для нее характерна растущая нестабильность
генома, приводящая к анеуплодиям и другим хромосомным аберрациям.
Считается, что в растущей опухоли под воздействием изменяющихся условий
(питание, кровоснабжение, химиотерапия) постоянно идет отбор наиболее
жизнеспособных клеток. В результате появляются субклоны опухолевых
клеток,
обладающих наибольшей резистентностью к действию защитных
механизмов и наибольшей агрессивностью. Характерной чертой клеток,
образующих паренхиму опухоли является их неоднородность (гетерогенность)
в гено- и фенотипическом отношении [26, 38]. Изменения генотипа и фенотипа
опухолевых клеток может быть связано с продолжающимся действием
канцерогенного фактора.
При изучении вопросов канцерогенеза возникает вопрос о соответствии
стадий
канцерогенеза
морфологическим
изменениям
в
опухоли.
Общепринятым является положение о том, что стадией, непосредственно
предшествующей развитию рака, является тяжелая дисплазия [16]. Нарастание
тяжести дисплазии коррелирует с хромосомными повреждениями, нарастанием
анэуплоидии. С увеличением тяжести дисплазии увеличивается и вероятность
перехода ее в карциному in situ, (которую можно рассматривать как крайнюю
степень дисплазии), и, следовательно, в рак.
9
В морфологическом отношении начальной стадией развития рака
является сarcinoma in situ (синоним: преинвазивная карцинома). Это стадия,
при которой опухоль не прорастает через базальную мембрану эпителия, а
распространяется
лишь по
плоскости.
Для
преинвазивной
карциномы
характерны следующие особенности [29, 30]:
а)
может существовать длительное время без признаков инвазии и
метастазирования (до десятков лет).
б) встречается значительно чаще, чем злокачественные опухоли
соответствующей локализации. Например, латентный рак желудка по
результатам биопсийного материала встречается у 26,5 % мужчин старше 40
лет и 50 % мужчин старше 80 лет.
в) может быть подвержен регрессии.
Критическим моментом в формировании злокачественной опухоли, по
всеобщему признанию, является начало инвазивного роста. На этом этапе
опухолевые клетки приобретают свойства [29, 30, 31]:
а) вырабатывать литические вещества, что приводит к разрушению базальной
мембраны и инвазии опухоли в окружающие ткани;
б) синтезировать ангиогенный фактор, обеспечивающий васкуляризацию
опухолевой ткани;
в) самостоятельно передвигаться за счет амебовидного движения. Опухолевые
клетки могут проникать прямо через эндотелий сосудов, что определяет их
способность к метастазированию.
Таким образом, в морфологическом отношении тоже можно выделить как
минимум три стадии развития злокачественной опухоли: стадия дисплазии,
стадия carcinoma in situ и стадия инвазивного рака.
Следует подчеркнуть, что в отличие от канцерогенеза вирусного,
ключевые механизмы «химического» канцерогенеза изучены недостаточно или
вовсе
неизвестны
микроорганизмов
[1].
в
На
основании
развитии
приведенных
злокачественных
данных
о
роли
новообразований
и
10
представлений о канцерогенезе как о многостадийном процессе предлагаем
следующую гипотезу развития раковых опухолей у человека:
I. На стадии инициации, в результате воздействия различных экзогенных
и эндогенных факторов, происходит образование латентного опухолевого
очага, что соответствует морфологическим понятиям carcinoma in situ,
преинвазивная карцинома.
Значение этой стадии, на наш взгляд, заключается в том, что изменения,
происходящие в геноме инициированных клеток, создают возможность для
последующей его интеграции с чужеродным генетическим материалом.
II. На стадии промоции происходит интеграция генома клеток латентного
опухолевого очага с экзогенным генетическим материалом - «Онкогенным
Инфекционным Фактором» (ОИФ), источником которого у человека могут
являться не только вирусы, но, что значительно чаще, бактерии, а
возможно и другие микроорганизмы.
Только после этого опухолевые клетки приобретают способность к
инвазии, метастазированию и автономному росту. Вероятно, в отдельных
случаях опухолевая трансформация клеток (то есть включение ОИФ в геном
клеток) может происходить, минуя стадию латентного опухолевого очага, то
есть de novo.
Возможно,
ОИФ
представляет
собой
генетический
материал,
обеспечивающий бактериальной клетке способность к инвазии в окружающие
ткани и распространению по лимфатическим и кровеносным сосудам
макроорганизма («метастазированию»). Механизм действия бактериальных
онкогенов, содержащихся в ОИФ, может быть аналогичен действию вирусных
онкогенов. Включение ОИФ в геном клеток может вызывать: активацию
протоонкогенов,
угнетение
апоптоза,
синтез
белков, обладающих
внехромосомные генетические
регулирующими функциями и т.д.
Носителями
ОИФ
могут
являться
элементы бактериальной клетки: плазмиды, бактериофаги, плазмидоподобые
частицы и т.д. Плазмидоподобные частицы (plasmid like particles) – РНК
11
содержащие цитоплазматические частицы, автономно существующие по типу
бактериальных плазмид [2]. Еще раз подчеркнем, что согласно современным
представлениям плазмиды представляют собой природный генный вектор для
переноса чужеродной ДНК, причем не только между клетками бактерий, но и
от бактериальных клеток к эукариотическим [4, 21]. Хорошо изучена роль
бактериальных плазмид в распространении между различными особями
бактериальных
клеток
факторов
антилизоцимной
активности