В онкологии есть явления, которые при ближайшем рассмотрении создают ощущения парадокса. К числу подобных парадоксальных явлений, несомненно, следует отнести динамику смертности от онкологических заболеваний. На протяжении десятилетий, за редким исключением, этот показатель наряду с ростом заболеваемости неуклонно возрастает [1—3]. Вместе с тем именно стандартизованный показатель смертности является наиболее объективным критерием успеха в онкологии. Объяснение этого явления требует прежде всего признания того, что три активных рычага снижения смертности (профилактика, ранняя диагностика и лечение) не работают или малоэффективны, несмотря на колоссальные интеллектуальные и финансовые усилия.
Попытка нового осмысления раннего и развитого канцерогенеза потребовала изучить литературу путем поиска в базе данных PubMed по терминам: «модель роста опухоли», «механизм метастазирования», «ранний канцерогенез», «ангиогенез», «дормантность», «эпигенетические модификации», «метилирование», «опухолевые стволовые клетки», «метаболиты», «рецидив», «скорость опухолевого роста», «резистентность», «рак молочной железы», «рак яичников», «рак шейки матки» и др. Никаких ограничений по дате публикации статей не было.
Результаты проделанной работы существенным образом изменили наше представление о канцерогенезе, «сценарии» развития метастатического процесса, закономерностях рецидивирования, механизмах формирования резистентности и др.
Конец XX и начало XXI века сконцентрировали в себе мощное развитие ряда направлений в фундаментальной биологии и медицине, отразившиеся на онкологии. Несомненными великими вехами в истории человечества стали открытие структуры ДНК (1953) (Нобелевская премия 1962 г. — Френсис Крик, Джеймс Уотсон, Морис Уилкинс) и расшифровка генома человека (2001). В 1998 г. американским ученым Дж. Герхарту и Дж. Томпсону впервые удалось получить культуры эмбриональных стволовых клеток, способных развиваться в зрелые клетки различных типов. В 1999 г. журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после открытия двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».
По мере прогресса фундаментальной науки и накопления практических данных стало понятно, что при главенствующей роли ДНК — базового носителя внутриклеточной информации, в функциональном смысле геном — это отнюдь не статичная, а чрезвычайно пластичная, «подвижная» структура, в которой, начиная со стадии морфогенеза у эмбриона и далее на протяжении всей жизни организма, уровень генной экспрессии постоянно меняется. Такая регуляция активности генов регулируется посредством эпигенетических модификаций. Суть этих модификаций заключается в энзиматическом ковалентном присоединении/диссоциации функциональных химических групп к определенным нуклеотидам ДНК, а также к аминокислотным остаткам белков-гистонов, входящих в состав хроматина. В результате этого подавляется или, наоборот, активируется экспрессия функционально важных генов и, соответственно, уменьшается или увеличивается выработка кодируемых ими белков. Самыми известными и наиболее изученными эпигенетическими модификациями являются метилирование ДНК и деацетилирование гистонов. Третий базовый механизм эпигенетической регуляции реализуется посредством микроРНК — особого класса коротких (19−25 нуклеотидов) некодирующих одноцепочечных молекул РНК, которых сегодня известно около 2 тыс. Важно подчеркнуть, что эпигенетические модификации, называемые также «эпимутациями», в отличие от истинных генетических мутаций, не затрагивают структуры ДНК и являются потенциально обратимыми. Особенно активно изучается роль эпигенетики в инициации и прогрессии злокачественных опухолей, что привело к формированию отдельного самостоятельного научного направления — эпигенетики рака [4, 5].
К настоящему времени практически для всех видов злокачественных новообразований известны характерные эпигенетические нарушения, возникающие уже на начальных этапах канцерогенеза и имеющие причинное значение [4—6].
Таким образом, злокачественная прогрессия осуществляется в результате появления опухолевых клонов, благодаря онкогенным мутациям и (или) эпигенетическим модификациям, зафиксированным в стволовых клетках.
В пользу «стволовой» модели канцерогенеза говорят результаты, полученные во многих известных лабораториях мира. Прямое подтверждение концепции ОСК считается одним из самых замечательных успехов фундаментальной онкологии [7—12].
Термин «опухолевая стволовая клетка» подразумевает раковую клетку, которая имеет способность к самовозобновлению, дает начало другим онкогенным клеткам, а также подвергается дифференциации, давая начало фенотипически неоднородной (и неонкогенной) клеточной популяции, которая составляет остальную часть опухоли.
Именно стволовая клетка способна обеспечить пролиферацию, сохранить жизнеспособность в условиях мощных канцероцидных воздействий, обеспечить рост и развитие в зоне метастатической ниши, обладая системой стабильной внутриклеточной защиты [9, 10, 13—15].
Объяснение причин невысокой эффективности современной стандартной терапии солидных опухолей можно найти, если проанализировать описанную более полувека назад математическую модель канцерогенеза (M. Schwartz, 1961) (рис. 1). Согласно этой модели, среднее фактическое время удвоения объема опухоли составляет 90—140 дней. Таким образом, чтобы опухоль достигла размера 1 см3 и ее масса составила 109 клеток (а именно такой объем опухоли в большинстве случаев диагностирует врач-онколог), должно произойти более 30 удвоений. Это означает, что основная часть «естественной истории роста» эпителиального злокачественного процесса протекает бессимптомно и в среднем формируется в течение 7—10 лет. При этом уже на клинически раннем этапе опухоль уже существует и функционирует как полноценный злокачественный процесс, т. е. онколог приступает к лечению опухоли, достигшей массы 109—1013 клеток, когда процесс фактически приобрел хроническое течение и устойчивый системный характер! Ведь известно, что сосудистая система опухоли, обеспечивающая условия для развития метастатической болезни, начинает формироваться уже вокруг микроопухолей размером 103 клеток.
Метастазирование — это процесс, который формируется и проходит через ряд сложных и последовательных этапов [16—18]. Учитывая затруднительный характер этого многоступенчатого процесса, не удивительно, что некоторые экспериментальные и клинические данные свидетельствуют о том, что метастазирование является, по сути, неэффективным процессом. Лишь небольшая часть этих клеток (т.е. ~2%) может инициировать рост микрометастазов, и еще меньшее количество клеток (~0,02%) способны сохраниться и дать начало развитию макроскопической опухоли [19—22]. Несмотря на эту относительную «метастатическую» неэффективность, абсолютная величина метастатического распространения огромна и представляет собой основную причину смерти в онкологии [23, 24].
При этом могут формироваться три варианта метастатических ниш: ниша с активной пролиферацией (клинически определяемый метастаз), ниша, где пролиферация и апоптоз уравновешены (фаза без ангиогенеза), и ниша, характеризующаяся наличием опухолевых стволовых клеток (ОСК) в состоянии дормантности (или в состоянии сна — дословный перевод) (рис. 2) [25, 26].
Молекулярно-биологические и патогенетические процессы, формирующие многообразный метастатический каскад, позволяют выделить этот этап канцерогенеза в отдельный термин —«метастатическая болезнь», который достаточно распространен в специальной литературе.
Особую значимость в рамках метастатической болезни приобретает эффект дормантности. Понимание дормантности в онкологии стало доступным и приоритетным за последние 5—7 лет и является, пожалуй, одним из важнейших феноменов канцерогенеза, раскрытие механизмов которого привнесет существенный качественный скачок в развитии эффективной терапии. Дормантный рак можно считать стадией опухолевой прогрессии, в которой остаточная болезнь остается скрытой и бессимптомной в течение длительного периода времени [27, 28].
Неактивные опухолевые клетки могут присутствовать как на самых ранних этапах развития опухоли, так и в микрометастазах и/или после завершения лечения первичного опухолевого процесса. Последние данные показывают, что дормантные клетки рецидивов имеют отличающиеся коды неисправности (поломок) и меньше генетических изменений по сравнению с первичными опухолевыми клетками, что указывает на раннее распространение рака. Наличие определенных генетических аномалий, приобретенных дормантными клетками, может объяснить раннюю диссеминацию опухолевых клеток, состояние покоя, устойчивость к применяемой в лечении рака терапии, нацеленной на активно делящиеся клетки. К моменту постановки диагноза дормантные клетки можно обнаружить во вторичных органах: костном мозге и лимфатических узлах [29—32].
Понимание феномена дормантности неразрывно связано с попыткой математически обозначить скорость роста опухоли. Первоначально для описания роста опухоли использовались точечные экспоненциальные модели. Обычно для описания распределения клеток опухоли инвазивного типа используют уравнения параболического типа, чаще всего хорошо известное уравнение Фишера [33—35]. Такой подход хорошо описывает постоянную скорость распространения опухоли в ткани, наблюдаемую в эксперименте (рис. 3, а). Сегодня хорошо известно, что скорость роста опухолей определяется тремя параметрами: продолжительностью митотического цикла, величиной пролиферативного пула, степенью клеточных потерь. Причем, наибольшее значение имеют последние два. В итоге, экспоненциальная модель приблизилась к кривой Gompertzian—Mekeham (см. рис. 3, б), где в начале и в конце развития опухолевого процесса темпы формирования объема клеточной массы замедлены [33—35].
Последующие исследования показали, что в зависимости от локализации и гистологического типа опухоль обладает различными свойствами, а значит и различной пространственно-временной динамикой роста. Кроме того, на скорость роста опухоли влияют многочисленные факторы, отражающие характер микроокружения, эпигенетику процессов, сопровождающих канцерогенез.
Немаловажное значение имеет вариант воспаления, сопровождающий развитие злокачественного процесса (или сформированный в метастатической нише). В итоге, наиболее полно скорость опухолевого роста может отражать дискретная кривая, где этап экспоненциального роста чередуется с дормантным состоянием (см. рис. 3, в).
Если процессы роста и развития опухоли могут быть объяснены и обозначены молекулярно-генетические механизмы этого процесса, то механизмы, формирующие дормантное состояние, малоизвестны. Общие механизмы, регулирующие переход дормантных клеток из состояния покоя в пролиферативное, остаются в значительной степени неизвестными. Тем не менее регулирование роста неактивных клеток можно частично объяснить взаимодействием опухолевых клеток с его микросредой, недостаточным кровоснабжением либо активностью иммунной системы. Понимание регуляторного аппарата этих процессов имеет важное значение для выявления ранних биомаркеров рака, и может обеспечить обоснование для разработки новых агентов, нацеленных на дремлющие раковые клетки [36—38].
Рассматривая проблему роли воспалительного микроокружения при канцерогенезе, следует отметить его чрезвычайную важность. Наличие лейкоцитов в опухоли, обнаруженное Рудольфом Вирховым (1867), указало на возможную связь между воспалением и раком. Тем не менее только в последнее десятилетие были получены четкие доказательства того, что воспаление играет важную роль в развитии опухолей, а некоторые аспекты молекулярно-биологического взаимодействия в ходе канцерогенеза выяснены [39].
Общепризнано, что в очаге хронического воспаления на фоне повышения общего уровня мутагенности (в том числе за счет эпигенетических нарушений) активно синтезируются провоспалительные молекулы (цитокины, хемокины, простагландины, факторы роста, ферменты, факторы транскрипции), активируются пролиферативные и ангиогенные процессы, повышается миграционная и инвазивная клеточная активность, нарушаются процессы тканевой репарации и дифференцировки, развивается аномальный иммунный ответ [40, 41].
За последние годы появились ряд фундаментальных и важных с клинической точки зрения исследований, связывающих эффект потери дормантности и роли воспаления в развитии метастатической болезни [42, 43].
Авторы высказывают мысль, что первичный опухолевый очаг ингибирует активацию дормантных метастатических клонов, сдерживая ангиогенез и пролиферацию (рис. 4). Хирургическая травма в ходе удаления первичной опухоли мощно экспрессирует провоспалительные цитокины и факторы ангиогенеза, а это в свою очередь резко активирует пролиферацию и развитие дормантного очага. С учетом этой гипотезы авторы стали использовать на протяжении всего лечения (до и после хирургического вмешательства) нестероидные противовоспалительные препараты, ингибирующие цитокины воспаления, и это снизило частоту последующих метастазов рака молочной железы в 5 раз по сравнению с контрольной группой [42, 43].
Каковы же основные характеристики раннего канцерогенеза с точки зрения клинической его сущности и определяющие конечный результат противоопухолевой терапии?
1. В основе канцерогенеза, рецидивов и метастазов находятся опухолевые стволовые клетки с совокупностью генетических мутаций и эпигенетических модификаций, способные формировать множество альтернативных сигнальных каскадов, обеспечивающих развитие резистентных клонов.
2. Рак — хроническое заболевание.
3. Рак — системное заболевание.
4. Рак — заболевание, сопровождающееся множественными вариантами воспаления.
Способна ли современная противоопухолевая терапия обеспечить влияние на все перечисленные звенья?
В последние годы все большее количество соединений признается в качестве химиопрофилактических средств благодаря их антиканцерогенному действию. Кроме того, эти соединения оказывают противоопухолевый эффект путем регулирования различных сигнальных путей клетки [44, 45].
Среди известных противоопухолевых молекул растительного происхождения особого внимания заслуживают индольные соединения, в частности индол-3-карбинол (I3C) и флавоноид эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG) (рис. 5). Перспектива их использования в онкологии прежде всего была сопряжена с доказательствами их активного деметилирующего эффекта, способностью подавлять ангиогенез и воспаление, влиять на метаболизм эстрогенов. Кроме того, эти соединения оказывают противоопухолевый эффект путем регулирования различных сигнальных путей клетки [46—49]. Иными словами, можно говорить о мультитаргетном противоопухолевом эффекте, затрагивающем ключевые механизмы канцерогенеза. Поэтому традиционные методы лечения рака в сочетании с подобными соединениями, по нашим предположениям, должны были иметь повышенный противоопухолевый эффект посредством синергетического действия.
С 2004 г. мы стали включать в схемы лекарственной терапии препараты на основе этих соединений. Целесообразность и эффективность данной концепции была апробирована на модели рака яичников, локализации весьма агрессивной с точки зрения клинического течения, где 5-летние результаты лечения в лучших клиниках мира не превышают 28—35%. В корне была изменения стратегия лечения. Она стала соответствовать принципам лечения хронического заболевания (длительное), системного заболевания (на первом этапе системная лекарственная терапия, особенно при высокоагрессивных опухолях).
Эффективность 5-летнего излечения больных раком яичников оказалась практически в 2 раза выше, чем в контрольной группе (рис. 6). Принципиально важным является то, что у всех больных, получавших дополнительно к стандартной химиотерапии препараты промисан или индинол форте, характер рецидивирования был безасцитным и, как правило, изолированным. Такие рецидивные опухоли достаточно легко удалялись в ходе повторных хирургических вмешательств. Этот феномен свидетельствует о мощном противовоспалительном эффекте этих соединений на модели рака яичников. Более того, нам удалось сохранить чувствительность к первой линии терапии у подавляющего числа пациенток как на этапе адъювантной, так и на этапе пролонгированной терапии [50—52].
Модель рака яичников — не единственная локализация, где удалось достичь лечебного эффекта, превышающего эффект стандартной терапии. Несколько изменив традиционные подходы при местно-распространенном раке шейки матки, нам также удалось на целый порядок изменить результаты 5-летнего излечения [53, 54].
Представленные данные — это далеко не конечный результат, определяющий и объясняющий всю палитру раннего канцерогенеза, метастатической болезни и возможностей мультитаргетной терапии.
Современная онкология, молекулярная биология и эффективная терапия — это неразрывные звенья в цепи сегодняшних и будущих успехов в борьбе со злокачественными заболеваниями. Понимание сложнейших процессов, происходящих на клеточном, тканевом и органном уровне, для практикующего онколога — это уже не дань времени, а необходимость, без чего не может состояться ни современная онкология, ни эффективная терапия.
Конфликт интересов отсутствует.