Одно из достижений последних двух десятилетий в экспериментальной онкологии — признание того, что в большинстве случаев канцерогенез, индуцированный химическими агентами, представляет собой многоступенчатый процесс. Этот феномен показан на моделях развития в эксперименте опухолей кожи, печени, мочевого пузыря, кишечника и подтвержден убедительными данными при изучении эпидемиологии новообразований у людей.
Современные представления о механизмах развития опухолей позволяют рассматривать многостадийный канцерогенез как процесс возникновения и развития неопластических изменений, включающих последовательно фазы инициации и промоции, и реализующийся только при определенном порядке аппликации сменяющих друг друга экзо- и(или) эндогенных канцерогенных факторов, каждый из которых в отдельности не способен привести к индукции опухолей.
Первая стадия канцерогенеза — инициация. Основные характеристики инициации:
- качественный и необратимый процесс, в основе которого лежит изменение генотипа;
- изменение генотипа происходит вследствие мутаций, индуцированных инициатором;
- мутационные изменения могут быть вызваны только лишь реакционно-активной формой инициатора, взаимодействующей с макромолекулами (главным образом с ДНК) клеток-мишеней; - действие инициирующего агента аддитивно, что обусловлено эффектом "памяти" к последующей аппликации инициатора.
Теоретически единичная аппликация инициатора в любой дозе является достаточным условием для перехода нормальной клетки в инициированное (т.е. предрасполагающее к трансформации) состояние.
В самой инициации следует различать фазы метаболической активации. взаимодействия с ДНК и фиксации индуцированных изменений. Как известно, большинство канцерогенов являются лишь проканцерогенами, т.е. приобретают инициирующую способность после метаболической активации.
Принято считать, что канцерогены различной химической структуры путем энзиматических превращений или безферментного распада трансформируются в реакционноспособные метаболиты, наиболее общим свойством которых является электрофильность (электрофилами называют соединения, содержащие в своей молекуле электрон-дефицитные атомы). Образовавшиеся агенты высокореактивны и способны связываться с несущими атомы с повышенной электронной плотностью нуклеофильными центрами клеточных макромолекул (ДНК, РНК, белки). Это взаимодействие происходит по типу реакции SN1 и(или) SN2 и приводит к повреждениям или модификациям ДНК. Метаболическая активация как фаза инициации не является необходимой для прямых химических канцерогенов, активных per se. Для проявления его специфического эффекта метаболическая активация необязательна.
Биотрансформацию ксенобиотиков. в том числе канцерогенов, в которой принимает участие большое количество энзиматических реакций, принято рассматривать как этапный процесс, включающий в себя по крайней мере две фазы. Биохимические реакции, протекающие в I фазе, приводят к образованию новых или модификации уже имеющихся функциональных группировок. Фаза II объединяет конъюгирующие реакции, обеспечивающие транспорт и экскрецию метаболитов. Несмотря на то что в I и II фазах реакции направлены в целом на обезвреживание ксенобиотиков, в ряде случаев может наблюдаться активация последних. В биохимических реакциях, катализирующих фазу I метаболических превращений в организме, основное место принадлежит системе микросомного окисления. Липидорастворимые ксенобиотики превращаются микросомными монооксигеназами в более полярные гидроксилированные дериваты, способные к выведению из организма.
Круг реакций, катализируемых монооксигеназами. включает в себя ароматическое или алифатическое гидроксилирование, формирование арен- и алкилоксидов, окислительное N-, О- и S-деалкилирование, сульфоокисление, окислительное деаминирование, десульфирование и дегалогенирование. Цитохром Р-450, существующий в виде множественных форм с различной субстратной специфичностью, связывает и метаболизирует неполярные химические соединения. Маркерными энзимами монооксигеназ являются арилгидрокарбонгидроксилаза (катализирует реакции гидроксилирования в основном ПАУ) и N-деметилазы (осуществляют окислительное деалкилирование нитрозосоединений и других субстратов). Меньшее значение имеют и другие ферменты, способные осуществлять реакции в фазе I: флавопротеин-N-оксигеназа (катализ образования N-оксидов гидразинов), гидролазы (эстеразы и амидазы, гидролизующие связи N—С и О—С в ароматических аминах), эпоксидгидролаза (осуществляет гидролиз связи О—С в эпоксидах), азо- и нитроредуктазы (разрыв азо-, диазо- и нитросвязей).
Из немонооксигеназных ферментов. принимающих участие в метаболической активации ксенобиотиков в реакционноспособные генотоксиканты, следует выделить простагландинсинтетазы. Они участвуют в биосинтезе широкого спектра простагландинов из полиненасыщенных жирных кислот и обладают циклооксигеназной и пероксидазной активностью.
Наиболее важный процесс в фазе II метаболизма канцерогенов в организме большинства позвоночных животных — это конъюгация метаболитов с глюкуроновой кислотой. Существенное значение в дезактивации и активации ксенобиотиков имеют также сульфотрансферазы, ацетилтрансферазы, глутатионтрансферазы, которые осуществляют перенос активных групп к различным акцепторам.
Второй фазой инициации является взаимодействие канцерогенных метаболитов с ДНК. выражающееся в ее модификациях или повреждениях, т.е. в генотоксическом эффекте (модификации генома половых или соматических клеток, проявляющиеся качественными или количественными изменениями генной активности). Этот эффект может быть вызван как прямым, так и непрямым действием инициатора. В первом случае взаимодействие инициатора происходит с покоящейся ДНК посредством алкилирования нуклеотидов, дезаминирования оснований, транслокации и делеции молекул ДНК путем инкорпорации аналогов оснований или интеркаляций между нуклеотидами.
Непрямой генотоксический эффект реализуется путем индукции ошибок в ДНК-репарирующих или ДНК-реплицирующих ферментах, различных нарушений рекомбинации или аномальной сегрегации хромосом и главным образом взаимодействия реактанта с низкомолекулярными нуклеофилами, имеющими большое значение для синтеза пуриновых оснований ДНК (гуанин, аденин, ГТФ, АТФ, АМФ, цАМФ, цГМФ). Наиболее изучено метилирование гуанина, которое приводит к нарушению комплементарности оснований, так как вместо обычного сочетания гуанин — цитозин образуется пара метилгуанин — тимин. Поскольку в норме тимину соответствует аденин, пара оснований гуанин — цитозин заменяется на аденин — тимин, что и приводит к нарушению генетического кода. Вероятность прямого генотоксического эффекта, очевидно, меньше, чем непрямого, так как в ДНК концентрация нуклеофильных групп ниже по сравнению с низкомолекулярными ее предшественниками и эти нуклеофильные сайты в ДНК защищены от взаимодействия с реактивными метаболитами стерическими факторами.
В обоих случаях принято говорить о мутациях. под которыми понимают изменение свойств, связанных с повреждением гена(ов) и передаваемых потомству клеток. Более корректно следующее определение: мутация — это возникновение наследственно закрепленных изменений (или само изменение) в генетическом материале, выражающееся в приобретении новых фенотипических признаков). Исходя из этого, мутагенный канцероген можно считать канцерогеном, воздействие которого обусловлено (или коррелирует с) его способностью вызывать генотоксический эффект, проявляющийся мутациями, повышающими гетерогенность популяции по независимым фенотипическим признакам.
