Общие закономерности действия химических канцерогенных веществ - общая онкология
Вне зависимости от структуры и физико-химических свойств все химические канцерогенные соединения обладают рядом общих черт действия. Прежде всего для всех канцерогенов характерен длительный латентный период действия. Следует различать истинный, или биологический, и клинический латентный период. Малигнизация клеток не начинается с момента контакта их с канцерогеном. Химическое канцерогенное вещество подвергается в организме процессам биотрансформации, в результате чего образуются канцерогенные метаболиты, которые, внедряясь в клетку, вызывают глубокие нарушения, закрепляющиеся в ее генетическом аппарате, обусловливая малигнизацию клетки.
Таким образом, истинный, или биологический, латентный период — это период времени от образования в организме канцерогенных метаболитов до начала неконтролируемого размножения малигнизированной клетки или клеток. Обычно пользуются понятием клинического латентного периода, который значительно длиннее биологического. Он исчисляется временем от начала контакта с канцерогенным агентом до клинического обнаружения опухоли. Если начало контакта с канцерогеном может быть четко определено, то время клинического обнаружения опухоли может широко варьировать. Ранняя диагностика опухоли может зависеть, с одной стороны, от онкологической настороженности и частоты медицинского обследования, как это, например, имеет место в профессиональных контингентах при работе с канцерогенами, а также от врачебной квалификации, а с другой — от времени обращения больного к врачу, локализации опухоли, арсенала тонких диагностических тестов. Биология опухолевого роста такова, что наша, так называемая ранняя, диагностика, к сожалению, в действительности уже не является ранней.
При поверхностно расположенных опухолях, при максимально благоприятных условиях мы можем цитологически диагностировать опухоль, состоящую из 106-109 опухолевых клеток с массой от 1 мг до 1 г. Однако даже при этом в крови могут уже обнаруживаться опухолевые клетки. Как экспериментальные данные, так и наблюдения за профессиональными опухолями свидетельствуют о значительных колебаниях длительности латентного периода. Он может составлять от 1 /10 до ]/2 продолжительности жизни экспериментального животного и человека. Так, например, латентный период профессиональных опухолей мочевого пузыря у рабочих, контактирующих с 2-нафтиламином или бензидином, составляет от 3 до 20 лет, а при контакте с мышьяком опухоли кожи могут развиваться спустя 30 — 40 лет.
Длительность латентного периода зависит от канцерогенной активности веществ, интенсивности и продолжительности контакта организма с канцерогенным агентом. Чем выше канцерогенная активность вещества и чем интенсивнее и продолжительнее его действие, тем короче латентный период развития опухоли. Канцерогенная активность широко варьирует и зачастую носит условный характер. Так, проявление онкогенной активности в значительной степени может зависеть от вида животных, линейных (генетических) особенностей, состояния эндокринной системы, пола и возраста, а также коканцерогенных и иных модифицирующих влияний вплоть до характера раствори геля, в который вводится канцероген. Так, например, 2-нафтиламин является сильным канцерогенным веществом для человека, собаки и мыши, на крыс же он оказывает очень слабое бластомогенное действие. 2-Флуоренилацетамид для крыс, мышей и хомячков является сильным канцерогеном, в то время как морские свинки не чувствительны к его действию. Существенно отличаются в чувствительности к действию одного и того же канцерогена, например диметил-нитрозамина, травяные и когтистые лягушки.
Для индукции опухолей печени у когтистых лягушек доза канцерогена должна быть увеличена в 40 раз по сравнению с травяными лягушками. В целом следует отметить, что канцерогенная активность вещества, очевидно, определяется скоростью и интенсивностью метаболических превращений и соответственно количеством и активностью образующихся конечных канцерогенных метаболитов, взаимодействующих с чувствительными клетками. Немаловажное значение в этом процессе могут играть промоторы. Несмотря на относительность канцерогенной активности химических веществ, обусловленную указанными выше моментами, для индукции опухоли для одних канцерогенов требуются одни дозы, для других — другие, причем диапазон доз может колебаться от 1 до 107 мкг. Например, для индукции опухолей печени афлатоксином достаточно 5—10 мкг, тогда как для аминоазосоединений эта доза составляет 9000 мкг, а для трихлорэтилена она исчисляется граммами. Таким образом, наряду с относительной опухолеродной активностью химических веществ, существуют как слабые, так и сильные канцерогены.
Второй существенной закономерностью действия канцерогенов является зависимость доза — время — эффект. Существует определенная корреляция между дозой вещества (суммарной и разовой), латентным периодом и частотой возникновения опухолей. В общей форме это может быть сформулировано следующим образом. Чем выше разовая доза вещества, тем короче латентный период и тем выше частота возникновения опухолей, в том числе злокачественных. Частота возникновения опухолей (процент пораженных животных) зависит не только от дозы вещества, но также от канцерогенной активности. Чем она выше, тем короче латентный период развития опухолей. Эти взаимоотношения выражаются уравнением
IK = 100 п/Т,
где IK — индекс канцерогенности- п — процент животных с опухолями от числа доживших до обнаружения первой опухоли- Т — средний латентный период в днях. Это взаимоотношение было выявлено J. Jball (1939). »
Применение индекса Айбела особенно целесообразно для сравнительной оценки активности веществ, введенных животным одного и того же вида в одних и тех же дозах, в одинаковых растворителях, в одинаковые органы и ткани.
Естественно, что более полное представление об активности вещества может быть получено при использовании максимальных доз. Для большинства химических канцерогенов показано, что конечный опухолеродный эффект зависит не столько от разовой, сколько от суммарной дозы. Разовая доза определяет лишь время, необходимое для индукции опухоли. Чем она выше, тем короче латентный период. На примере ряда индуцированных опухолей было показано также, что суммарная доза, необходимая для развития опухолей, может быть уменьшена за счет дробления разовой дозы, однако для получения того же самого конечного эффекта необходимо более длительное введение вещества. По меткому выражению Я. М. Шабада, в этих случаях «время восполняет дозу». Основываясь на многочисленных экспериментах по изучению зависимости латентного периода от дозы канцерогена, Н. Druckrey (1957) была предложена формула
dtn = К,
где d — суточная доза- t — время воздействия- К — постоянная величина- п — показатель степени, постоянный для каждого канцерогена, колеблется от 1,1 до 6,5.
Из приведенной выше формулы следует, что с уменьшением дозы канцерогена латентный период возрастает. Это соотношение может быть описано линейным уравнением зависимости логарифма латентного периода от логарифма дозы и может быть представлено на графике отрезком прямой. Экспонента п рассчитывается по наклону прямой на графике зависимости доза — время — эффект. Н. Druckre предлагает рассматривать п как индекс силы канцерогенной активности. Для диэтилнитрозамина расчетная величина п = 2,3, для БП п = 4 при нанесении на кожу мышей 3 раза в неделю. Указанная формула отражает представления многих исследователей о беспороговости действия канцерогенов. Действительно, можно предположить, что с удлинением латентного периода даже самые маленькие дозы могут вызвать рак. Таким образом, субпороговых доз канцерогенов не существует. Естественно, что при очень низких дозах латентный период может быть столь продолжительным, что животное умрет естественной смертью, не дожив до «своего» рака.
Теоретически, правда, можно себе представить, что при чрезвычайно низких уровнях доз может произойти либо инактивация канцерогенов, либо восстановление поврежденных нуклеиновых кислот, либо элиминация поврежденных клеток [Maugh Т., 1978].
Однако практически, как правило, действие химических канцерогенов необратимо- оно характеризуется суммацией эффекта, а процесс канцерогенеза — прогрессивным развитием, протекающим даже без постоянного действия канцерогенов.
Другой закономерностью, характерной для действия канцерогенов, является стадийность морфологических изменений, предшествующих развитию рака. Они являются едиными для различных биологических объектов, начиная от приматов и кончая рыбами и моллюсками. Изучив процесс канцерогенеза на примере опухолей различного морфо- и гистогенеза, Л. М. Шабад пришел к выводу о постепенно нарастающих атипических изменениях дефинитивных клеток [ Шабад Л. М., 1967]. Эти стадии включают диффузную неравномерную гиперплазию, очаговые пролифераты, доброкачественные и злокачественные опухоли. Следует отметить, что не всегда можно проследить постепенное, проходящее все стадии развитие опухоли. В ряде случаев вслед за очаговой пролиферацией может наступить, минуя стадию доброкачественной опухоли, злокачественное перерождение. Например, при индукции опухолей молочной железы 7,12-диметилбенз(а)антраценом [Sinha D., Dao Т., 1977] или толстой кишки — 1,2-диметилгидразином [Пожарисский К. М., 1974] у крыс развитие злокачественных новообразований происходило без предварительного возникновения доброкачественных опухолей. Более того, в молочной железе у отдельных крыс, например, при этом возникали доброкачественные опухоли, но их малигнизации не происходило. Большинство исследователей сейчас признают, что доброкачественные опухоли могут представлять как отдельную ветвь канцерогенеза, окончательным звеном которой они являются, так и промежуточную стадию малигнизации. Многочисленные данные, полученные на разнообразных опухолевых моделях, свидетельствуют о многообразии форм морфогенеза. Эти формы зависят как от вида животных, так и от природы канцерогена. Так, у мышей, в отличие от крыс, образование рака молочной железы включало стадию доброкачественных опухолей (так называемых гиперпластических альвеолярных узелков) [Medina М., 1977]. У крыс при действии бензидина возникали полипы кишечника, которые в дальнейшем малигнизировались [Плисс Г. Б., Вольфсон H. И., 1973]. Такой же процесс отмечен в кишечнике мышей при действии 1,2-диметилгидразина [Denschner Е., Long F., 1977]. В печени различные гепатоцеллюлярные карциномы обладают различным морфогенезом. Так, при возникновении эозинофильноклеточных карцином отмечается предстадия гиперпластических узелков, тогда как базофильноклеточные карциномы возникают непосредственно из очаговых пролифератов [Reuber М., 1965]. Почти при всех вариантах морфогенеза первой стадией процесса являлась пролиферация клеток, приводящая к возникновению гиперплазии. В отдельных случаях, когда гиперплазию не удавалось обнаружить, например при индукции опухолей толстой кишки крыс 1,2-диметилгидразином, предопухолевые изменения выражались в расширении зоны пролиферации в криптах [Пожарисский К. М., 1974], что можно рассматривать как своеобразный аналог гиперплазии.
Представления о том, что гиперпластические процессы в тканях могут быть благоприятным фоном для развития опухолей, послужили в свое время основой для проведения опытов по комбинации действия воспалительных раздражителей тканей. Однако оказалось, что гиперплазия сама по себе не способствует развитию опухоли. Лишь определенные временные соотношения между действием канцерогенов и агентов, вызывающих гиперплазию, дают коканцерогенный эффект.
Так, в 1941 г. Беренблюмом было показано, что если вслед за однократным нанесением на кожу мышей канцерогенного ДМБА в дозе, не вызывающей обычно опухолей кожи, апплицировать многократно кротоновое масло, то у животных развиваются папилломы и раки кожи. При изменении порядка аппликации агентов опухоли не возникали. Само кротоновое масло, как правило, опухолей не вызывает, но обладает сильным раздражающим действием. Химический анализ позволил установить, что действующим началом кротонового масла является 13 - ацетатрадеканоилфорбол - 13 - ацетат (ТФА) [Hecker Е., 1976]. Эти и последующие исследования легли в основу представлений о двухстадийности канцерогенеза. Суть их заключается в следующем. На I стадии (стадии инициации) канцерогенный агент превращает нормальные клетки в латентные, или дремлющие, опухолевые клетки. На II стадии (стадии промоции или активации) происходит активация этих клеток промоцирующими агентами и превращение их в активные, пролиферирующие опухолевые клетки. Следует, однако, отметить, что присутствие дополнительного агента (промотора) не обязательно для индукции опухоли- он необходим лишь в случае действия так называемого неполного канцерогена или полного канцерогена, но используемого в таких низких дозах, которые обычно не вызывают опухоли.
Таким образом, полный канцероген, действующий на ткани в достаточно высокой дозе, обладает как инициирующим, так и промоцирующим эффектом. Неполным канцерогеном для кожи считают уретан — его канцерогенные свойства (как инициатора) проявляются лишь после промоцирующего действия кротонового масла. В качестве промоторов могут выступать многие химические агенты. Известна, например, высокая промоцирующая активность н-додекана, фенола, антралина, вытяжек из цитрусовых фруктов, детергентов твина, спана, натрия олеата и др. Углубленные исследования ТФА как наиболее активного промотора показали, что он, усиливая пролиферацию клеток, тормозит их дифференцировку. Однако, действуя самостоятельно, он не способен вызвать глубокие генные нарушения в клетках. Вот почему, в противоположность инициирующим агентам, эффект промоторов может быть обратим, особенно на ранних стадиях формирования опухоли. При недостаточной активности или отсутствии промоторов процесс канцерогенеза может затормозиться. Таким образом, промоторы могут представить такую же опасность для индукции неоплазм, как и полные канцерогены. Исследования по двухстадийности канцерогенеза лишний раз показывают сложность проблемы нормирования канцерогенов, так как даже «недействующие» дозы могут оказаться опасными в сочетании с промоторами. Так, например, промотор н-додекан может усиливать канцерогенность бенз(а)пирена в 1000 раз [Bingham Е., Falk N., 1962]. Ряд исследователей, основываясь на данных о слабой канцерогенной активности кротонового масла и других промоторов при их длительном применении в высоких дозах, считают возможным рассматривать процесс коканцерогенеза как синканцерогенез, т. е. как совместное влияние двух канцерогенов [Турусов В. С., 1969- Турусов В. С., Кобляков В. А., 1986].
Проблема комбинированного действия канцерогенов вызывает большой интерес как в теоретическом, так и особенно в практическом аспекте, так как решение ее может дать представление о реальной опасности суммарной нагрузки на организм канцерогенных агентов. Многочисленными экспериментами установлено, что при совместном действии канцерогенов могут наблюдаться различные эффекты —от потенцирования и сложения действия до ослабления индукции опухоли за счет действия другого канцерогена [Лихачев А. Я., 1964- Fishbein L., 1979]. Суммация или даже потенцирование эффекта обычно наблюдается при совместном применении веществ, имеющих одинаковую органотропность, но различную химическую структуру. Сочетанное введение крысам гепаготропных нитрозаминов с 2-ААФ или ДАБ приводит к укорочению латентного периода развития опухолей печени и их учащению [Weisburger J. et al., 1955- Schmahl D., Thomas, 1965]. Совместное введение крысам бензидина и 2-нафтиламина привело к значительному учащению развития опухолей кишки, не возникающих с такой частотой при раздельном введении этих канцерогенов [Плисс Г. Б., Иоганнсен М. Г., 1974]. При воздействии двух соединений с различной органотропностью часто не наблюдают дополнительного канцерогенного эффекта. Так, попеременное смазывание кожи мышей растворами ДМБА и уретана не приводило к суммации эффекта — опухоли кожи и легких развивались с такой же частотой, как если бы эти канцерогены вводились порознь [Schmahl D., Thomas С., 1964]. Введение двух канцерогенов одинаковой химической структуры, особенно когда один из них является слабым канцерогеном, приводит к торможению канцерогенеза. Это наблюдалось, например, при совместном подкожном введении бенз(а)антрацена и дибенз(а,в)антрацена. Этот антагонизм действия происходит, очевидно, за счет конкуренции между слабыми и сильными канцерогенами при их взаимодействии с интрацеллюлярными рецепторами. Возможны и другие механизмы антиканцерогенного эффекта. Так, при одновременном скармливании 3-метил-4-диметиламиноазобензола и метилхолантрена у крыс возникает значительно меньше опухолей печени и желчных протоков, чем при введении одного азокрасителя. Этот эффект объясняется тем, что метилхолантрен резко повышает редуктазную и деметилазную активность ферментных детоксикационных систем в микросомах клеток печени, что приводит к образованию неканцерогенных или слабоканцерогенных метаболитов азосоединения. Аналогичное объяснение может быть дано при оценке антиканцерогенного действия метилхолантрена при введении его крысам совместно с 2-ААФ. В этом случае метилхолантрен, активируя микросомальные многоцелевые оксидазы, усиливает гидроксилирование флуорена по кольцу и переводит его в слабый канцерогенный метаболит.
Таким образом, интегральная оценка действия ряда канцерогенов может зависеть как от их химической структуры, органотропности и последовательности действия, так и от их способности воздействовать на микросомальные многоцелевые оксидазы и другие детоксицирующие системы организма.
