Кинетика клеточных популяций опухоли - общая онкология
Скорость роста новообразования определяется следующими факторами: 1) скоростью пролиферации клеток в популяции- 2) величиной пролиферативного пула и 3) величиной потери клеток.
Для оценки пролиферативной активности клеток в опухоли наиболее часто используют такой показатель, как митотический индекс, соответствующий доле митозов в исследуемой популяции клеток. Анализ митотической активности в нормальных тканях (эпидермисе, эпителии гортани, эпителии шейки матки, эпителии желез эндометрия, эпителии слизистой оболочки желудка и толстой кишки) и опухолях, возникающих из них, показал многократное увеличение митотического индекса в злокачественных новообразованиях [Казанцева И. А., 1981].
Изучение митозов в опухолях выявило наличие значительной доли патологических их форм. Патология митоза, приводящая к хромосомным аберрациям и неравномерному распределению генетического материала между дочерними клетками, лежит в основе клеточного полиморфизма новообразований и объясняет появление гигантских ядер, микроядер и многоядерных клеток.
Изучение большого опухолевого материала позволило И. А. Алову (1972) классифицировать многочисленные формы патологии митоза в зависимости от механизма патологии. Так, согласно автору, следует выделять патологию митоза, связанную с повреждением хромосом, митотического аппарата и являющуюся следствием нарушения цитотомии. Наиболее частыми формами патологических митозов в опухолях являются: фрагментация хромосом, мосты, отставание хромосом в метакинезе, набухание и склеивание хромосом, К-митоз, рассеивание хромосом в метафазе, многополюсный, моноцентричный и асимметричный митоз, трехгрупповая и полая метафазы.
Чтобы объективизировать результаты изучения митозов и их патологии, было предложено использовать серию количественных показателей, объединенных понятием митотического режима. При этом определяют митотический индекс, процентное соотношение фаз митоза, долю патологических митозов и различных их форм среди всех митозов.
С введением в практику морфологических исследований метода авторадиографии с использованием 3Н-тимидина — меченого предшественника ДНК — возникли методические предпосылки для изучения пролиферативной активности нормальных и патологически измененных тканей и тем самым сформировалось научное направление, занимающееся изучением кинетики клеточных популяций. Анализ кинетики клеточных популяций опухолей предусматривает определение продолжительности митотического цикла и 01 дельных его фаз, изучение топографии пролиферирующих клеток, а также соотношение пролиферирующих и дифференцированных клеток.
Митотический, или клеточный, цикл состоит из двух частей: митоза и интерфазы. Последняя, в свою очередь, делится на 3 периода: Gi — пресинтетический период, предшествующий S- периоду- S — период синтеза ДНК, когда происходит редупликация ДНК- G2 — премитотический период, предшествующий митозу. Проходя последовательно фазы митотического цикла Gi, S, G2, М, материнская клетка делится с образованием двух дочерних. Вводя в организм или культуральную среду меченый предшественник ДНК, удается пометить клетки, синтезирующие в момент введения ДНК, т. е. находящиеся в S-периоде. Доля таких меченых клеток в исследуемой популяции составляет еще один показатель пролиферативной активности — индекс меченых клеток, или индекс метки. Так как продолжительность S-периода примерно в 7 раз превышает длительность митоза, вероятность обнаружения пролиферирующей клетки методом авторадиографии выше, чем при подсчете митотических фигур, и, следовательно, индекс метки как показатель пролиферативной активности надежнее и чувствительнее митотического индекса. Этот момент особенно надо учитывать при изучении популяций, для которых деление клеток не является достаточно частым событием.
Анализ интенсивности пролиферации опухолевых клеток свидетельствует о том, что клетки значительной части новообразований обладают митотическим циклом большей продолжительности, чем клетки нормальных быстро обновляющихся тканей. Этот факт противоречит бытующему мнению о том, что пролиферация опухолевых клеток происходит быстрее, чем в нормальной ткани.
Кроме количественной оценки пролиферативной активности, метод авторадиографии позволяет получить сведения о топографии в опухоли пролиферирующих клеток. Исследование операционного и биопсийною материала, полученного от больных, страдающих множественным семейным полипозом и ворсинчатыми полипами толстой и прямой кишки, показало, что меченные 3Н-тимидином, а следовательно, пролиферирующие клетки в этих опухолевых поражениях локализуются преимущественно в поверхностных их отделах. В то же время ДНК-синтезирующие клетки нормальной слизистой оболочки располагались в нижних отделах кишечных крипт, поверхностные же отделы крипт являются зоной расположения дифференцированных энтероцитов, и здесь деление клеток в норме не происходит. Иными словами, имеющееся в обычных условиях пространственное разделение пролиферирующих и дифференцированных клеток в опухолях исчезает, и клетки с нарушенной дифференцировкой получают возможность пролиферировать в любом месте новообразования.
Однако не все пролиферирующие клетки в опухоли имели одинаковое значение для ее существования и поддержания роста. Особого внимания заслуживают стволовые клетки, обладающие способностью реплицироваться и самообновляться.
К сожалению, в настоящее время нет возможности непосредственной морфологической идентификации стволовых клеток и определения скорости их пролиферации. Однако результаты исследований нормальных обновляющихся тканей указывают на то что, по крайней мере, часть стволовых клеток пролиферирует с относительно низкой скоростью. Вопрос о локализации стволовых клеток в опухолях также остается нерешенным.
Очень важной особенностью стволовых клеток является их способность длительное время существовать в организме вне митотического цикла.
Доля клеток, находящихся в Go-периоде, может быть небольшой, но, тем не менее, именно эти клетки и обусловливают значительную трудность химиотерапевтического и лучевого лечения опухолей. По мере увеличения объема новообразований доля Go-клеток возрастает. Наличием таких «покоящихся» стволовых клеток можно объяснить развитие рецидивов опухоли через большой промежуток времени после ее удаления и существование «дремлющих метастазов».
Одним из факторов, влияющих на рост опухоли, является потеря клеток, происходящая в результате их гибели и метастазирования, а также вследствие десквамации клеток, подвергающихся дифференцировке. В основном потеря клеток определяется их некробиотическими изменениями, связанными главным образом с нарушением кровоснабжения опухолей. Кроме того, гибель клеток могут вызывать иммунологические реакции организма на опухолевые антигены, а также довольно часто встречающиеся в злокачественных новообразованиях патологические митозы.
В нормальных условиях в тканях существует баланс между пролиферацией клеток, с одной стороны, и их дифференцировкой и гибелью — с другой. При развитии опухолей происходит нарушение этого баланса. Последнее обусловлено не столько усилением пролиферации, сколько уменьшением клеточной потери.
