Молекулярно-біологічні механізми дії хімічних канцерогенів - загальна онкологія
Відповідно до сучасних уявлень, процес хімічного канцерогенезу (якщо вважати зміни в організмі від початку контакту з канцерогеном до клінічного виявлення пухлини) складається з декількох стадій. Першою стадією є циркуляція канцерогену в організмі і ланцюг його метаболічних перетворень. За останній час доведено, що практично всі канцерогени, перш ніж викликати малигнизацию клітин, піддаються в організмі різних змін.
12. Деякі можливі шляхи метаболічної активації канцерогенів.
Тому сформувалося поняття про вступників в організм канцерогени як «проканцерогенов», проміжні метаболіти стали називати «проксимальними канцерогенами», а кінцеві канцерогенні метаболіти - «кінцевими канцерогенами». Іноді биотрансформация канцерогенів не вимагає участі ферментних систем (наприклад, для деяких алкилірующих з`єднань), але в більшості випадків ці перетворення відбуваються під дією ферментів, в першу чергу неспефіціческіх багатоцільових оксидаз. Основні метаболизирующие системи зосереджені в мікросомах клітин, найбільш сильні - в мікросомах печінки, які найчастіше використовують для вивчення метаболізму канцерогенів в дослідах in vitro [Рубенчік Б. Л., 1977]. Відомо, що ключовим ферментом мікросом є цитохром Р-450. Однак недавно показано, що біотрансформація канцерогенів відбувається і в ядерній оболонці. Для кожної групи канцерогенів виявлені свої шляхи метаболізму. Це, як правило, дві паралельно йдуть ланцюга перетворення: шлях знешкодження канцерогенів і шлях його метаболічної активації з утворенням канцерогенних метаболітів, що викликають малигнизацию. Встановлено, що в ході метаболічних перетворень все канцерогени набувають деякі загальні властивості-вони стають електрофільними сполуками, здатними реагувати з нуклеофільними мішенями клітин, т. Е. З биополимерами [Miller J., Miller Е., 1979] (рис. 12). Раніше вважалося, наприклад, що ПАУ не потребують метаболічної активації, але тепер ці уявлення спростовані. Для цих сполук, мабуть, основним шляхом активації є утворення діолових епоксидів.
Частина дослідників, однак, вважають, що активація ПАВ відбувається за свободнорадикальному механізму. Показано, що вільнорадикальні метаболіти також канцерогенні [Cavalieri Е. et al., 1977]. Шляхом знешкодження ПАВ є, очевидно, освіту фенолів, більшість яких не канцерогенно.
З групи ароматичних амінів найбільш вивчений метаболізм 2-ацетіламінофлуорена (ААФ). Першим і найбільш важливою ланкою його активації є N-гідроксилювання. У тварин, в організмі яких не відбувається цей процес, наприклад у морських свинок, ААФ пухлин не викликає. Не викликає він пухлин і при місцевому введенні в органи, в яких не утворюється N-Гідроксиметаболіт, наприклад в молочну залозу. Введення ж N-гідрокси-ААФ в цих випадках призводить до бластомогенних ефекту.
Подальшим шляхом активації вслід за N-гідроксилювання є естеріфікація ААФ з утворенням сірчанокислих ефірів [Miller J., 1970]. Шляхом знешкодження ААФ є С-гідроксилювання.
Передбачається, що N-гідроксилювання є шляхом активації і інших ароматичних амінів (похідних нафталіну і амінодіфеніла), а також аміноазосоедіненій. Естеріфіцірованний похідні значно активніше зв`язуються з білками і нуклеїновими кислотами [Miller J., Miller Е., 1969].
Ряд ароматичних амінів, як відомо, викликає пухлини сечового міхура. Передбачається, що індукція цих пухлин пов`язана з тим, що канцерогенні метаболіти ароматичних амінів в печінці утворюють неактивні кон`югати з глюкуроновою кислотою, які при виведенні з сечею в сечовому міхурі розкладаються під дією Р-глюкуронідази із звільненням активних метаболітів, що впливають на епітелій.
Дослідження НС показали, що у багатьох речовин цієї групи головний шлях метаболізму - гідроксилювання по а-С-вуглецевого атома з наступним деалкілування і освітою діазоалканов або інших алкілдіазоніев. Останні високореактівние і розпадаються до газоподібного азога і відповідного алкилірующего катіона, що є, по всій видимості, «кінцевим» канцерогеном [Druckrey Н. et al., 1967]. Можливо також гідроксилювання в інших положеннях, наприклад по Р- С-атому (так зване по-окислення) або кінцевого атому (окислення). Ряд в-окислених метаболітів виявилися сильними канцерогенами [Okada Н., Hashimoto Y., 1974]. Частина НС (нітрозаміди) активуються без участі ферментних систем, викликаючи пухлини на місці аплікації (метілнітрозомочевіна).
В індукції пухлин деякими НС також приймає участь Р-глюкуронідаза.
За останні роки вивчений метаболізм і ряду інших канцерогенів (афлатоксину Bi, сафролу, вінілхлориду та т. Д.) І показано, що основним шляхом активації є ферментативне окислення. Так, канцерогенним метаболітом вінілхлориду виявився хлоретіленоксід.
Слід зазначити, що для кожного канцерогену може бути, мабуть, не один, а кілька шляхів метаболічної активації, що підтверджується зазначеними вище даними щодо канцерогенності як діолових епоксидів, так і вільнорадикальних метаболітів ПАУ. При цьому канцерогенністю може володіти не тільки кінцевий канцерогенний метаболіт, але і ряд проміжних. Так, показана канцерогенність N-гідрокси-ААФ в молочній залозі щурів, де освіта його сірчанокислих ефірів не відбувається [Malejka-Giganti D. et al., 1977] .Обезврежіванію при цьому може піддаватися не тільки вихідний канцероген, але і будь-який з проміжних метаболітів .
Знання метаболізму дає можливість попередньо оцінити сполуки, що включають в себе радикали канцерогенів. Так, при виробничому контакті людини з прямими барвниками, синтезованими на основі бензидину і діанізідіна, в сечі робочих були виявлені вихідні канцерогени. Це свідчило про розщеплення прямих барвників в організмі і про їх можливу канцерогенну небезпеку. Аналогічним чином проводилася оцінка канцерогенної небезпеки антиоксиданту N-феніл-2-нафтиламина (неозон D). Виявилося, що в організмі його N-дефенілірованіе із звільненням 2-нафтиламина відбувається лише в дуже малому ступені і тому антиоксидант швидше за все не має бластомогенних властивостями. Це збігається з результатами дослідів на тваринах, показали відсутність канцерогенності даного препарату.
Другим важливим напрямком є активний вплив на метаболізм канцерогенів для запобігання утворення активного метаболіту і (або) прискорення знешкодження канцерогенів. Це новий напрямок отримало назву «антіканцерогенеза». Антиканцерогенний ефект виявлений в експериментах на різних моделях хімічного канцерогенезу при застосуванні активаторів та інгібіторів ферментів і антиоксидантів, особливо селену. Важливе місце серед цих речовин можуть зайняти і інгібітори в-глюкуронідази, що запобігають розпад глюкуронидов метаболітів і звільнення канцерогенних сполук. Перші роботи в цьому напрямку обнадіюють [Boyland Е. et al., 1965]. Важливим напрямком робіт по антіканцерогенезу є дослідження по застосуванню речовин, що затримують ендогенний синтез. Ряд таких речовин, зокрема вітамін С, успішно випробуваний на тварин.
Другою стадією канцерогенезу, наступного за метаболізмом канцерогенів, є зв`язування метаболітів з біологічним субстратом клітин-мішеней. Канцероген, потрапляючи в клітину, зв`язується з усіма її компонентами, починаючи з клітинної мембрани і закінчуючи органелами цитоплазми і ядром. Тому вкрай важливо виявити специфіку в подібному взаємодії, знайти той ключовий субстрат, зв`язування якого з канцерогеном і стане причиною малігнізації.
Після відкриття ролі нуклеїнових кислот у передачі спадкових властивостей найбільшу увагу стали приділяти зв`язування канцерогенів з цими компонентами клітини, особливо з ДНК. Виявлена висока ступінь кореляції між канцерогенністю різних з`єднань і здатністю до зв`язування з ДНК [Ніberman Е., Sachs L., 1977]. Дослідження на молекулярному рівні показали, що канцерогени реагують з основами нуклеїнових кислот, і перш за все з гуаніном. Метилирование гуаніну призводить до порушення комплементарності пуринових основ у молекулі ДНК: замість нормального сполучення підстав гуанін - цитозин утворюється параметілірованний гуанін - тимін. Оскільки тимін зазвичай поєднується з аденін, то зміни в другій нитці молекули ДНК призводять до утворення комплементарного до тимін аденина першої нитки ДНК і в результаті цих порушень пара підстав гуанін - цитозин заміщується на аденін - тимін. Такі грубі пошкодження молекули ДНК, що стосуються вже обох її ниток і тому виключають репарацію, призводять до мутацій, тобто. Е. Порушенню генетичного коду і догляду клітини з-під контролю гомеостатичних систем організму, що завершується її малигнизацией.
Поряд з ДНК деякі канцерогени можуть також алкілірованние транспортні РНК, що може привести до спотворення трансляції мРНК і порушенню синтезу білків з наступною малигнизацией клеток. Характерним для чутливих до канцерогенезу тканин стало уповільнення відновлення викликаних канцерогеном пошкоджень ДНК, що приводило до тривалої персистенції алкілованих підстав, що могло вести до порушення кодування. Найбільш доведена така персистенція для О6-метілгуаніна [Лихачов А. Я., 1987]. Правда, повної кореляції між цією персистенцією і канцерогенний ефект різних бластомогенних агентів встановити не вдалося. Це свідчить про те, що за малигнизацию можуть бути відповідальні і інші, ще не відомі нам чинники.
Генетичний фонд клітини, не дивлячись на його крихкість, захищений потужним ферментним апаратом, що забезпечує репарацію (відновлення) ДНК. За допомогою ендо- та екзонуклеаза, лужних фосфатаз і ДНК-полімерази клітинам вдається «вирізати» змінені нуклеотиди і за рахунок відповідних комплементарних ділянок другої нитки ДНК (якщо вона не пошкоджена) відтворити вихідну генетично запрограмовану нуклеотидну послідовність пошкодженої нитки.
Експериментальні дані свідчать про те, що практично всі відомі канцерогени індукують в клітинах репаративний синтез ДНК [Виленчик М. М., 1977]. Інтенсивність репарацій корелює з канцерогенним потенціалом хімічної сполуки. Значення для канцерогенезу пошкодження генетичного апарату клітини і порушень репаративного синтезу ДНК є досить солідним підставою для визнання мутаційної концепції раку. Додатковою аргументацією можуть також служити дані про те, що майже всі канцерогени мають мутагенною активністю і що вона характерна для всіх без винятку електрофільних канцерогенних метаболітів. Слід, однак, відзначити, що в ряді канцерогенів, що не володіють мутагенними властивостями, виявилися такі важливі сполуки, як гормони, деякі метали, мінерали (азбест), пластмаси і т. Д. Очевидно, для цих сполук ведучим в канцерогенний ефект є не індукція мутацій, а відбір вже існуючих мутований клонів, порушення систем регуляції гомеостазу, створення умов для депонування ендогенних бластомогенних і т. п. Можливо, результатом взаємодії канцерогенів з клітиною не є мутації, а епігенетичні зміни [олені Ю. М., 1967], які також можуть вести до спадкоємства змінених властивостей [Chu Е. et al., 1977]. В епі- геномному механізмі велике значення надається взаємодії канцерогенів з РНК, білками і мембранами клітин [Шапот В. С., 1975].
