№3, 2000 г.
© Л.М.БерштейнГормональный канцерогенез Л.М.Берштейн
Лев Михайлович Берштейн, доктор медицинских наук, профессор. Руководитель лаборатории онкоэндокринологии Научно-исследовательского института онкологии им. проф. Н.Н.Петрова, ученик В.М.Дильмана. Основные научные интересы сосредоточены на проблеме гормоны и рак, включая механизмы гормонального канцерогенеза, а также вопросы метаболической профилактики и эндокринотерапии онкологических заболеваний. Автор пяти монографий. Публиковался в “Природе” в 1991 г.С признанием “чистой эндокринологии” окончательно оформилось более или менее интуитивное представление о том, что в возникновении злокачественных опухолей далеко не последнюю роль могут играть факторы организма, не требующие привлечения “чего-то извне” и связанные, как долго казалось, преимущественно с репродуктивной системой.
Во многих работах по истории онкоэндокринологии, даже при попытках самого поверхностного анализа ее становления, можно встретить упоминание двух почти обязательных моментов: во-первых, что она по существу возникла еще до появления термина “гормон”, и, во-вторых, что ее “официальным” началом следует считать 1896 г., когда британский хирург Г.Т.Битсон, удалив яичники у больных раком молочной железы, добился регресса опухолей и тем самым показал зависимость последних от субстанций, продуцируемых этими половыми железами. Этот факт, впервые установленный в конце прошлого века, впоследствии не раз подтверждался многочисленными экспериментами (табл.1).
Таблица 1. Ранние события в истории изучения гормонального канцерогенеза [1]
Год Что сделано Автор 1916 Предотвращение кастрацией спонтанных опухолей молочной железы у мышей А.Латроп 1932 Индукция эстрогенами опухолей грудной железы у мышей-самцов А.Лакассань 1938 Установление канцерогенного эффекта эстрогенов в шейке матки и влагалище мышей У.Гарднер 1939 Установление эстрогенозависимости рака предстательной железы Ч.Хаггинс 1948—1957 Развитие под влиянием эстрогенов рака молочной железы у мышей без фактора молока О.Мюльбок 1958—1962 Установление эстрогенозависимости рака молочной железы, индуцированного диметилбензантраценом у грызунов Ч.Хаггинс 1971 Выявление опухолей влагалища у дочерей женщин, получавших эстрогены (диэтилстильбэстрол) во время беременности А.Хербст Остановимся на классических работах кузенов Бискинд, поскольку их результаты, как зеркало, одновременно отражают стройность, определенную предсказуемость и в то же время загадочность гормонального канцерогенеза. Модель, предложенная этими исследователями в 1939—1944 гг., достаточно хорошо известна. Один яичник мыши или крысы и часть другого удаляются, а оставшаяся небольшая доля пересаживается в селезенку. Возникший стероидный (в первую очередь, эстрогенный) дефицит подкрепляется тем, что стероиды, секретируемые остатком яичника, поступают теперь в общую циркуляцию и, проходя через печень, инактивируются. Последовательность событий такова: дефицит эстрогенов, соответственно снятие “узды” с гонадотропинов и усиление гонадотропной стимуляции. В результате, без всякого “вмешательства извне”, в 50—87% случаев регистрируются опухоли подсаженной в селезенку яичниковой ткани. При этом новообразование проходит стадию доброкачественного разрастания, а уже затем в нем появляются признаки злокачественности. Казалось бы, все объяснимо. В то же время остается ощущение недосказанности — особенно сейчас, когда выясняется, какая дистанция лежит между усиленным клеточным размножением (гиперпролиферацией) и неопластической трансформацией.
Схема индукции опухолей яичников (M.Biskind, J.Biskind, 1944). После полного удаления одного яичника и части другого у мыши или крысы, пересадки небольшой оставшейся доли в селезенку возникает дефицит эстрогенов. Он подкрепляется тем, что гормоны, продуцируемые остатком яичника, поступают в кровь и, проходя через печень, инактивируются. В результате снимается тормоз гипофизарных гонадотропинов и усиливается стимуляция пересаженного яичника, где со временем в 50—87% случаев образуются опухоли.Примеры подобного рода дает не только эксперимент. Так, возрастное увеличение продукции гонадотропинов рассматривается как важный фактор риска развития рака яичников в женской популяции. Подтверждением этого считают снижение в 2—2.5 раза частоты возникновения данного заболевания у женщин, регулярно пользовавшихся стероидными противозачаточными средствами (оральными контрацептивами) с антигонадотропным действием. Эти примеры говорят о том, что, используя хорошо известные закономерности гормональной регуляции, можно и противодействовать опухолевому росту, и одновременно понять роль тех же закономерностей в возникновении самих опухолей.
Действительно, избыточная гормональная стимуляция и нарушения гормонального равновесия, которые еще в 20—50-х годах А.Липшютц рассматривал как “эндокринную подложку” некоторых онкологических заболеваний [2], во многом не утратили и скорей всего не утратят своего значения. Эти факторы достаточно хорошо, хотя и не без оговорок, сочетаются с принципами, разработанными в условиях эксперимента: для успешной индукции опухоли необходимы определенная длительность гормонального воздействия, его непрерывность и введение гормона в адекватной дозе. Перенос на человека последнего принципа оказался весьма непрост: с одной стороны, известно, какое количество (какую дозу) эстрогенов за определенное время должна принять женщина в менопаузе, чтобы у нее развился рак матки, с другой — существует определенный порог концентрации эстрогенов в крови у менопаузальных женщин, при превышении которого дополнительная стимуляция эндометрия не происходит. Наконец, показано, что даже при нормальном уровне классических эстрогенов (эстрона и эстрадиола) в крови имеется повышенный риск возникновения рака молочной железы, если эти значения располагаются вблизи верхней границы общеизвестной нормы [3].
Заслуживает упоминания еще один принцип: гормоны, “поощряющие” дифференцировку соответствующей ткани, препятствуют развитию в ней опухолей, а гормоны, стимулирующие в этой ткани клеточное деление (пролиферацию), способствуют ее неопластической трансформации [4]. Пожалуй, именно это, на первый взгляд невинное, положение оказалось более принципиально, чем можно было представить.
Далеко не каждый гормон способен вызвать развитие опухоли. Когда речь идет об экспериментальных исследованиях, очень важны вид, линия, возраст и пол животных. Но дело не только в этих обстоятельствах, которые в данном контексте можно назвать техническими. Речь о другом — существует ли гормональный канцерогенез вообще? Сомнения такого рода периодически возникали, не всегда проходили бесследно и даже сейчас представляют не только исторический интерес. Так, высказывались соображения, что для пробластомогенного действия гормона необходимо дополнительное влияние истинного канцерогенного агента. В противовес возможной индукции опухоли под влиянием гормонов, основанной на закономерностях их физиологического действия [5], выдвигался тезис о беременности — как ситуации с многократно усиленной физиологической продукцией гормонов, не приводящей к нежелательным последствиям.
Известный экспериментатор и теоретик онкологии И.Беренблюм предложил разграничивать гормональный канцерогенез и просто влияние гормонов, обеспечивающих условия, благоприятные для возникновения и роста опухоли, причем отдавал преимущество последнему. Относительная справедливость такого представления подтверждается тем, что, когда говорят об эндокринных факторах онкологического риска, подчеркивается вероятностная природа опухолевого процесса, свидетельствующая против того, что гормоны можно считать полными канцерогенами.
Самостоятельное существование гормонального канцерогенеза у человека в течение длительного времени отрицал и Дильман [6]. Он полагал, что гормоны играют роль факторов, предрасполагающих к развитию ведущих неинфекционных заболеваний, включая злокачественные новообразования. В соответствии с его оригинальной онтогенетической моделью, в основных системах гомеостатической эндокринной регуляции (репродуктивной, энергетической, адаптационной) по мере старения происходят достаточно закономерные сдвиги. С одной стороны, их можно регистрировать и использовать как маркеры риска (например, увеличение секреции гонадотропинов задолго до менопаузы, гиперинсулинемия, инсулинорезистентность, относительный гиперкортицизм и т.д.), с другой — они способствуют иммунодепрессии и изменениям в тканях-мишенях, в частности созданию в них очагов гиперпролиферации.
Как уже отмечалось, на протяжении нескольких десятилетий формировалась точка зрения, согласно которой проявлением избыточной гормональной стимуляции, приводящей к возникновению опухоли, служит усиленная пролиферация. До сих пор сторонники этой точки зрения (а их, пожалуй, большинство), привлекая, например, сведения об изменении экспрессии онкогенов при эстроген-индуцированном канцерогенезе, говорят об этом лишь с позиций обеспечения отдельных этапов клеточного деления [7].
Тем не менее постепенно, и особенно отчетливо — с середины 80-х годов, положение стало меняться. Еще в 70-х годах в опытах in vitro начали изучать поведение ДНК в присутствии гормонов, а с появлением теста Эймса и иных тест-моделей гормоны стали нередко проверять на генотоксичность. Однако эти исследования не дали ответа на вопрос, повреждают ли гормоны ДНК. Более того, чаще результат бывал отрицательным (“не влияют”). В таком заключении решающую роль, как теперь становится понятно, могли сыграть условия эксперимента и другие моменты: например, частое отсутствие корреляции между гормональными свойствами эстрогенных производных и их канцерогенностью.
Предполагаемый механизм образования ДНК-повреждающих реактивных метаболитов в процессе обмена эстрогенов (J.Liehr, 1990). Благодаря ферментативным реакциям в тканях-мишенях (молочная железа, эндометрий и др.) из классических эстрогенов типа эстрадиола или эстрона образуются катехолэстрогены, в ходе метаболического восстановительного цикла возникают свободные радикалы, в частности семихиноны и их производные, которые в свою очередь индуцируют образование других свободных радикалов, включая супероксидный анион и перекиси липидов, которые могут повреждать белки и ДНК. 1 — реакции окисления P450-оксидазами, 2 — реакции восстановления P450- или b5-редуктазами.С развитием новых технологий (изучением так называемых аддуктов — комплексов ДНК с соответствующим соединением, в том числе гормональной природы) в опытах in vivo характер получаемых результатов, а соответственно и выводов, стал меняться. Существенную роль в признании способности некоторых гормонов (и стильбеновых – типа диэтилстильбэстрола, – и природных эстрогенов) вызывать повреждение ДНК сыграли исследования группы И.Лиир совместно с Дж.Вейс — одной из ведущих специалистов в области изучения метаболитов классических эстрогенов — катехолэстрогенов, в частности 2- и 4-гидроксиэстрона и 2- и 4-гидроксиэстрадиола. Результатом этой продолжительной работы стала оригинальная концепция [8], суть которой такова: классические эстрогены могут в той или иной степени превращаться в катехолэстрогены, которые вовлекаются в реакции обменно-востановительного цикла с образованием хинонов, семихинонов и других свободнорадикальных метаболитов, способных повреждать ДНК, формировать ее аддукты, приводить к мутациям, а значит, инициировать неопластическую трансформацию.
Основные возражения против этой концепции сводятся к тому, что катехолэстрогены весьма нестойки, их концентрация в крови и тканях относительно низка и что в упомянутой модели никак не учитывается гормон-индуцированная усиленная пролиферация. Тем не менее прямые эксперименты показали, что из всех изученных эстрогенных производных наиболее канцерогенны 4-гидроксипроизводные, которые одновременно и самые генотоксичные. У 2-гидроксиметаболитов почти нет бластомогенного эффекта, но они могут подавлять активность катехол-О-метилтрансферазы (КОМТ) и соответственно — препятствовать инактивации 4-гидроксипроизводных, что имеет и важное практическое значение. По данным группы Х.Адлеркрейц, полученным методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии, уровень катехолэстрогенов в крови и особенно их экскреция с мочой далеко не столь низки. Интересно, что на основании этих результатов установлены существенные различия между азиатскими и европеоидными популяциями, отличающимися и по частоте выявления онкологических заболеваний органов репродуктивной системы.
Два возможных и сочетающихся друг с другом варианта действия эстрогенов на печень крыс (M.Shimomura et al.,1992). Слева — эстрогены превращаются в катехолэстрогены и сопряженные с ними свободнорадикальные продукты, что способствует повреждению ДНК, образованию аддуктов и индукции мутации. Справа — эстрогены, связываясь со специфическими рецепторами и вызывая индукцию эстрогенчувствительных генов, стимулируют опухолевый рост и приводят к разрастанию очагов трансформации и образованию истинных гепатом.Есть все основания полагать, что возможны два основных типа гормонального канцерогенеза: промоторный или физиологический, когда действие гормонов сводится к роли своеобразных кофакторов, усиливающих клеточное деление (стадию промоции); и генотоксический, когда гормоны или их производные оказывают непосредственное действие на ДНК, способствуя индукции мутаций и инициации опухолевого роста. О реальности первого говорят и классические наблюдения, и представление о факторах риска и гормонально-метаболической предрасположенности к развитию опухолей, и многочисленные эпидемиологические и лабораторные данные. В пользу второго свидетельствует все большее число работ, в которых демонстрируется способность гормонов (пока — преимущественно эстрогенов) повреждать ДНК: образовывать аддукты, усиливать расплетение ее цепей, формировать разрывы и т.д., что может приводить к другим, более специфическим (пробластомогенным) изменениям на уровне клеточного генома. Среди этих исследований выделяются результаты Э.Кавалиери о влиянии 3,4-хинонов (производных 4-гидроксиэстрогенов) на образование стабильных, лишенных пурина, аддуктов ДНК и материалы группы Л.Брэдлоу — о генотоксическом эффекте 16a-гидроксиэстрона, характеризующегося выраженной трансформирующей активностью в эпителии молочных желез.
В течение последнего десятилетия все чаще обсуждается многообразное патогенное действие на организм экзогенных соединений, обладающих эстрогеноподобными свойствами. Нередко они попадают в окружающую среду в результате производственной деятельности человека, хотя имеются и другие источники их накопления в природе. К числу таких соединений относятся, в частности, диоксины. Интерес к ним связан со способностью индуцировать одну из форм цитохрома Р450 — эстроген-4-гидроксилазу, катализирующую образование 4-гидроксиэстрогенов с выраженным генотоксическим и канцерогенным эффектом.
Почему же сторонников генотоксичности гормонов (в частности, эстрогенов) пока еще не так много? Наверное, прежде всего из-за методической сложности выявления слабовыраженных (а то и латентных) генотоксических повреждений. Но главная причина, по нашему мнению, связана с тем, что частота гормон-индуцированных повреждений ДНК может возрастать лишь при определенных условиях. Они возникают, когда избыточная гормональная стимуляция ткани-мишени происходит в определенные этапы онтогенеза (перинатальный период, возможно, старение) или когда она сочетается с некоторыми факторами внешней среды, например с продолжительным курением [9]. По нашему мнению, курение, индуцируя изменения в обмене эстрогенов, способствует переводу промоторного типа гормонального канцерогенеза в генотоксический, что объясняет более жесткое (худшее в прогностическом отношении) клиническое течение злокачественных новообразований у курильщиков и изменение структуры онкологических заболеваний в сторону менее гормонозависимых опухолей.
Эти представления подтверждаются наблюдениями (табл.2), а также “тематическим” сходством влияния табачного дыма на механизмы старения регуляторных центров репродуктивной системы и гормонального канцерогенеза, базирующиеся (с одной стороны, в гипоталамусе и, с другой, в матке и молочных железах) в том и другом случае на определенных метаболических превращениях эстрогенов, образовании продуктов свободнорадикальных реакций, признаках повреждения ДНК и т.д.
Таблица 2. Эндокринные эффекты курения и его влияние на частоту и течение онкологических заболеваний: экстраполяция на механизмы гормонального канцерогенеза
Наблюдение Авторы Увеличение частоты заболеваемости раком легкого, шейки матки и уменьшение частоты рака эндометрия у курящих и др. Р.Долл, Дж.Барон Увеличение “запущенности” рака молочной железы, тела матки и ухудшение прогноза при опухолях молочной железы и меланобластоме при продолжительном курении Х.Даниел Более частое обнаружение рецептор-негативных новообразований молочной железы у курильщиц Х.Даниел, Е.В.Цырлина
и др.Снижение под воздействием табачного дыма способности эстрогенов к индукции рецепторов прогестерона в матке, опережающее последующее повреждение (расплетение) ДНК Л.М.Берштейн и др. Уменьшение концентрации классических эстрогенов или активности ароматазы (эстрогенсинтетазы) в ткани матки и молочной железы в результате длительного курения Л.М.Берштейн и соавт. Усиление 2-гидроксилирования эстрогенов (образования катехолэстрогенов) у курильщиков Дж.Михнович Увеличение экскреции 4-гидроксиэстрогенов у курящих женщин, получающих заместительную эстрогенотерапию в менопаузе Л.М.Берштейн, Х.Адлеркрейц Подобная постановка проблемы позволяет задать вопросы: насколько отличны другие виды канцерогенеза от гормонального и каковы реальные клинические эквиваленты его промоторного и генотоксического типов? Может ли генотоксический тип возникать de novo (термин К.М.Пожарисского) или обязательно следует за промоторной стадией? Обратим ли генотоксический тип гормонального канцерогенеза? Следует ли считать гормоны (какие из них и при каких обстоятельствах) полными канцерогенами? Наконец, насколько и в каких ситуациях оправдана гормонобоязнь? И еще один вопрос, относящийся непосредственно к эстрогенам: до какой степени необходимо ограничивать их стимулирующее влияние на пролиферацию?
Принимая во внимание хорошо известное благоприятное воздействие эстрогенов на состояние костной ткани (связанный с недостаточностью эстрогенов постменопаузальный остеопороз — не только медицинская, но и большая социальная проблема), центральной нервной системы и психической деятельности у пожилых людей и, главное, — на ослабление возрастного гнета нарушений липидного обмена и сердечно-сосудистых заболеваний (существенно ухудшающих показатели общей смертности), можно сказать, что прямолинейное и тотальное ограничение было бы по крайней мере нецелесообразно. Поэтому, говоря об усиленном клеточном размножении как о возможном факторе предрасположенности к развитию злокачественных опухолей, следует вспомнить, что и концентрации эстрогенов, близкой к верхней границе нормы, “хватает”, чтобы повысить риск рака молочной железы. Значит, надо искать такие умеренные (а не сильные) средства воздействия, которые смогут низвести эту концентрацию лишь до нижней, а еще лучше только до средней границы нормы.
Хорошей иллюстрацией к вышесказанному служит отсроченный эффект двухсторонней вариэктомии (удаления обоих яичников). Чем в более раннем возрасте по каким-либо медицинским показаниям выполняется эта операция, тем ниже риск появления рака молочной железы и тем выше летальность от ишемической болезни сердца и иных проявлений атеросклероза. С другой стороны, у этого оперативного вмешательства есть и определенная “тайна” — не связано ли его противоопухолевое действие не только с антипролиферативным эффектом, но и с возможным ограничением генотоксического действия эстрогенов?
Предупреждение гормон-индуцированных повреждений генома, очевидно, должно стать одним из существенных постулатов профилактики гормонального канцерогенеза. Подходы к его реализации могут, видимо, носить и общий, неспецифический характер (с привлечением уже известных средств антимутагенеза), базироваться на представлении об особенностях образования, метаболизма и инактивации катехолэстрогенов и вовлекать внутренние резервы организма — его эндогенную антимутагенную систему [10], включающую в себя и некоторые гормональные компоненты. Существенно, что с практической точки зрения “опережающее развитие” той или иной стороны представлений о механизмах гормонального канцерогенеза и о способах его профилактики может лишь способствовать пониманию основных закономерностей этого важного раздела онкологии и эндокринологии.
Подготовка настоящей статьи осуществлялась при частичной финансовой поддержке РФФИ.
Грант 97-04-48022.Литература
1. Lingeman C.H. Carcinogenic hormones. Berlin; N.-Y., 1979.
2. Lipschutz A. Steroid hormones and tumor. Baltimor, 1950.
3. Toniolo P. et al. // J. Natl. Cancer Inst. 1995. V.87. P.190—195.
4. Лазарев Н.И. Теоретические основы профилактики и терапии дисгормональных опухолей. М., 1963.
5. Мюльбок Л., Боот О. // Механизмы канцерогенеза. М., 1961. С.113—127.
6. Дильман В.М. Четыре модели медицины. Л., 1987.
7. Li J.J., Li S.A. // Endocrine Rev. 1990. V.11. P.524—531.
8. Yager J.D., Liehr J.G. // Annual Rev. Pharmacol. Toxicol. 1996. V.36. P.203—232.
9. Берштейн Л.М. Онкоэндокринология курения. СПб., 1995.
10. Засухина Г.Д. и др. // Журн. общ. биологии. 1986. №1. C.42—50.
