CC BY
182
Геннадий Альшерович Белицкий1, Марианна Геннадиевна Якубовская2
ИНФЕКЦИОННЫЕ КЛОНЫ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК (К 135-ЛЕТИЮ ПЕРВОЙ ПЕРЕВИВКИ ОПУХОЛИ М. А. НОВИНСКИМ И 110-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Л. М. ШАБАДА)
1 Д. м. н., профессор, ведущий научный сотрудник, отдел химического канцерогенеза НИИ канцерогенеза ФГБУ «РОНЦ им. Н. Н. Блохина» РАМН (115478, РФ, г. Москва, Каширское шоссе, д. 24)
2 Д. м. н., руководитель, отдел химического канцерогенеза НИИ канцерогенеза ФГБУ ««РОНЦ им. Н. Н. Блохина» РАМН (115478, РФ, г. Москва, Каширское шоссе, д. 24)
Адрес для переписки: 115478, РФ, г. Москва, Каширское шоссе, д. 24,
НИИ канцерогенеза ФГБУ «РОНц им. Н. Н. Блохина» РАМН, отдел химического канцерогенеза, Белицкий Геннадий Альтерович; e-mail: [email protected]
В обзоре изложены современные данные о заражении животных и человека клетками злокачественных опухолей. Приведены результаты изучения инфекционной венерической саркомы собак, эпизоотии злокачественной шванномы в популяции тасманийского дьявола — хищного сумчатого млекопитающего, обитающего в Тасмании и Австралии, а также трансмиссивной ретикулосаркомы хомяков. Изложены данные экспериментов по перевивке линий злокачественных клеток человека добровольцам, а также заражения злокачественной опухолью в результате травмы при экспериментах с клетками опухоли или во время хирургической операции. Обсуждаются условия и механизмы трансмиссии опухолевых клеток у животных и человека.
Ключевые слова: М. А. Новинский, Л. М. Шабад, трансмиссия опухоли, венерическая саркома собак, опухоль тасманийского дьявола, ретикулосаркома.
Сталкиваясь с чем-то неизвестным, чему нет аналогий в наших знаниях, мы бредем теми же путями, что и наши предки, поскольку алгоритм движения от известного к неизвестному как одна из функций психики человека не претерпел особых изменений со времен зарождения науки. Поэтому нет оснований снисходительно смотреть с высоты современных знаний на попытки наших предшественников решить задачу трансплантации опухолей.
Не зная законов гистосовместимости, механизма иммунных реакций хозяина против трансплантата и трансплантата против хозяина, многие врачи, а в их числе и известные исследователи, безуспешно пытались перевить опухоль человека животным, а также от животных животным того же или другого вида. В 50-е годы XIX века много экспериментов по перевивке опухолей в различных вариациях произвели известные хирурги Дюпюитрен и Альбер. Профессор Бильрот — корифей полостной хирургии, оставивший коллегам две используемые до настоящего времени операции на желудке, также отдал много усилий этой проблеме, но безуспешно [1]. В связи с этим следует отдать дань великого уважения ветеринарному врачу Мстиславу Александровичу Новинскому (рис. 1), который 135 лет назад в Медикохирургической академии Санкт-Петербурга впервые
© Белицкий Г. А., якубовская М. Г., 2012 УДК 616-006.04-02:616-092.4(091)
Рисунок 1. Магистр ветеринарных наук М. А. Новинский (1841—1914), впервые осуществивший серию успешных перевивок опухоли.
успешно перевил венерическую саркому собак и сделал несколько последовательных пассажей этой опухоли, показав, что она переносится только живыми клетками, но не экстрактами и не фильтратами. Первое сообщение о результатах его опытов было опубликовано на русском и немецком языках в 1876 г., а годом позже он защитил на эту тему диссертацию на соискание степени магистра ветеринарных наук под руководством профессоров В. Е. Воронцова и М. М. Руднева, которые давно занимались этой проблемой [2; 3].
Перевиваемая венерическая саркома собак более четверти века оставалась единственной воспроизводимой моделью трансплантации опухолевых клеток, поскольку перевиваемая опухоль Эрлиха была получена из клеток рака молочной железы мыши только в 1905 г., а перевиваемая на крысах саркома Йенсена — в 1907 г.
В науке новое находят почти так же быстро, как и забывают старое, особенно имена тех, кто трудом своей жизни это «старое» добыл.
Имя М. А. Новинского и его приоритетная работа были извлечены из небытия академиком АМН СССР, профессором Львом Манусовичем Шабадом, 110 лет со дня рождения которого исполнилось 19 января 2012 г. (рис. 2). С 1958 г. и до конца жизни Л. М. Шабад был одним из ведущих ученых Онкологического научного центра, причем ряд лет в должности заместителя директора академика Н. Н.Блохина.
Обстоятельства, при которых Л. М. Шабад сделал эту работу, потребовавшую массу кропотливого труда, сделавшего бы честь любому детективу, были более чем сложными. В конце 40-х годов XX века его лаборатория оказалась на грани закрытия. Л. М. Шабад был лишен возможности заниматься экспериментальной работой в полную силу, но и в этих условиях нашел нужное дело, до которого раньше не доходили руки, и сделал его. Он
Рисунок 2. Основоположник экспериментальной онкологии в СССР академик АМН СССР Л. М. Шабад (1902—1982).
нашел все материалы о М. А. Новинском, включая его диссертацию и даже фотографию. Была написана книга «Новинский — родоначальник экспериментальной онкологии», которая вышла в серии «Научные биографии» в 1950 г.
Жизнь М. А. Новинского была типична для многих ученых во все времена. Сын сельского священника, он по желанию отца окончил духовное училище, а потом и семинарию. Однако спустя 3 года сложил с себя духовный сан и в 1870 г. поступил на ветеринарное отделение Медико-хирургической академии Санкт-Петербурга.
Через 4 года в возрасте 33 лет М. А. Новинский получил звание ветеринарного врача. При этом ему, как «оказавшему отличные успехи в науках», был выдан диплом с отличием с правом на двухлетнее усовершенствование при Академии. За 2 года М. А. Новинский выполнил на золотую медаль работу о роли нервов в заживлении ран и диссертацию «К вопросу о прививании злокачественных новообразований (экспериментальное исследование)», которая состояла из 36 страниц с двумя рисунками. Защита происходила на Ученом совете, членами которого были такие классики, как терапевты С. П. Боткин и В. А. Манассеин, хирург Н. В. Склифосовский, патологоанатом М. М. Руднев, анатом В. Д. Грубер, химик и композитор А. П. Бородин и гистолог О. Н. Заварыкин.
Защита прошла блестяще. Казалось бы, Новинскому открывался путь в науку, тем более что Ученый совет ходатайствовал о командировании его за границу, после чего он вошел бы в число руководителей Медикохирургической академии. Но, как это бывало во все времена, всемогущая бюрократия в лице Главного военно-медицинского управления на ходатайство Ученого совет отписала: «М. А. Новинский не может быть в настоящее время командирован за границу с ученой целью, так как суммы по §5 статьи 2 сметы Главного военно-медицинского управления 1880 г. по теперешнему низкому курсу рубля за границей едва будет достаточно для 4 лиц и такие лица уже имеются».
Вместо Германии Новинский был отправлен в казачий полк на должность ветеринарного врача.
Через полмесяца после отъезда Новинского в полк те же силы начали «Дело об упразднении ветеринарного отделения императорской Медико-хирургической академии». Так что, когда он отслужил положенное время и вернулся в Санкт-Петербург, этого отделения уже не было, а его научный руководитель и друг экстраординарный профессор В. Е. Воронцов был «отчислен за штат».
Все рухнуло. Новинскому дали работу ветеринара на скотопригонном дворе железной дороги. Прожил он почти 73 года и умер в 1914 г. от «грудной жабы», т. е. стенокардии, которой часто «награждаются» люди, чей труд остался невостребованным.
Изучение венерической саркомы собак продолжается и в настоящее время в связи с ее широким распространением и уникальными особенностями.
Эта опухоль была хорошо известна ветеринарам задолго до работ М. А. Новинского. Обычно она передается половым путем. Латентный период длится до 6 мес. После этого несколько недель опухоль интенсивно растет, иногда метастазирует в лимфатические узлы и паренхиматозные органы.
Спустя 3—9 мес в большинстве случаев наступает спонтанная регрессия опухоли, после которой развивается пожизненный иммунитет.
Сыворотка переболевшей собаки создает пассивный иммунитет у реципиента [4].
В эксперименте опухоль перевивается на собак любой породы, койотов, шакалов и лисиц, но только, как показал М. А. Новинский, живыми клетками.
Эта опухоль представляет собой наиболее древний моноклон [5; 6], который произошел из предшественника макрофагов. Его клетки экспрессируют характерный для мезодермальных тканей виментин, а также ли-зоцим, а1-антитрипсин и нейроспецифическую энолазу NSE. Кроме того, на его клетках может паразитировать Leishmania infantum, избирательно поражающая макрофаги. Кариотип опухоли одинаков у собак всех континентов. Несмотря на анэуплоидность, кариотип ее стабилен.
Расчет динамики дивергенции микросателлитов у собак позволил предположить, что венерическая саркома возникла от 250 до 2500 лет назад у волка или у собаки восточносибирского ареала.
Универсальным диагностическим маркером является наличие ретротранспозона Line-1 в районе c-myc. Он мог появиться в ходе эволюции клона, но мог и присутствовать в половых клетках животного, у которого первоначально возник. Последняя возможность мало доказуема, поскольку инсерция ретротранспозона в этот локус половой клетки у современных собак не описана, а возможность доказать ее наличие у дикого предшественника исключена. Помимо экспрессии c-myc, пока нет данных об активации в этой опухоли других онкогенов или инактивации супрессоров.
Изучение гаплотипов наиболее полиморфной группы генов основного комплекса гистосовместимости собак DLA (dog lucocyte antigen), включающей ген I класса DLA-88, а также три гена II класса DRB1, DQB1, DQA1, показало их идентичность во всех изученных опухолях. Ген DRB1 имеет два аллеля — 04101 североамериканского волка и 04701 шакалов Аляски и Сибири, отличавшиеся друг от друга одной несинонимической заменой. В нормальных клетках собак аналогичные гаплотипы значительно разнятся в зависимости от породы и места обитания [7]. Анализ маркеров митохондриальной ДНК также подтвердил моноклональность венерической саркомы собак.
Генотипирование микросателлитов из ДНК хромосом различной локализации дало аналогичные результаты. Дивергенция по этому признаку в опухолевых клетках была минимальной по сравнению с нормальными клетками собак различной породы, у которых эти опухоли возникли. Единственный тип обмена между организмами носителей и опухолью состоял в захвате опухолевыми клетками нормальных митохондрий, которые, по-видимому, заменяли деградировавшие исходные [8].
На стадии прогрессирующего роста клетки опухоли секретируют цитокин — трансформирующий Р-фактор роста 1-го типа (TGF-P1), который ингибирует экспрессию основного комплекса гистосовместимости I и II классов, активность натуральных киллеров и цитотоксичность Т-лимфоцитов.
На этой же стадии опухоль секретирует фактор, токсичный для В-клеток, что ингибирует развитие гуморального иммунитета. По-видимому, эти свойства позволяют клону расти в аллогенном иммунокомпетентном организме до момента, когда он может быть перенесен на нового хозяина.
Регрессия опухоли связана с интерлейкином-6 (И-6) и цитокином I типа — интерфероном-у (№N7), которые продуцируются лимфоцитами, инфильтрирующими опухоль [7].
Венерическая саркома собак интересна в первую очередь своей способностью длительно расти в аллогенном организме, ингибируя действие основного комплекса гистосовместимости. Очевидно, что не все генетические и эпигенетические факторы, способствующие этому, выявлены к настоящему времени. Опухоль сохраняет при переносе на самые различные породы собак свою генетическую структуру, т. е. устойчива против соматической гибридизации с клетками хозяина, которая наблюдается при некоторых других опухолях [9].
Заслуживает внимания и то, что эта опухоль не прогрессирует в своей злокачественности, несмотря на бесчисленные пассажи. Возможно, что такой вариант ото-брался из ряда более злокачественных клонов, быстро убивавших своих хозяев, и поэтому сохраняется так долго.
Все эти качества делают венерическую саркому собак объектом, заслуживающим тщательного изучения не только онкологами, но и трансплантологами.
В последние десятилетия выяснилось, что трансмиссивный соматический клон, вызывающий онкологическое заболевание, не уникален.
В Тасмании и Австралии обитает сумчатое плотоядное животное размером со среднюю собаку с латинским названием Sarcophilus harrisii, прозванное за свирепость тасманийским дьяволом.
Впервые опухоль тасманийского дьявола обнаружена в 1996 г. в популяции северо-восточной Тасмании, 60% которой она к настоящему моменту уничтожила. Опухоль локализуется на морде, шее и в ротовой полости, быстро растет, метастазирует в регионарные лимфатические узлы и висцеральные органы и убивает животное в течение 6—9 мес [7; 10—12].
Переносится при укусах во время драк за пищу или самок в период спаривания, притом минимальным количеством клеток, которые могут быть внесены в рану с зубов. По этому признаку она значительно более контагиозна, чем венерическая саркома собак, для перевивки которой требуется не менее 108 клеток.
Наблюдения над содержащимися в неволе животными показали, что они склонны к образованию эпителиальных опухолей, в частности карцином, но не злокачественных опухолей из соединительной ткани.
Трансмиссивный клон, вызвавший опустошительную эпизоотию, представляет собой мягкотканное новообразование, состоящее из недифференцированных округлых или веретеновидных клеток. Он возник из нейроэктодермы, в частности из малигнизированных предшественников шванновских клеток (леммоцитов), располагающихся вдоль аксонов периферических нервов и создающих их миелиновые оболочки [13].
Нормальные клетки тасманийского дьявола имеют 14 хромосом, включая половые. В опухоли их 13. Гаплотип идентичен во всех опухолях и всегда отличен от хозяина. Аллели микросателлитов и аллели локусов основного комплекса гистосовместимости во всех опухолях у всех животных идентичны, т. е. опухоль моноклональна.
В транскриптоме опухоли выражена экспрессия структурных генов миелина MPZ, PRX, МВР и РМР22. Маркеры эпителия, эндотелия и клеток гемопоэза не экспрессируются.
В опухоли обнаружены микроРНК miR-21, miR-24 и miR-19b, повышенная экспрессия которых характерна для различных форм опухолевого роста, а также miR-222, наличие которой связано с инвазивностью опухоли. Экспрессия miR-29b и miR-126, которые рассматриваются как супрессоры опухолевого роста, выражена слабо [13].
Считается, что одной из причин массового распространения опухоли является относительная гомогенность популяции тасманийского дьявола, который эволюционировал на ограниченном пространстве, что создавало условия для инбридинга. Однако этим не могут быть полностью объяснены причины возникшей онкологической эпизоотии. Дело в том, что, несмотря на беспрепятственное распространение опухоли, здоровые и больные животные имеют полноценную систему иммунитета, как клеточного, так и гуморального, которые не позволяют нормальным клеткам одной особи преодолевать барьер гистосовместимости другой особи. В частности, аллоген-ные трансплантаты кожи отторгаются реципиентом в течение примерно 3 нед, причем наличие опухоли реакцию отторжения не ингибирует [14; 15].
Это породило надежду на то, что среди отловленных животных можно будет найти резистентные к опухоли особи и восстановить популяцию. С этой целью, а также для того, чтобы изучить возможность иммунизации, двум животным ввели облученные клетки опухоли, а через некоторое время и жизнеспособные. У одного самца опухоль привилась, у второго инокулированные клетки погибли на фоне выраженной иммунной реакции. К сожалению, после введения опухолевых клеток другой сублинии это животное тоже погибло [9].
Математическое моделирование эпизоотии позволило спрогнозировать полное уничтожение пораженной северо-восточной популяции в течение следующих 25—35 лет, однако анализ 10 микросателлитных маркеров ДНК показал, что через 2—3 поколения после начала распространения опухоли иммунологическая гетерогенность популяции в пораженных ареалах увеличилась, т. е., по-видимому, все-таки начал происходить отбор более резистентных особей. Кроме того, выяснилось, что юго-восточная популяция тасманийского дьявола, в которой эпизоотия не развилась, несколько отличается по основному комплексу гистосовместимости от пораженной северо-восточной [10].
Эти данные позволили сделать предположение о том, что в процессе эволюции при формировании видов трансмиссивные опухолевые клоны могли послужить одним из факторов отбора, обеспечившим дивергенцию главного комплекса гистосовместимости. По-видимому, такого рода клоны возникают время от времени в тесно
соприкасающихся гомогенных популяциях животных и существуют большее или меньшее время в зависимости от различных внешних факторов и степени злокачественности, которая определяет длительность жизни пораженной особи и вероятность заражения следующей.
Известна эпизоотия ретикулосаркомы, уничтожившая часть популяции хомяков в 60-е годы прошлого столетия. При этой форме заболевания опухолевые клетки появлялись в крови животных уже на 5-й день заболевания, а при финальном бластном кризе их количество превышало 100 000 в 1 мм3. Поскольку в этой местности в изобилии обитали комары Aedes aegypti, изучавшие эпизоотию зоологи предположили, что опухоль переносится кровососущими насекомыми. Экспериментально было показано, что в желудке комара опухолевые клетки сохраняют жизнеспособность в течение времени, достаточного, чтобы при укусе инфицировать здоровое животное, однако сам факт заражения укусом строго доказан не был [16].
Горизонтальный перенос опухоли у человека, т. е. заражение опухолевыми клетками, представляет собой большую редкость. Мы не имеем здесь в виду широко известные случаи переноса опухоли от донора органов или костного мозга с невыявленным онкологическим заболеванием реципиенту, который находился под действием иммунодепрессантов, предотвращающих отторжение как нормальной, так и опухолевой ткани. Мы не обсуждаем также случаи заражения лейкозом плода больной матерью или внутриутробного заражения одного плода другим.
Речь идет о здоровых людях, в организм которых по тем или иным причинам были внесены аллогенные опухолевые клетки. Начиная с XIX века, многие врачи, в частности известные дерматологи Альбер и Биетт, для решения вопроса о заразности злокачественных новообразований пытались привить опухоли себе. Во всех случаях дело кончалось воспалением и отторжением опухолевой ткани [1; 2].
Наиболее полная попытка изучения возможности трансплантации опухолей у человека была предпринята в 1956—1957 гг. в Sloan-Kettering Institute for Cancer Research [17; 18].
Здоровым добровольцам и больным с распространенными формами злокачественных опухолей, не получавшим на тот момент никаких химиопрепаратов или лучевого лечения, инъецировали под кожу предплечья (0,5—1) х 106 опухолевых клеток человека из культуры ткани (табл. 1). С интервалом 1 нед в течение 8 нед исследовали биоптаты привитой ткани. У здоровых реципиентов клетки всех опухолевых линий полностью некро-тизировались в течение 2 нед, за исключением одного, у которого живые клетки линии HEp3 определялись до 3-й недели, после чего некротизировались. Отторжение происходило при инфильтрации инокулята полиморфноядерными лейкоцитами, мононуклеарами и эозино-филами. Повторное введение тех же опухолевых клеток здоровым реципиентам приводило к более быстрому их отторжению.
У онкологических больных реакция отторжения была замедленной или отсутствовала. Активный рост привитой опухоли с наличием фигур митоза наблюдался у 20
Таблица 1
Гомотрансплантация злокачественных клеток человека [17]
Линия клетока Онкологические больные Здоровые добровольцы
+/ всего6 длительность ростав, сут + / всегоб длительность ростав, сут
Не1_а 2/3 14, 18 0/2 -
НЕр1 6/6 7, 19, 21, 34, 42, 77 2/3 14, 14
НЕр2 2/2 19, 19 1/3 14
НЕр3 6/6 7, 7, 19, 42, 42, 57 1/4 14
НБ1 1/1 57 - -
^111 3/4 6, 20, 42 - -
КК 3/6 9, 10, 10, 18, 60 0/3 -
а Опухоль, из которой получена линия: Не_а — рак шейки матки; НЕр1 — метастаз рака шейки матки в паховом лимфатическом узле; НЕр2 — первичный рак гортани; НЕр3 — рецидив плоскоклеточного рака слизистой оболочки щеки спустя 6 мес после лучевого лечения; НБ1 — фибросар-кома; и-111 — моноцитарный лейкоз; КК — трансформированные в культуре клетки конъюнктивы.
б Число лиц с привившейся опухолью от общего числа привитых. Некоторым больным прививали 2 опухоли и более.
в Максимальное время обнаружения живых опухолевых клеток в биопта-тах у каждого добровольца с привившейся опухолью.
из 22 привитых больных. Он продолжался у большинства до 2 нед, а у 3 больных более 6 нед. В случае регрессии опухоли воспалительная реакция была выражена слабо, хотя в ответ на другие чужеродные агенты она была нормальной. Все линии опухолевых клеток, за исключением HEp3, имели сходную динамику роста и регрессии. Последняя отличалась активным ростом, который наблюдался несмотря на воспалительную инфильтрацию. У 3 онкологических больных эта опухоль трижды рецидивировала после удаления и росла до момента смерти пациентов от основного заболевания, а у одного метаста-зировала в регионарные лимфатические узлы.
Существенно, что и аллотрансплантаты нормальной кожи у онкологических больных в далеко зашедшей стадии заболевания отторгались значительно позднее, чем у здоровых, или не отторгались вовсе.
Таким образом, было показано, что барьер гистосовместимости не позволяет опухолевым клеткам человека размножаться в здоровом аллогенном организме и что наличие собственной опухоли в терминальной стадии заболевания снижает этот барьер как для злокачественных, так и для нормальных трансплантатов. В то же время выявилось, что опухоли различаются по своей способности преодолевать барьер гистосовместимости. В частности, повышенной способностью обладала линия HEp3, которая была получена из рецидивировавшего после рентгенотерапии рака слизистой оболочки полости рта.
К этой же категории исследований относится и уникальный случай, когда 80-летняя мать, сохранная по физическим и психическим показателям и знавшая об экспериментах по гетеротрансплантации опухолей, изъявила желание, чтобы ей была перевита меланома от умиравшей 55-летней дочери. Трансплантат из подкожной опухоли размером менее 0,5 см был перевит в прямую мышцу живота реципиента и удален при первых признаках роста. Несмотря на это, опухоль дала многочисленные метастазы, рост которых удавалось ингибировать химиопрепаратами в течение 1,5 года, после чего больная умерла [19]. Рассматривая причины быстрой прививки и распространения, авторы публикации (1965 г.) отмечают только, что пятью годами ранее мать была успешно оперирована по поводу рака эндометрия (пангистерэктомия) и что группа крови у нее была сходной с группой крови дочери — по американской классификации того времени соответственно A2CDE и A2cDE, в обоих случаях резус-фактор положительный.
В то же время мы нашли в литературе сообщения о перевивке опухоли человека здоровому человеку в результате несчастного случая. Достоверность этих данных подтверждена профессиональными наблюдениями, гистологическим контролем и публикацией в рецензируемых журналах. Такие случаи чрезвычайно редки и поэтому не влияют на заболеваемость хирургов злокачественными опухолями. В то же время еще М. А. Новинский в своей диссертации писал: «Ввиду возможности прививания злокачественных новообразований операторы должны быть осторожны при экстирпации злокачественных новообразований».
Случай 1. Лаборантка 19 лет. перевивала клетки культуры, аденокарциномы, человека мышам. Уколола руку иглой, которой перевивала опухоль. Спустя 2 нед на месте укола возникла опухоль, которая к моменту удаления — 19-му дню достигла размеров 9 х 4 х 4 мм. Опухоль, представлявшая собой типичную аденокарциному, была удалена и в дальнейшем не рецидивировала. Иммунодефицита у лаборантки не было, тем. не менее воспалительная инфильтрация опухоли отсутствовала. Клетки опухоли секретировали муцин и дали положительную реакцию на а-фетопротеин. Комплекс гистосовместимости у девушки был представлен. HLA А2, А11, В44 и Вш55, а в клетках линии аденокарциномы. Н1Л А2, В13 и Вш50 [20].
Случай 2. Во время срочной операции по поводу злокачественной фиброзной гистиоцитомы хирург поранил кисть левой руки. Порез был немедленно дезинфицирован. Спустя 5 мес на месте пореза появилась твердая округлая опухоль диаметром. 3 см. Тщательное иммунологическое исследование показало отсутствие у хирурга признаков иммунодефицита. Опухоль была удалена без рецидива.
Гистологически новообразование оказалось идентичным. опухоли пациента — злокачественной фиброзной гистиоцитомой. На периферии опухоли, возникшей у хирурга, находился очаг воспаления, состоявший в основном из лимфоцитов и макрофагов с небольшим, количеством. плазматических клеток. Несмотря на это, опухоль интенсивно росла, о чем свидетельствовали множественные фигуры митозов. Клетки обеих опу-
холей экспрессировали виментин, а-антитрипсин и а-антихимотрипсин.
Анализ полиморфизма коротких тандемных повторов показал, что клетки опухоли хирурга являются химерами. Аллель 11 (187 п. о.) микросателлита HUMCYAR04, расположенного в четвертом интроне гена ароматазы цитохрома P-450 (локус HUMCYAR04), и аллель 8 (166п. о.) гена НиМТН01систем.ы. обмена дофамина были обнаружены. в опухоли как пациента, так и хирурга (табл. 2). Эти гены не имеют, отношения к злокачественности, и в контроле, которым служила другая злокачественная гистиоцитома, их не было.
Анализ последовательностей генов главного комплекса гистосовместимости HLA-DRB1 и DQB1 показал, что клетки опухоли хирурга гетерозиготны. Они содержали два аллеля из первичной опухоли пациента и два аллеля из клеток хирурга. Гаплотипы этих генов у пациента и хирурга были абсолютно разными. Вероятно, и по гапло-типам HLA I класса пациент, и хирург тоже различались, но больной умер вскоре после операции, и взять у него нормальные клетки крови не представлялось возможным [21].
Приведенными примерами, по-видимому, не исчерпываются все случаи заражения человека опухолевыми клетками. Просто эти случаи обратили на себя внимание, поскольку опухоль развилась на месте травмы и с момента травмы до возникновения опухоли прошло сравнительно мало времени. Очевидно, что, если бы попавшая в кровоток опухолевая клетка начала размножаться в каком-либо дистальном органе, связать возникновение опухоли с уколом или порезом было бы проблематично.
Обращает на себя внимание и то, что заражение в обоих случаях произошло минимальным количеством клеток, сравнимым с тем, которым переносятся трансмиссивные клоны опухолевых клеток у собак, тасманийского дьявола или ретикулосаркома хомяков. Если встать на точку зрения авторов публикаций о том, что оба реципиента имели нормальную систему контроля гистосо-местимости, остается предположить, что привившиеся опухолевые клетки имели повышенную способность к адаптации в аллогенном организме.
В последнем случае это могла быть способность к гибридизации с клеткой хозяина, позволившая преодолеть барьер гистосовместимости.
Гибридизация клеток in vitro, в том числе межвидовая, широко используется для картирования генов, изучения регуляторных путей, создания продуцентов и других целей. В то же время гибридизация in vivo изучена в гораздо меньшей степени. Работы в этом направлении в основном имеют целью изучение механизмов прогрессирования опухолей.
Агрессивный рост и метастазирование опухоли в иммунокомпетентном организме животного другого вида представляет собой редкое явление. Тем не менее известны многие случаи такого поведения опухолей человека вскоре после их инокуляции нормальным животным. При этом нередко происходит их гибридизация с клетками хозяина.
Наиболее детально изучена спонтанная гибридизация злокачественных клеток человека с клетками хомяка при перевивке опухоли в защечный мешок. В результате
Таблица 2
Анализ полиморфных коротких повторов и генов главного комплекса гистосовместимости опухоли больного и опухоли хирургаа [22]
Локус Локус (число пар оснований)
опухоль больного опухоль хирурга кровь хирурга кон- трольная опухоль
HUMCYAR04 7-3 (168)6 7-3 (168)6 7-3 (168)6 11 (1З7)
11 (187) 11 (187)
HUMTH01 8 (166) 6 (158) 6 (158) 6 (154)
10 (173) 10 (173) 10 (173) 10 (170)
8 (166)
HUMACTBP2 31 (300) 19 (272) 19 (272) 21 (25B)
31 (300) 25 (277) 25 (277) 2B(2B9)
31(300)
HLA-DRB1 1501 1501
1401 1401 -
01 01
07 07
HLA-DQB1 05031 0501 0501
0602 02 02 -
05031
0602
а Полужирным шрифтом выделены показатели хирурга, светлым — контрольной гистиоцитомы.
б Аллель 7-3 имел делецию 3 пар оснований в 5'-фланкирующей области повтора.
возникали клоны злокачественных клеток, экспрессировавшие продукты генов как человека, так и хомяка [22; 23]. В одном из таких экспериментов клон, возникший от гибридизации клетки злокачественной глиобластомы человека и клетки хомяка, не только сохранил злокачественные свойства, но и приобрел способность при перевивке метастазировать в различные органы животного. Из 7 генов человека, найденных в гибридной опухоли, 3 сохранили способность экспрессировать свои белки после многих лет роста в культуре или трансплантации. Ими были CD74 (ген гистосовместимости II типа), CXCR4 (ген, индуцируемый гипоксией, который участвует в ремоделировании стенки сосудов, делая ее более проница-
емой для опухолевых клеток, двигающихся в направлении повышенного градиента концентрации кислорода) и PLAGL2 (ген, ингибирующий дифференцировку клеток глиобластом).
В другом случае опухолевые клетки из плеврального выпота больной аденокарциномой молочной железы были инъецированы в молочные железы бестимусной мыши. Из выросшей опухоли была получена линия, клетки которой экспрессировали гладкомышечный актин А и не экспрессировали цитокератин 7, что свидетельствует об активации стромы мышиного происхождения. В митотических клетках обнаруживался в основном мышиный полиплоидный кариотип, но 30% из них содержали хромосомы как мыши, так и человека, причем в 8% наблюдались транслокации мышь/человек. В интерфазных клетках более 60% ядер были гибридными. Таким образом, опухоль представляла собой синкарион, сформировавшийся между эпителием опухоли и нормальной соединительной тканью мыши [24]. В данном случае второй партнер гибридизации — соединительнотканная клетка мыши также подверглась трансформации.
Если раньше при исследовании аденокарцином в основном изучался эпителиальный компонент, с которым связывали основные свойства опухоли, в том числе ее метастатический потенциал, то в последнее время большое внимание стали уделять соединительнотканному микроокружению, особенно на границе с нормальной тканью, и его роли в прогрессировании опухоли. Активация стромы или «десмоплазия» обнаруживается во многих опухолях человека. Это явление представляет собой реактивацию фенотипа, подобного эмбриональному, когда начинают экспрессироваться цитокины и их рецепторы, как при заживлении раны. В злокачественных новообразованиях такого рода эпителий также изменяет свою морфологию, повышается его миграционная способность, изменяются клеточный матрикс и ангиогенные свойства. Ферменты стромы и факторы роста, реэкспрессируемые в опухолях, ничем не отличаются от нормальных прототипов, что свидетельствует в пользу эпигенетической природы этих изменений. В то же время в ДНК опухолевой стромы наблюдается утрата гетерозиготности, что отражает возможность участия генетических механизмов в ремоделировании стромы. Опухоль, состоящая из гетерогенной популяции злокачественных эпителиальных клеток и малигнизированной стромы, может быть значительно более агрессивной.
Изучение условий гибридизации нормальных и опухолевых клеток имеет прямое отношение к проблеме метастазирования. В этом случае межвидовая гибридизация является удобным инструментом, поскольку позволяет идентифицировать в синкарионе генетический материал партнеров и его экспрессию. В отношении клеток одного и того же организма это значительно труднее. В одном из экспериментов после гибридизации клеток не метастазирующей меланомы мыши с макрофагами мыши или человека среди прочих были идентифицированы агрессивно растущие гибридные клоны, дававшие метастазы более чем у 80% животных. Следует отметить, что клетки этих опухолей имели выраженный хемотаксис к среде, кондиционированной нормальными фибро-бластами [25].
Опухолевые клетки гибридизуются со многими клетками организма: стромальными, эпителиальными и эндотелием. В последнем случае это может быть важным моментом в проникновении опухолевых клеток через стенку сосуда с последующим формированием метастазов. Нормальными партнерами опухолей собственного организма чаще всего бывают макрофаги или стволовые клетки костного мозга [26—29].
Одним из механизмов образования синкарионов между злокачественными клетками и макрофагами или другими фагоцитами, инфильтрирующими опухоль, является фагоцитоз опухолевых клеток или их обломков.
Необходимым условием образования синкарионов является тесный контакт опухолевых клеток и макрофагов. Макрофаги могут гибридизироваться с опухолевыми клетками в силу своей способности к слиянию с другими клетками. Опухолевые клетки также могут быть склонными к этому процессу в силу аберрантной экспрессии связанных с ним рецепторов и лигандов. Например, на поверхности опухолевых клеток активно экспрессируются гликопротеины CD44 и CD47, играющие важную роль в адгезии клеток, а также Р-хемокин CCL2 — наиболее мощный фактор хемотаксиса моноцитов [27; 30]. Гибридизацию опухолевых клеток с нормальными могут также индуцировать вирусы, белок синцитин — гликопротеин слияния, который кодируется геном оболочки ретровируса, встроенным в геном человека, а также хроническая активация протеинкиназы AKT2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Злокачественные клетки могут формировать стабильные клоны, заражающие животных при контактах в естественных условиях и стабильно сохраняющиеся во времени, подобно другим инфекционным агентам. Возможно, что при формировании видов такие клоны служили одним из факторов отбора по признаку дивергенции главного комплекса гистосовместимости. Гибридизация опухолевых и нормальных клеток одного и того же вида или другого с образованием гибридных злокачественных клонов является одним из механизмов преодоления барьера гистосовместимости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шабад Л. М. Новинский — родоначальник экспериментальной онкологии. — М.: Изд. АМН СССР. — 1950. — 258 с.
2. Новинский М. А. О прививании раковых новообразований, Предварительное сообщение (из зоохирургического кабинета ад.-професс. В. Е. Воронцова) // Мед. вестн. — 1876. — № 25. — С. 14—23.
3. Novinski M. Fur Frage uber Impfung der screboigen Geschwul-ste // Centrbl. Fur die medizin. Wissenschaft. — 1876. — Bd. 14, N 45. — S. 790 — 799.
4. Dingli D., Nowak M. Cancer biology: infectious tumour cells // Nature. — 2006. — Vol. 7, N 443. — P. 35—36.
5. Clonal origin and evolution of a transmissible cancer / Murgia C., Pritchard J., Kim S., Fassati A., Weiss R. // Cell. — 2006. — Vol. 11, N 126. — P. 477—487.
6. Von Holdt B., Ostrander E. The singular history of a canine transmissible tumor // Cell. — 2006. — Vol. 11, N 126. — P. 445—447.
7. Murchison E. Clonally transmissible cancers in dogs and Tasmanian Devils // Oncogene. — 2008. — Vol. 27 (suppl. 2). — P. 19—30.
8. Rebbeck C., Leroi A., Burt A. Mitochondrial capture by a transmissible cancer // Science. — 2011. — Vol. 21, N 331. — P. 303.
9. Welsh J. Contagious cancer // Oncologist. — 2011. — Vol. 16, N 1. — P. 1—4.
10. Reduced Effect of Tasmanian Devil Facial Tumor Disease at the Disease Front / Hamede R., Lachish S., Belov K., Woods G., Kreiss A., Pearse A., Lazenby B., Jones M., McCallum H. // Conserv. Biol. — 2011. — Vol. 6. — P. 124—134.
11. The pathology of devil facial tumor disease (DFTD) in Tasmanian Devils (Sarcophilus harrisii) / Loh R., Bergfeld J., Hayes D., O'Hara A., Pyecroft S., Raidal S., Sharpe R. // Vet. Pathol. — 2006. — Vol. 43, N 6. — P. 890—895.
12. The immunohistochemical characterization of devil facial tumor disease (DFTD) in the Tasmanian Devil (Sarcophilus harrisii) / Loh R., Hayes D., Mahjoor A., O'Hara A., Pyecroft S., Raidal S. // Vet. Pathol. — 2006. — Vol. 43, N 6. — P. 896—903.
13. The Tasmanian Devil transcriptome reveals Schwann cell origins of a clonally transmissible cancer / Murchison E., Tovar C., Hsu A., Bender H., Kheradpour P., Rebbeck C., Obendorf D., Conlan C., Bahlo M., Blizzard C., Pyecroft S., Kreiss A., Kellis M., Stark A., Harkins T., Marshall Graves J., Woods G., Hannon G., Papenfuss A. // Science. — 2010. — Vol. 1, N 327. — P. 84—87.
14. Allorecognition in the Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii), an endangered marsupial species with limited genetic diversity / Kreiss A., Cheng Y., Kimble F., Wells B., Donovan S., Belov K., Woods G. // PLoS One. — 2011. — Vol. 6, N 7. — P. 1—8.
15. Natural killer cell mediated cytotoxic responses in the Tasmanian devil / Brown G., Kreiss A., Lyons A., Woods G. // PLoS One. — 2011. — Vol. 6, N 9. — P. 1—10.
16. Mosquito transmission of a reticulum cell sarcoma of hamsters / Banfield W., Woke P., Mackay C., Cooper H. // Science. — 1965. — Vol. 28, N 148. — P. 1239—1240.
17. Moore A., Rhoads C., Southam C. Homotransplantation of human cell lines // Science. — 1957. — Vol.1, N 25. — P. 158—160.
18. Southam C. M. Homotransplantation of human cell lines // Bull. N. Y. Acad. Med. — 1958. — Vol. 34, N 6. — P. 416—423.
19. Fatal Homotransplanted Melanoma: a case report / Scanlon E., Hawkins R., Fox W., Smith W., Gugel E., Sanders M. // Cancer. — 1965. — Vol. 18. — P. 782—789.
20. Gugel E., Sanders M. Needle-stick transmission of human colonic adenocarcinoma // N. Engl. J. Med. — 1986. — Vol. 4, N 315. — P. 1487.
21. Genetic analysis of a sarcoma accidentally transplanted from a patient to a surgeon / Gartner H., Seidl C., Luckenbach C., Schumm G.,
Seifried E., Ritter H., Bultmann B. // N. Engl. J. Med. — 1996. — Vol. 335, N 20. — P. 1494—1496.
22. Gorenberg D., Pavia R., Tsao M. In vivo hybridisation of human tumour and normal hamster cells // Nature. — 1974. — Vol. 250. — P. 649—651.
23. Horizontal transmission and retention of malignancy, as well as functional human genes, after spontaneous fusion of human glioblastoma and hamster host cells in vivo / Goldenberg D., Zagzag D., Heselmeyer-Haddad K., Berroa Garcia L., Ried T., Loo M., Chang C., Gold D. // Int. J. Cancer. — 2012. — Vol. 131, N 1. — P. 49—58 [Epub 30.08.2011].
24. Spontaneous Fusion with, and Transformation of Mouse Stroma by, Malignant Human Breast Cancer Epithelium / Jacobsen B., Harrell J., Jedlicka P., Borges V., Varella-Garcia M., Horwitz K. // Cancer Res. — 2006. — Vol. 66, N 16. — P. 8274—8279.
25. Melanoma x macrophage hybrids with enhanced metastatic potential / Rachkovsky M., Sodi S., Chakraborty A., Avissar Y., Bolognia J., McNiff J., Platt J., Bermudes D., Pawelek J. // Clin. Exp. Metastasis. — 1998. — Vol. 16, N 4. — P. 299—312.
26. Spontaneous fusion between cancer cells and endothelial cells / Mortensen K., Lichtenberg J., Thomsen P., Larsson L. // Cell. Mol. Life. Sci. — 2004. — Vol. 61, N 16. — P. 2125—2131.
27. Pawelek J., Chakraborty A. Fusion of tumour cells with bone marrow-derived cells: a unifying explanation for metastasis // Nat. Rev. Cancer. — 2008. — Vol. 8, N 5. — P. 377—386.
28. Cytogenetic abnormalities of tumor-associated endothelial cells in human malignant tumors / Akino T., Hida K., Hida Y., Tsuchiya K., Freedman D., Muraki C., Ohga N., Matsuda K., Akiyama K., Hara-bayashi T., Shinohara N., Nonomura K., Klagsbrun M., Shindoh M. // Am. J. Pathol. — 2009. — Vol. 175, N6. — P. 2657—2667.
29. Pawelek J. Viewing malignant melanoma cells as macrophage-tumor hybrids // Cell. Adh. Migr. — 2007. — Vol. 1, N 1. — P. 2—6.
30. Bone marrow-derived cells fuse with normal and transformed intestinal stem cells / Rizvi A., Swain J., Davies P., Bailey A., Decker A., Wil-lenbring H., Grompe M., Fleming W., Wong M. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. — 2006. — Vol. 103, N 16. — P. 6321—6325.
Поступила 09.02.2012
Gennady Alterovich Belitsky1, Marianna Gennadievna Yakubovskaya2
INFECTIOUS TUMOR CELL CLONES (TO THE 135th ANNIVERSARY OF THE FIRST TUMOR TRANSPLANTATION BY M. A. NOVINSKY AND 110th BIRTHDAY OF L. M. SHABAD)
1 MD, PhD, DSc, Professor, Leading Researcher, Chemical Carcinogenesis Department, Carcinogenesis Research Institute, N. N. Blokhin Russian Cancer Research Centre, RAMS (24, Kashirskoye sh., Moscow, RF, 115478)
2 MD, PhD, DSc, Head, Chemical Carcinogenesis Department, Carcinogenesis Research Institute,
N. N. Blokhin Russian Cancer Research Centre, RAMS (24, Kashirskoye sh., Moscow, RF, 115478)
Address for correspondence: Belitsky Gennady Alterovitch, Chemical Carcinogenesis Department, Carcinogenesis
Research Institute, N. N. Blokhin Russian Cancer Research Centre, RAMS, 24, Kashirskoye sh., Moscow, RF, 115478;
e-mail: [email protected]
This is an overview of contemporary data concerning contamination of animals and humans by cancer cells. The paper describes results of study of canine transmissible venereal tumor and epizooty of facial tumor disease in the Tasmanian devil — the largest extant marsupial carnivore endemic in Tasmania, as well as reticulum cell sarcoma of hamsters. It also presents results of transplantation of cancer cell lines to volunteers and cases of accidental tumor transplantation from a patient to the surgeon or by needle stick from malignant cell culture to the laboratory assistant. Mechanisms of cancer cell transmission in animals and humans are discussed.
Key words: M. A. Novinsky, L. M. Shabad, tumor transmission, canine venereal tumor, Tasmanian devil facial tumor, reticulum cell sarcoma.
