Биофизика познает рак

Новые косвенные доказательства в пользу существования рибосомального механизма ошибочного включения аминокислот в полипептидную цепь мы увидели и в соотношении замен аминокислот в двух изоформах ЛДГ в пределах пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов или в переходе от одной группы нуклеотидов к другой. Известно, что генетически обусловленные замены легче осуществляются путем замены одного пуринового нуклеотида на другой пуриновый нуклеотид (аденин<->гуанин) или одного пиримидинового нуклеотида на другой пиримидиновый нуклеотид [цитозин<->тимидин (урацил)] и значительно труднее замена пурина на пиримидин. Наш анализ изложенных выше данных показал, что при переходе от ЛДГ₁ к ЛДГ₅ цыплят замены аминокислот соответствовали нуклеотидам внутри групп А<->Г и Ц<->У в 27 случаях (32%) и переходам АГ<->ЦУ в 61 случае (69%). Для ЛДГ свиней примерно такая же картина: внутри А<->Г и Ц<->У в 20 случаях (25%) и переход АГ<->ЦУ в 60 случаях (75%). Эти данные также говорят в пользу механизма, не связанного с генетической регуляцией.

Однако проявляемые в определенные временные отрезки модификации белка могут быть связаны и со сдвигами в генетической регуляции, обусловленными изменением локального гомеостаза в окружении молекулы ДНК и возникающей ее нестабильностью. Процессы репрессии-депрессии определенных локусов генома изменяются. Среди возможных механизмов генетических изменений не мутационной природы М. М. Виленчик называет нарушения суперструктуры ДНК, увеличение степени метилирования ДНК, некоторые энзиматические изменения метаболизма и ионного гомеостаза. Локальный гомеостаз и значительные изменения клеточного метаболизма происходят, как уже было показано, при ускоренном клеточном размножении.

Для нас важно было обратить внимание на то, что длительное усиление пролиферативной активности тканей и связанные с этим биохимические и биофизические изменения могут независимо от их механизма закономерно изменять структуру белка таким образом, что он в общем не теряет своих основных специфических свойств, но может модифицировать их в определенной мере и переходит в иную изоформу или антигенную группу. Вследствие этого любые клеточные структуры, имеющие в своем составе модифицированные белки, будут в какой-то степени изменять и свои свойства. Такие несущественные нарушения структуры могут объяснить многие из биофизических изменений, характерных для состояний активной пролиферации и для случаев снижения эффективности межсистемных связей, о которых говорилось и которые будут более детально рассмотрены далее. Изложенный механизм ошибок синтеза белка позволяет понять и один из возможных механизмов влияния пищи, в частности зависимого от нее фонда свободных аминокислот в рибосомальном окружении в период сокращения времени экспонирования кодонов. При равной вероятности близких по кодоновой специфичности аминокислот ошибочно включиться в пептидную цепь белка может прежде всего та аминокислота, концентрация которой была выше.

Таким образом, при усилении пролиферативной активности ткани изменяется качественный и количественный состав изоферментных и антигенных спектров белков во многих метаболических последовательностях. Нарушения изоферментного спектра при стимуляции пролиферации в опухолях удобно рассматривать на примере гепатом Морриса, от минимально отклоненных по сравнению с нормальной печенью до наименее дифференцированных, со скоростью пролиферации, сравнимой с таковой для нормальной регенерирующей печени. Оказалось, что степень нарушения изоферментного спектра хорошо коррелирует со скоростью роста опухоли, т. е. со скоростью клеточного размножения. С увеличением скорости роста опухоли и уменьшением степени дифференцировки клеток гепатомы отмечаются прогрессирующая потеря активности специфических ферментов зрелой печени и замещение их эмбриональными или непеченочными, характерными для других тканей. Происходят определенная редукция и упрощение метаболизма.

Наиболее ценные с практической точки зрения результаты получены при исследовании изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Состав изоферментов ЛДГ тканей позвоночных животных изменяется в эмбриогенезе, постнатальном онтогенезе, при злокачественном росте, действии некоторых метаболитов и гормонов. Для нас важно с практической точки зрения, что изменения спектра ЛДГ (увеличение М-форм и снижение Н-форм) обнаруживаются еще до развития признаков злокачественной трансформации, выявляемых цитологически и гистологически.

Клиницисты показали, что такие изменения характерны для предпатологических стадий, предшествующих развитию ряда злокачественных заболеваний.

В целом имеющиеся данные позволяют считать, что все перечисленные изменения белков, метаболизма и морфологии клеток вторичны и являются только результатом длительной интенсификации клеточного размножения без специфических черт, разграничивающих нормальные и злокачественные ткани.

Порочные потенциально патогенетические круги в физиологических и внутриклеточных системах

Биофизический анализ совокупности экспериментальных и клинических материалов о некоторых пострадиационных, возрастных и предлейкозных изменениях позволил обнаружить и описать определенную последовательность развития взаимосвязей в физиологических и внутриклеточных системах, формирующих порочные потенциально патогенетические круги. Кругами они названы потому, что обратные связи осуществляются через несколько промежуточных процессов или систем. Они являются патогенетическими, поскольку их функционирование может вызывать патологические явления, проявляемые определенной клиникой или клеточными нарушениями. Однако это происходит не всегда, а только в отягчающих условиях, и потому можно говорить лишь о потенциально патогенетическом характере этих кругов. Порочны они потому, что организму и его клеткам очень трудно самим без внешней помощи разорвать возникшие связи.

Ниже выделены основные потенциально патогенетические круги и основные связи, их формирующие. Безусловно, можно найти и многие другие связи между системами и процессами, которые будут вовлекать и другие системы и процессы. Для нас важно было выделить минимальное их число, но достаточное, чтобы понять взаимодействие, формирующее неспецифические предпатологические состояния, понять биофизические механизмы, объясняющие определенную последовательность событий, выяснить пути возможного вмешательства с целью разорвать или ослабить неблагоприятное воздействие возникших порочных межсистемных взаимосвязей в клетках и организме.

Порочные круги в физиологических системах как основа клинической предпатологии

Первый порочный круг. Ведущие процессы: уменьшение эффективности действия гормонов и недостаток гормонов. Имеются данные о возрастном повышении порога чувствительности гипоталамуса и желез внутренней секреции к соединениям (глюкоза, кортизон, эстрогены, гонадотропины), являющимся звеньями функциональной межсистемной регуляции по принципу прямых и обратных связей. Имеются и данные, свидетельствующие о возможном пострадиационном снижении чувствительности тканей к гормонам некоторых периферических эндокринных желез (тиреоидным, кортикостероидным). Показано также возрастное снижение чувствительности семенников к гонадотропной стимуляции и понижение в старости эффекта действия тестостерона на обменные процессы и морфологию тканей.

Ускоренное снижение чувствительности тканей к медиаторам межсистемных связей может происходить и при воздействии различных внешних факторов и при различных заболеваниях.

Снижение эффективности действия гормонов (в общем случае — медиаторов межсистемных связей) может происходить по трем причинам: 1) ухудшение качества гормонов; 2) изменения в акцепции гормонов; 3) снижение реактивности эффекторного органа в ответ на гормональный сигнал.

В большинстве случаев нет оснований предполагать ухудшение качества гормонов в начальный период зарождения и развития порочных кругов. Усиление выработки собственной железой гормонов (того же качества) успешно компенсирует снижение их сродства с акцептором.

Нарушения в акцепции гормонов могут зависеть от изменения качества и количества гормональных рецепторов. В обоих случаях необходимо анализировать состояния прежде всего плазматической мембраны клеток. Здесь только укажем, что нарушения в акцепции гормонов в начальный период зарождения порочных кругов наиболее вероятны и они связаны, по-видимому, с тонкими изменениями поверхности плазматической мембраны. Получены прямые экспериментальные доказательства возможности изменять порог чувствительности к гормонам (в общем виде — к медиаторам межсистемных связей) воспринимающих их тканей, воздействуя на состояние плазматической мембраны.