Рак — это большая группа болезней — злокачественных опухолей, происходящих из эпителиальных (покровных) клеток, которые находятся на внутренних и внешних оболочках тела. Например из эпителия желудочно – кишечного тракта (рак желудка, рак толстой кишки), стенок бронхов (рак легких), мочевыводящих (рак почки) и половых путей (рак шейки матки) и т.д. Среди раковых опухолей выделяют 2 самых частых вида – аденокарциномы, которые возникают из железистого эпителия (рак молочной железы, предстательной железы, печени) и плоскоклеточный рак, который развивается из покровного плоского эпителия (рак кожи, рак полости рта, рак шейки матки).

Злокачественные опухоли могут также возникать из мягких тканей (клеток жировой, хрящевой, костной, мышечной ткани) — такие опухоли называются саркомы, а также из клеток крови и костного мозга – лейкемии и из тканей лимфатической системы – лимфопролиферативные заболевания (лимфомы). Но вне зависимости от тканевой принадлежности, все злокачественные опухоли объединяют общие принципы развития и распространения по организму.

Почему рак?

Термин «рак» происходит от древнегреческого слово καρκίνος (каркинос), что означает краб. Это название, как считается, ввел Гиппократ, который вместе с другими врачами того времени описывал наблюдаемые опухоли, которые в отсутствии лечения (которого не было в те времена) вырастали до больших размеров и вместе с разрастаниями и набухшими венами напоминали по своей форме краба. Он же предложил термин онкос (ὄγκος) – опухоль, масса.  В последующем термин «каркинос» получил свое латинское название – cancer, что предопределило его настоящее использование.Его производное от древнегреческого «карцинома» также широко используется и по сей день. Термин «онкос» также нашел свое современное значение, определив название науки по изучению опухолей — онкологии.

Так что же такое рак.

Раковые клетки это изменившиеся в результате накопления генетических мутаций (которые возникают на протяжении жизни) собственные клетки организма, которые приобретают способность бесконтрольно делиться и «ускользать» от иммунной системы. Развиваясь, они образуют опухоль в какой-то части организма или органе, поражают окружающие ткани и со временем образуют отдаленные метастазы. Таким образом рак – это генетическое заболевание. Тут стоит отдельно уточнить, что генетическое не означает наследственное. В действительности, до 10% случаев злокачественных опухолей связаны с наследующими из поколения в поколение мутациями в определенных генах (как правило в генах отвечающих за исправление мутаций, так называемых генах системы репарации, т.е. починки ДНК). Таким образом носители таких мутаций имеют больший шанс того, что в отсутствие исправлений ошибок в ДНК мутации будут накапливаться с большей частотой и приводить к структурным изменениям в клетках и переходу их в злокачественную клетку.

Для того, чтобы понять как нормальная клетка становится опухолевой нужно немного напомнить основные процессы клеточной биологии и я постараюсь сделать это кратко и не занудно.

В среднем в теле человека, по разным подсчетам, от 30 до 40 триллионов (3-4×1013) клеток (что примерно в 100 раз больше чем количество всех деревьев на нашей планете). Каждая из этих клеток — невероятно сложноорганизованная, автономная, универсальная фабрика, которая постоянно делится и создает свои копии, которые населяют наш организм и выполняют разные функции. Информация о том, как и когда эта клетка создается, какие функции она выполняет, какое место в организме занимает, включая все фазы созревания организма, от слияния 2 половых клеток до формирования взрослого человека, «записана» в генетическом коде – молекуле ДНК.

ДНК содержит информацию обо всем, что касается нашего организма – его строении, функции и переносится от клетки к клетке по мере клеточного деления. Совокупность всей генетической информации содержащейся в ДНК называется геном, а отдельный ее участок, кодирующий определенный признак (например белки, которые необходимо производить) называется ген. Каждая наша клетка содержит одинаковую ДНК, «упакованную» в набор и 23 пар хромосом: 22 пары аутосом (одинаковых для каждого пола) и еще 2 пары «половых» хромосом (всего 46 хромосом). ДНК одной клетки – это довольно длинная молекула. Если ее растянуть, она будет составлять порядка 2 метров в длину. Хромосома, если сильно упрощать, это вид «упаковки» молекулы ДНК.

ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей, состоящих из последовательности нуклеотидов, каждый из которых состоит из одного из 4 азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин) и химической матрицы – остова молекулы. Все наши смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты кодируют информацию в двоичной системе (0-нет сигнала, 1 – есть сигнал). ДНК в свою очередь содержит информацию, кодированную в 4-хзначной системе, что кратно увеличивает емкость хранящейся информации. Нуклеотиды строго комплиментарны (подходят) друг другу (аденин к тимину, гуанин к цитозину), что позволяет достраивать нуклеотиды в каждой отдельной разделенной цепочке или ее фрагменте. Иными словами информация в одной цепочке повторяет информацию в другой, а сама цепочка может расходиться и сходиться как молния на куртке. Это основа для дублирования, копирования фрагментов и считывания информации, которая зашифрована в последовательности нуклеотидов. Цепочка в буквальном смысле содержит информацию о том, какой белок в какой момент производить, а в какой момент прекращать, когда клетке делиться, а когда умирать. Во время деления клетки происходит передача 2 одинаковых копии генетического материала 2 дочерним клеткам.

Естественно, такая сложная организация предполагает сбои – фрагменты молекулы ДНК могут ломаться под воздействием разных факторов. Как на любой фабрике внутри клетки имеется множество запасных узлов, а также системы, отвечающие за процесс ее «ремонта», контроля соответствия между исходными и «отремонтированными» фрагментами. В тех случаях, когда «ремонт» не удается, возникает мутация – неправильный фрагмент ДНК начинает производить дефектный белок , перестает выполнять определенную функцию и теряет свою нормальную структуру. Такие клетки подлежат уничтожению иммунной системой, которая обнаруживает их по специфическим опознавательным знакам – антигенам, которые находятся на поверхности клеток, но так происходит не всегда и мутации со временем накапливаются.

Очень важно понимать, что единичные мутации не вызывают развития злокачественных опухолей.

Таким образом мутации могут возникать как спонтанно во время деления, так и под воздействием внешних факторов – мутагенов. Мутации в ДНК возникают постоянно и тем чаще, чем больше циклов воспроизводства, а также чем сильнее и длительнее воздействие мутагенов. Те мутагены, которые вызывают мутации, приводящие к развитию злокачественной опухоли называются канцерогены.

Не трудно представить, что в течение жизни организма количество мутаций накапливается, что приводит к отключению некоторых важных генов, например генов супрессоров, подавляющих рост клеток. В конечном счете количество мутаций переходит в качество и наши собственные клетки теряют дифференцировку, утрачивают способность останавливать клеточное деления и формируют скопления в виде новообразований – опухолей.

Почему такие клетки не уничтожаются собственной иммунной системой?

Одной из причин является то, что в нашем организме все сбалансировано и есть механизмы выключения иммунной реакции, чтобы контролировать иммунную систему. Когда иммунная система слишком активна, она может атаковать собственные нормальные клетки. В этом случае развиваются аутоиммунные заболевание. Клетки злокачественной опухоли в ряде случаев, за счет приобретенных мутаций, начинают использовать эти механизмы и «избегают» уничтожения иммунной системой.

Теперь отойдем от конкретной клетки и поднимемся немного выше на уровень клеточной организации.

Все клетки нашего организма произошли из одной – зиготы, которая возникла в процессе оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки. Как из одной клетки получился такой сложноустроенный организм? Эта единственная клетка многократно делилась, но клетки начинали дифференцироваться на все более и более специфичные, становясь разными тканями и формируя в последующем органы.

Термин дифференцировка обозначает обретение клеткой отличительных черт, определяющих ее место и функции в организме.

Все клетки в нашем организме имеют свое место и то, какой клетка должна стать определяется на уровне ДНК. В нашем оргазме есть клетки, находящиеся на разном уровне дифференцировки. Например, в процессе регенерации кожи участвуют уже высокодифференцированные клетки, которые уже сразу (на месте) имеют свою определенную функцию, форму и место. Другие, например, клетки крови, созревают в костном мозге из так называемых клеток предшественников и в процессе созревания приобретают свою дифференцировку. Сложность этого процесса может стать понятна на схеме ниже, которая показывает процесс дифференцировки клеток крови.

Клетки злокачественной опухоли утрачивают свою дифференцировку, но это не означает, что они поднимаются на уровень выше, становясь более универсальной и более сложной клеткой. Наоборот, изменения происходят в сторону упрощения – дедифференцировки (нарушения дифференцировки). Клетки становятся неправильными по форме, менее организованными, с нарушенной внутренней структурой и как следствие, нарушенными функциями. Чем ниже дифференцировка опухолевой клетки, тем она более агрессивна и тем сложнее она поддается терапии.

Таким образом, возвращаясь обратно, все нормальные клетки в нашем организме имеют свое место, которое определяется на уровне ДНК.

Изначально все клетки, где бы они ни находились, имеют определенную форму и являются частью какой-то ткани или органа, как ровные кирпичики в стене. Это называется тканевая архитектура.

Под воздействием разных причин, которые также являются пусковыми для канцерогенеза (образования злокачественной опухоли), возникает постоянное деление еще условно нормальных клеток (но уже на этом уровне может возникать клеточная атипия), таким образом их становится больше на определенной единице площади. Это обозначается термином гиперплазия. По мере нарастания клеточных изменений происходит дисплазия (неправильное развитие тканей), сначала легкая, затем умеренная и тяжелая. По мере нарастания дисплазии все больше нарушается дифференцировка клеток, в результате чего меняется как ее форма и функция, так и тканевая архитектура. В конечном счете тяжелая дисплазия в некотором смысле уже является злокачественной опухолью, которая еще не проросла границу самого поверхностного слоя эпителия – так называемую базальную мембрану. На этом этапе эта опухоль называется преинвазивная карцинома или «рак на месте» (carcinoma in situ). По мере дальнейшего развития уже злокачественной опухоли, которой присущ агрессивный рост, происходит прорастание (инвазия) базальной мембраны вглубь ткани и карцинома становится инвазивной.