5. Морфологические и молекулярно-биологические особенности рака легкого населения Семипалатинского региона Казахстана с повышенным уровнем радиации.

В результате проведенного исследования установлено, что ММР-1 и ММР-9 при иммуногистохимическом исследовании выявляются в цитоплазме опухолевых клеток, а также фибробластических элементов, эндотелия сосудов и макрофагов воспалительного инфильтрата стромы. Уровни экспрессии ферментов в раковых клетках, как правило, были сопоставимы с таковыми в макрофагах (Рис.10а-г). При этом, наиболее высокие уровни экспрессии ММР-1 и ММР-9 в раковых клетках отмечаются при аденокарциноме (АК) и мелкоклеточном РЛ (МРЛ) обеих групп. Обнаружены отличия в экспрессии данных ферментов, как по уровню, так и по локализации в двух исследуемых группах.

В опухолевых клетках больных I группы отмечались наибольшие уровни экспрессии ММР-1 и ММР-9 по сравнению с контрольной группой (р? 0,001). При этом раковые клетки больных I группы содержали большее количество ферментов по сравнению со стромальными элементами, в то время как в контрольной группе уровни экспрессии ММР-1 и ММР-9 в паренхиматозных и стромальных элементах были примерно на одном уровне (см. рис. 10а-г).

ММР-2 при иммуногистохимическом исследовании выявляется также в цитоплазме клеток стромы, эндотелия сосудов, макрофагов и лишь в небольших количествах, опухолевых клеток, в основном АК и плоскоклеточного РЛ (ПРЛ). Наибольший уровень экспрессии фермента обнаруживался в эндотелии сосудов обеих групп (Рис. 10д,е). Выявлено усиление экспрессии данного фермента в эндотелии сосудов ПРЛ с нейроэндокринной дифференцировкой (НЭД) в основной группе по сравнению с контрольной (р? 0,001) (см. рис. 10д,е).

TIMP-1 при иммуногистохимическом исследовании выявляется в небольшом количестве в цитоплазме опухолевых клеток, а также фибробластических элементов, эндотелия сосудов и макрофагов воспалительного инфильтрата стромы. В тканях больных I группы отмечалась тенденция к повышению уровня экспрессии TIMP-1 в паренхиме опухоли по сравнению с контрольной группой, оставаясь при этом на низком уровне (р? 0,001) (Рис. 10ж,з).

Процентное содержание CD68 положительных клеток среди клеток инфильтрата составляет от 31 до 53% в основной группе, и от 30 до 52% в контрольной (Рис. 11а). При этом макрофагальная инфильтрация стромы наиболее выражена в АК по сравнению с другими гистологическими типами РЛ и сопоставима в обеих группах.

Рис. 10. Гистограммы MMP-1,-2,-9 и их ингибитор TIMP-1 в клетках различных гистологических типов РЛ.

Рис. 11. Гистограммы CD68, VEGF, CD34 и хромогранин А в клетках различных гистологических типов рака легкого.

В МРЛ больных I группы отмечается выраженное снижение процентного содержания CD68 положительных клеток в строме опухоли до 31% среди клеток инфильтрата по сравнению с контролем (42%). Ангиогенез в строме опухоли оценивался нами по относительной плотности новообразованных сосудов, эндотелий которых экспрессирует CD34 и VEGF.

VEGF выявляется в цитоплазме клеток паренхимы и стромы опухоли. При этом в основной группе отмечено усиление экспрессии VEGF опухолевыми клетками МРЛ и ПРЛ с НЭД (р? 0,05). В АК уровень экспрессии VEGF был одинаков в обеих группах (Рис. 11б,в). Уровень экспрессии фактора роста коррелировал с высокой плотностью новообразованных сосудов, судя по CD34 (Рис. 11г). В целом, обнаружено относительное увеличение плотности сосудов в РЛ больных основной группы по сравнению с контрольной (р? 0,01).

Таким образом, ангиогенез в опухолях основной группы повышается по сравнению с контрольной, что совпадает с данными по усилению экспрессии ММР-2. Усиление ангиогенеза наиболее выражено в РЛ с НЭД.

Хромогранин-А выявлялся в цитоплазме и ядрах опухолевых клеток МРЛ, а в опытной группе и во всех случаях НМРЛ, что позволяет их считать НМРЛ с НЭД. При этом процент хромогранин+ клеток в ПРЛ с НЭД в среднем составил 30%, а в АК с НЭД – 70%. В контрольной группе хромогранин+ клетки среди НМРЛ выявлялись только в ПРЛ и составляли в среднем 2,5% (Рис. 11д).

В результате проведенного исследования установлено, что подавляющее большинство больных из семипалатинского региона имели мелкоклеточный РЛ. В случаях немелкоклеточного РЛ (НМРЛ) в опухолевых клетках также выявлялась нейроэндокринная дифференцировка, что было показано нами ранее при выявлении хромогранина. По данным других авторов известно, что РЛ, связанный с радиационным воздействием, обладает некоторыми особенностями. Так, L. Kreyberg [1967] первым отметил, что наиболее часто такой рак имеет нейроэндокринную дифференцировку, однако в последнее время описывают учащение среди радиационных карцином легкого опухолей с железистой дифференцировкой. По данным литературы, считается, что у работников урановых рудников и радиохимических производств чаще возникают нейроэндокринные центральные карциномы легких [Чучалин А.Г., 1998, Коган Е.А., 1999, Кутьков В. А., 1993]. При изучении РЛ у шахтеров урановых рудников установлено, что особую опасность по химическому составу представляют пыли, содержащие радионуклиды в малых дозах [Али-Риза А., 1999; Archer V. E., 1964, Abid S., 2001, Шпагина Л.А., 2003].

Особенностью РЛ семипалатинского региона является также большой процент молодых пациентов. Возраст больных колебался с 13 до 69 лет, в то время как в контрольной группе возраст больных составлял 47-81год.

Полученные данные отражают общую тенденцию, обнаруженную за десятилетия функционирования ядерного испытательного полигона в Семипалатинском регионе Республики Казахстан [Балмуханов С.Б., 1998, Бозтаев К.Б., 1992]. Особенно тревожными является неуклонный рост общей онкозаболеваемости у жителей города Семипалатинска и высокая заболеваемость у детей, рожденных от облученных родителей и молодых людей [Капитульский В.Б., 1995, Жангелова М.Б., 1994].

Сопоставление экспрессии ММРs и других изученных нами факторов в различных гистологических типах РЛ сравниваемых группах было бы не корректным, так как в основной группе во всех изученных опухолях обнаруживалась НЭД. В то же время выявлены некоторые особенности в экспрессии ММРs и VEGF в некоторых гистологических типах РЛ обеих групп: ММР-2 практически не экспрессировалась в опухолевых клетках МРЛ, ММР-9 была выше в НМРЛ по сравнению с МРЛ, а VEGF был самым низким в АК (см. рис. 10в-е, 11б, в).

Рак легкого, возникший в условиях повышенной радиации, отличается высоким потенциалом к инвазивному росту, судя по повышению уровня экспрессии ММР-1, -2 и -9 в эпителиальных клетках, а также усиления ангиогенеза в строме. При этом компенсаторно происходит активация механизмов антибластомной защиты путем усиления выработки TIMP-1, что может сочетаться с местной иммунодепрессией, индуцированной радиационным воздействием по данным литературы [Игембаева К. С., 2002]. Относительно высокий уровень металлопротеиназ в радиационном РЛ может быть косвенным подтверждением возникновения рака в условиях радиационного фиброза.

Таким образом, установлено, что злокачественный потенциал РЛ в плане инвазивного роста значительно выше у пациентов I группы, что вероятно и определяет худший прогноз течения их заболевания. Данное предположение основывается на обнаруженном нами усилении экспрессии ММР-1, -2 и -9 в раковых клетках основной группы по сравнению с контрольной.

Ангиогенез в строме семипалатинского рака легкого, как правило, был более выраженным, судя по экспрессии VEGF и плотности новообразованных сосудов по сравнению с контрольной группой. РЛ, возникший в условиях повышенной радиации отличается более высоким уровнем ангиогенеза в строме, а также инвазивными свойствами опухолевой ткани, что обеспечивается более высоким уровнем экспрессии металлопротеиназ и факторов роста. MMP-2 экспрессируется в РЛ в основном в очагах ангиогенеза стромы на значительно более высоком уровне в РЛ I группы по сравнению с контролем. Относительно высокий уровень металлопротеиназ в радиационном раке может быть косвенным подтверждением роста опухоли в условиях радиационного фиброза и ее высокого злокачественного потенциала.

Таким образом, пневмосклероз и злокачественные опухоли являются наиболее тяжелыми последствиями не только внешнего облучения, но и ингаляционного поступления радионуклидов в дыхательные пути. В эксперименте доказано, что чаще всего подобные изменения вызывают изотопы урана, радона, полония, плутония, америция, церия, технеция, бария, фосфора, рутения, причем бластомогенный эффект более выражен именно при ингаляции радионуклидов, а не «горячих» частиц, поскольку последние за счет высоких доз вызывают массовую гибель окружающих клеток и тем самым препятствуют накоплению клеток с мутациями и признаками злокачественной трансформации [Иванов А.Е., 1981]. Кроме того, инкорпорированные радионуклиды, оставаясь источниками внутреннего облучения ликвидаторов в течение многих лет, могут служить причиной образования мелкоочагового фиброза легочной ткани и последующего развития злокачественных опухолей органов дыхания.

ММРs и TIMP оказывают воздействие на процессы инвазии, метастазирования РЛ и ангиогенеза. При этом ММР-2 наиболее активно экспрессируется в очагах новообразования сосудов в опухолях. РЛ, возникший в условиях повышенной радиации, отличается высоким потенциалом к инвазивному росту за счет дисбаланса между экспрессией металлопротеиназ и их ингибитора, а также инактивацией механизмов антибластомной защиты. Ангиогенез в строме подлежащих тканей также создает благоприятные условия для инвазивного роста эпителия. Перечисленные факторы могут обуславливать плохой прогноз РЛ у лиц, проживавших на радиоактивно-загрязненных территориях.

Таким образом, рак легкого, возникший в условиях повышенной радиации, отличается рядом молекулярных особенностей, которые заключаются в следующем: развитие рака легкого в более молодом возрасте; наличие высокого потенциала к инвазивному росту за счет дисбаланса между экспрессией металлопротеиназ и их ингибиторов, а также активацией механизмов антибластомной защиты; усиленный ангиогенез в строме подлежащих тканей, что также создает благоприятные условия для инвазивного роста раковых клеток; относительно высокий уровень экспрессии металлопротеиназ в РЛ, возникшем в условиях повышенной радиации, что может быть косвенным подтверждением роста опухоли в условиях радиационного фиброза и ее высокого злокачественного потенциала; характерное развитие нейроэндокринной дифференцировки в раковых клетках.

В результате проведенного исследования можно предложить гипотезу о роли металлопротеиназ в развитии фиброза, предрака и рака легкого при хроническом радиационном воздействии (Рис. 12, 13).

Рис. 13. Патогенез радиационного предрака и рака легкого.

Радиационное повреждение вызывает ремоделирование экстрацеллюлярного матрикса, что приводит к фиброзу через снижение активности металлопротеиназ и усиление активности их ингибиторов. В условиях фиброза и гипоксии, а также стимуляции продуктами деградации экстрацеллюлярного матрикса дисрегенераторные процессы могут превращаться в предраковые, для которых характерно усиление активности металлопротеиназ, но еще в большей степени их ингибиторов, а также дисбаланса в процессах ангиогенеза, что еще больше способствует фиброзу, гипоксии и злокачественной трансформации эпителия.

ВЫВОДЫ.

Показатели заболеваемости хронической обструктивной болезнью легких, бронхоэктатической болезнью, фиброзирующим альвеолитом в Семипалатинском регионе значительно превышают среднестатистические данные по России.

Выявлена тенденция к снижению показателей заболеваемости и смертности хроническими диффузными заболеваниями легких в Семипалатинском регионе после прекращения ядерных испытаний, начиная с 1992г., что может подтверждать значение радиации как этиопатогенетического фактора в развитии легочной патологии.

При хронических диффузных заболеваниях легких помимо известных морфологических особенностей следует отметить: выраженный склероз стенок бронхов и интерстиция, сосудистая патология с развитием гемосидероза, накопление пыли как косвенный показатель отложения радионуклидов, гиперплазия нейроэндокринных клеток, дисплазии бронхиального, бронхиолярного и альвеолярного эпителия.

Хроническая обструктивная болезнь легких, бронхоэктатическая болезнь, фиброзирующий альвеолит у лиц, проживавших на радиоактивно-загрязненных территориях Семипалатинской области Казахстана отличались от контрольной группы более высокой экспрессией MMP1, 2, 9, TIMP-1, TGF?, VEGF, основными источниками которых являются макрофаги, палочкоядерные лейкоциты, эндотелий сосудов, фибробласты и эпителий дисрегенераторных очагов.

Дисрегенераторные изменения эпителия чаще встречались при хронической обструктивной болезни легких, бронхоэктатической болезни, фиброзирующем альвеолите у лиц, проживавших на радиоактивно-загрязненных территориях Семипалатинской области Казахстана, и характеризовались более высокой экспрессией эпителием MMP1, 2, 9, TIMP-1, TGF?, VEGF, а также хромогранина.

Морфологическими особенностями фиброзно-кавернозного туберкулеза у лиц, длительное время проживавших на радиоактивно-загрязненных территориях Семипалатинской области являются: большая выраженность деструктивных и фибротических изменений, снижение частоты выявляемости гранулематозного воспаления и наличие слабой местной лимфоидной инфильтрации.

Выраженность деструктивных процессов и фиброзирования при фиброзно-кавернозном туберкулезе основной группы зависит от активности MMPs, их ингибиторов, факторов ангиогенеза, ростовых факторов. Клетки гранулем и СD68+ макрофаги воспалительного инфильтрата являются главным тканевым источником ММР-1, -2, -9 и TIMP-1 в очагах фиброзно-кавернозного туберкулеза.

Предрак легкого, возникший в условиях повышенной радиации, отличается высоким потенциалом к инвазивному росту за счет дисбаланса между экспрессией металлопротеиназ и их ингибиторов, повышением уровня пролиферации эпителия, усиленным ангиогенезом в строме подлежащих тканей, что также создает благоприятные условия для инвазивного роста трансформированного эпителия.

Рак легкого, возникший в условиях повышенной радиации, характеризуется развитием в более молодом возрасте; высокой экспрессией раковыми клетками потенциала к инвазивному росту за счет дисбаланса между экспрессией ММР-1, -2, -9 и TIMP-1, TGF?, VEGF, а также хромогранина, что обеспечивает его высокий злокачественный потенциал.

Рак легкого, возникший в условиях повышенной радиации характеризуется усиленным ангиогенезом в строме, что также создает благоприятные условия для инвазивного роста раковых клеток.

Гиперплазия нейроэндокринных клеток в очагах дисрегенераторных и предраковых изменений эпителия, а также нейроэндокринная дифференцировка опухолевых клеток при раке легкого являются характерной чертой легочной патологии, возникшей у лиц Семипалатинского региона, длительное время проживавших в условиях повышенной радиации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Коган Е.А., Сагиндикова Г.Е., Секамова С.М., Жак Г. Морфологические, цитогенетические и молекулярно-биологические особенности рака легкого, развившегося у лиц, длительное время проживавших на радиоактивно загрязненных территориях Семипалатинской области Казахстана. // Архив патологии, 2002, №5. с.13-18.

Сагиндикова Г.Е., Коган Е.А. Патология легких, возникшая в условиях повышенной радиации семипалатинского региона. // Пульмонология. 2003. Доп. Выпуск. 13 национальный конгресс по болезням органов дыхания. Санкт-Петербург. c.363.