Метастазы — один из признаков прогрессирования раковой опухоли, проявляющийся в колонизации ее клетками дистантных органов или возникновением нескольких очагов ее роста в органе, в котором она возникла впервые, и служащий в 90% случаев причиной смерти от рака. Играя ключевую роль в выживании от рака, метастазы лишь в последние годы, благодаря прогрессу научных технологий (особенно в области быстрого секвенирования генома) и разработке новых экспериментальных моделей онкогенеза, стали предметом пристального внимания исследователей, что позволило заметно расширить наши представления о природе рака. Как клинические наблюдения, так и экспериментальные модели показали, что наряду с первичной опухолью в организме сосуществует множество циркулирующих и диссеминированных в органах-мишенях клеток раковой опухоли, обусловливающих возникновение после раковой спячки (РС) клинически явных метастазов. Клиницисты определяют РС как период времени между удалением первичной опухоли и последующим рецидивом рака. Термин Р.С. дублирует термин «латентный период» или «латентность». Все это характеризует метастазирование как очень сложный процесс, для объяснения которого предложено множество моделей, концепций и гипотез. Рамки публикации позволяют остановиться лишь на тех немногих из них, которые оказались наиболее воспринятыми.

Не отрицая наличия у части раковых опухолей общих свойств и стадий патогенеза, следует подчеркнуть, что их различия по происхождению, скорости роста, времени возникновения метастазов, их органной локализации и длительности латентного периода не служат в пользу принятия единой концепции формирования метастазов, объясняющей многообразие их реализации одним паттерном со строго определенной последовательностью возникновения его механизмов, прежде всего из-за стохастичности возникновения геномных и эпигеномных изменений в клетках раковой опухоли. Не будет преувеличением сказать, что каждый пациент с раком имеет собственную мозаику опухолевого патогенеза, что оправдывает современную тенденцию индивидуализированной терапии. Поэтому неудивительно существование в онкологии множества моделей канцерогенеза, которые дают лишь частичное объяснение наблюдаемых его феноменов.

Характерно, что значительная часть фактов по объяснению метастазирования получена на экспериментальных моделях, разработанных на мышах, которым пересаживают клетки раковой опухоли человека. Это естественно порождает скепсис относительно возможности переноса результатов мышиной модели на принятие решений в клинике [1]. Нельзя не упомянуть хотя бы о трех принципиальных возражениях против мышиных моделей в общем биологическом плане. Во-первых, невозможно воспроизвести на них временную динамику прогрессии как самой первичной опухоли, так и метастазов из-за несравнимо короткого времени жизни мышей по сравнению с человеком. У мышей исключено проявление длительного латентного периода раковой опухоли. Во-вторых, несопоставимы физические размеры мыши и человека, почему кинетика прогрессирования раковой опухоли у мышей не будет корректно отражать таковую у человека. Наконец, организация иммунной системы у человека и мыши во многих аспектах существенно отличается. Значительное число экспериментов с метастазами выполняется на клетках рака молочной железы человека, игнорируя принципиальные функциональные и анатомические различия репродуктивной системы мыши и человека. По-видимому, наиболее адекватным критерием оценки корректности экспериментальных моделей могло бы быть наличие аналогии их с клиническими данными по изменениям на уровне геномики, транскриптомики и протеомики. При всей ограниченности возможности изучения процесса метастазирования на человеке дискуссия по поводу экспериментальных моделей метастазов [1] своевременна и полезна, и далее мы отдаем приоритет клиническим данным.

Реализуются метастазы через сложный многостадийный процесс и особенно посредством разных сценариев. По классическим представлениям, метастазирование начинается отделением части клеток от основной массы первичной опухоли и инвазией в окружающую строму, далее они проникают в локальные лимфатические либо кровеносные сосуды, переживают в циркуляции и в нишах, а затем колонизируют органы-мишени, где адаптируются с последующим образованием клинически явной раковой опухоли. Стадия колонизации также является многоступенчатой. Так, после вторжения в дистантный орган диссеминированные раковые клетки (ДРК) образуют микрометастазы, которые могут войти в латентный период непрогнозируемой длительности (он может составлять десятилетия), а затем реактивируется рост микрометастазов с повреждением органа-мишени и метастазированием в новые органы через циркуляцию.

Для решения проблемы, какие клетки раковой опухоли обладают потенциалом формировать метастазы и посредством каких механизмов, были введены понятия о метастатических стволовых клетках (МСК) [2, 3] и пластичности клеток раковой опухоли [4, 5], проявлением которой является, например, способность клеток претерпевать эпителиально-мезенхимальную и мезенхимально-эпителиальную трансформации.

При эпителиально-мезенхимальной трансформации клетки карциномы обретают мезенхимальные характеристики, что наделяет их подвижностью и способностью осуществлять каскад стадий метастазирования. В очагах диссеминации мигрировавшие клетки раковой опухоли претерпевают реверсию эпителиально-мезенхимальной трансформации, восстанавливая фенотип эпителиальных клеток и утрачивая соответственно подвижность. В перепрограммировании фенотипов клеток раковой опухоли задействованы как генетические, так и эпигетические процессы, изменяющие под влиянием сигналов окружения экспрессию и активность генов в клетках [4—7].

При всей стремительности развивающихся научных технологий анализа онкогенеза упомянутая выше феноменология его стадийности в целом не подвергается сомнению, и дебаты касаются пространственно-временной последовательности их развертывания. Обсуждение стадий метастазирования оправданно начать с рассмотрения, когда возникает диссеминирование, поскольку оно позволяет также ответить частично и на вопрос, какими клетками стартует метастазирование. С накоплением экспериментальных и клинических фактов ныне произошел отход от прежних представлений, что метастазирование является только поздним актом прогрессии опухоли. Изначально следует заметить, что сама программа метастазирования, как и другие программы онкогенеза, не является свойственной исключительно раковым опухолям и не создается ими, а включается в них, поскольку метастазирование активно используется при эмбриогенезе и регенерационных процессах и находится при этом под контролем. Патологическая направленность программы метастазирования проявляется при возникновении у клеток таких свойств, как самообеспечение внутренними сигналами роста, игнорирование сигналов, ингибирующих рост, избегание клеточной гибели, безлимитная репликация, избегание иммунного надзора, т. е. при наличии у нее известной совокупности атрибутов раковой опухоли [4].

При воспалении кишечника его циркулирующие эпителиальные клетки обнаруживаются в периферической крови пациентов [8]. В экспериментальной модели нетрансформированные клетки молочной железы способны были переживать, как диссеминированные клетки в легких, и проявлять злокачественный рост при онкогенной активации [9]. При протоковой карциноме молочной железы in situ у пациенток рано проявляется диссеминация и микрометастазирование [10]. В совокупности эти данные служат свидетельством того, что диссеминация эпителиальных клеток может происходить очень рано и даже до премалигнизирующих поражений. Вполне возможно, что малигнизация таких клеток может обусловливать отсутствие первичной опухоли [11].

Метастазируемые клетки. Источниками метастазов могут быть нетрансформированные клетки, претерпевающие малигнизацию после диссеминирования, либо клетки первичной опухоли. Известная гетерогенность клеточных популяций раковой опухоли естественно подводит к вопросу: какие конкретно клетки осуществляют метастазирование? Существует несколько предпосылок для введения в онкологию концепта МСК, и в их числе иерархическая организация многих карцином, в которых лишь немногие клетки обладают способностью инициировать раковую опухоль, а также клональная эволюция карцином, порождающая значительную гетерогенность их клеточного состава [2, 3]. Под МСК понимается любая ДРК, которая способна реинициировать макроскопическую раковую опухоль в дистантных органах. МСК, возможно, уже порождена в первичной опухоли с необходимыми свойствами для преодоления коллизий метастатического процесса, либо она может происходить от ДРК, которая обретает вновь компетентность инициировать опухолевой рост после Р.С. Аргументация концепта МСК строится на том, что в моделях онкогенеза лишь популяция клеток раковой опухоли, обладающая признаками раковой стволовой клетки, способна генерировать метастазирование, используя соответственно специализированные ниши, сигнальные пути и транскрипционные сети, характерные для раковых стволовых клеток [2, 3]. Клиническое выявление МСК затруднительно, и нет прямых доказательств их существования, поэтому реакция исследователей на концепт МСК противоречива.

Источники обретения метастатических свойств. На протяжении онтогенеза геном клеток в разных тканях организма под влиянием множества факторов нестабилен в разной степени и тем более в клетках, вступивших на путь малигнизации. Использование нового поколения технологий массивного параллельного секвенирования позволяет быстро анализировать геном, его экзон и транскрипты уже на уровне единичной клетки. Применительно к клеткам раковых опухолей установлено множество мутационных изменений в ДНК, причем объем выявленных изменений и их разнообразие при различных формах рака настолько велики, что опережает возможности клиницистов и биологов трактовать значимость их для онкогенеза. Эти изменения ДНК включают как различные точечные мутации в экзонах и интронах, так и крупномасштабные перестройки ДНК. Они затрагивают не только гены, связанные с клеточной пролиферацией, включая те, что кодируют молекулы сигнальной трансдукции и регуляторы клеточного цикла, но и гены, связанные с метаболизмом, модификацией хроматина, транскрипцией, процессингом мРНК и др. Кроме того, выявлена сложность внутри- и межхромосомных перестроек, порождающих новые комбинации последовательностей ДНК [7]. Эта сложность изменений генома клеток раковой опухоли, обусловленная прежде всего множественностью, разнообразием и вовлеченностью разных уровней его организации, служит предостережением относительно упрощенных схем объяснения патогенеза раковой опухоли и метастазирования, привязывая их к какому-то одному и даже нескольким генам (или маркерам), и трактовки ценности и значимости нового поколения онкомаркеров.

Другим источником малигнизации клеток служат эпигенетические процессы. Они проявляются в митотических и/или мейотических наследуемых изменениях в функционировании генома, которые не могут быть объяснены изменениями в последовательности оснований ДНК и обусловлены структурными адаптациями областей хромосом, увековечивающих состояние их измененной активности. Эпигенетические изменения могут возникать на протяжении всей жизни — от эмбриональной стадии и до старости как результат развития или физиологических процессов, влияния окружения или, что хотелось бы подчеркнуть, случайного события [12].

По своему проявлению они могут быть такими же сильными, как и генетические эффекты, реализуясь в многостадийной и многоуровневой дезорганизации хромосом, передаваясь нескольким поколениям по мужской и женской линиям и при определенных обстоятельствах также реверсируясь. В осуществлении их задействованы различные молекулярные процессы: метилирование нуклеиновых кислот, модификации гистонов, позиционирование нуклеосом на ДНК, транскрипционный контроль связывающимися с ДНК белками и некодирующими малыми и длинными РНК, трансляционный контроль микроРНК (~22 нуклеотида) и связывающимися с РНК белками. Среди них наиболее изученными являются метилирование ДНК, происходящее в цитозиновом основании в контексте дуплета CpG, и модификации гистонов (метилирование, ацетилирование, фосфорилирование и др.) [13,14]. Особенно сложна посттранскрипционная регуляция. Она представлена сложной сетью взаимодействий между различными типами РНК: белок-кодирующими матричными РНК и некодирующими РНК (длинными некодирующими РНК, псевдогенами и циркулярными РНК). Эти РНК-транскрипты выступают как конкурирующие эндогенные «губки» микроРНК: они сообщаются и регулируют друг друга, соперничая за связывание комплементарных к ним микроРНК [15].

Открытые первоначально в клетках как регуляторы экспрессии генома и трансляции белков микроРНК циркулируют, как оказалось, в стабильной форме в разных жидкостях тела, включая кровь, и могут служить в качестве нового поколения диагностических и прогностических биомаркеров опухолевого процесса.

Ниши. После выхода в циркуляцию и до диссеминации дистантного органа мигрировавшим клеткам раковой опухоли нужно промежуточное пристанище (именуемое нишей), которое способствовало бы их самоподдержанию. Клетки раковой опухоли, особенно из простаты, часто оккупируют костный мозг, но он не является для них единственной нишей. С открытием в каждом органе, и даже в мозге, существования стволовых и прогениторных клеток предполагается соответственно наличие для них ниш, и циркулирующие клетки раковой опухоли, как наделенные признаками стволовых клеток, могут разделять со здоровыми стволовыми клетками их нативные ниши. Нишей может послужить и благоприятное окружение для циркулирующих клеток раковой опухоли в том или ином органе, либо эти клетки сами создают себе нишу. Часто нишей может быть и периваскулярное пространство. Именно вдоль капилляров мозга формируются многослойные скопления клеток раковой опухоли молочной железы и легких, а также меланомы [3].

Органотропизм метастазов. Рак следует рассматривать не как программу развития, а как эволюционный процесс, в ходе которого медиаторы метастазирования функционируют как факторы, слегка увеличивающие вероятность успешного завершения одного или бо́льшего числа этапов метастатического каскада [16]. Один из таких этапов — диссеминирование дистантного органа. Солидные раковые опухоли проявляют удивительное разнообразие по части органотропизма их метастазирования. Одни предпочитают только один орган, другие заселяют несколько органов (см. таблицу) с разным временем латентности. В представленной таблице приведены лишь часто встречающиеся варианты мишеней и латентного периода некоторых раковых опухолей. Объяснением избирательности в случае колоректального рака могли бы быть особенности пути миграции циркулирующих раковых клеток. Специфичность структурной организации капилляров — другой фактор детерминации органотропизма метастазов. Так, фенестрированность эндотелия капилляров костного мозга и печени больше благоприятствует метастазированию, чем непрерывность эндотелия капилляров мозга [3, 8, 11, 16—18]. Конечно, выживание диссеминированных клеток раковой опухоли в дистантном органе будет определяться не только способностью их выживать в новом микроокружении и перепрограммировать его для благоприятствования активации их роста, но и общим состоянием организма. Предполагается, что органотропизм метастазов может подготавливаться системным влиянием самой первичной опухоли через секрецию воспалительных цитокинов, ремоделирование внеклеточного матрикса либо выделение начиненных разными молекулами экзосом.

Раковая спячка. При раке молочной железы, положительного по эстрогеновым рецепторам, раке простаты и меланоме глаза метастазы, находясь в состоянии РС, могут проявляться лишь десятилетия спустя после удаления даже маленькой первичной раковой опухоли. При раке легких и поджелудочной железы потенциал метастазирования клеток раковой опухоли настолько высок, что при диагностике даже небольшой первичной опухоли другие органы уже заселены метастазами. Колоректальная карцинома характеризуется медленной (вплоть до трех десятилетий) прогрессией от момента возникновения аденомы до формирования самой аденокарциномы. Но после инвазии в стенку кишечника метастазирование реализуется практически без латентного периода [3].

Активация. Выход из латентного периода диссеминированных микрометастазов либо солитарных клеток — наименее всего изученный процесс. В состоянии покоя в дистантном органе они нестатичны, и их количественное постоянство поддерживается сбалансированностью репликации и апоптоза клеток. При сдерживаемой репликации в них накапливаются геномные и эпигеномные изменения, и под их влиянием перепрограммируется микроокружение, происходит индукция системных изменений организма через отделяемые от них микровезикулы первичной опухоли и могут проявлять и сдерживающее влияние на рост метастазов. Отмечены взрывы роста метастазов после хирургического удаления первичной опухоли [19]. Нередко метастазы активируются после хирургических вмешательств по поводу неопухолевых заболеваний. Такие примеры свидетельствуют о существовании дремлющих клеток раковой опухоли в нишах разных органов. Сколь бы ни были сложны механизмы активации метастазов, непременным в них является избегание иммунного надзора. Отвоеванная раковой опухолью иммунная привилегия реализуется, как правило, через сложное взаимодействие разных механизмов [20].

Трудности в искоренении из организма клеток раковой опухоли неизбежно обратили внимание на варианты РС как на возможную мишень терапевтического вмешательства с целью сделать ее если не пожизненной, то максимально длительной, тем самым продлевая жизнь пациента. В широком аспекте под РС подразумевают задержку роста первичной опухоли или метастазов после диссеминирования ее клетками органов-мишеней. Однако механизмы, лежащие в основе РС первичной опухоли и метастазов, как диссеминированных солитарных клеток, так и микрометастазов, принципиально отличны.

ДРК, не обнаруживаемые методами визуализации, рассматриваются как микрометастазы. Они могут оставаться долго в латентном периоде после резекции первичной опухоли и быть рефрактерными к используемым терапевтическим воздействиям, например к лучевой терапии или химиотерапии. Рециркуляцией они могут даже повторно появиться в очаге удаленной первичной опухоли. Наличие их в организме после удаления первичной опухоли определяется как минимальная резидуальная болезнь.

В числе возможных вариантов РС рассматривают клеточную, ангиогенную и иммуногенную РС [21—23]. Клеточная Р.С. обусловлена арестом митоза в ДРК либо установившимся балансом между пролиферацией и апоптозом ДРК в условиях сложившегося микроокружения очага метастазирования. Как известно, ДРК могут сильно различаться по своим фенотипам. Некоторые из них могут быть лишены ангиогенной активности либо оказались в антипроангиогенном окружении, в результате чего масса клеток остается постоянной благодаря сложившемуся балансу между числом делящихся клеток и гибнущих из-за плохой васкуляризации, что именуется как ангиогенная Р.С. Кратко иммуногенную спячку ДРК можно охарактеризовать как осуществление активного надзора за ними в очаге метастазирования с участием клеток врожденной и адаптивной иммунной системы. Ключевая роль иммунной системы в поддержании ДРК в состоянии РС особенно показательна при возникновении раковой опухоли у иммунонекомпетентных пациентов с пересаженным органом от доноров, перенесших ранее рак и не имевших рецидивов и метастазов [24, 25].

Конечно, варианты РС не исчерпываются приведенными выше [26]. Заметим, что выделение клеточной и ангиогенной РС основано на особенностях раковой опухоли без учета состояния самого организма, влияние которого может быть определяющим для входа в РС или выхода из нее. Особенно это относится к иммунной системе хозяина, которая может порождать различные сценарии реагирования на раковую опухоли и длительность РС [20].

Состояние спячки не является особенностью клеток раковых опухолей, но обратимость его с патогенетической направленностью — их отличительная черта. В организме сосуществуют и функционируют органы с различной степенью митотической активности. Почти не обновляются нейроны в мозге и клетки мозгового слоя надпочечников, прекрасно регенерирует после повреждения печень, постоянное обновление претерпевает эпителий кожи, дыхательной и пищеварительной систем и т. д. Поэтому можно полагать, что раковые опухоли лишь используют, а не создают или разрабатывают стратегии (программы) вхождения в РС или выхода из нее в зависимости от состояния организма, микроокружения и поступающих к ним сигналов. Предпринята попытка составить сигнатуру (перечень) генов, активированных либо репрессированных при РС в клетках рака молочной железы. Оказалось, что раковые опухоли, позитивные по рецептору эстрогенов, обладали более высокими показателями, рассчитанные по сигнатуре генов спячки, и коррелировали с более низкой частотой метастазов [23].

Как отмечено ранее, злокачественность клеток раковой опухоли не определяется только каким-то одним из их свойств, а множество мутационных изменений в их ДНК, как и эпигеномных наслоений, настолько велико, что опережает возможности человека интерпретировать значимость их для онкогенеза и соответственно прогнозировать развитие метастазов. В этом аспекте контрастом выглядят во многих публикациях столь скромные перечни онкомаркеров для отдельных типов рака. Следует подчеркнуть, что выявленные мутации лишь ассоциированы с тем или иным типом рака либо его метастазами, но не специфичны для них [3, 16]. Несмотря на идентификацию молекулярных признаков, обусловливающих метастатический фенотип и составляющих детерминистский компонент метастазирования, метастазы проявляют сильно стохастические свойства. Так, набор мутаций в клетках метастаза может заметно отличаться от клеток первичной опухоли, а сами клоны раковой опухоли настолько различны, что невозможно найти средь них два идентичных. В пределах клона с высокой метастатической способностью лишь немногие клетки обладают возможностью образовывать метастазы. Развитие метастаза является, по существу, итогом тесного переплетения селекции неслучайных детерминант онкогенеза и случайной их экспрессии [16]. Случайность в их возникновении порождает неопределенность в отношении клинического прогнозирования, которая усугубляется отсутствием информации о том, сколько и экспрессия каких маркеров необходимы и достаточны для формирования метастазов.

Проблема трудностей борьбы с раковыми опухолями обусловлена, возможно, не только неполнотой наших знаний о канцерогенезе. Необходимо введение в онкологию таких фундаментальных физических понятий, как сложность, необратимость и невозможность и с их помощью решать проблему. Природа породила патологические состояния и различной сложности реакции организма на них, некоторые из которых, возможно, следует признать как неизбежную угрозу для человечества [27], памятуя слова математика Р. Тома (R. Thom): «Познание не обязательно будет обещанием успеха или выживания: оно может вести также к уверенности в нашем поражении, в нашем конце» [28]. Попытки переступить границы возможного в наших поисках обречены на провал.

Сейчас в медицине мы сталкиваемся с проблемами, трудности решения которых связаны не только с недостаточностью фундаментальных знаний, но и тем, что приблизились к границе невозможного. В физике известны несколько принципов невозможности. В онкологии мы тоже должны быть готовы столкнуться с «невозможностью» по следующей причине. Рак как возникшая мини-система в хозяйском организме служит примером патологического проявления функциональной вырожденности, что прежде всего выявляется гетерогенностью клеточного состава раковой опухоли с различными уровнями и паттернами проявления экспрессии геномных и эпигеномных изменений и быстротой их эволюции. Неопределенность возникает также с генетической и фенотипической вариабельностью клеток раковой опухоли от индивидуума к индивидууму при одной и той же ее локализации и с вариабельностью самих индивидуумов. Поэтому попытки обуздать рак каким-то одним подходом для всех сегодня выглядят наивными. Неудачи в поисках вакцин против рака на протяжении столетия служат тому примером [20].

Трудно дать количественную оценку сложности процесса метастазирования, порождаемого геномными и эпигеномными изменениями в клетках раковой опухоли [4]. Следует иметь в виду, что необратимость, как отмечают И. Пригожин и И. Стенгерс [29], начинается тогда, когда сложность эволюционирующей системы превосходит некий порог. Хотя спонтанная регрессия раковой опухоли является редким счастливым примером обратимости онкогенеза, ограниченным лишь немногими его локализациями. У подавляющего большинства необратимость изменений в раковой опухоли наступает рано, тем более это относится к метастазам, которым свойственна резистентность к лучевой терапии и химиотерапии. Поэтому с осторожностью следует воспринимать часто описываемые перспективы лечения самих метастазов. Более реальным представляется влияние на них в латентном периоде. Разработка этого направления должна включать, например, системное сравнение характеристик раковых опухолей и порождаемых ими циркулирующих раковых клеток и ДРК с разной длительностью латентного периода. Кроме того, потребуется и системный анализ эволюции состояния организма с выявлением факторов риска, ускоряющих формирование метастазов.

Современная онкология располагает возможностями углубиться уже в анализ одиночной клетки раковой опухоли и охарактеризовать ее молекулярные изменения на разных уровнях. Исследователь может располагать количеством параметров жизнедеятельности клетки, превышающим человеческие возможности правильного их восприятия и интерпретации. При этом остро стоит проблема разработки новых компьютерных технологий для многомерного системного анализа сложной для человека информации. С ними, а также с новыми, пока еще скромными, достижениями в иммунотерапии [30, 31] и нанотехнологиями связаны надежды на успешное продвижение в трудных поисках терапии метастазов.

Конфликт интересов отсутствует.