22.6: Канцерогени та тератогени
- Page ID
- 20297
- Поясніть процес розвитку раку.
- Перерахуйте фактори, які можуть підвищувати і знижувати ризик розвитку раку.
- Визначте тератогени і опишіть вроджені дефекти, що виникають в результаті них.
Канцероген - це будь-який агент, який безпосередньо підвищує захворюваність на рак. Більшість, але не всі канцерогени є мутагенами. Канцерогени, які безпосередньо не пошкоджують ДНК, включають речовини, які прискорюють поділ клітин, тим самим залишаючи менше можливостей для клітин для відновлення індукованих мутацій або помилок у реплікації. Канцерогени, які діють як мутагени, можуть мати біологічну, фізичну або хімічну природу, хоча цей термін найчастіше використовується стосовно хімічних речовин.
Визначення раку
Рак насправді є групою з більш ніж 100 захворювань, всі з яких включають аномальний ріст клітин з потенціалом вторгнення або поширення на інші частини тіла. Загалом, рак виникає, коли клітинний цикл більше не регулюється через пошкодження ДНК. Кількість потенційних причин цього пошкодження ДНК велика, тому існує багато різних факторів ризику раку. Будь-які клітини, які стають раковими, діляться швидше, ніж звичайні клітини. Вони можуть утворювати масу аномальних клітин, які називаються пухлиною. Швидко діляться клітини забирають поживні речовини і простір, пошкоджуючи нормальні клітини навколо них. Якщо ракові клітини поширюються на інші частини тіла, вони вторгаються і пошкоджують інші тканини і органи. Вони в кінцевому підсумку можуть призвести до смерті.
Джерело: Національний інститут раку/Univ. Піттсбурзького інституту раку
На сьогоднішній день, найпоширенішим із 100 з плюсом видів раку людини є базально-клітинний рак, тип раку шкіри Берні Сандерс видалив у 2016 році. Базально-клітинний рак становить 40 відсотків усіх нових видів раку щороку в Сполучених Штатах. Інші поширені типи раку включають рак легенів, колоректального, передміхурової залози (у чоловіків) та молочної залози (у жінок). Ці види раку не такі поширені, як рак шкіри, але вони спричиняють більшість смертей від раку.
Як розвивається рак
Канцерогенез, який також називають онкогенезом або пухлиногенезом, - це утворення раку, за допомогою якого нормальні клітини перетворюються в ракові клітини. Перетворення нормальної клітини в ракову клітину - це багатоетапний процес, який передбачає ініціацію, просування, прогресування і, нарешті, злоякісність (див. Рис.\(\PageIndex{2}\)). Цей процес займає роки і починається з однієї клітини, в якій мутуються правильні гени, тому клітина не вмирає належним чином і починає аномально розмножуватися. Потім виникають додаткові мутації, які відбирають більш швидко зростаючі клітини всередині цієї популяції, що призводять до пухлини з швидким зростанням і злоякісністю. На той час, коли клітини є раковими, протоонкогени були активовані, а гени супресорів пухлини інактивовані. Навіть в межах одного типу пухлини, як рак товстої кишки, конкретні гени мутованих можуть варіюватися від людини до людини, роблячи рак унікальним захворюванням для кожної людини.
Як поширюється рак
Після того, як нормальна клітина перетворюється на ракову клітину і починає ділитися з-під контролю, ракові клітини можуть поширюватися з вихідного місця (званого первинною пухлиною) на інші тканини. Це може відбуватися трьома різними способами. Одним із способів є місцеве поширення, при якому агресивно діляться ракові клітини безпосередньо вторгаються прилеглі тканини. Інший спосіб передбачає лімфатичну систему. Ракові клітини можуть поширюватися в регіонарні лімфовузли через лімфатичні судини, які проходять повз первинної пухлини.
Третій спосіб поширення ракових клітин - через кров до віддалених ділянок. Це називається метастазуванням, а нові види раку, які утворюються, називаються метастазами. Хоча кров може переносити ракові клітини до тканин скрізь в організмі, ракові клітини, як правило, ростуть лише на певних ділянках (рис.\(\PageIndex{3}\)). Різні види раку мають тенденцію метастазувати в певні органи. Найпоширенішими місцями метастазів є мозок, легені, кістки та печінка. Майже всі види раку можуть метастазувати, особливо на пізніх стадіях захворювання. Рак, який метастазував, як правило, має найгірший прогноз і пов'язаний з більшістю смертей від раку.
Хімічні канцерогени
Хімічні канцерогени (табл.\(\PageIndex{1}\)) можуть бути як натуральні, так і синтетичні сполуки, які на основі випробувань годування тварин або епідеміологічних (тобто людської популяції) досліджень збільшують захворюваність на рак. Визначення хімічної речовини як канцерогену проблематично з кількох причин. Деякі хімічні речовини стають канцерогенними лише після того, як вони метаболізуються в іншу сполуку в організмі; не всі види або особи можуть метаболізувати хімічні речовини однаково. Також канцерогенні властивості сполуки зазвичай залежать від його дози. Це може бути важко визначити відповідну дозу як для лабораторних тварин, так і для людини. Тим не менш, коли спостерігається кореляція між захворюваністю на рак та хімічним впливом, зазвичай можна знайти способи зменшити вплив цієї хімічної речовини.
Таблиця\(\PageIndex{1}\): Деякі класи хімічних канцерогенів.
| Клас | Приклади та/або джерела |
| ПАУ (поліциклічні ароматичні вуглеводні) | бензо [а] пірен та кілька інших компонентів диму сигарет, деревини та викопного палива |
| Ароматичні аміни | сполуки, що утворюються в їжі при приготуванні м'яса (включаючи рибу, птицю) при високій температурі |
| Нітрозаміни і нітрозаміди | міститься в тютюні та деяких копченому м'ясі та рибі |
| Азо-барвники | різні барвники і пігменти, використовувані в текстилі, шкірі, фарбах. |
| Карбамати | етилкарбамат (уретан) міститься в деяких дистильованих напоях і ферментованих продуктах |
| галогенізовані сполуки | наприклад пентахлорфенол, що використовується в деяких консервантах деревини та пестицидах. |
| неорганічні сполуки | азбест; може викликати хронічне запалення і активні форми кисню |
| Різні сполуки | наприклад, алкілуючі агенти, феноли |
З докладним переліком професійних канцерогенів можна ознайомитися за посиланням нижче
Канцерогени, які беруть участь в якості основних збудників чотирьох найпоширеніших видів раку у всьому світі, наведені в таблиці нижче. Ці чотири види раку - рак легенів, молочної залози, товстої кишки та шлунка. Разом на них припадає близько 41% захворюваності на рак у всьому світі та 42% смертей від раку.
Таблиця\(\PageIndex{2}\): Основні канцерогени, що беруть участь у чотирьох найпоширеніших ракових захворюваннях у всьому світі.
| Тип раку | канцероген |
| Рак легенів | Тютюновий дим |
| Рак молочної залози | естроген |
| рак товстої кишки | Тютюновий дим і жовчні кислоти: дезоксихолева кислота (DCA) або літохолева кислота (ДМС) |
| Рак шлунка | Геліобактер пілорі |
Примітка: Більш докладний опис кожного основного канцерогену, переліченого в таблиці,\(\PageIndex{2}\) можна знайти за посиланням нижче
Антиканцерогенні
Харчові волокна та обмеження калорій - це два антиканцерогенні або антипромотори, які знижують ризик утворення пухлини. Харчові волокна обидва і обернено асоціюються з раком, особливо раком товстої кишки. Отже, чим більше клітковини ви їсте, тим менше ризик розвитку раку товстої кишки. Одним з механізмів, за допомогою якого діє клітковина, є прискорення виведення жовчних кислот. Клітковина також збільшує швидкість проходження матеріалів через товсту кишку, що призводить до зниження вироблення та впливу товстої кишки агентів, що викликають рак, тобто розбавляє концентрацію канцерогенів.
Дослідження на тварині показали, що обмеження споживання калорій на 30% зменшує ріст пухлини і збільшує тривалість життя. Механізм невідомий, але може бути обумовлений меншим окисленням, таким чином, пошкодженням ДНК.
Антиоксиданти можуть допомогти блокувати дію ініціаторів або промоторів, якщо їх спосіб дії полягає в пошкодженні ДНК шляхом окислення. Вітамін А, С, Е, бета-каротин і селен є антиоксидантними поживними речовинами. Деякі працюють локально, як вітамін Е в товстій кишці, тоді як інші працюють більш глобально, як селен і вітамін С. Вітамін А, здається, працює, зберігаючи клітини диференційованими, що уповільнює швидкість росту.
Показано, що інші сполуки в їжі, особливо фрукти та овочі, уповільнюють утворення пухлин. Хрестоцвіті овочі (наприклад, брокколі, цвітна капуста, капуста та брюссельська капуста, щоб назвати декілька) багаті поживними речовинами, клітковиною, глюкозинолатами, які є сірковмісними хімічними речовинами, індолами та ізотіоціанатами. Дослідження на тварині виявили, що ці речовини пригнічують розвиток раку в декількох органах у щурів і мишей (Hecht SS. Пригнічення канцерогенезу ізотіоцианатами. Відгуки про метаболізм наркотиків 2000; 32 (3-4) :395-411; Мурілло Г, Мехта РГ. Хрестоцвіті овочі і профілактика раку. Харчування і рак 2001; 41 (1-2) :17-28). Індоли та ізотіоціанати допомагають захистити клітини від пошкодження ДНК; допомагають інактивувати канцерогени; мають противірусну та антибактеріальну дію; мають протизапальну дію; індукують загибель клітин (апоптоз); і пригнічують утворення кровоносних судин пухлини (ангіогенез) та міграцію пухлинних клітин (необхідні для метастазування) (Національний Інститут раку, Хрестоцвіті овочі та профілактика раку, 2012, https://www.cancer.gov/about-cancer/...les-fact-sheet). Дослідження на людях, однак, показали неоднозначні результати.
Тест на канцерогени
У генетиці мутаген - це фізичний або хімічний агент, який постійно змінює генетичний матеріал, як правило, ДНК, в організмі і таким чином збільшує частоту мутацій вище рівня природного фону. Оскільки багато мутацій можуть викликати рак, такі мутагени, отже, є канцерогенами, хоча не всі обов'язково є. Розроблено безліч різних систем виявлення мутагенів. Системи тварин можуть більш точно відображати метаболізм людини, однак вони дорогі та трудомісткі (може зайняти близько трьох років), тому вони не використовуються як перший екран для мутагенності або канцерогенності.
Тест Еймса - це широко використовуваний метод, який використовує бактерії для перевірки того, чи може дана хімічна речовина викликати мутації в ДНК досліджуваного організму. Більш формально це біологічний аналіз для оцінки мутагенного потенціалу хімічних сполук. Позитивний тест вказує на те, що хімічна речовина є мутагенною і тому може діяти як канцероген, оскільки рак часто пов'язаний з мутацією. Тест служить швидким і зручним аналізом для оцінки канцерогенного потенціалу сполуки, оскільки стандартні канцерогенні аналізи на мишах та щурах є трудомісткими (для завершення потрібно два-три роки) і дорогими. Однак відомі хибно-позитивні і хибно-негативи. Інші тести, подібні до тестів Еймса, також були розроблені з використанням дріжджів та інших бактерій.
Дрозофіли, рослини та клітинні культури були використані в різних тест-аналізах на мутагенність хімічних речовин.
У тест-системах тварин гризуни зазвичай використовуються в тесті на тварин. Хімічні речовини, що перевіряються, зазвичай вводяться в їжу та у питній воді, але іноді шляхом шкірного застосування, шляхом гаважу або інгаляції, і проводяться протягом більшої частини терміну життя гризунів. Трансгенний аналіз миші з використанням штаму миші, зараженого вірусним переносником, є ще одним методом тестування мутагенів. Тварин спочатку лікують підозрюваним мутагеном, потім виділяють ДНК миші, а сегмент фага відновлюють і використовують для зараження кишкової палички.
Відео Фактори \(\PageIndex{1}\)ризику раку.
Фактори ризику раку
https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/patient-prevention-overview-pdq#_199
Поширені міфи про рак та помилки
https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/myths
Список ймовірних канцерогенів
Профілактика раку: Візьміть на себе відповідальність за свій спосіб життя
https://medlineplus.gov/ency/patientinstructions/000825.htm
Хрестоцвіті овочі та профілактика раку
https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/diet/cruciferous-vegetables-fact-sheet
Дефекти народження: Тератогени
Тератоген - це з'єднання, яке постійно деформує функцію або структуру розвивається ембріона або плода внутрішньоутробно. В цілому ступінь тератогенності залежить від:
- Потенція препарату у вигляді мутагену.
- Сприйнятливість плода до тератогенезу.
- Доза тератогену.
- Тривалість тератогенного впливу.
- Час впливу.
- Ступінь переходу від материнського до плодового кровообігу.
Середній світовий показник усіх живих пологів, ускладнених мальформацією, становить 6% (перспективи охорони здоров'я навколишнього середовища, (NIH), жовтень 2009 р.). Більшість цих ускладнень обумовлені невідомими факторами. Переважна більшість визнаних етіологій є генетичними, причому лише 10% відносять до екологічної етіології, такої як здоров'я матері, інфекції та токсиканти. В цілому найбільше уражається центральна нервова і скелетна системи.
Талідомід (седативний засіб, який раніше продавався в Європі для запобігання ранкової нудоти) див. Рисунок\(\PageIndex{4}\) - класичний тератоген, який викликав дефекти кінцівок у немовлят, народжених жінками, які приймали цей препарат у 1960-х роках (див. Рисунок\(\PageIndex{5}\)). Талідомід вперше був проданий в 1957 році в Західній Німеччині, де він був доступний без рецепта. [5] [6] Коли вперше випустили, талідомід пропагували за тривогу, проблеми зі сном, «напругу» та ранкову нудоту. [6] [7] Хоча спочатку вважалося безпечним під час вагітності, занепокоєння щодо вроджених вад були відзначені в 1961 році, і ліки було вилучено з ринку в Європі того року. [6] [5] Загальна кількість людей, які постраждали від використання під час вагітності, оцінюється в 10 000, з яких близько 40% померли приблизно під час народження. [6] [3] Ті, хто вижив, мали проблеми з кінцівками, очима, сечовивідними шляхами та серцем. [5]
Його початковий вихід на ринок США перешкодив Френсіс Келсі в FDA. [7] Вроджені вади талідоміду призвели до розвитку більшого регулювання та моніторингу лікарських засобів у багатьох країнах. у 2006 Управління з контролю за продуктами та ліками США надало прискорене схвалення талідоміду в поєднанні з дексаметазоном для лікування знову діагностованої множинної мієломи пацієнти.
Жінки можуть зіткнутися з рядом інших тератогенів. Куріння, швидше за все, спричиняє затримку росту, але також було причетне до передпологового розриву оболонок, передчасних пологів, відшарування плаценти, мимовільного аборту, перинатальної захворюваності та смертності та синдрому раптової дитячої смерті. Куріння може надавати свої наслідки через конкурентне зв'язування чадного газу з гемоглобіном та/або через різні інші компоненти, знайдені в сигаретах, які викликають несприятливі біологічні ефекти.
Вживання алкоголю при вагітності може призвести до алкогольного синдрому плода (ФАС) див. Рис.\(\PageIndex{6}\), Який зустрічається приблизно у 1% всіх пологів. У дітей з ФАС присутній сплющена і тонка верхня губа, невеликі пальпебральні тріщини, епікантальні складки, сплющений перенісся, короткий ніс. Вони також можуть проявляти мікроцефалію, розумову відсталість та порушення навчання. Незрозуміло, чи існує безпечна кількість вживання алкоголю під час вагітності.
Кокаїн зазвичай виробляє обмеження росту, передчасні пологи, мікроцефалію, мимовільний аборт, відшарування плаценти, аномалії кінцівок та порушення центральної нервової системи. Кокаїн, здається, надає ряд своїх ефектів через периферичну вазоконстрикцію, що призводить до гіпоксії плода.
Жінкам, які мають показання до терапії варфарином, слід або утриматися від вагітності, або перейти на низькомолекулярні гепарини. Варфарин зазвичай викликає розумову відсталість, обмеження росту, гіпоплазію носа та офтальмічні відхилення.
Інгібітори ангіотензинперетворюючого ферменту (АПФ) спричинить ниркову недостатність плода та олігогідрамніо, які призводять до гіпоплазії легенів та контрактури кінцівок. Також часто зустрічаються аномалії черепно-мозкової кістки плода.
Ізотретиноїн (Аккутан), що використовується для лікування акне, може спричинити порушення серцевої, оральної, отологічної, тимічної та центральної нервової системи. В одній чверті випадків він викликає розумову відсталість.
Інші класи тератогенних речовин та умови включають
- Різні ліки за рецептом та дефіцит поживних речовин (наприклад, недостатня кількість фолієвої кислоти).
- Хімічні сполуки, такі як йодид метилу (використовується в пестицидах) та бісфенол А (використовується в пластмасах), підозрюються тератогени.
Резюме
- Канцероген - це будь-який агент, який безпосередньо підвищує захворюваність на рак.
- Рак викликаний змінами ДНК, які можуть бути успадковані або придбані.
- Для перевірки на наявність канцерогенів були розроблені різні тести.
- Американське товариство раку надає великий перелік ймовірних хімічних канцерогенів, включаючи ті, що містяться в оброблених харчових продуктах та напоях, різних побутових продуктах, пестицидах тощо.
- Вплив тератогену на плід залежить від декількох факторів: потенції тератогену, сприйнятливості плода до тератогену, дози і тривалості впливу тератогену, ступеня переходу від материнського до плодового кровообігу, а також коли під час розвитку відбувається вплив.
- Приблизно 10% вроджених вад розвитку відносять до факторів навколишнього середовища, а 20% обумовлені генетичними або спадковими факторами. Решта мають невідомі причини або пов'язані з сукупністю різних факторів.
- Компоненти сигарет, алкоголь, кокаїн, варфарин, інгібітори АПФ та Аккутан - все це тератогени, які впливають на розвиток плода.
Дописувачі та атрибуція
Лібретексти: Інтернет Відкрита генетика (Нікель, Т. & Barrette-Ng, I.)
Лібретексти: Біологія людини (Вакім і Гревал)
Лібретексти: вступ до харчування (Byerley)
Лібретексти: Анатомія і фізіологія (безмежні)
Вікіпедія
Американське онкологічне товариство
NIH-Медлайн Плюс
NIH- Національний інститут раку