Канцероген ( / k ɑːr ˈ s ɪ n ə dʒ ən / ) — это любой агент , способствующий развитию рака . [1] Канцерогены могут включать синтетические химикаты , природные вещества, физические агенты, такие как ионизирующее и неионизирующее излучение , и биологические агенты, такие как вирусы и бактерии . [2] Большинство канцерогенов действуют, создавая мутации в ДНК , которые нарушают нормальные процессы клетки по регулированию роста, что приводит к неконтролируемой клеточной пролиферации. [1] Это происходит, когда процессы восстановления ДНК клетки не в состоянии идентифицировать повреждение ДНК, позволяя дефекту передаваться дочерним клеткам . Повреждение накапливается с течением времени. Обычно это многоступенчатый процесс, в ходе которого регуляторные механизмы внутри клетки постепенно демонтируются, что позволяет клеточному делению бесконтрольно . [2]
Конкретные механизмы канцерогенной активности уникальны для каждого агента и типа клеток. Однако канцерогены можно в целом разделить на зависимые от активации и независимые от активации, которые связаны со способностью агента напрямую взаимодействовать с ДНК. [3] Зависимые от активации агенты относительно инертны в своей исходной форме, но биоактивируются в организме в метаболиты или посредники, способные повреждать ДНК человека. [4] Их также называют канцерогенами «косвенного действия». Примерами зависимых от активации канцерогенов являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), гетероциклические ароматические амины и микотоксины . Независимые от активации канцерогены или канцерогены «прямого действия» — это те, которые способны напрямую повреждать ДНК без каких-либо изменений в их молекулярной структуре. Эти агенты обычно включают электрофильные группы, которые легко реагируют с чистым отрицательным зарядом молекул ДНК. [3] Примерами канцерогенов, не зависящих от активации, являются ультрафиолетовый свет , ионизирующее излучение и алкилирующие агенты . [4]
Время от воздействия канцерогена до развития рака известно как латентный период . Для большинства солидных опухолей у людей латентный период составляет от 10 до 40 лет в зависимости от типа рака. [5] Для рака крови латентный период может быть всего два года. [5] Из-за длительных латентных периодов идентификация канцерогенов может быть сложной.
Ряд организаций рассматривают и оценивают совокупные научные доказательства относительно потенциальной канцерогенности конкретных веществ. Наиболее значимой из них является Международное агентство по изучению рака (МАИР). МАИР регулярно публикует монографии, в которых конкретные вещества оцениваются на предмет их потенциальной канцерогенности для человека и впоследствии классифицируются в одну из четырех групп: Группа 1: канцерогенные для человека, Группа 2А: вероятно канцерогенные для человека, Группа 2В: возможно канцерогенные для человека и Группа 3: не классифицируемые как канцерогенные для человека. [6] Другие организации, которые оценивают канцерогенность веществ, включают Национальную токсикологическую программу Службы общественного здравоохранения США, NIOSH, Американскую конференцию государственных промышленных гигиенистов и другие. [7]
Существует множество источников воздействия канцерогенов, включая ультрафиолетовое излучение солнца, радоновый газ [8], выделяемый в подвалах жилых домов, загрязнители окружающей среды, такие как хлордекон , сигаретный дым и употребление некоторых видов продуктов питания, таких как алкоголь и обработанное мясо . [9] Профессиональные воздействия представляют собой основной источник канцерогенов, при этом, по оценкам, ежегодно во всем мире происходит 666 000 смертельных случаев, связанных с раком, связанным с работой. [10] По данным NIOSH , 3-6% случаев рака во всем мире вызваны профессиональным воздействием. [5] К общепризнанным профессиональным канцерогенам относятся винилхлорид и гемангиосаркома печени, бензол и лейкемия , анилиновые красители и рак мочевого пузыря , асбест и мезотелиома , полициклические ароматические углеводороды и рак мошонки среди трубочистов, и это лишь некоторые из них.
CERCLA определяет все радионуклиды как канцерогены, хотя природа испускаемого излучения ( альфа , бета , гамма или нейтрон и радиоактивная сила), его последующая способность вызывать ионизацию в тканях и величина радиационного воздействия определяют потенциальную опасность. Канцерогенность излучения зависит от типа излучения, типа воздействия и проникновения. Например, альфа-излучение имеет низкую проникающую способность и не представляет опасности вне организма, но излучатели являются канцерогенными при вдыхании или приеме внутрь. Например, торотраст , (случайно радиоактивная) суспензия, ранее использовавшаяся в качестве контрастного вещества в рентгеновской диагностике, является мощным канцерогеном для человека, известным из-за его удержания в различных органах и постоянного испускания альфа-частиц. Низкоуровневое ионизирующее излучение может вызывать непоправимое повреждение ДНК (приводящее к репликационным и транскрипционным ошибкам, необходимым для неоплазии, или может вызывать вирусные взаимодействия), приводящее к преждевременному старению и раку . [11] [12] [13]
Не все типы электромагнитного излучения являются канцерогенными. Низкоэнергетические волны в электромагнитном спектре, включая радиоволны , микроволны , инфракрасное излучение и видимый свет, считаются неканцерогенными, поскольку у них недостаточно энергии для разрыва химических связей. Доказательства канцерогенного воздействия неионизирующего излучения, как правило, неубедительны , хотя есть несколько задокументированных случаев, когда у техников радаров при длительном высоком воздействии наблюдалось значительно более высокое количество случаев рака. [14]
Высокоэнергетическое излучение, включая ультрафиолетовое излучение (присутствующее в солнечном свете ), обычно является канцерогенным, если получено в достаточных дозах. Для большинства людей ультрафиолетовое излучение от солнечного света является наиболее распространенной причиной рака кожи. В Австралии, где люди с бледной кожей часто подвергаются воздействию сильного солнечного света, меланома является наиболее распространенным видом рака, диагностируемым у людей в возрасте 15–44 лет. [15] [16]
Вещества или продукты питания, облученные электронами или электромагнитным излучением (таким как микроволны, рентгеновские лучи или гамма-излучение), не являются канцерогенными. [17] Напротив, неэлектромагнитное нейтронное излучение, производимое внутри ядерных реакторов, может производить вторичное излучение посредством ядерной трансмутации .
Алкоголь является канцерогеном головы и шеи, пищевода, печени, толстой и прямой кишки, а также груди. Он оказывает синергетический эффект с табачным дымом в развитии рака головы и шеи. В Соединенных Штатах примерно 6% случаев рака и 4% случаев смерти от рака связаны с употреблением алкоголя. [18]
Химические вещества, используемые в обработанном и вяленом мясе, таком как некоторые марки бекона, колбасы и ветчины, могут производить канцерогены. [19] Например, нитриты, используемые в качестве пищевых консервантов в вяленом мясе, таком как бекон, также были отмечены как канцерогенные вещества с демографическими связями, но не причинно-следственной связью с раком толстой кишки. [20]
Приготовление пищи при высоких температурах, например, жарка мяса на гриле или барбекю , может также привести к образованию небольших количеств многих мощных канцерогенов, которые сопоставимы с теми, которые содержатся в сигаретном дыме (например, бензо[ a ]пирен ). [21] Обугливание пищи выглядит как коксование и пиролиз табака и производит канцерогены. Существует несколько канцерогенных продуктов пиролиза, таких как полинуклеарные ароматические углеводороды, которые преобразуются человеческими ферментами в эпоксиды , которые постоянно прикрепляются к ДНК. Предварительная приготовление мяса в микроволновой печи в течение 2–3 минут перед приготовлением на гриле сокращает время нахождения на горячей сковороде и удаляет предшественников гетероциклических аминов (ГЦА), что может помочь минимизировать образование этих канцерогенов. [22]
Жарка, приготовление на гриле или на открытом огне пищи при высоких температурах, особенно крахмалистой пищи, до образования поджаренной корочки, приводит к образованию акриламидов . Это открытие в 2002 году привело к международным проблемам со здоровьем. Однако последующие исследования показали, что маловероятно, что акриламиды в подгоревшей или плохо приготовленной пище вызывают рак у людей; Cancer Research UK классифицирует идею о том, что подгоревшая пища вызывает рак, как «миф». [23]
Некоторые биологические агенты являются известными канцерогенами.
Афлатоксин B 1 , токсин, вырабатываемый грибком Aspergillus flavus , который является распространенным загрязнителем хранящихся зерен и орехов, является известной причиной гепатоцеллюлярного рака . Известно, что бактерии H. Pylori вызывают рак желудка и лимфому MALT . [24] Гепатиты B и C связаны с развитием гепатоцеллюлярного рака. ВПЧ является основной причиной рака шейки матки .
Табачный дым содержит не менее 70 известных канцерогенов и участвует в развитии многочисленных видов рака, включая рак легких, гортани, пищевода, желудка, почек, поджелудочной железы, печени, мочевого пузыря, шейки матки, толстой кишки, прямой кишки и крови. [25] Мощные канцерогены, обнаруженные в сигаретном дыме, включают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ, такие как бензо(а)пирен), бензол и нитрозамин . [26] [27]
Учитывая, что группы рабочих с большей вероятностью подвергаются постоянному, часто высокому уровню воздействия химических веществ, редко встречающихся в обычной жизни, большая часть доказательств канцерогенности конкретных агентов получена в результате исследований рабочих. [10]
Отдельные канцерогены
Канцерогены можно классифицировать как генотоксичные и негенотоксичные. Генотоксины вызывают необратимые генетические повреждения или мутации, связываясь с ДНК . Генотоксины включают химические агенты, такие как N-нитрозо-N-метилмочевина (НММ), или нехимические агенты, такие как ультрафиолетовый свет и ионизирующее излучение . Некоторые вирусы также могут действовать как канцерогены, взаимодействуя с ДНК.
Негенотоксины не влияют напрямую на ДНК, но действуют другими способами, способствуя росту. К ним относятся гормоны и некоторые органические соединения. [35]
Международное агентство по изучению рака (МАИР) — межправительственное агентство, созданное в 1965 году и являющееся частью Всемирной организации здравоохранения ООН . Оно базируется в Лионе , Франция . С 1971 года оно опубликовало серию монографий по оценке канцерогенных рисков для человека [36], которые оказали большое влияние на классификацию возможных канцерогенов.
Глобально согласованная система классификации и маркировки химических веществ (GHS) — это инициатива Организации Объединенных Наций , направленная на попытку гармонизации различных систем оценки химического риска, которые в настоящее время существуют (по состоянию на март 2009 г.) по всему миру. Она классифицирует канцерогены по двум категориям, из которых первая может быть разделена на подкатегории, если того пожелает компетентный регулирующий орган:
Национальная токсикологическая программа Министерства здравоохранения и социальных служб США уполномочена выпускать двухгодичный отчет о канцерогенах . [37] По состоянию на август 2024 года последним изданием был 15-й отчет (2021 год). [38] Он классифицирует канцерогены на две группы:
Американская конференция государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) — частная организация, наиболее известная своей публикацией пороговых предельных значений (TLV) для профессионального воздействия и монографий о химических опасностях на рабочем месте. Она оценивает канцерогенность как часть более широкой оценки профессиональных опасностей химических веществ.
Классификация канцерогенов Европейского Союза содержится в Регламенте (ЕС) № 1272/2008. Она состоит из трех категорий: [39]
Прежняя классификация канцерогенов Европейского Союза содержалась в Директиве об опасных веществах и Директиве об опасных препаратах . Она также состояла из трех категорий:
Данная схема оценки постепенно заменяется схемой GHS (см. выше), к которой она очень близка по определениям категорий.
Под предыдущим названием NOHSC в 1999 году Safe Work Australia опубликовала Утвержденные критерии классификации опасных веществ [NOHSC:1008(1999)]. [40] Раздел 4.76 этого документа описывает критерии классификации канцерогенов, утвержденные австралийским правительством. Эта классификация состоит из трех категорий:
В этом разделе кратко описаны канцерогены, которые считаются основными возбудителями четырех наиболее распространенных видов рака в мире. Эти четыре вида рака — рак легких, молочной железы, толстой кишки и желудка. Вместе они составляют около 41% случаев рака в мире и 42% случаев смерти от рака (более подробную информацию о канцерогенах, которые являются причиной этих и других видов рака, см. в ссылках [41] ).
Рак легких (легочная карцинома) является наиболее распространенным видом рака в мире, как по числу случаев (1,6 миллиона случаев; 12,7% от общего числа случаев рака), так и по числу смертей (1,4 миллиона смертей; 18,2% от общего числа смертей от рака). [42] Рак легких в значительной степени вызван табачным дымом. Оценки риска рака легких в Соединенных Штатах показывают, что табачный дым является причиной 90% случаев рака легких. Другие факторы участвуют в развитии рака легких, и эти факторы могут взаимодействовать синергически с курением , так что общий атрибутивный риск составляет более 100%. Эти факторы включают профессиональное воздействие канцерогенов (около 9-15%), радон (10%) и загрязнение наружного воздуха (1-2%). [43]
Табачный дым представляет собой сложную смесь из более чем 5300 идентифицированных химических веществ. Наиболее важные канцерогены в табачном дыме были определены с помощью подхода «предела воздействия». [44] Используя этот подход, наиболее важными опухолеобразующими соединениями в табачном дыме были, в порядке важности, акролеин , формальдегид , акрилонитрил , 1,3-бутадиен, кадмий, ацетальдегид, этиленоксид и изопрен. Большинство этих соединений вызывают повреждение ДНК, образуя аддукты ДНК или вызывая другие изменения в ДНК. [ необходима цитата ] Повреждения ДНК подвержены ошибочной репарации ДНК или могут вызывать ошибки репликации. Такие ошибки в репарации или репликации могут привести к мутациям в генах-супрессорах опухолей или онкогенах, приводящих к раку.
Рак молочной железы является вторым по распространенности видом рака [(1,4 миллиона случаев, 10,9%), но занимает 5-е место как причина смерти (458 000, 6,1%)]. [42] Повышенный риск рака молочной железы связан с постоянно повышенным уровнем эстрогена в крови . [45] Эстроген, по-видимому, способствует канцерогенезу молочной железы тремя процессами: (1) метаболизм эстрогена в генотоксичные, мутагенные канцерогены, (2) стимуляция роста тканей и (3) подавление ферментов детоксикации фазы II , которые метаболизируют ROS , что приводит к повышенному окислительному повреждению ДНК. [46] [47] [48]
Основной эстроген у людей, эстрадиол , может метаболизироваться в производные хинона, которые образуют аддукты с ДНК. [49] Эти производные могут вызывать депуринизацию, удаление оснований из фосфодиэфирного остова ДНК, за которым следует неточная репарация или репликация апуринового сайта, приводящая к мутации и в конечном итоге к раку. Этот генотоксический механизм может взаимодействовать в синергии с опосредованной эстрогеновыми рецепторами, устойчивой пролиферацией клеток, что в конечном итоге приводит к раку молочной железы. [49] Генетический фон, диетические практики и факторы окружающей среды также, вероятно, способствуют частоте повреждения ДНК и риску рака молочной железы.
Употребление алкоголя также связано с повышенным риском рака груди. [50]
Колоректальный рак является третьим по распространенности видом рака [1,2 миллиона случаев (9,4%), 608 000 смертей (8,0%)]. [42] Табачный дым может быть причиной до 20% случаев колоректального рака в Соединенных Штатах. [51] Кроме того, существенные доказательства указывают на то, что желчные кислоты являются важным фактором рака толстой кишки. Двенадцать исследований (обобщенные в Bernstein et al. [52] ) показывают, что желчные кислоты дезоксихолевая кислота (DCA) или литохолевая кислота (LCA) вызывают выработку активных форм кислорода или азота, повреждающих ДНК, в клетках толстой кишки человека или животных. Кроме того, 14 исследований показали, что DCA и LCA вызывают повреждение ДНК в клетках толстой кишки. Также 27 исследований сообщили, что желчные кислоты вызывают запрограммированную гибель клеток ( апоптоз ).
Повышенный апоптоз может привести к избирательному выживанию клеток, устойчивых к индукции апоптоза. [52] Клетки толстой кишки со сниженной способностью подвергаться апоптозу в ответ на повреждение ДНК будут иметь тенденцию накапливать мутации, и такие клетки могут вызывать рак толстой кишки. [52] Эпидемиологические исследования показали, что концентрации желчных кислот в фекалиях увеличиваются в популяциях с высокой заболеваемостью раком толстой кишки. Увеличение общего количества жиров или насыщенных жиров в рационе приводит к повышению DCA и LCA в фекалиях и повышенному воздействию этих желчных кислот на эпителий толстой кишки. Когда желчную кислоту DCA добавляли в стандартный рацион мышей дикого типа, у 56% мышей через 8–10 месяцев был вызван инвазивный рак толстой кишки. [53] В целом, имеющиеся данные указывают на то, что DCA и LCA являются центрально важными канцерогенами, повреждающими ДНК при раке толстой кишки.
Рак желудка является четвертым по распространенности видом рака [990 000 случаев (7,8%), 738 000 смертей (9,7%)]. [42] Инфекция Helicobacter pylori является основным причинным фактором рака желудка. Хронический гастрит (воспаление), вызванный H. pylori , часто является длительным, если его не лечить. Инфицирование эпителиальных клеток желудка H. pylori приводит к увеличению продукции активных форм кислорода (ROS). [54] [55] ROS вызывают окислительное повреждение ДНК, включая основное изменение основания 8-гидроксидезоксигуанозина (8-OHdG). 8-OHdG, образующийся в результате ROS, увеличивается при хроническом гастрите. Измененное основание ДНК может вызывать ошибки во время репликации ДНК, которые имеют мутагенный и канцерогенный потенциал. Таким образом, ROS, вызванные H. pylori , по-видимому, являются основными канцерогенами при раке желудка, поскольку они вызывают окислительное повреждение ДНК, приводящее к канцерогенным мутациям.
Диета также считается фактором, способствующим раку желудка: в Японии, где популярны очень соленые маринованные продукты, заболеваемость раком желудка высока. Консервированное мясо, такое как бекон, сосиски и ветчина, увеличивает риск, в то время как диета, богатая свежими фруктами, овощами, горохом, бобами, зерновыми, орехами, семенами, травами и специями, снижает риск. Риск также увеличивается с возрастом. [56]
{{cite book}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Таблица 6-2