Актуальность выявления канцерогенной опасности

Злокачественные новообразования (ЗНО) относятся к числу социально значимых болезней¹. Онкологическая смертность населения занимает второе место после смертности от болезней системы кровообращения (13,8% умерших) [1]. При этом наблюдается рост онкологической заболеваемости в России. Если в 2014 г. на 100 тыс. населения приходилось 2252,4 тыс. онкопациентов, то в 2024 г. этот показатель увеличился до 2948,6, то есть рост за 10 лет составил 30,9% [1]. Основной компонент роста данного показателя – не увеличение продолжительности жизни онкопациента, поскольку согласно целевым показателям федерального проекта «Борьба с онкологическими заболеваниями» за счёт доступности диагностики и лечения злокачественных новообразований увеличение числа пациентов с ЗНО, живущих более пяти лет, должно увеличиться за 2024–2030 гг. лишь на 7%². Динамика роста заболеваемости ЗНО в России соответствует глобальным данным, фиксируемым Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), и показателям большинства стран. По прогнозам ВОЗ, заболеваемость ЗНО за последующие 20 лет увеличится на 52%. Таким образом, если число заболевших в 2020 г. составляло 19,2 млн человек, то к 2040 г. оно превысит 30,2 млн человек³. В то же время понимание молекулярных механизмов патогенеза ЗНО, накопленная информация об этиологических факторах канцерогенеза, а также эпидемиологические данные, учитывающие экспозицию отдельных групп людей к известным канцерогенным агентам, позволили учёным провести метаанализ влияния факторов окружающей среды на заболеваемость ЗНО и заключить, что реализация мер первичной и вторичной профилактики должна привести к снижению смертности от ЗНО на 70% даже без развития новых подходов к диагностике и лечению [2]. В указанной публикации отмечено также следующее:

В результате финансирование исследований, направленных на поиск путей профилактики рака, в разных странах составляет от 2 до 9% от финансирования всех исследований в области онкологии [2]. В силу вышеупомянутых причин ведущую роль в организации профилактических мероприятий должны брать на себя государственные органы, ответственные за качество жизни населения. В частности, эта работа должна проводиться существующими во многих странах национальными комиссиями по канцерогенным факторам.

Комиссия по канцерогенным факторам окружающей среды в СССР и России

В СССР исследования по химическому канцерогенезу и первичной профилактике рака возглавлял академик Л.М. Шабад, инициатор создания Комиссии по канцерогенным веществам и мерам профилактики при Государственной санитарной инспекции Минздрава СССР⁴ [3]. Со дня образования в 1957 г. и до 2020 г. Комиссия была работающим на общественных началах специализированным научно-общественным органом при государственной санитарно-эпидемиологической службе страны (в разное время – при Государственной санитарной инспекции, Главном санэпидуправлении Минздрава СССР, Минздраве СССР, Госкомсанэпиднадзоре России, Минздраве России, Роспотребнадзоре). Следует отметить, что за рубежом аналогичные организации были созданы значительно позже. Так, Международное агентство по изучению рака (International Agency for Research on Cancer, IARC) было учреждено ВОЗ в 1965 г., Национальная токсикологическая программа США (NTP) – в 1972 г., Комитет по канцерогенам Великобритании (CoC) – в конце 1980-х гг. Деятельность Л.М. Шабада в области профилактики рака была отмечена Организацией Объединённых Наций наряду с достижениями таких известных учёных-онкологов, как П. Раус, Л. Гросс, Р. Долл, А. Лакассань и др.⁵.

К 2020 г. Комиссия по канцерогенным веществам и мерам профилактики разработала 7 нормативных документов федерального уровня, которые были введены в действие. Они определяли канцерогенную опасность химических, физических, биологических факторов и производственных процессов для человека, а также основные профилактические мероприятия. В частности, Комиссия разработала документ «Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности» (с дополнениями, внесёнными в 2011 и в 2014 гг.), который до 2018 г. был базовым в области первичной профилактики рака в нашей стране⁶. Специалисты Комиссии разработали методические рекомендации по скринингу канцерогенных веществ в объектах окружающей среды, оценке канцерогенной активности веществ, в том числе новых лекарственных препаратов, в хронических экспериментах на животных и в краткосрочных экспериментах. [4]. Эти документы были утверждены в установленном порядке. Комиссия выступила инициатором паспортизации канцерогеноопасных производств [5], совместно с Комиссией по проблемам гигиены и токсикологии пестицидов и агрохимикатов Роспотребнадзора участвовала в решении вопроса о регистрации пестицидов, разработала классификацию пестицидов по степени канцерогенной опасности, используемую и в настоящее время⁷. Члены Комиссии инициировали работу по ратификации Россией Конвенции МОТ № 139 «О борьбе с опасностью, вызываемой канцерогенными веществами и агентами в производственных условиях, и мерах профилактики», что и было выполнено в 2014 г. С 2007 г.  специалисты Комиссии ведут информационно-образовательный интернет-портал по первичной профилактике рака (https://www.ppr-inf.ru/).  В 2020 г. Роспотребнадзор инициировал реорганизацию Комиссии (завершена в 2025 г.) с формированием проблемной комиссии Роспотребнадзора «Канцерогенные, мутагенные, репротоксические факторы воздействия, эндокринные разрушители»⁸. Её деятельность направлена на совершенствование выявления канцерогенной опасности на основе современных эпидемиологических и механистических данных.

Существующие проблемы выявления канцерогеноопасных соединений

В России тестирование канцерогенной опасности химических соединений проводится с использованием тестов на генотоксическую активность по хорошо отработанным протоколам [6]. Эксперименты на животных для выявления канцерогенной активности в настоящее время проводят лишь в особых ситуациях, например, при выявлении потенциального канцерогенного эффекта в экспериментах по оценке хронической токсичности соединения⁹. При этом используют группы животных по 50 особей, и выявление эффекта даже у одного животного соответствует пределу чувствительности метода лишь в 2%, что является весьма существенным ограничением современного экспериментального тестирования [7, 8]. Появление эпидемиологических данных о влиянии агента на частоту ЗНО однозначно рассматривается как бесспорное доказательство его канцерогенной опасности и требует немедленного пересмотра соответствующих законодательных документов для ограничения его использования¹⁰. Кроме того, согласно современной концепции молекулярного патогенеза ЗНО, основы которой были заложены экспериментальными работами И. Беренблюма и других исследователей в 40-е гг. XX в., канцерогенные агенты подразделяются на генотоксические канцерогены, оказывающие инициирующее воздействие в патогенезе ЗНО, и негенотоксические (эпигенетические), оказывающие промотирующее действие на развитие клона трансформированных клеток и формирование опухоли [9–11]. Исследования канцерогенов окружающей среды, обладающих доказанным или вероятным негенотоксичным канцерогенным действием, постоянно расширяются. Становится очевидной необходимость включения в анализ канцерогенной опасности данных о проканцерогенной активности негенотоксичных соединений окружающей среды [12–14]. Эту необходимость иллюстрирует пример трагических последствий применения в медицинской практике диэтилстильбестрола в качестве средства для сохранения беременности. Его канцерогенные свойства проявились спустя годы у детей, в лечении матерей которых применяли этот препарат [15]. Наряду с диэтилстильбестролом к числу негенотоксических веществ с выраженной проканцерогенной активностью относятся многие соединения разных классов, в том числе установленные промоторы канцерогенеза (пентахлорфенол, фенобарбитал, полихлорированные бифенилы, кротоновое масло и др.), эндокринные модификаторы и гормональные дизрапторы (финастеридин, винклозин, амитрол, сульфаметазин, эстрогены, модификаторы атразина, ингибиторы допамина и др.), многочисленные цитотоксины (арохлор, бутахлор, четыреххлористый углерод, фталаты и др.), мелкодисперсные частицы, металлы (кадмий, никель, свинец, ртуть и др.) [7, 11]. Недавно опубликованы данные о повышении риска развития рака молочной железы при кумулятивной экспозиции к пестицидам, диоксинам, растворителям и  другим соединениям, загрязняющим окружающую среду [16]. Показана ассоциация загрязнения атмосферного воздуха негенотоксичными выхлопами автотранспорта с нарушениями, вовлечёнными в патогенез рака молочной железы [17]. Накопленная за последние 30 лет информация о биологии опухолевой клетки, эпигенетической регуляции экспрессии генов, а также о механизмах действия негенотоксичных канцерогенов открывает новые возможности организации скрининга негенотоксичных канцерогенов, с неконтролируемым распространением которых связывают неуклонное повышение заболеваемости ЗНО [7, 13, 18]. Для решения этой задачи Международное агентство по изучению рака (IARC – англ. International Agency for Research on Cancer) разработало новый подход к определению канцерогенной опасности на основе оценки ключевых характеристик канцерогенных соединений, к которым были отнесены следующие [19]:

Следует отметить, что лишь три первые из перечисленных десяти характеристик канцерогенных соединений обусловливают прямую инициацию канцерогенеза, а остальные соответствуют их способности быть регуляторами отдельных жизненно важных для клетки или организма процессов. У многих генотоксичных канцерогенов была обнаружена способность вызывать проканцерогенный негенотоксический эффект [19]. Негенотоксические эффекты можно выявлять по механистическим данным, полученным in vitro, в том числе, по митогенной активности, изменениям клеточного сигналинга, подавлению ответа клетки на повреждение ДНК (DNA damage respionce, DDR), подавлению апоптоза и др. На совместном заседании (2018 г.) с участием более 100 специалистов-экспертов в области химического канцерогенеза IARC официально приняло изменения процедуры установления канцерогенной опасности различных агентов на основании учёта механистических данных [19]. В связи с этим страны Организации экономического сотрудничества и развития (OECD) в 2020 г.  сформировали международный научный комитет по подготовке рабочего плана создания унифицированных методических подходов к скринингу негенотоксичных канцерогенов [18]. Актуальность этих действий определили следующие обстоятельства: (1) масштаб воздействия –  широкие массы населения, которое может подвергнуться возможному канцерогенному воздействию; (2) тяжесть последствий – онкологическая заболеваемость, смертность и инвалидность; (3) неизбежный путь поступления (атмосферный воздух, питьевая вода); (4) вероятность отдалённых неблагоприятных эффектов на протяжении всей жизни человека; (5) уязвимость таких групп населения, как дети, инвалиды, пожилые люди; (6) потенциальная возможность предотвращения воздействия; (7) необходимость идентификации рисков, связанных с использованием новых соединений (агентов ). На основе анализа более 700 научных публикаций, посвящённых механизмам действия негенотоксичных соединений, и детального обсуждения более 200 опубликованных методических подходов к выявлению активации этих механизмов, были сформированы шесть групп тестов, выявляющих: (1) индукторы воспаления; (2) иммуномодуляторы; (3) агенты, повреждающие клеточные структуры; (4) митогенные соединения; (5) индукторы гиперплазии; (6) индукторы дисплазии (рисунок).

При этом было отмечено, что все используемые тесты должны сопровождаться анализом влияния изучаемых соединений на систему эпигенетической регуляции экспрессии генов как систему, определяющую функционирование генома, согласно основной молекулярно-биологической догме «ДНК → РНК → Белок» как в нормальной, так и в опухолевой клетке [7, 18, 20].

Эпигенетическая регуляция экспрессии генов и канцерогенез

Исследования механизмов эпигенетической регуляции экспрессии генов, начатые Н.К. Кольцовым в первой половине XX века, получили бурное развитие в середине 1990-х гг. [21]. В настоящее время очевидно, что эпигенетическое замалчивание генов является важным механизмом регуляции функционирования генома и включает метилирование ДНК, модификации гистонов, интерференцию нкРНК и ремоделирование хроматина [22, 23]. Эпигенетическая регуляция экспрессии генов участвует в процессах транспозиции мобильных элементов, геномном импринтинге, контроле клеточного цикла и тканевой дифференцировки [24–27]. Благодаря эпигенетической регуляции также происходит адаптация организма и отдельных клеток к изменениям окружающей среды и микроокружения соответственно [28, 29]. Экзогенные факторы, влияющие на эпигенетическую регуляцию, могут как вызывать адаптивные изменения, так и нарушать ключевые клеточные процессы, приводя к ЗНО и другим патологиям [30–32]. Биомониторинговые популяционные исследования выявили неблагоприятное воздействие многих широко распространённых эпигенетически активных веществ: ряда фармакологических препаратов, пищевых добавок и загрязнений окружающей среды [33–35].

В настоящее время человечество использует более 90 000 химических веществ, а эпигенетическая активность была оценена только для небольшой их части (< 2%) [36]. Ситуация осложняется непрерывным появлением новых соединений и ростом годового оборота уже используемых в быту и на производствах химических соединений, который за последние десять лет удвоился [36, 37]. Следовательно, необходим скрининг ксенобиотиков на эпигенетическую активность до начала их широкого применения. Это позволит избежать воздействия потенциально опасных соединений на всё население или отдельные группы и выбрать более безопасные соединения с полезными потребительскими свойствами. Применение методов молекулярной биологии в экологической эпидемиологии, наряду с их несомненным научным вкладом в изучение механизмов канцерогенеза, может существенно сократить временные и финансовые затраты при выявлении экологических факторов онкологического риска.

Существование методов скрининга, обладающих высокой производительностью, дающих чёткие критерии активности и низкий уровень ложноположительных и ложноотрицательных результатов, а также позволяющих проведение широких скрининговых мероприятий, является критическим для тестирования химических соединений на эпигенетическую активность. Одной из первых работ, обосновавших необходимость создания тест-систем для скрининга ксенобиотиков на эпигенетическую активность, была публикация по негенотоксическим эффектам химических соединений сотрудников IARC в 2013 г. [38]. К настоящему времени для изучения эпигенетических эффектов ксенобиотиков разработаны различные модельные системы in vivo и in vitro [23]. Большой вклад в изучение эпигенетических эффектов загрязнений окружающей среды был сделан учёными, использовавшими в экспериментах Drosophila, Arabidopsis, Daphnia и Xenopus laevis [39]. Тест-системы in vivo включают и мышиные модели, в которых эпигенетическое влияние отражают изменения окраски шерсти и морфологии хвоста. В частности, мыши Avy служат очень хорошими эпигенетическими биосенсорами in vivo для оценки влияния ксенобиотиков на систему эпигенетической регуляции транскрипции [40]. Однако использование этих организмов ограничено видовыми функциональными особенностями системы эпигенетической регуляции мышей, и такие исследования относятся к весьма трудозатратным и дорогостоящим. Кроме того, традиционные тесты на животных вызывают серьёзные этические проблемы [8, 23]. Наиболее удобные методы скрининга эпигенетически активных соединений основаны на модельных системах in vitro с использованием опухолевых и условно нормальных иммортализованных клеток человека [20, 36, 41]. Преимущества таких клеточных технологий заключаются в низкой себестоимости и краткосрочности тестирования. Тест-системы in vitro были разработаны для выявления глобальных изменений метилирования и изменений сайт-специфического метилирования ДНК [42, 43]. Однако первые тест-системы недостаточно чувствительны для выявления различных специфических для сайта изменений, а последние не позволяют оценивать глобальные эффекты. На основе технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9/Cas12a был предложен новый тест, выявляющий множественные «конечные точки» и характеризующийся высокой пропускной способностью, однако эти системы ограничены набором ферментов, которые могут быть подвергнуты генетическому редактированию [44, 45]. Martinez E.D. et al. описали разработку флуоресцентного репортёрного анализа на реактивацию эпигенетически подавленных генов с выявлением разных механизмов действия эпигенетически активных соединений [46]. При создании данной тест-системы клетки аденокарциномы молочной железы мыши C127 трансфицировали вектором, содержащим репортёрный флуоресцентный белок GFP под промотором CMV, и аминогликозидфосфотрансферазу, обеспечивающую резистентность к неомицину. Клетки, устойчивые к неомицину, с эпигенетически подавленной экспрессией GFP было предложено использовать в качестве тест-системы на эпигенетическую активность. Авторы описанной тест-системы использовали всего три известных ингибитора эпигенетического замалчивания в качестве положительного контроля (трихостатин A, бутират натрия и 5-азацитидин), а спектр выявляемых эпигенетических эффектов в полученной тест-системе проанализирован не был. Тем не менее было продемонстрировано, что тест-система на основе клеток мыши C127, в отличие от других описанных выше методов обнаружения эпигенетических эффектов, позволяла одновременно выявлять ингибиторы гистоновых деацетилаз и метилтрансфераз.

В 2010 г. группа американских вирусологов опубликовала результаты исследования, посвящённого моделированию в единой системе 15 различных механизмов эпигенетического подавления экспрессии вирусного генома, интегрированного в геном клеток HeLa [47]. При получении данной модельной системы были использованы клетки HeLa, инфицированные лентивирусным вектором, содержащим репортёрный ген GFP, а затем был проведён трёхкратный клеточный сортинг вариантов клеток, содержащих эпигенетически репрессированный ген GFP (рис. 3) [48]. Эта популяция клеток получила название HeLa TI. Мы предположили, что при воздействии на клетки HeLa TI ксенобиотиков, способных влиять на систему эпигенетической регуляции, должна происходить активация экспрессии GFP, которая может быть оценена с помощью проточной цитометрии. В исследовании В.П. Максимовой и соавт. были продемонстрирована эффекты 15 известных ингибиторов ферментов эпигенетической регуляции, что свидетельствовало о пригодности HeLa TI для проведения скрининговых анализов на эпигенетическую активность химических соединений [49]. Таким образом, к настоящему времени продемонстрирована перспективность использования для скрининга химических соединений на эпигенетическую активность генно-модифицированных клеточных популяций, полученных с помощью клеточного сортинга, позволившего отобрать клетки с эпигенетически репрессированным репортёрным геном белка-флуорофора. Разработанная тест-система основана на использовании репортёрного анализа, что обеспечивает её высокую пропускную способность при применении в скрининговых целях, относительно невысокую стоимость и быстроту анализа, а также простоту в интерпретации результатов. Следует учитывать, что изменение эпигенетической регуляции может иметь различную направленность, то есть обладать как проканцерогенным, так и антиканцерогенным эффектом, и для выявления эпигенетических канцерогенов и антиканцерогенов необходим последующий транскриптомный анализ. Однако выявление эпигенетически активных соединений существенно сократит объёмы более дорогостоящих и трудоёмких транскриптомных исследований с помощью системы генно-модифицированных клеток с эпигенетически подавленным репортёрным флуорофором, что позволит ускорить и удешевить выявление канцерогеноопасных эпигенетически активных соединений [49, 50].

В то же время тест-система, представленная генно-модифицированными клетками HeLa TI, имеет ряд ограничений. К ним следует отнести следующие: (1) клетки HeLa инфицированы вирусом HPV18, что определило низкий уровень метилирования, не позволяющий использовать эти клетки для последующего анализа глобальных эффектов ксенобиотиков по снятию метилирования; (2) эпигенетический ландшафт клеток, использованных при получении тесторной популяции, должен влиять на результаты тестирования, и для получения более объективной информации об эпигенетических эффектах соединений необходимо использовать клетки различного гистогенеза; (3) со времени получения популяции клеток HeLa TI c репортёрным трансгеном GFP, экспрессия которого подавлена с помощью одного из 15 механизмов эпигенетической регуляции экспрессии генов, прошло почти 20 лет, и в настоящее время использованный флуорофор и метод его доставки в клетку не являются оптимальными. Полученные данные и анализ недостатков данной скрининговой системы позволяют подойти к созданию более совершенных систем для выявления эпигенетически активных соединений с использованием генно-модифицированных клеток с репортёрным геном флуорофора, что свидетельствует о перспективности данного подхода к выявлению негенотоксичных канцерогенов.

Заключение

Согласно современной концепции канцерогенеза, наиболее распространёнными этиологическими факторами злокачественных новообразований (ЗНО) являются химические агенты. Развитие методов скрининга соединений, способных вызывать повреждения ДНК и приводить к генным и геномным нарушениям, то есть генотоксических канцерогенов, позволили предотвратить или значительно снизить экспозицию людей к таким агентам. О результативности данного подхода свидетельствует снижение частоты профессиональных ЗНО и заболеваемости раком лёгких в результате сокращения табакокурения. Тем не менее онкологическая заболеваемость продолжает расти, и международное научное сообщество рассматривает в качестве одной из причин этого роста отсутствие контроля негенотоксических канцерогенов, которые могут многократно усиливать действие генотоксичных агентов, оказывая промотирующее действие на формирование опухоли. Негенотоксичные канцерогены были впервые описаны более 80 лет назад, однако подходы к их скринингу до сих пор не сформированы. Это связано с большим разнообразием механизмов действия негенотоксичных канцерогенов и отсутствием чётких критериев тестирования. При этом анализ всех возможных эффектов соединения является трудоёмким и дорогостоящим. Реализация действия негенотоксичных канцерогенов, как отмечено во многих научных публикациях, происходит путём активации эпигенетических механизмов регуляции транскрипции, однако существующие модельные системы направлены на оценку отдельных эпигенетических эффектов ксенобиотиков. Современной попыткой создания системы скрининга негенотоксичных канцерогенов стал проект международной рабочей группы Организации экономического сотрудничества и развития. Согласно этому проекту, более 200 методов скрининга негенотоксичных канцерогенов объединены в шесть блоков. При этом отмечена необходимость тестирования соединений на эпигенетическую активность.

В отделе химического канцерогенеза ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава  России был выполнен ряд исследований, посвящённых апробации в качестве тест-системы  на выявление эпигенетически активных соединений популяции клеток HeLa TI, имеющих в своём геноме эпигенетически репрессированный репортёрный ген белка-флуорофора GFP. Результаты исследования свидетельствуют о перспективности использования для скрининга эпигенетически активных соединений генно-модифицированных клеточных популяций, полученных с помощью сортинга клеток, на присутствие в них эпигенетически репрессированного репортёрного гена белка-флуорофора. Таким образом, сформирован принципиально новый подход к обнаружению проявляющих свой эффект по эпигенетическим механизмам канцерогенов, не выявляемых принятыми в настоящее время тестами на генотоксичность. Поиск путей контроля негенотоксичных канцерогенов продолжает оставаться актуальной задачей, стоящей перед специалистами проблемной комиссии Роспотребнадзора «Канцерогенные, мутагенные, репротоксические факторы воздействия, эндокринные разрушители».

¹ Постановление Правительства Российской Федерации от 1 декабря 2004 N 715.

² Структура и ключевые мероприятия федерального проекта «Борьба с онкологическими заболеваниями» 08.08.2025 https://minzdrav.gov.ru/poleznye-resursy/natsionalnye-proekty-rossii-prodolzhitelnaya-i-aktivnaya-zhizn-novye-tehnologii-sberezheniya-zdorovya/struktura-i-klyuchevye-meropriyatiya-federalnogo-proekta-borba-s-onkologicheskimi-zabolevaniyami (дата обращения 16.01.2026).

³ International Agency for Research Cancer: CANCER TOMORROW. URL: https://gco.iarc.fr/tomorrow/en (дата обращения 07.11.2022).

⁴ Приказ по Министерству здравоохранения СССР № 103 от 15 марта 1957 г. «О назначении Комиссии по канцерогенным веществам и мерам профилактики при Государственной санитарной инспекции Министерства здравоохранения СССР».

⁵ Резолюция генеральной ассамблеи ООН 1398 (XIV) от 10.10.1962. URL: https://www.un.org/sites/un2.un.org/files/webform/a17-special_sess-4_0_0_0.pdf

⁶ СанПиН 1.2.2353–08 (с дополнениями, внесёнными в 2011 и в 2014 гг.) «Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности»

⁷ Санитарные правила и нормативы. СанПиН 1.2.2584–10 «Гигиенические требования к безопасности процессов испытаний, хранения, перевозки, реализации, применения, обезвреживания и утилизации пестицидов и агрохимикатов».

⁸ Приказ Роспотребнадзора от 22.09.2025 № 660. Об утверждении составов проблемных комиссий Учёного совета Роспотребнадзора. Приложение 18 «Состав проблемной комиссии Учёного совета Роспотребнадзора «Федеральный проект «Канцерогенные, мутагенные, репротоксические факторы воздействия, эндокринные разрушители».

⁹ Метод ОЭСР № 453 «Комбинированные исследования хронической токсичности и канцерогенности» (англ. OECD Test Guideline No. 453 "Combined Chronic Toxicity/ Carcinogenicity Studies").

¹⁰ IARC Monographs Preamble – Preamble to the IARC Monographs on the Identification of Carcinogenic Hazards to Humans (amended January 2019). URL: https://monographs.iarc.who.int/wp-content/uploads/2019/07/Preamble-2019.pdf