Опухолевые маркеры представляют собой молекулы, концентрация которых изменяется при развитии новообразований. Эти вещества могут синтезироваться непосредственно опухолевыми клетками или вырабатываться нормальными тканями в ответ на их патологическое воздействие. Биохимическая природа маркеров разнообразна: к ним относятся белки, ферменты, гормоны, онкофетальные антигены, продукты деградации нуклеиновых кислот и липидов, а также низкомолекулярные метаболиты. Изучение их структуры, метаболизма и механизмов регуляции позволяет не только диагностировать опухолевые процессы, но и оценивать динамику лечения, прогнозировать течение заболевания и выявлять рецидивы.
Альфа-фетопротеин (АФП) – гликопротеин, синтезируемый в норме печенью и желточным мешком плода. В зрелом организме его уровень минимален, однако при гепатоцеллюлярной карциноме, опухолях яичников и семенников наблюдается значительное повышение концентрации. Биохимически АФП обладает сродством к эстрогенам и жирным кислотам, влияя на транспорт гидрофобных молекул и клеточный рост.
Раково-эмбриональный антиген (РЭА) – гликопротеин, участвующий в клеточной адгезии. В норме синтезируется клетками кишечного эпителия плода, но при колоректальном раке и ряде других опухолей вновь появляется в циркуляции. Гликозилирование РЭА изменяется при опухолевой трансформации, что влияет на его иммуногенность и взаимодействие с рецепторами клеточной поверхности.
Ферментные системы опухолевых клеток характеризуются смещением метаболических потоков в сторону анаэробного гликолиза (эффект Варбурга). Повышенная активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) отражает усиленное образование лактата и снижение эффективности митохондриального окисления. Определение изоформ ЛДГ позволяет судить о тканевом происхождении опухоли.
Активность щёлочной фосфатазы (ЩФ) возрастает при остеобластических метастазах, опухолях костей и печени. Изоферменты ЩФ различаются по происхождению: плацентарная форма часто выявляется при трофобластических неоплазиях, регистрируясь как плацентарная щёлочная фосфатаза (PLAP).
Нейроноспецифическая енолаза (NSE), изофермент гликолитического фермента енолазы, служит маркером нейроэндокринных опухолей, мелкоклеточного рака лёгкого и нейробластомы. Повышение её концентрации связано с интенсивным анаэробным обменом и дифференцировкой клеток по нейрональному типу.
Некоторые новообразования способны к эктопической продукции гормонов или их аналогов. Хорионический гонадотропин (ХГЧ) вырабатывается герминогенными опухолями яичек, хориокарциномой и некоторыми аденокарциномами. Повышение его уровня сопровождается изменением экспрессии β-субъединицы гликопротеидного гормона, что позволяет использовать иммунохимические методы высокой специфичности.
Другие опухоли секретируют пептиды с гормоноподобной активностью, например адренокортикотропный гормон (АКТГ) или вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), вызывая паранеопластические синдромы. Биохимический анализ таких веществ требует определения как самих гормонов, так и метаболитов их деградации.
Антигены СА-серии (Cancer Antigens) представляют собой высокомолекулярные муцины, богатые углеводными цепями.
Изменения в структуре олигосахаридных цепей этих муцинов приводят к утрате нормальных клеточных контактов и усилению инвазивности. Опухолевая гипергликозиляция изменяет физико-химические свойства клеточных мембран и повышает устойчивость к апоптозу.
Современная биохимия опухолевого роста включает изучение молекулярных сигнатур – характерных мутаций, амплификаций или метилирования участков ДНК. Мутации в генах TP53, KRAS, NRAS, BRAF, EGFR нарушают регуляцию клеточного цикла и апоптоза. Фрагменты опухолевой ДНК, циркулирующие в плазме (ctDNA), отражают наличие и активность злокачественного процесса. Их количественный анализ с использованием ПЦР и секвенирования нового поколения позволяет выявлять минимальные остаточные заболевания и оценивать чувствительность к терапии.
Также исследуется уровень микроРНК, регулирующих экспрессию онкогенов и генов-супрессоров. Например, понижение miR-34 связано с инактивацией p53, а гиперэкспрессия miR-21 усиливает пролиферацию и ангиогенез.
Опухолевые клетки отличаются перестройкой энергетического метаболизма, включающего усиленный гликолиз, активацию пентозофосфатного пути и изменения в обмене липидов. Повышенные уровни холина, фосфоэтаноламина и малонового диальдегида свидетельствуют о нарушении мембранного метаболизма и оксидативного стресса.
Липидомный анализ выявляет специфические профили фосфолипидов и жирных кислот, характерные для разных типов опухолей. Увеличение содержания ненасыщенных жирных кислот связано с повышенной активностью ферментов липогенеза (ацетил-КоА-карбоксилазы, жирнокислотсинтазы), регулируемых онкогеном MYC и сигнальным путём PI3K/AKT.
Количественное определение опухолевых маркеров выполняется методами иммуноферментного анализа, радиоиммунного, хемилюминесцентного и масс-спектрометрического детектирования. Интерпретация результатов требует учёта физиологических колебаний, сопутствующих заболеваний и индивидуальных метаболических особенностей.
Комбинированное исследование нескольких маркеров повышает чувствительность и специфичность диагностики. Например, совместное определение АФП и ХГЧ позволяет более точно дифференцировать герминогенные опухоли, а сочетание РЭА с СА-19-9 – оценить риск рецидива колоректального рака.
В биохимии опухолевого процесса маркеры рассматриваются как отражение глубинных метаболических нарушений, сопровождающих трансформацию клетки: активации гликолиза, нарушений гликозилирования белков, дестабилизации генома и изменения сигнальных каскадов. Их исследование не ограничивается диагностикой, а служит ключом к пониманию механизмов канцерогенеза и разработки таргетной терапии.