المواد المسرطنة هي المواد التي تسبب السرطان عن طريق إتلاف الجينوم أو التركيب الوراثي أو من خلال تعطيل عمليات التمثيل الغذائي داخل الخلية. تتفاعل بعض المركبات بشكل مباشر مع الحمض النووي، بينما يتم تنشيط البعض الآخر لجزيئات تفاعلية يمكن أن ترتبط بالحمض النووي والتي تسبب طفرات في الجينات الضرورية للعمليات البيولوجية. في هذا المقال نستعرض معاً أثر المواد الكيميائية المسرطنة في انقسام الخلايا وتكاثرها وبعض المواد المسرطنة الكيميائية الشهيرة.
دخان السجائر هو إلى حد بعيد أهم مادة مسرطنة ولها سمعة سيئة، حيث يحتوي دخان السجائر على العديد من المواد المسببة للسرطان بما في ذلك الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، والتي من المعروف أنها تسبب السرطان. يتم تحويل النيتريت، الموجود في العديد من الأطعمة إلى حمض النيتروز في المعدة ويمكن بعد ذلك أن يتفاعل مع الأمينات في الطعام لإنتاج النتروزامين، وهو مادة مسرطنة.
العديد من الأدوية السامة للخلايا هي مواد مسرطنة والتي تتفاعل مع الحمض النووي. قد يعاني الأفراد المعرضون لبعض مبيدات الآفات لخطر الإصابة ببعض أنواع السرطان، وقد تم اقتراح أن التعرض للزرنيخ غير العضوي يرتبط بتطور العديد من السرطانات. أشارت الأدلة الكافية إلى وجود ارتباط بين الديوكسينات وأنواع مختلفة من السرطان بما في ذلك ساركوما الأنسجة الرخوة واللمفومة وسرطان الدم.
المحتويات
ما هي المواد الكيميائية المسرطنة؟
في جميع أنحاء العالم، يعد السرطان سببا رئيسيا للوفيات، وفقا لتقديرات جلوبال كان حدثت حوالي 14.1 مليون حالة سرطان جديدة ونحو 8.2 مليون حالة وفاة في عام 2012 في جميع أنحاء العالم بسبب المواد المسرطنة. تختلف معدلات الإصابة بالسرطان والوفيات بين البلدان، ومع ذلك على مدى العقود الماضية، تحول عبء السرطان إلى البلدان الأقل نموا بسبب المرحلة المتأخرة من التشخيص وعدم توفر العلاج.
تحدث حاليا حوالي 57٪ من حالات السرطان و65٪ من وفيات السرطان في البلدان الأقل نموا. يختلف شكل السرطان أيضا بين البلدان، ومعدلات الإصابة بسرطان البروستاتا والقولون والمستقيم وسرطان الثدي وسرطان الرئة أعلى عدة مرات في البلدان الأكثر تقدما مقارنة بالدول الأقل تقدما. إن سرطانات الكبد والمعدة وعنق الرحم أكثر شيوعا في البلدان الأقل نموا. هذه السرطانات تعزى في الغالب إلى العدوى ومع ذلك، يظل سرطان الرئة السبب الرئيسي للوفاة من السرطان على مستوى العالم.
يتزايد عبء السرطان بسبب شيخوخة الأفراد، وزيادة التعرض للمواد الكيميائية المسرطنة والتي تكون بسبب الفيروسات والإشعاعات، فضلا عن تبني سلوكيات نمط الحياة غير الصحية مثل التدخين وتناول الكحول وزيادة الوزن ومحدودية النشاط البدني. علاوة على ذلك، ساهم نجاح برامج الفحص والكشف المبكر عن السرطان في ظهور مشكلة السرطان في حالات كثيرة لم تكن معروفة من قبل.
المواد المسرطنة هي المواد التي تسبب السرطان عن طريق إتلاف التركيب الجيني وكذلك تعمل على تكاثر الخلايا بشكل غير مستقر أو من خلال تعطيل عمليات التمثيل الغذائي الخلوي. المواد المسرطنة عادة ما يكون لها تأثير سام خبيث بدلا من تأثير سام حاد. يمكن أن تكون المواد المسرطنة إما من المواد الكيميائية الصناعية أو المواد الطبيعية. يمكن تصنيف المواد المسرطنة على أنها عوامل سامة للجينات أو غير سامة وفقا لآلية التسرطن التي توجد بها. ترتبط السموم الجينية مباشرة بالحمض النووي مسببة ضررا لا رجعة فيه للجينوم مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات. لا تؤثر السموم المسرطنة بشكل مباشر على الحمض النووي ولكن يمكن أن تعزز النمو، مثل الهرمونات وبعض المركبات العضوية. لا تعتبر المواد المسرطنة نفسها مسببة للسرطان، ولكنها تتحول إلى مواد مسرطنة في الجسم، على سبيل المثال، تتحول النترات التي يتم تناولها في النظام الغذائي إلى مادة نيتروزامين وهي مادة مسرطنة.
تم وصف التسرطن الكيميائي لأول مرة في عام 1775 من قبل طبيب وجراح إنكليزي بارز، بيرسيفال بوت، الذي لاحظ حدوث سرطان كيس الصفن في عدد من مرضاه الذين كانوا ينظفوا المداخن عندما كانوا صغارا. وفقا لذلك، اقترح بوت أن تعرض هؤلاء الرجال في فترة الصغر لكميات كبيرة من السخام يمكن أن يكون العامل المسبب للسرطان. بعد مائة عام، تم التعرف على ارتفاع معدل الإصابة بسرطان الجلد بين بعض العمال الألمان على أنه مرتبط بتعرضهم لقطران الفحم، وهو المكون الرئيسي لسخام منظفات المداخن.
فقط بعد 140 عاما من تقرير الدكتور بوت عن ارتباط سرطان البشرة في كيس الصفن بالتعرض للسخام الناتج عن احتراق الفحم، تم الإبلاغ عن أول دراسة تجريبية على الحيوانات المختبرية حول التسرطن. في عام 1915، نشر ياماغاوا وإيشيكاوا لأول مرة ورقة شاملة تصف إنتاج ورم خبيث في البشرة عن طريق تطبيق قطران الفحم الخام بشكل متكرر على آذان الأرانب لعدد من الأشهر. بعد ذلك، حاولت العديد من الدراسات تحديد وعزل المادة المسببة للسرطان من القطران الخام. في ثلاثينيات القرن الماضي، تم إنتاج أول مركب كيميائي مسرطن، وهو أنثراسين ثنائي البنز، متبوعا بالعديد من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات التي تم عزلها من كسور القطران الخام النشطة.
منذ عام 1971، قامت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان بتقييم أكثر من 1000 وكيل، وصنفتهم في خمس مجموعات على النحو التالي:
المجموعة 1: مادة مسرطنة للإنسان
المجموعة 2 أ: مواد من المحتمل أنها مسرطنة للإنسان
المجموعة 2 ب: مواد يحتمل أن تكون مسرطنة للإنسان
المجموعة 3: مواد لا يمكن تصنيفها على أنها مسببة للسرطان
المجموعة 4: مواد ربما لا تكون مسرطنة للإنسان
تأثير المواد الكيميائية المسرطنة على الخلايا
تأثير المواد الكيميائية المسرطنة على انقسام الخلايا وتكاثرها
يمكن تصنيف عمل المواد الكيميائية المسرطنة إلى أربع مراحل وهي البدء، الترقية، النمو، والورم الخبيث. يمكن للمواد الكيميائية المسرطنة أن تبدأ وتعزز هذه العملية من خلال التأثير على تعبير ونشاط بعض الجينات المسؤولة عن نمو الخلايا، والتمايز ، وإصلاح الحمض النووي، والتحكم في دورة الخلية. تتفاعل بعض المركبات بشكل مباشر مع الحمض النووي، بينما يتم تنشيط البعض الآخر لجزيئات تفاعلية يمكن أن ترتبط بالحمض النووي عن طريق المقاربات التساهمية التي تسبب طفرات في الجينات الحاسمة للعمليات البيولوجية. من المعروف أن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات تسبب السرطان عن طريق تكوين مقاربات تساهمية مع الحمض النووي، مما يؤدي إلى تغير نمو الخلايا وإصلاحها.
يمكن أن تستهدف المواد الكيميائية المسرطنة جينات معينة تسمى الجينات المسرطنة الأولية والجينات الكابتة للورم، والتي عندما تتحول إلى طفرة، تسمح للخلايا بالنمو دون سيطرة كما هو الحال في سرطان الثدي والقولون والرئة. اثنين من الجينات الأولية المدروسة جيدا هما MYC و RAS، وهما مسؤولان عن تنظيم دورة الخلية وموت الخلايا المبرمجة.
تشارك وظيفة MYC في تفاعلات البروتين مع عوامل خلوية مختلفة مثل سرطان الغدد الليمفاوية. وظيفة RAS كبروتين مهمة في نقل الإشارة كما هو الحال في أورام البنكرياس والقولون والمستقيم وأورام المثانة والكلى والرئة وسرطان الدم وسرطان الجلد. يمكن أن تؤدي الطفرات في هذه الجينات إلى انقسام خلوي غير منظم. تحافظ البروتينات على وظائفها الطبيعية ولكنها لم تعد تحت سيطرة الأوامر التي تنظم هذه العمليات. تعد نواتج جين RAS مكونات أساسية لمسارات إشارات كيناز التي تنظم نمو الخلايا وتمايزها. يمكن أن تحدث الطفرات في RAS بسبب المبيدات العضوية الكلورية والتعرض للزرنيخ.
بعض المواد الكيميائية المسرطنة الشهيرة
بعض المواد الكيميائية المسرطنة الشهيرة
التبغ
تدخين السجائر هو أهم مادة مسرطنة، وتعتبر السجائر هي النوع السائد من منتجات التبغ المستهلكة في العالم. في جميع أنحاء العالم، ترجع أكثر من مليون حالة وفاة بالسرطان إلى تدخين السجائر سنويا. التدخين هو السبب الرئيسي لسرطان الرئة ومن المحتمل أن تلعب الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والنيتروزامين الخاص بالتبغ دورا رئيسيا في تحريض سرطان الرئة.
التدخين هو عامل خطر رئيسي لسرطان تجويف الفم والبلعوم والحنجرة، ويزداد الخطر بشكل كبير عن طريق استهلاك الكحول. ترتبط معظم حالات سرطان المريء وسرطان الجيوب الأنفية والبلعوم الأنفي وسرطان الكبد وسرطان البنكرياس وسرطان المعدة وسرطان الخلايا الحرشفية العنقية وسرطان الخلايا الانتقالية للمثانة والحالب والحوض الكلوي وسرطان الدم النخاعي لدى البالغين بتدخين السجائر.
الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات
الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات هي عبارة عن مجموعة من المركبات العضوية تتكون من اثنتين أو أكثر من الحلقات العطرية أو البنزين التي تحتوي على ذرات الكربون والهيدروجين فقط. الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات التي تحتوي على حلقتين وثلاث حلقات موجودة في طور البخار في الغلاف الجوي لأن وزنها الجزيئي منخفض. ومع ذلك، فإن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ذات الخمس حلقات أو أكثر ترتبط إلى حد كبير بالجسيمات وتعتبر الأكثر خطورة على البشر. يتم توزيع الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ذات الوزن الجزيئي الوسيط بأربع حلقات بين أطوار البخار والجسيمات. تم اكتشاف أكثر من 11 من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات المسببة للسرطان في هواء البلدان الصناعية. أكثر مركبات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات انتشارا هو البنزو البيرين الذي يستخدم كعلامة للتعرض الكلي للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات المسببة للسرطان. تختلف الهيدروكربونات متعددة الحلقات في قدرتها على الإصابة بالسرطان وبعضها له تأثير مسرطن ضعيف مثل مركب ثنائي بنزو أنثراسين.
يتم إطلاق الهيدروكربونات متعددة الحلقات في البيئة عن طريق احتراق المواد المحتوية على الكربون عند درجات حرارة عالية. يحدث تلوث الهواء الداخلي بواسطة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات من مصادر الانبعاث الداخلية مثل التدخين والطهي والتدفئة المنزلية بمواقد الوقود والمدافئ المفتوحة، وكذلك من تسرب الهواء الخارجي.
تعتبر انبعاثات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات من السيارات ومحطات توليد الطاقة ومحارق النفايات والمحارق المفتوحة المكون الرئيسي للمصادر الخارجية في البلدان الصناعية. في البلدان النامية، يظل الطهي والتدفئة باستخدام الوقود الصلب مثل الخشب والمخلفات الزراعية أو الفحم هو المصدر الرئيسي الذي يساهم في تلوث الهواء الداخلي باستخدام الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات.
النيتروزامين
النيتروزامينات هي فئة تتكون من حوالي 300 مركب وقد وجد أن 90٪ منها مواد مسرطنة. على سبيل المثال، يسبب ثنائي ميثيل نيتروزامين سرطان الكبد، في حين أن بعض النتروزامينات الخاصة بالتبغ تسبب سرطان الرئة. توجد النترات والنتريت بشكل طبيعي في الفاكهة والخضروات، والتي تعتبر جزءا مهما من النظام الغذائي الصحي في معظم البلدان. غالبا ما تستخدم النترات والنتريت كمضافات غذائية في اللحوم المصنعة مثل لحم الخنزير ولحم الخنزير المقدد والنقانق والهوت دوج لمنع إنتاج السموم بواسطة الكائنات الحية الدقيقة المسؤولة عن التسمم الغذائي، وللحفاظ على منتجات اللحوم ذات المظهر والنكهة المميزة أيضا.
الافلاتوكسينات
الأفلاتوكسين مادة مسرطنة قوية للإنسان وهي مستقلب سام طبيعي ينتج عن فطريات معينة. الأفلاتوكسينات هي مثال مثير للاهتمام للعوامل الضارة بالحمض النووي من مصدر طبيعي. من بين الأفلاتوكسينات ذات الأصل الطبيعي، يعتبر الأفلاتوكسين ب 1 أكثر مسببات السرطان فعالية للكبد ويعتبر الأكثر سمية. توجد الأفلاتوكسينات بانتظام في السلع الأساسية المخزنة بشكل غير صحيح مثل الكسافا والذرة وبذور القطن والدخان والفول السوداني والأرز وبذور السمسم والقمح.
الأدوية والعلاج الكيميائي
العديد من الأدوية لها إمكانات مسرطنة مثل المضادات الحيوية أو مشتقات النيتروإيميدازول مثل ميترونيدازول. آلية عمل النيتروإيميدازول هي من خلال تقليل مجموعة النيترو في البيئات اللاهوائية في الغالب مما يؤدي إلى تكوين منتجات وسيطة تفاعلية وبالتالي تدمير خيوط الحمض النووي. يمكن أن تكون العوامل المضادة للميكروبات سامة بشكل مباشر، ويمكن أن تتفاعل مع أدوية أخرى لزيادة سميتها، أو يمكن أن تغير الفلورا الميكروبية لتسبب العدوى بواسطة الكائنات الحية.
من المحتمل أن تكون غالبية عوامل تثبيط الخلايا مثل ملفالان، نيتروسوريا، إيتوبوسيد مسببة للسرطان. تم تحفيز أورام معينة عن طريق العلاج الكيميائي. علاوة على ذلك، فإن بعض عوامل تثبيط الخلايا لها تأثير مثبط للمناعة مما يجعل الكائن الحي غير قادر على القضاء على الخلايا السرطانية بكفاءة.
المبيدات الحشرية
المبيدات هي مجموعة من المواد الكيميائية الطبيعية والصناعية النشطة بيولوجيا، والتي تستخدم لقتل الحشرات الضارة غير المرغوب فيها والفطريات والقوارض والنباتات. تحتوي جميع مبيدات الآفات على مركبات نشطة بيولوجيا مصممة عن قصد للتدخل في العمليات البيولوجية الطبيعية في الكائنات الحية المستهدفة. لذلك، قد يتعرض الأفراد المعرضون لبعض مبيدات الآفات لخطر الإصابة ببعض أنواع السرطان. يمكن أن يكون التعرض لهذه المبيدات من خلال التعرض المهني أو تناول الطعام والماء الملوثين، أو الامتصاص عبر الجلد، أو الاستنشاق أثناء التطبيق.
الزرنيخ
تم اقتراح الزرنيخ غير العضوي على أنه مادة مسرطنة للإنسان منذ عام 1977. ينبعث الزرنيخ في الغلاف الجوي بشكل رئيسي من مصادر بشرية المنشأ وكمية صغيرة من المصادر الطبيعية. قد يتعرض الأفراد لمركبات الزرنيخ من خلال الطعام الملوث ومياه الشرب أو الانبعاثات الهوائية من المنشآت الصناعية التي تصنع المبيدات الحشرية والزجاج وتبغ السجائر. تشير الدلائل إلى وجود ارتباط قوي بين التعرض للزرنيخ وتطور سرطانات الجلد والرئة والمثانة والكلى والكبد والقولون. آلية تسبب الزرنيخ في الإصابة بالسرطان ليست مفهومة جيدا وتم اقتراح أن الزرنيخ لا يتفاعل مع الحمض النووي، ولكنه يتسبب بشكل غير مباشر في انحرافات الكروموسومات، وعدم الاستقرار الجيني، ومثيلة الحمض النووي الشاذة في مناطق المحفز للجينات.