Окупація на клітинному рівні.


У розвинених країнах вже кілька десятиліть онкологічні захворювання стійко займають друге місце в переліку хвороб, що призводять до смертельного результату. Але незважаючи на таке розповсюдження, точні першопричини того чи іншого онкологічного захворювання не знають ні фізіологи, ні анатоми, ні онкологи. І сама назва «рак» - не більш ніж таємниця: в образі хворих, у механізмах дії хвороби немає нічого такого, що мало б схожість з нешкідливим річковим мешканцем. Втім, більш точну назву - злоякісна пухлина - теж не дуже прояснює сенс. Всупереч законам російської мови в цій назві головне - не іменник, а прикметник. Адже пухлиною виглядають і гуля на лобі, і фурункул, і гематома в місці удару. А при деяких формах злоякісних новоутворень, наприклад при лейкозі, пухлин взагалі не буває.
Що ж таке рак і чи можна його перемогти? Причин , що впливають на розвиток цієї хвороби, безліч: радіація, речовини-канцерогени, віруси, спадковість . З віком ризик захворювання збільшується, однак, злоякісні новоутворення виникають і у дітей, а зрідка - навіть у немовлят в утробі. Є різновиди пухлин, характерні для певних професій, місцевості або навіть національності. Тривалий час їх вивчення залишалося поза контекстом медичної науки: жоден з аспектів численних досліджень не міг виявити справжніх причин поразки органів, тканин і крові.
І тільки в останні десятиліття зусилля фахівців різних галузей медицини виявили деякі механізми розвитку раку . Як це часто буває в біології, виявилося, що питання треба було вивернути навиворіт: щоб з'ясувати, чому клітини іноді стають злоякісними, треба спочатку дізнатися, чому зазвичай вони цього не роблять.
Клітини-самураї
У одноклітинних організмів процес розмноження обмежений умовами зовнішнього середовища: наявністю в ній їжі і кисню, низькою концентрацією шкідливих речовин (у тому числі власних відходів), температурою, солоністю і т. д. Перехід до многоклеточности дозволив піти від цієї залежності: що б там не було зовні, внутрішнє середовище високоорганізованого істоти завжди зберігається. Кисень і поживні речовини постійно доставляються кожній клітині, отруйні продукти обміну так само постійно виводяться назовні. І навіть розмножуватися всім клітинам не треба. За цей процес несуть відповідальність спеціальні клітини і тканини. Хоча і в них здатність до поділу обмежена: наприклад, у жінок всі майбутні яйцеклітини закладаються ще до народження і надалі вже не примножуються. Зрілі клітини нашого організму (нервові, м'язові, кров'яні та інші) зазвичай взагалі позбавлені цієї можливості. Цю місію виконують стовбурові клітини, які замінюють вибули з ладу клітини тканини. Але і їх розподіл суворо контролюється - як, власне, і все життя будь-якої клітини багатоклітинного істоти. Кожній з них організм точно вказує, коли і з якою інтенсивністю їй ділитися і ділитися взагалі, де знаходитися і що робити, жити чи померти. Самогубство ( апоптоз ) для наших клітин настільки ж звичайний фінал, як харакірі для самураїв. До речі, два цих феномена подібні технічно: в процесі апоптозу клітина рубає свої внутрішні структури на дрібні шматки. Вона вбиває себе, коли орган, до складу якого вона входила, більше не потрібен організму (наприклад, хвіст - пуголовки, що перетворюється в жабеняти), коли вона випадково опинилася в чужорідної тканини, коли її генетичний апарат сильно пошкоджений, коли її поведінка в організмі визнано неправильним або підозрілим. Відомий російський біохімік Володимир Скулачов навіть сформулював «самурайський закон поведінки клітини» : краще померти, ніж помилитися.
Але для того щоб клітина підпорядковувалася командам і заборонам, потрібна система сигналів, що передають ці команди , і апарат, здатний їх сприймати. Цими сигналами служать речовини, що отримали назву цитокінів . За своєю хімічною природою це зазвичай білки або поліпептиди - коротші, ніж білки, ланцюжки амінокислот. Вони зв'язуються з розташованими на зовнішній мембрані клітини білками-рецепторами, змінюють їх стан, і ті запускають ланцюжок реакцій - активують одні молекули і виводять з гри інші. Втім, в міжклітинному середовищі майже завжди присутня якась кількість цитокінів, і клітина реагує не на одиничну молекулу, а на те, що їх концентрація перевищує певний поріг . Іноді відсутність певного цитокіну саме стає сигналом. Так, наприклад, якщо концентрація факторів росту (цитокінів, що спонукають клітину ділитися) висока - клітина ділиться, низка - не ділиться, а якщо їх довгий час немає зовсім - здійснює апоптоз.
Сума помилок
І цитокіни, і призначені для них рецептори кодуються генами, які, як ми знаємо, схильні мутацій . Відома, наприклад, мутантна форма рецептора до чинників зростання, яка веде себе, як залипающий кнопка дзвінка, - весь час генерує внутрішньоклітинні сигнали до поділу, незалежно від того, сидить на ній сигнальна молекула чи ні. Зрозуміло, що клітина, забезпечена такими рецепторами, буде весь час намагатися ділитися, не слухаючи зовнішніх команд. Інша мутація дозволяє клітині самої виробляти фактори росту, на які вона ж буде реагувати.
Але однієї подібної мутації ще недостатньо , щоб зробити клітину ракової. Ділення без команди зупинять інші цитокіни - інгібітори проліферації. Є й інші механізми, що перешкоджають злоякісного переродження клітини. Щоб прорватися крізь усі ці бар'єри і звільнитися від накладаються організмом обмежень, потрібні зміни відразу в декількох (згідно математичним моделям - від 3 до 7) не пов'язаних один з одним ключових генах. Ці гени отримали назву протоонкогенів (абсолютно несправедливо, оскільки їх нормальна робота як раз запобігає розвитку раку. Втім, нікого ж не дивує, що пристрій, що включає світло, називається вимикачем.) У різних типах пухлини працюють різні протоонкогени . Усього відомо близько 200 . У березні 2005 року фахівці Національного інституту геному людини США оголосили про намір скласти повний каталог генів, мутації яких пов'язані зі злоякісним переродженням.
Якщо ці уявлення вірні, то на перший погляд незрозуміло, як взагалі хтось примудряється захворіти на рак . Імовірність виникнення конкретної мутації в гені конкретному дуже низька , і поєднання декількох таких мутацій в одній клітці межує з дивом, якщо не брати до уваги, скільки клітинних поділів (а значить, і актів копіювання геному) відбувається у нашому організмі. За оцінками фізіологів, клітини кожного з нас діляться близько двох трильйонів разів на день.
Мутація - подія випадкове і може статися коли завгодно. Але певні хімічні речовини і фізичні впливи можуть сильно збільшити його ймовірність : всі іонізуючі випромінювання і більшість хімічних канцерогенів добре відомі як мутагени. Ясно, чому пухлина частіше за все розвивається там, де багато постійно діляться клітин: у кровотворної тканини, в шкірі, у всіляких епітелію (стравоходу, шлунка, кишечника, гортані, легень, матки). В інших тканинах пухлини виникають набагато рідше, причому, як правило, не зі спеціалізованих клітин, а з відносно рідкісних стовбурових. А, скажімо, в мозку зазвичай з'являються лише специфічні дитячі пухлини (що розвиваються в перші роки життя, коли клітини мозку ще діляться), або метастази, що відокремилися від пухлини, що виникла в якийсь інший тканини.
Після першої мутації можуть пройти роки і десятиліття , перш ніж вражена нею клітина придбає злоякісність. Власне, цього може і не трапитися зовсім , якщо інші потрібні гени так і не будуть мутувати. Проте цілком імовірно, що клітина, здатна до необмеженого поділу і несприйнятлива до команд ззовні, все-таки з'явиться на світ.
Одноклітинні Самсони
Щоб перетворитися в пухлину, такій клітці потрібно ще багато чого, і перш за все - реплікативної безсмертя . Справа в тому, що клітини багатоклітинного організму можуть ділитися лише певну кількість разів (близько 50). Далі спрацьовує теломерні лічильник - невеликі, нічого не значущі послідовності нуклеотидів на кінцях хромосом, які при кожному діленні коротшають на певну величину.


Правда, в геномі закодовано спеціальний фермент - теломераза , здатний відновлювати теломери до вихідної довжини. Але в нормі він присутній тільки в статевих і стовбурових клітинах, а у всіх інших його ген заблокований. Якщо його не розблоковувати, клітина не зможе ділитися необмежено.
Нові ракові клітини діляться безперервно , при цьому контроль точності копіювання ДНК різко ослаблений. Виникаючі клітини стають все різноманітнішими. І починається класичний дарвінівський відбір : перевагу отримують ті, хто швидше за всіх розмножується, успішніше усіх захищається від сусідів і лімфоцитів, а головне, ефективніше за все звертає в свій ресурс навколишні клітини і тканини. Іншими словами, по ходу виникнення і відбору нових клонів пухлинних клітин останні стають дедалі активнішими.
Метастазування, або схильність ракових клітин відділятися від початкової пухлини, мігрувати в інші тканини і породжувати там вторинні пухлини, - ще одна характерна особливість злоякісних новоутворень, сильно ускладнює боротьбу з ними. Більшість клітин в організмі не селиться в чужорідної тканини і не виходить за межі свого органу. Для ракових клітин заборон немає : вони можуть рухатися як з потоком крові, так і самостійно, проходити через будь-які бар'єри (скажімо, з кровотоку в мозок, чого не можуть робити навіть імунні та стовбурові клітини, що мають доступ до майже всюди) і осідати в будь-якому місці.
Не реагуючи на хімічні команди організму, ракові клітини в той же час успішно користуються такими командами самі. Коли діаметр молодий пухлини перевищує 2-4 міліметра, клітках, які опинилися всередині, перестає вистачати кисню і поживних речовин. Але злоякісні клітини виділяють спеціальні речовини, які спонукають найближчі кровоносні судини проростати в товщу пухлини. Зрілі пухлинні клітини можуть навіть придушувати своїми виділеннями активність лімфоцитів. Живучи за рахунок підкореного організму , вони не тільки не намагаються зменшити наноситься ними шкоду і тим продовжити своє існування, але мовби, навпаки, прагнуть якомога швидше його погубити. Іноді розвинені пухлини навіть викидають у кров потужний залп вазомоторних гормонів, здатних призвести до зупинки серця і миттєвої смерті організму - а разом з ним і його вбивць. Це, звичайно, випадок рідкісний і крайній, але він демонструє загальну закономірність : подібно біблійному Самсону, злоякісна пухлина прагне повністю зруйнувати організм, в якому знаходиться. Рак не знає носійства, хронічних форм, самовільного лікування. Наданий сам собі, він має тільки один результат - смерть, уникнути якої можна тільки за допомогою активного та своєчасного лікування .
Знайти і знешкодити
Отже, ракові клітини - це наші власні клітини, що придбали здатність до хаотичного поділу . Однак виправити їх, повернути до відведеним у складі організму функцій немає ніякої можливості. Залишається поступати з ними так само, як зі сторонніми збудниками хвороб, тобто нещадно знищувати.
Історично першим способом боротьби медицини проти злоякісних пухлин було їх оперативне видалення . Скупчення переродившись клітин вирізали звичайно з великим запасом здорової тканини, часто весь уражений орган (молочна залоза, яєчник і т. д.) віддалявся цілком. Але такі операції давали лише коротку відстрочку від смерті: до того часу, коли хворий потрапляв під ніж хірурга, з пухлини, як правило, клітини вже мігрували далі . Розшукати, куди вони поділися, можна було тільки після того, як з них виростали вторинні пухлини - метастази . Ніхто, звичайно, і не думав відмовлятися від хірургічного видалення пухлин, але його необхідно було підкріпити лікарською терапією . А для цього треба було знайти щось, що відрізняє ракову клітку від здорової.
Одне відміну очевидно : ракова клітина безперервно ділиться. Тим часом з моменту виникнення такої галузі, як радіобіологія, було відомо, що саме діляться клітини особливо чутливі до радіації. З 50-х років минулого століття в арсенал клінічної онкології міцно входить променева терапія - обробка ураженої ділянки тіла електромагнітним випромінюванням (жорстким рентгеном або гамма-променями) або зарядженими частинками. Але променева терапія - таке ж локальний вплив, як і операція. Крім того, майже всі види випромінювання поглинаються в поверхневих шарах тканини. Тому опромінення ефективно в основному для лікування новоутворень у шкірі та інших покривних тканинах. Іноді це обмеження вдається обійти . Наприклад, для гормону, що виробляється щитовидною залозою, необхідний йод, і його концентрація в цьому органі на порядок вище, ніж у будь-який інший тканини. Тому при раку щитовидної залози хворого годують радіоактивним ізотопом йоду, який сам концентрується в потрібному місці і вражає там беззаконні клітини.
Трохи раніше променевої терапії для боротьби з пухлинами були запропоновані цитостатики - отрути, вибірково вражають діляться клітини. На відміну від ножа та опромінення вони наздоганяють свої жертви, де б ті не знаходилися. У цьому і полягає проблема : адже в організмі постійно діляться не тільки ракові клітини. Все, напевно, знають, що «від хіміотерапії вилазять волосся» - цитостатики згубні для клітин волосяних цибулин, які повинні весь час ділитися, щоб забезпечити зростання волосся. Але коли мова йде про життя і смерті, можна кілька місяців походити й без волосся. Крім останніх страждає і шкіра, верхній шар якої безперервно відмирає і має так само безперервно оновлюватися. А найважче доводиться кровотворної тканини - червоному кістковому мозку. В особливо важких випадках, коли зупинити пухлина можуть тільки дуже високі дози цитостатиків, ця тканина гине повністю, і після виведення препарату з організму хворому доводиться пересаджувати донорську. Звичайно ж хіміотерапію застосовують курсами , між якими роблять тривалі перерви, щоб дати організму можливість відновитися. Зрозуміло, що при цьому перепочинок отримують і вцілілі пухлинні клітини, яким безперервне розмноження в поєднанні з нестабільністю генома дозволяє з часом придбати стійкість до вживаного препарату.
Щоправда, сучасні хіміотерапевтичні препарати - так звані таргетних - діють вже не на всі діляться клітини, а саме на ракові. Основою для них служать моноклональні антитіла, здатні впізнавати свою мішень з особливих білків, які у здорових клітин або відсутні зовсім, або зустрічаються тільки на певних стадіях ембріонального розвитку. Біда, однак, у тому, що серед безлічі ракових клітин неодмінно знайдуться такі, у яких саме цих молекул немає . «Там є виродки на всі випадки життя. Який би препарат ми не застосовували, завжди знайдеться десяток резистентних клітин. Вони потроху розмножуються, і виникає пухлина, вже стійка до цього методу лікування », - говорить керівник лабораторії методів скринінгу канцерогенів НДІ канцерогенезу РОНЦ доктор медичних наук Геннадій Білицький.
У цьому полягає ще одна проблема терапії раку. У боротьбі з інфекційною хворобою досить винищити основну масу збудників, а з небагатьма уцілілими впорається імунна система організму. При лікуванні ж раку необхідно знищити всі злоякісні клітини до єдиної , як ми вже знаємо, вони вміють йти від імунного контролю і навіть придушувати його. Тому онкологи наполегливо шукали способи змусити імунну систему працювати проти ракових клітин. Ці роботи десятиліттями закінчувалися невдачами і лише в останні роки дали обнадійливі результати. На минулій в листопаді 2006 року в Празі Європейської конференції з вивчення раку дві групи американських дослідників повідомили про те, що вони незалежно один від одного знайшли методи блокади Т-супресорів - клітин, що знижують активність Т-лімфоцитів. Звільнені від контролю лімфоцити знайшли здатність знищувати клітини меланом. Майже все брали участь в експерименті безнадійні хворі набагато пережили середній для цього захворювання термін життя, а у трьох взагалі зникли ознаки злоякісної пухлини.