Текст книги "Первая клетка. И чего стоит борьба с раком до последнего"

Глава 2. Пер
Песчаные кучи и рак

В 2001 году я прочитала чудесную книгу Марка Бьюкенена “Вездесущность” (Ubiquity) и познакомилась с “игрой в песчаные кучи”, которую придумали физики Пер Бак, Чао Тань и Курт Визенфельд, и с понятием критических состояний. Бак, Тань и Визенфельд создали компьютерную модель кучи песка, на которую по одной падают песчинки; куча растет, становится нестабильной, и одна-единственная песчинка способна вызвать обвал. Песчинка, вызвавшая обвал, ничем не отличается от остальных, уже попавших в кучу. Изменилось другое: сама куча по мере падения песчинок становится все более чувствительной и нестабильной, и создается особая самоорганизованная система, которая легко выходит из равновесия и подвержена внезапным катастрофическим переменам. Это состояние называется критическим и, похоже, возникает в куче само по себе, безо всякой внешней организующей силы. Все это касается не только песчаных куч: самоорганизованные критические состояния, как выяснилось, лежат в основе самых разных явлений – и землетрясений, и лесных пожаров, и крахов фондовых рынков, и массового вымирания видов.

Вскоре после того, как я прочитала книгу, я задумалась о применении этих вселенских законов к раку, особенно о параллелях между самоорганизацией песчаных куч и возникновением лейкоза в результате самоорганизации клеток костного мозга; и в этот момент мне позвонил больной из Лондона и попросил о консультации. Звали его Пер Бак, и у него нашли МДС.

Поскольку он очень плохо себя чувствовал и перевозить его в США было невозможно, я направила его к своим лондонским коллегам, и ему сначала провели химиотерапию, а потом сделали пересадку костного мозга. Пер провел в больнице несколько бесконечных унылых недель, но наконец я получила хорошие новости: ему стало лучше.

Пер неоднократно звонил мне посоветоваться по поводу последних результатов анализов или попросить меня объяснить, что говорят ему гематологи. А после профессиональной консультации мы частенько увлекались обсуждением критических состояний и связанного с ними понятия степенной зависимости. Во время этих трансатлантических бесед с Пером мне многое стало понятно. Представим себе, что песчинки – это клетки, а куча – организм. Со временем в организме накапливается много изменений – побочных эффектов старения – и организм становится нестабильным и сильнее подверженным катастрофическим обвалам в результате самой обычной клеточной активности, которая в прошлом вовсе не тревожила всю кучу. Чтобы изучить с этой точки зрения все варианты возникновения, роста, распространения болезни и смерти от нее, мы должны уделить столько же внимания почве, на которой произрастает рак, что и семени, из которого он произрастает, – столько же или даже больше. А это для нас означает радикальный сдвиг с изучения свойств больных клеток на исследование здоровья всего организма. Мне не дает покоя статистический факт, выбивающий почву из-под ног: несмотря на то, что на исследования и лечение рака с 1971 года потрачено больше 500 миллиардов долларов, вплоть до 50 миллиардов долларов в год, или 20 000 долларов на каждого больного, умершего от рака за последние сорок лет, мы по-прежнему не можем сказать ничего определенного о причинах рака. Может быть, новые открытия в нашей области подарят нам блестящие умы вроде Пера Бака, ученого из принципиально иной области?

Что вызывает рак?

Уистен Хью Оден в своем стихотворении “Мисс Джи” резко критикует преобладавшее в тридцатые годы прошлого века представление, будто бы рак связан с несостоятельностью личности, с тем, что человек не сумел реализовать себя.

 
Доктор Томас пошел обедать,
Так сказать, обновить жирок,
И сказал он, крутя салфетку, —
“Презабавная штука – рак.
 
 
Неизвестна его причина,
Но известен исход: умри!
Вдруг какая-то чертовщина
Разрастается изнутри.
 
 
Чаще всего – у бездетных женщин
Или у отставных служак,
Словно все, что пропало втуне,
Нерадивым отмщает так”[6]6
  Перевод В. Топорова.


[Закрыть].
 

Нет, раком болеют отнюдь не только бездетные женщины и пенсионеры; сегодня он встречается у каждого второго мужчины и каждой третьей женщины. Многие больные, как и доктор Томас, не понимают, откуда взялся такой диагноз, причем критерием для них служит не то, удалось ли им самореализоваться в творчестве, а то, какой жизнью они жили – никогда не пили и не курили и регулярно занимались спортом. Вот, к примеру, Сукету Мехта, автор потрясающей книги “Максимальный город” (Maximum City). Мы с ним подружились вскоре после моего переезда в Нью-Йорк. Однажды вечером Сукету вдруг позвонил мне. Это было в 2009 году. Голос у него был потрясенный.

– Азра, мне только что сообщили, что у меня рак легких. Как такое может быть? Мне всего сорок пять лет, и я даже не пробовал курить.

Сукету провел вечер за чили со своей подругой и их родными, а ночью проснулся от странного трепета в груди. Сукету вспомнил своего дядю, который умер от порока сердца в тридцать четыре года, и обратился к врачу. Врач сделала ЭКГ.

– Сердце у вас в порядке, – сказала она ему. – А этот трепет, скорее всего, просто изжога. Но давайте сделаем вам рентген грудной клетки – на всякий случай.

Там-то оно и нашлось – двухдюймовое пятно на легком, самая ранняя стадия злокачественной опухоли. Я никогда не курил, поэтому меня никогда и не проверяли. А если бы появились симптомы, было бы уже поздно: 85 % тех, у кого находят рак легких, умирают в течение полугода после диагноза.

Рак – это когда какая-то часть нашего тела хочет стать бессмертной. Тело – не единый организм, а скорее конфедерация клеток, договорившаяся действовать согласованно. Когда клетка отказывается умирать и передает упорную жажду жить своим соседкам, мы заболеваем раком: стремление к бессмертию рождает смерть.

Откуда же берется такое решение – стремление к бессмертию? Так ли уж связан рак с образом жизни, контактом с отравляющими веществами, рационом – или это событие случайное? Может быть, это следствие старения? Запоминающийся афоризм популяризатора науки Уайта Гиббса гласит, что всякий, кто решит найти “рабочую теорию рака, должен объяснить, во-первых, почему это в основном болезнь пожилых людей и, во-вторых, почему мы умираем не только от него. В семьдесят лет шанс узнать, что у тебя злокачественная опухоль, примерно в 100 раз больше, чем в девятнадцать. Однако большинство доживает до старости безо всякого рака”.

Рак начинается с генов. Гены составляют ДНК, которая кодирует белки, при митозе сворачиваясь и упаковываясь в хромосомы. Сначала ДНК копируется в РНК, которая служит лекалом для синтеза белков в клетке. Белки выполняют в клетке различные функции. Когда клетка делится, она должна точно повторить свою ДНК и раздать копии двум дочерним клеткам. Поскольку нужно быстро повторить три миллиарда пар оснований, неизбежны ошибки – мутации. Мутации постоянно редактируются, исправляются и корректируются встроенными клеточными механизмами. Если восстановление невозможно, а мутация произошла в жизненно важном гене, клетка вынуждена покончить с собой. Если мутировал ген, который для этой клетки не жизненно важен, мутация может сохраниться и передаться следующему поколению. Большинство мутаций ДНК не приводят ни к каким последствиям: белки, вырабатываемые в результате таких мутаций, либо остаются неизменными, либо меняются лишь незначительно. Но если ошибка затрагивает гены, чья функция – либо способствовать росту, либо останавливать его, клетка рискует ступить на неуправляемый путь неукротимого разрастания и превратиться в раковую.

В сущности, события, инициирующие рак, могут быть спровоцированы как внешним фактором – например возрастом или генетической предрасположенностью, так и внутренним – например токсинами из окружающей среды, которые повреждают ДНК, курением, алкоголем, ультрафиолетовым излучением или патогенами. Роль патогенов как этиологических агентов злокачественной опухоли может показаться неожиданной, но примерно 20 % рака во всем мире вызывается вирусами или бактериями. В частности, в 1977 году была описана Т-клеточная лимфома у взрослых японцев, а затем в лаборатории Роберта Галло был открыт Т-лимфотропный вирус человека первого типа (HTLV-1), который, как доказали ученые, вызывает эту болезнь. Вирус HTLV-1 вызывает много незлокачественных заболеваний, в том числе тяжелых и смертельных – например, увеит и миелопатию, – но его онкогенный потенциал, то есть способность вызывать рак, просто поражает. В число вирусов, считающихся возбудителями рака, входят и вирусы папилломы человека (их связывают с несколькими видами рака, главное место среди которых занимает рак шейки матки), вирус Эпштейна – Барр (лимфома Беркитта, некоторые виды рака носоглотки и желудка) и вирус герпеса человека восьмого типа (HHV-8 связывают с саркомой Капоши). Первая и единственная бактерия, которую связывают с раком, – Helicobacter pylori (рак желудка, лимфома желудка).

Вышеперечисленные патогены вызывают рак примерно так же, как курение вызывает рак легких. И те и другие запускают на уровне клетки изменения, позволяющие ей начать бесконечный цикл деления, не сдерживаемый нормальными сигналами, препятствующими росту, и тогда клетка начинает самостоятельную жизнь, развивается и превращается в машину для убийств, обретает преступную, мятежную, разбойную независимость. Рак легких не излечивается сам собой, если больной бросает курить, поскольку вред, нанесенный курением, – это лишь провоцирующий фактор. Каким бы ни был триггер – курение, вирус, контакт с токсином, – в наши дни принято считать, что в конечном итоге, чтобы возник рак, в клетке должно произойти генетическое изменение.

Какое именно генетическое изменение? В раковых клетках можно найти мутации, которые отключают гены, защищающие от рака, и включают гены, его вызывающие. Обнаруживается в них и так называемая анеуплоидия – изменения хромосомного состава клеток. Одних хромосом недостает или они повреждены, у других появляются лишние копии. Коротко говоря, причины либо в генетике – составе генов в клетке, либо в цитогенетике – составе хромосом, либо и в том и в другом. И тогда на первый план выходят вопросы, которые я обсуждала с Пером Баком: можно ли считать каждое изменение песчинкой, а возникновение рака – моментом, когда песчаная куча внезапно осыпается. Может ли анархическое восстание под предводительством рака, нигилистическая власть толпы, стать результатом воздействия внешних факторов, подталкивающих клетки к мятежу?

* * *

Пейтон Раус, родившийся в Балтиморе в 1879 году, с ранних лет живо интересовался биологией. В 1905 году он получил медицинскую степень в Университете Джонса Хопкинса и с 1909 года до самой смерти – а скончался он в 1970 году в девяносто лет – работал в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке. В 1910 году, когда Раус работал патологоанатомом, один фермер принес ему рябую курицу породы плимутрок с опухолью в груди. Раус установил, что это саркома, и начал изучать ее в лаборатории. Он пересадил другим животным злокачественные клетки из первичной опухоли. Когда он пересаживал их неродственным животным, ничего не происходило. Но когда он пересаживал их родственным птицам, у тех не просто появлялись новые опухоли – с каждой дальнейшей пересадкой болезнь становилась все более агрессивной и инвазивной. “Это веретеноклеточная саркома у курицы, – писал Раус в отчете об эксперименте, – которая на сегодня распространилась на четвертое поколение. Были задействованы чистопородные птицы из небольшой близкородственной стаи, в которой и возникло новообразование. Приобретенные на рынке курицы той же породы оказались невосприимчивыми, как и курицы смешанных пород, голуби и морские свинки”.

Итак, было установлено, что рак можно передать от одного животного к другому, однако вопрос о возбудителе остался открытым. Сначала Раус измельчал опухоль в соляном растворе и пропускал сквозь такой тонкий фильтр, что на нем оставались клетки и любые другие частицы размером с бактерию. Получившийся отфильтрованный экстракт он вводил шприцем здоровой курице, состоявшей в родстве с больной. Появлялись новые опухоли. Поскольку из экстракта были отфильтрованы и раковые клетки, и бактерии, Раус предположил, что причина саркомы – что-то, что меньше бактерии, то есть вирус. С этого наблюдения началась онковирусология. Вирус саркомы Рауса (RSV) в дальнейшем был классифицирован как РНК-содержащий вирус, поскольку его геном представлен РНК, а затем – как ретровирус, после открытия обратной транскрипции РНК в ДНК. Вирус саркомы Рауса стал первым известным вирусом, вызывающим рак.

Первоначально открытие Рауса, за которое он полвека спустя удостоился Нобелевской премии, осталось незамеченным и неизученным – его просто проигнорировали. В то время, когда Раус рассказал о своих находках, рак еще не вошел в число широко исследуемых, популярных тем, как, впрочем, и вирусы. Более того, ученым того времени трудно было понять, какое отношение опухоль у курицы может иметь к людям. Раус и сам засомневался в значимости своих результатов и отказался от исследований рака. Но в 1939 году был обнаружен второй вирус, вызывающий рак: Ричард Торп доказал, что вирус папилломы вызывает у кроликов опухоли (бородавки). Теперь игнорировать открытия Рауса стало трудно, и открытие второго вируса, связанного с раком, возродило интерес к вирусу саркомы Рауса. Вспыхнувший интерес заставил Пейтона Рауса поверить в свои силы, и он вернулся к изучению рака. Впоследствии онкогенные вирусы были открыты и у многих других животных – в том числе у мышей, кошек и приматов. В 1964 году ученые доказали, что вирус Эпштейна – Барр вызывает у людей одну из разновидностей лимфомы. Началась охота на новые онкогенные вирусы и на механизм, при помощи которого они вызывают “онкологическое” поведение клеток. Было надежно показано, что вирус саркомы Рауса передает саркому у животных, выведенных в результате инбридинга. Как только стали доступны молекулярные методики, исследования вируса саркомы Рауса пошли полным ходом. В его геном вносились искусственные мутации, был получен штамм, который продолжал делиться, но уже не вызывал рак. Когда Питер Дюсберг и Петер Фогт сравнили два штамма вируса саркомы Рауса – тот, что вызывал рак, и тот, что не вызывал, – оказалось, что у первого есть две части РНК, одна большая, другая маленькая, а у второго – только маленькая. Большая часть РНК и была главной движущей силой, стоявшей за злокачественным фенотипом. Был выявлен первый онкоген – ген, вызывающий рак. Его назвали src, поскольку он вызывал саркому. Как только было показано, что деятельность вируса, направленная на перерождение клетки, зависит от онкогена, который он несет, удалось быстро выявить целый ряд новых онкогенов при раке у птиц и млекопитающих. В восьмидесятые годы в шутку предлагали назвать хотя бы одно светило в исследованиях рака, кто не открыл бы свой онкоген.

Один мудрый человек когда-то заметил, что после каждого важного научного открытия следует ставить не восклицательный знак, а точку с запятой, поскольку наука – процесс непрерывный. И в самом деле, история онкогенов стала еще интереснее, когда Майк Бишоп и Харолд Вармус показали, что онкоген src с небольшими вариациями присутствует и в человеческих клетках. Вероятно, ретровирус саркомы Рауса получил этот ген из человеческих клеток в ходе своего естественного жизненного цикла. Итак, есть два онкогена с минимальными различиями – вирусный вариант гена саркомы Рауса, v-src, и вариант гена из человеческих клеток, c-src. Белки, вырабатываемые v-src и c-src, контролируют фундаментальные функции размножения и смерти клеток. Поскольку c-src в человеческих клетках не связан непосредственно с существованием рака, его считают протоонкогеном. В норме протоонкогены обеспечивают деление клеток. Их функции нарушаются одним из двух способов: либо в результате мутации, которая меняет поведение гена и заставляет его обеспечивать деление клетки в отсутствие нормальных сигналов для роста, либо потому, что регуляция протоонкогена становится аномальной, что приводит к созданию лишних копий гена, а следовательно, к избыточной выработке его регуляторных белков. Так или иначе, ткани начинают в результате стремительно разрастаться, что характерно для рака.

Кроме того, рак может возникать при недостаточности сигналов, останавливающих рост. Гены, отвечающие за остановку роста тканей, называются генами-онкосупрессорами. Главный в этом классе – ген-онкосупрессор p53. Его функция – постоянно обследовать клетку на предмет любых признаков повреждения ДНК. Как только p53 обнаруживает невосстановленный участок ДНК или аномальный сигнал роста, он заставляет клетку либо срочно восстановиться, либо покончить с собой, тем самым предотвращая ее раковое разрастание. Ген-онкосупрессор p53 называют стражем генома. Он активирует белки, которые тормозят деление клетки. Это наш главнейший внутриклеточный защитник от рака. Чтобы обмануть этого полицейского, надзирающего над жизненным циклом клетки, раковым клеткам нужно подавить обычные сторожевые функции p53. Мутации этого гена приводят к выработке аномального белка p53, неспособного обеспечивать жизненно необходимый надзор надо всем, что происходит в клетке, и запускать механизм программируемой клеточной смерти. Это бессилие и приводит к неконтролируемому росту клетки. Более того, мутации гена p53 особенно распространены при многих видах рака.

Мутации генов-онкосупрессоров в зародышевой линии клеток тоже приводят к риску рака. Есть, например, синдром Ли – Фраумени – наследственная болезнь, при которой у 100 % больных рано или поздно развивается рак. До тридцати лет злокачественные опухоли возникают у половины больных, а к семидесяти годам – у всех. Чаще всего это рак крови, мозга, груди, костей, яичек или яичников, надпочечников, ЖКТ. В 70 % случаев синдрома Ли – Фраумени наблюдаются мутации p53, а у оставшихся 30 % больных находят мутации другого гена-онкосупрессора, который называется CHEK2.

Аруна и Санджив Сэм Гамбир узнали о синдроме Ли – Фраумени из-за кошмарной личной трагедии. Их четырнадцатилетний сын Майлан, красавец и умница, катался по озеру на “ватрушке”, прицепленной к катеру, ударился головой, и у него случилось сотрясение мозга. Лечащий врач назначил КТ, чтобы исключить внутричерепное кровотечение, однако никто не мог и представить себе, что эта простая диагностическая процедура может повредить какую-то клетку настолько, что это вызовет рак мозга. Майлан умер в шестнадцать лет от одной из самых агрессивных, безжалостных болезней-убийц, известных человечеству, – от мультиформной глиобластомы, при которой пятилетняя выживаемость составляет менее 5 %. Вся профессиональная жизнь Сэма Гамбира была посвящена поискам способов раннего выявления рака. Более того, за год до трагедии он сумел получить десятимиллионный грант на выявление ранних признаков рака. Майлан и сам работал с исследователями в Канарском центре при Стэнфордском университете, помогал в создании ультразвукового браслета для ранней диагностики рецидивов рака при помощи сложной технологии микропузырьков. Какой страшный удар, какая горькая издевка судьбы: когда Майлана привезли в отделение скорой помощи с судорогами, Сэм, глава радиологического отделения Стэнфордского университета, сам смотрел первые пленки, на которых было видно массивное внутричерепное образование.

Аруна Гамбир уже пережила две атаки рака молочной железы. Майлан задумался о браслете именно потому, что понимал: ранняя диагностика рака груди спасла жизнь его матери. Когда Майлану поставили диагноз, им с матерью сделали генетическое обследование, и у обоих оказалась наследственная мутация p53. “Не исключено, что опухоль появилась у него из-за облучения при КТ, – говорит Сэм Гамбир. – При такой мутации p53 восприимчивость к радиации резко повышается. У нормального человека КТ не дает никаких осложнений. Но если у пациента такая мутация, радиация, вероятно, повышает шансы заболеть раком. Сказать точно мы не сможем никогда”.

Сохранность функций p53 связывают и с прогнозом при раке. Например, при МДС, когда у пациентов повреждено сразу несколько хромосом, раковый геном считается очень нестабильным, а это приводит к плохому прогнозу для больных. Исследования показали, что, если сложные цитогенетические нарушения сопровождаются мутацией p53, прогноз совсем неутешителен, но, если мутации p53 нет, больные могут прожить много лет и заболевание у них не будет прогрессировать, даже если повреждено много хромосом. Главный фактор – не поврежденные хромосомы, а именно p53. С другой стороны, полагают, что у больных МДС, у которых наблюдается изолированная делеция участка длинного плеча пятой хромосомы (делеция 5q), хороший прогноз: стабильное медленное прогрессирование болезни и высокая продолжительность жизни. Но у одного из пяти таких больных с якобы низким риском есть мутация p53 – и тогда у них быстро развивается острый лейкоз. Вот почему до выяснения мутационного статуса p53 любая информация о плохом прогнозе у больных со сложными цитогенетическими нарушениями и о хорошем прогнозе у больных с делецией участка длинного плеча пятой хромосомы неполна. Генетика сильнее цитогенетики.

У гена p53 есть и еще одна любопытная особенность, о которой стало известно недавно. Вероятность спонтанных мутаций возрастает каждый раз, когда клетка делится. Поскольку у крупных животных больше клеток, разумно предположить, что и мутаций у них будет больше, а следовательно, больше рака. Но на самом деле верно обратное: рак у людей встречается реже, чем у мышей, и чаще, чем у китов. У слонов рака почти не бывает. Эта загадка называется парадоксом Пето в честь эпидемиолога Ричарда Пето. Она заставляет задаться вопросом, почему заболеваемость раком не увеличивается с увеличением числа клеток в организме. Пето предположил, что в клетках растущего и стареющего животного действуют врожденные механизмы, которые защищают его от рака. Похоже, так и есть.

Здесь важную роль играют большие размеры тела, поскольку они способствуют хорошей физической форме и обеспечивают долгую жизнь, так как оберегают от хищников. В царстве животных одиннадцать отрядов плацентарных млекопитающих, и у десяти из них крупные тела, а также множество разных способов уберечься от рака. Один из механизмов, недавно открытый, состоит в том, что у слонов двадцать копий p53. Подобно тому как протоонкогены могут стать онкогенами, если их копий станет больше, повышение количества копий p53 может предотвратить рак полностью. Это открытие вызвало много волнений: может, пустить слонов в нашу посудную лавку и начать последнюю главу саги о раке с того, чтобы ввести в свои собственные геномы много копий p53? Такой избыток означал бы, что у нас стало бы больше транскриптов и, следовательно, больше защиты на случай, если какая-то копия гена выйдет из строя из-за случайных мутаций. Когда ученые попытались воплотить эту идею в лаборатории, у них получились мыши с гиперактивным p53 в клетках. Если этих мышей подвергали воздействию факторов, повреждающих ДНК, которые обычно вызывали злокачественные новообразования, рака у них не возникало. Открытие стало настоящей сенсацией. Увы, обратная сторона медали вызвала уже меньше восторга. Мыши с гиперактивным p53 стремительно старели, уже через несколько месяцев выглядели совсем дряхлыми, а продолжительность жизни у них сократилась на 30 %. Оказалось, что механизм такого стремительного старения – стимуляция гормона, отвечающего за размножение клеток, так называемого инсулин-подобного фактора роста I, ИПФР-I, который, в свою очередь, контролируется геном p53. Усиление сигнала ИПФР-I означало, что клетки быстрее стареют. А массированное старение клеток, как мы уже знаем, тесно связано со старением организма в целом. Короче говоря, если гена p53 нет, клетка становится раковой, если ген p53 слишком активен, клетка стареет и умирает раньше срока.

На этом история не кончается, и сагу ждет очередной примечательный поворот сюжета: у гена p53 есть свой сдерживающий фактор, свой контролер – так называемый Mdm2. Как только p53 включается, он активирует Mdm2, чтобы обеспечить их одновременный расход и тем самым не допустить своего накопления и гиперактивности. Логично предположить, что искусственное подавление активности Mdm2, в свою очередь, должно усилить активность p53. Чтобы изучить этот эффект, были созданы мыши с отключенным геном Mdm2, у которых этот сдерживающий фактор отсутствовал. Когда этим мышам ввели лекарство, стимулирующее p53, результаты оказались, прямо скажем, катастрофическими. Мыши, в сущности, таяли из-за массированного неконтролируемого самоубийства клеток по всему организму. Обо всех непредвиденных последствиях вмешательства в ген p53 блестяще рассказано в увлекательной книге Сью Армстронг “P53: ген, взломавший код рака” (P53: The Gene That Cracked the Cancer Code).

Однако сюжет с p53 оказался еще сложнее: в 2002 году другая группа ученых сообщила, что ей удалось вывести поколение мышей с дополнительными копиями p53. Эти “супер-p53-мыши” были защищены от рака и не старели прежде времени, что, вероятно, отражало тот факт, что ген p53 у них нормально регулировался.

Но если речь идет о раке у крупных животных, дело не только в p53. Киты не болеют раком, но, в отличие от слонов, не обладают лишними копиями гена-онкосупрессора p53 – даже гигантский гренландский кит, живущий более двухсот лет. Чтобы предотвратить рак у крупных животных, можно, в частности, замедлить метаболизм и снизить выработку активных форм кислорода, повреждающих ДНК. Другой механизм, наблюдаемый у голых землекопов, – это активация другого сигнального пути, подавляющего рост опухоли, через гиалуроновую кислоту.

Все это мало говорит нам о том, как предотвращать рак у людей. Однако сравнительные биологические исследования, несомненно, вносят огромный вклад в корпус знаний, которые рано или поздно окажутся невероятно полезными для всех живых существ на планете, и такие исследования необходимо продолжать.

* * *

Берт Фогельштейн и Кристиан Томазетти провели статистический анализ, который показал, что, как бы ни действовала мутация – запускала активность онкогенов или меняла функцию генов-супрессоров, – число делений у стволовых клеток органа показывает, насколько этот орган подвержен раку. При исследовании 32 разных типов рака оказалось, что 66 % мутаций, запускающих злокачественный процесс, так называемых мутаций-основательниц, вызваны ошибками при репликации ДНК.

Исследования рабочей группы Фогельштейна по колоректальному раку также показали, с какой частотой возникают разные мутации и какие из них могут столкнуть клетку в раковое состояние. Колоректальный рак развивается медленно, проходит три отдельные фазы зарождения, разрастания и метастазирования и зачастую достигает полномасштабной формы, которую мы наблюдаем в запущенных случаях, за двадцать-тридцать лет. Чаще всего клетка становится бессмертной, получив соматические мутации в ДНК. Такие мутации могут быть и наследственными, а могут вызываться факторами окружающей среды (примерно как мутации, вызванные бензолом, которые ведут к вторичным МДС и ОМЛ). Однако подавляющее большинство мутаций ДНК возникают из-за внутренних процессов в клетке. При каждой репликации ДНК происходит в среднем три ошибки. Кроме того, мутации возникают из-за квантовых эффектов при создании пар оснований между двумя цепями ДНК в хромосоме, из-за ошибок, вызванных ДНК-полимеразой, ферментом, который обеспечивает молекулам ДНК возможность копироваться, из-за метаболических повреждений ДНК активными формами кислорода, из-за гидролитического дезаминирования, которое приводит к нарушениям оснований ДНК. Все это вносит существенный вклад в повреждение ДНК. Обычно достаточно одной или всего нескольких драйверных мутаций в жизненно важных генах, чтобы столкнуть клетку в злокачественное состояние. Существует приблизительно 140 так называемых драйверных генов, ответственных за раковый фенотип, которые затрагивают лишь около десятка важнейших сигнальных путей, задействованных при размножении, дифференцировке и нормальном функционировании клетки. Из них около 90 % составляют гены, определяющие судьбу и выживание клетки, а 5–10 % контролируют темп мутаций во всех генах. Самые известные из последней группы – гены BRCA1 и BRCA2, наследственная мутация которых приводит к резкому повышению риска разных видов рака, особенно молочной железы и яичников.

Может показаться, что подобные драйверные мутации – очевидная мишень для таргетной терапии, и так и есть у детей, поскольку злокачественные клетки при раке у детей избавлены от “мутаций-пассажиров”, которые клетки накапливают с течением десятилетий. В целом у раковых клеток одна-две мутации-основательницы, но они порождают огромное множество дочерних клеток, у каждой из которых свой набор мутаций-пассажиров. Мутация-пассажир не затрагивает непосредственно функцию пролиферации клеток, но может воздействовать на распространение клонов, если проедет, так сказать, автостопом вместе с мутацией-основательницей. Рак по мере роста эволюционирует, постоянно добирает дополнительные мутации, обретает генетическое разнообразие, и таким образом создается экосистема клонов-носителей первоначальной мутации-основательницы и целого ряда дополнительных мутаций-пассажиров. Распространение клона зависит от пригодности ландшафта, складывающегося из генетической архитектуры клона и микроокружения. Первичная опухоль в желудке имеет дело с совсем иной почвой, нежели одна из ее дочерних клеток, поселившаяся в печени в виде метастаза. Мутации-основательницы у клонов клеток, живущих в желудке и в печени, будут одинаковыми, но их поведение и реакция на терапию зависят от совокупности мутаций-пассажиров и локальных сигналов в почве. Таргетное лекарство, нацеленное на мутацию-основательницу, истребит доминирующий клон клеток и даже, возможно, вызовет резкое сокращение опухоли, но затаившиеся субклоны с другим генетическим профилем неизбежно получат преимущества для роста и развития и вызовут рецидив. Хуже того, они не просто вызовут рецидив, они бросятся мстить, поскольку по определению это те самые клоны, которые прошли естественный отбор и выжили именно потому, что были невосприимчивы к терапии.

Этот вывод наталкивает на несколько вопросов. Первый касается профилактики. Если рак – это всегда результат ошибок в работе генов внутри клетки и не имеет никакого отношения к факторам вне клетки, в том числе к окружающей среде, то, сколько ни меняй образ жизни, это не поможет. Однако это не так: мы видим, что правильный образ жизни снижает заболеваемость раком. Например, при раке легких ошибки в копировании ДНК ответственны лишь за 35 % мутаций, а в 65 % виновны факторы среды. Второй вопрос: если мутация может произойти в любой момент, когда клетка готовится разделиться, почему рак чаще встречается в пожилом возрасте? И здесь на передний план снова выходит жизнь и труды Пера Бака. МДС, которым болел Пер, – результат воздействия как внутренних факторов клетки, так и ее микроокружения, где, по всей видимости, происходит множество воспалительных изменений. Вероятно, единственное семя, способное выжить в таком токсичном окружении, – это клетка с генетической мутацией, заставившей ее уклоняться от нормальных сигналов, контролирующих рост. Какие же изменения в микроокружении человеческого организма повышают вероятность, что клетка, несущая мутацию, выживет за счет нормальных клеток? Прочитав о явлении самоорганизованных критических состояний, я задумалась, какие события предшествуют внутриклеточной генно-хромосомной катастрофе, приводящей к злокачественной трансформации. Система к этому моменту уже утрачивает стабильность и становится беззащитной перед обвалом или по крайней мере перед патологическим отклонением.