Текст книги "Кривое зеркало жизни"

BRCA – “Гены Анджелины Джоли”

В 2013 году знаменитая голливудская актриса Анджелина Джоли сделала операцию по удалению обеих молочных желез, чтобы избежать рака груди, а позднее удалила и яичники. В США такого рода манипуляции уже давно стали довольно обычным делом. В данном случае удивляла, пожалуй, только готовность актрисы публично говорить на такую сложную и пугающую для большинства людей тему. Откровенность Анджелины послужила, вероятно, большой психологической поддержкой тем тысячам женщин во всем мире, которые каждый год оказываются перед необходимостью лечь под нож. Рак груди – самая распространенная из злокачественных опухолей. Но, как правило, операция при таком диагнозе используется для лечения, а не для предупреждения болезни. Почему же на операцию решилась совершенно здоровая молодая женщина?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется отправиться в далекие 1940-е годы, когда еще задолго до появления современных диагностических методов, используя исключительно старый добрый метод анализа генеалогических деревьев, английский врач и ученый Дэвид Смитерс опубликовал исследования семейной истории 450 пациенток с раком молочной железы и продемонстрировал, что в некоторых случаях болезнь носит очевидно наследуемый характер и встречается в женской линии той или иной семьи гораздо чаще, чем этого следовало бы ожидать исходя из средней частоты заболеваемости по стране. При этом болезнь в среднем развивалась у женщин в более раннем возрасте (до 50 лет), имела агрессивное течение и плохо поддавалась лечению.

Это наблюдение было позже подтверждено другими исследователями, но только в 1980-е годы ученым удалось идентифицировать ген, точнее, два гена – BRCA1 и BRCA2, мутации в которых были ответственны за развитие этого типа болезни. Аббревиатура этих генов BRCA буквально расшифровывается как рак груди (Breast Cancer).

Впрочем, генетика BRCA-зависимых раков оказалась еще интереснее, чем предполагалось вначале. Для того чтобы произошло перерождение здоровой клетки в опухолевую, необходимо, чтобы мутация произошла в обеих копиях гена. Однако такое сочетание мутаций, если оно случается в половых клетках, приводит к гибели зародыша еще на ранних стадиях эмбриогенеза из-за многочисленных нарушений генома. Картина наследования генетической предрасположенности к этому виду рака выглядит следующим образом. Носительница мутантного гена BRCA наследует его, как правило, от своей матери (мать Анджелины Джоли рано умерла от рака груди), то есть для нее это генеративная мутация, которая присутствует во всех клетках организма. Второй – здоровый – ген она получает от отца. (Напомним, что в человеческом геноме гены и хромосомы присутствуют парами.) Здоровый ген компенсирует наличие больного, и женщина живет многие годы, не имея никаких проблем со здоровьем. Однако с возрастом в клетках ее организма накапливаются соматические мутации. Если по несчастливой случайности одна из них затрагивает здоровую копию гена BRCA, то такая клетка уже не может защитить себя от поломок генома. Она погибает или перерождается в раковую. Клеток в организме много, и вероятность злокачественного перерождения оказывается высока.

С наследуемостью генетических поломок, возможно, связан тот факт, что заболеваемость раком зависит от этнического происхождения. Американцы азиатского происхождения имеют более низкие показатели уровня онкологических заболеваний, чем жители США, чьи предки прибыли из Европы, хотя свою роль в этом наверняка играет и разница в образе жизни (диета, уровень физической активности) разных этнических групп. Найти аналогичную статистику для России мне не удалось, но, исходя из общемирового опыта, можно с уверенностью сказать, что людям, принадлежащим к какой-то небольшой народности, которая веками избегала родниться с иноземцами, стоит пристальнее следить за своим здоровьем, чем тем, чьи предки происходили из разных регионов и этносов.

Исследования показали, что в таких замкнутых группах, члены которых часто вынуждены вступать в близкородственные браки, имеют свойство накапливаться вредные мутации, повышающие риск развития многих наследственных заболеваний, в том числе и опухолей с наследственным фактором. Классическим (и очень хорошо изученным) примером такой группы являются ашкеназы (субэтническая группа евреев, сформировавшаяся в Центральной Европе и говорящая на идише). Общность происхождения ашкеназов от относительно небольшой, замкнутой еврейской группы оказала сильное влияние на их генофонд. Для представителей этого этноса заметно повышен риск целого ряда генетических заболеваний, в том числе и онкологических, связанных с мутациями в BRCA-генах.

Новые возможности молекулярной диагностики больных и их родственников внесли уточнения в статистику Смитерса. Оказалось, что поврежденные гены BRCA1 и BRCA2 вносят свою лепту в развитие рака не только груди, но и яичников, причем риск заболеть у носительниц сломанных генов может достигать 80 %. Именно поэтому в некоторых странах (особенно в США) пациенткам, имеющим дефекты в генах BRCA и плохую раковую наследственность по материнской линии, если они уже родили желаемое количество детей, врачи советуют полностью удалить ткани яичников и молочных желез. В других странах исповедуют менее радикальный подход, ограничиваясь более частой и глубокой проверкой носительниц неисправных генов, чтобы успеть поймать болезнь на самой ранней стадии. В любом случае перед женщиной, обнаружившей у себя подобный генетический дефект, стоит нелегкий выбор.

Есть надежда, что с появлением нового класса лекарств PARP-ингибиторов именно эту форму рака удастся, хотя бы отчасти, обуздать. Хотя мутации в генах BRCA больше угрожают здоровью женщин, для мужчин подобные генетические нарушения тоже не проходят бесследно. У мужчин – носителей дефектных генов повышена вероятность возникновения рака простаты и мужского рака груди (да, и такое тоже встречается). Поэтому представителям сильного пола из семей, в которых есть случаи наследственного рака груди (по женской линии), не помешает сделать анализ на присутствие мутаций в генах BRCA.

ФАКТ: наличие мутации в генах BRCA очень сильно повышает вероятность возникновения рака груди и яичников у женщин. Если в семье есть случаи такого рака по женской линии, необходимо сделать генетический анализ и в случае обнаружения мутации следить за своим здоровьем более пристально. Мутация BRCA не приговор, но отягощающее обстоятельство.

Не можешь победить – возглавь!

Отличительной чертой раковых заболеваний с мутациями в генах BRCA является их выраженная генетическая нестабильность. Мутации есть в любой раковой опухоли (об этом мы уже говорили), часто их количество исчисляется десятками (что много – здоровая клетка за жизнь накапливает всего несколько мутаций). Но геномы опухолей, в которых перестает работать ген BRCA1, выглядят буквально “взбесившимися”. В них встречаются буквально все возможные виды генетических нарушений: точечные мутации, изменение числа копий генов и хромосом. Именно эта особенность делает данную разновидность опухоли такой агрессивной и опасной. Быстро мутируя, клетки с нарушенной функцией BRCA-генов легко приобретают новые свойства, например устойчивость к лекарствам и ускоренное метастазирование. Потому этот рак плохо поддается традиционному лечению (хирургическое вмешательство плюс химиотерапия). С чем же связано подобное поведение клеток?

Дело в том, что белки BRCA1 и BRCA2, кодируемые соответствующими генами, являются важными элементами упоминавшихся выше систем репарации (так и хочется написать “реставрации”) ДНК в клетках. Повреждение BRCA-генов и белков, которые они кодируют, приводит к тому, что качество копирования ДНК в клетке снижается и в ней (даже в отсутствие каких бы то ни было внешних мутагенов) начинают накапливаться все новые и новые мутации. Такая же связь между повреждениями в генах белков, ответственных за репарацию ДНК, и геномной нестабильностью была позднее отмечена и в других злокачественных опухолях.

В биологической системе, однако, нестабильность дает преимущества лишь до определенного момента. Механизмы контроля, обеспечивающие постоянство генома, в опухолях часто нарушены, но не разрушены полностью, иначе раковые клетки просто погибали бы. Злокачественные клетки способны выжить с большим количеством генетических нарушений, чем обычные (о причинах подобной живучести будет сказано дальше). Но и их способность адаптироваться к нарушениям небесконечна.

В результате размышлений над тем, как соотносятся генетическая нестабильность и выживание раковых клеток, у ученых родилась идея – усилить генетическую нестабильность в опухоли до такого уровня, когда она окажется несовместима с выживанием клетки. Как упоминалось выше, за восстановление ДНК в норме отвечают несколько молекулярных путей, частично дублируя и подстраховывая друг друга. Один из них обусловлен белками, которые кодируются генами BRCA, и уже нарушен в этом типе раковой опухоли, а что произойдет, если выключить там же еще один механизм репарации? Например, тот, что связан с белком PARP и отвечает за “починку” одноцепочечных разрывов ДНК?

Оказалось, что если на раковую клетку, в которой нарушен BRCA, дополнительно воздействовать веществом, блокирующим PARP, то уровень ошибок в геноме становится настолько высоким, что клетка погибает. Это явление получило название “синтетическая летальность”. По отдельности ни нарушение BRCA-механизма, ни блокировка (ингибирование) PARP не причиняют раковой клетке заметного вреда, но действуя вместе – “синтетически” – они ее разрушают. При этом нормальным, здоровым клеткам подобное лечение вредит меньше традиционной химиотерапии. Интересно, что эффект PARP-ингибиторов можно усилить, умеренно прогревая опухоль. При температуре 41–42° увеличивается деградация (разрушение) белка BRCA2, восстановление ДНК в раковых клетках идет все хуже, и эффект от лечения будет сильнее.

Новый класс лекарств на основе ингибиторов PARP недавно был одобрен для терапии раков, ассоциированных с мутациями BRCA, и показывает высокую эффективность при лечении больных.

ФАКТ: ингибиторы PARP – пример узкоспециализированного, “таргетного” препарата, эффективного для определенной группы опухолей – с поврежденными BRCA-генами.

Подводя итог

В этой главе мы узнали, что рак – болезнь генома, причиной которой, как правило, становятся мутации в определенных генах – онкогенах и онкосупрессорах, а следствием – общая нестабильность генома, проявляющаяся в том, что во многих (хотя и не во всех!) раковых клетках наблюдается большое количество точечных мутаций и хромосомных перестроек. Причины, вызвавшие эту генетическую трансформацию, могут быть самыми разными – физическими, химическими, биологическими.

Мутации в онкогенах и онкосупрессорах могут передаваться по наследству, формируя наследственную предрасположенность к некоторым формам заболевания, но на долю “наследственных” раков приходится не больше 5–10 % болезней. Основной причиной ракового перерождения являются все-таки собственные соматические мутации, приобретенные человеком в течение жизни, а не “плохие” гены, унаследованные от предков. Но если семейная история позволяет предположить наследственную склонность к раку, следует сделать генетический анализ.

Классический пример наследуемого онкологического заболевания – рак молочной железы и яичников у женщин – носительниц мутаций в генах BRCA. Белки, кодируемые этими генами, в норме отвечают за один из путей восстановления ДНК при случайных поломках. Нарушение функций белков BRCA приводит к тому, что в геноме начинают накапливаться новые и новые повреждения, он становится нестабильным. В последние годы наметился прорыв в лечении этого типа злокачественных опухолей. Новый подход – использование PARP-ингибиторов, предполагает, что если в раковой клетке одновременно заблокировать несколько путей репарации ДНК, то это позволит довести число генетических ошибок до такого высокого уровня, что он окажется несовместим с выживанием опухоли.

Но вместе с новыми знаниями появились и новые вопросы. Пусть рак – это всегда нарушение генома, но почему не всякое нарушение генома – рак? Мы разобрались с белком BRCA1. А как работают белки других онкогенов и онкосупрессоров?

Ответы на вопросы о связи нарушений в геноме с нарушениями в основных процессах жизнедеятельности клетки и о перспективах новых методов лечения мы будем искать в следующих главах книги.

ЧТО ПОЧИТАТЬ

“Геном человека: как это было и как это будет” – статья Петра Старокадомского и Павла Натальина о расшифровке генома человека, опубликованная на сайте “Биомолекула”:

https://biomolecula.ru/articles/genom-cheloveka-kak-eto-bylo-i-kak-eto-budet

“Опасное копирование” – статья Кирилла Стасевича на сайте “Наука и жизнь” о репликации ДНК как естественном источнике мутаций, в том числе и для рака:

https://www.nkj.ru/news/30951/

Генетическое тестирование при раке (страница Национального института рака США, на английском):

https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/genetics/genetic-testing-fact-sheet

“Рак молочной железы с семейной историей” – статья Анны Петренко о BRCA-генах и раке груди, опубликованная на сайте “Биомолекула”:

https://biomolecula.ru/articles/rak-molochnoi-zhelezy-s-semeinoi-istoriei

Глава 3
Секреты клеточного деления и мифы о химиотерапии

Несмотря на появление множества новых таргетных препаратов от рака, основными методами лечения злокачественных опухолей продолжают оставаться хирургическое вмешательство, лучевая (радио) терапия и традиционная химиотерапия. Лечение рака – это, увы, “совсем не сахар”. Из-за множества побочных эффектов химиотерапии многие считают, что “химия” – хуже рака, лечение – опаснее, чем сама болезнь. Нельзя назвать эту мысль совсем уж ложной. Действительно, бывают случаи, когда назначение “химии” нецелесообразно из-за очень преклонного возраста пациента или наличия тяжелых сопутствующих заболеваний, и тогда врачи ищут другие способы воздействия на опухоль. Однако в большинстве случаев применение лекарственных препаратов этой группы способно значительно усилить эффект от операции и сдержать развитие неоперабельных форм рака. Чтобы разобраться в механизме действия химиотерапии и причинах ее побочных эффектов, нам придется понять, как устроен клеточный цикл. Кроме того, мы поговорим о лекарствах нового поколения – действующих более деликатно, чем традиционная химиотерапия, и блокирующих деление раковых клеток на уровне сигнальных путей.

Химиотерапия – блажь или необходимость?

Химиотерапия – в просторечии “химия” – одна из главных страшилок онкологии. От “химии” тошнит, пропадает аппетит, выпадают волосы, случаются желудочные и кишечные кровотечения. Кажется, это лечение целиком состоит из побочных эффектов и вдобавок не гарантирует выздоровления, так что вопрос “А зачем это вообще нужно?” далеко не случайно возникает и у больного раком, и у его родных, видящих мучения близкого человека. В необходимости операции при раке чаще всего не сомневается никто. Но вот “химия”… А точно ли она необходима?.. К сожалению, да.

Долгое время хирургическое вмешательство было единственным возможным методом лечения новообразований. Выросло у тебя что-нибудь “лишнее” – удали это. Но с самого начала применения хирургических методов лечения онкологических заболеваний врачи замечали, что опухоли реагируют на операцию по-разному. Одни уничтожались “с концами” и больше никогда не беспокоили пациентов, а другие возвращались снова и снова, распространялись по организму и, как правило, приводили к смерти больного. Так эмпирическим путем появилось деление на “доброкачественные” и “злокачественные” опухоли. Позднее, с развитием методов цитологии, выяснилось, что клетки доброкачественных опухолей выглядят под микроскопом иначе, чем злокачественные, и таким образом появилась возможность классифицировать опухоли, не дожидаясь рецидива.

В ХХ веке онкохирургия шагнула далеко вперед, например стало очевидно, что обязательно нужно удалять опухоль вместе с прилегающими тканями, в которых могут находиться невидимые глазу раковые клетки. Появились новые инструменты и приборы, позволяющие оперировать органы, которые раньше были недоступны для врачей, однако совершенствование методов хирургического вмешательства само по себе не оказало заметного влияния на увеличение продолжительности жизни больных раком. Некоторый прогресс в этой области наступил, когда к хирургии добавилась радиотерапия, или лучевая терапия.

Радиация сильнее повреждает делящиеся клетки, чем клетки в состоянии покоя. Лучевая терапия, основанная на облучении опухоли ионизирующим облучением (альфа-частицами, нейронами, протонами и т. д.), и сейчас активно применяется при лечении злокачественных опухолей. В некоторых случаях радиационная хирургия (когда пучок ионизирующего излучения фокусируется в строго определенное место) остается единственным возможным способом лечения (например, при опухолях головного мозга). Однако этот метод никак нельзя назвать панацеей, и у него множество побочных эффектов, по тяжести сопоставимых с негативными эффектами химиотерапии. Самым серьезным из них является уже обсуждавшийся выше канцерогенный эффект ионизирующего излучения.

Большая часть успехов медицинской онкологии в конце XX и начале XXI века, о которых мы говорили в первой главе, связана с появлением более точных методов диагностики и развитием фармакологических методов лечения злокачественных опухолей. Приведем лишь один пример. После внедрения в клиническую практику препарата “Цисплатин” пятилетняя безрецидивная выживаемость при злокачественных опухолях яичка возросла с 10 до 85 %. И это только один препарат и лишь одна разновидность рака.

Ранняя диагностика болезни позволяет иногда обойтись без “химии”, – можете использовать этот довод, чтобы побудить себя и своих близких более тщательно следить за здоровьем, – но на более поздней стадии без поддержки хирургического лечения медикаментозными средствами не обойтись. На сегодняшний день в арсенале врачей-онкологов находятся десятки, если не сотни препаратов, и трудно представить, что было время, когда сама возможность лечения рака лекарственными средствами казалась немыслимой. А между тем злокачественные опухоли были (и остаются) далеко не самыми простыми объектами для фармакологического воздействия.

Не верьте, когда вам говорят, будто опухоль трудно уничтожить. Убить раковую клетку “в пробирке” не составляет ни малейшего труда. Если бы перед фармакологической наукой стояла цель всего лишь “уничтожить опухоль” – она была бы достигнута давным-давно. Но задача формулируется иначе: “Уничтожить опухоль, но при этом сохранить в живых организм” – и вот это действительно проблема. Все наиболее эффективные лекарства, направленные на борьбу с чужаками в нашем организме, будь то антибиотики или препараты против паразитических червей-гельминтов, обыгрывают генетическую и молекулярную разницу между клетками паразита и хозяина. Например, действие таких популярных антибиотиков, как стрептомицин и гентамицин, основано на том, что они связываются с рибосомами бактериальных клеток и нарушают синтез белка в них. Рибосомы прокариот отличаются от рибосом эукариот, и собственным клеткам человека эти антибиотики почти не вредят.

Но молекулярный и генетический “портрет” раковой клетки почти идентичен свойствам нормальной клетки, и долгое время было непонятно, как в принципе можно воздействовать на опухоль, не навредив организму. Изобретение химиотерапии оказалось такой же случайностью, как и открытие антибиотиков. Хотелось бы написать “счастливой случайностью”, но рука не поднимается описывать так событие, которое потомками было классифицировано как военное преступление.

ФАКТ: раковые клетки слишком похожи на обычные, здоровые, поэтому создание лекарств, которые будут уничтожать опухолевые клетки, не причиняя сильного вреда остальному организму, продолжает оставаться сложной фармакологической задачей.

“Химия” и жизнь

Классическая химиотерапия зародилась на полях Первой мировой войны. Именно там, неподалеку от бельгийского города Ипр, немецкая армия впервые применила боевое отравляющее вещество, вошедшее в историю под названием “горчичный газ”, или иприт. В начале ХХ века Германия была ведущей химической державой мира. К сожалению, некоторые открытия немецких химиков оказались технологиями “двойного назначения”. Иприт вызывал тяжелейшие поражений глаз, кожи и дыхательных путей, которые не проходили месяцами. Изучая пострадавших от отравления солдат, врачи обнаружили у них пониженный уровень лейкоцитов (белых кровяных клеток) и резкое снижение скорости деления клеток костного мозга (главной кроветворной ткани организма). То есть яд влиял прежде всего на активно делящиеся клетки и не оказывал заметного влияния на остальные.

Этим и объяснялось медленное выздоровление отравленных – ведь заживление ран требует усиленного деления в окружающих тканях. Во время Первой мировой войны наблюдение за этим цитостатическим эффектом использовали главным образом для диагностики ипритового отравления. Однако в 1940-е годы американские ученые Луис Гудман и Альфред Гилман догадались, что этот яд (а точнее, его производные), взятый в необходимой дозировке, должен эффективно убивать раковые клетки. Ведь именно активная и бесконтрольная их пролиферация (деление) является отличительным признаком злокачественной опухоли. “Генетическое” определение рака, которое мы дали в предыдущей главе, станет гораздо точнее, если дополнить его упоминанием об этом ключевом биологическом процессе: “Рак – это болезнь генома, приводящая к избыточной активации клеточного деления”.

Вскоре состоялось первое клиническое испытание нового лекарства. (В те времена академические и медицинские нравы радикально отличались от нынешних и те или иные “опыты на пациентах” были обычной практикой для врачей. Строгие протоколы доклинических исследований медицинских препаратов появились гораздо позже.) Больному с диагностированной лимфосаркомой, который вошел в историю медицины под инициалами J. D., ввели внутривенно первую дозу яда. На четвертый день химиотерапии опухоль спала, за неделю внешние симптомы исчезли полностью, а через месяц наступила ремиссия – анализ крови показал отсутствие раковых клеток.

Несколькими годами позже другой американский ученый, Сидни Фарбер, продемонстрировал, что использование антагонистов фолиевой кислоты способно повернуть вспять бешеное деление клеток крови при лейкозе. Фолиевая кислота – витамин, необходимый для нормального кроветворения, – была открыта при изучении одной из форм анемии. Здоровым людям это вещество помогает поддерживать нормальное производство клеток крови. Однако у больных лейкозом – “раком крови”, при котором незрелые клетки крови делятся патологически быстро и буквально “забивают” собой сосуды, но при этом не способны нормально выполнять свои функции, – прием препаратов фолиевой кислоты вызывал резкое обострение болезни. Фарбер предположил, что действие веществ, блокирующих активность фолиевой кислоты (антифолатов), должно помочь таким больным. В 1947 году Фарбер сделал первую инъекцию антифолатов двухлетнему малышу, умиравшему от острого лейкоза. Первый препарат не оказал никакого заметного воздействия на больного, а вот второй вариант молекулы-антагониста, получивший название “Аметоптерин”, вызвал стремительную ремиссию. За несколько дней число злокачественных клеток-лейкобластов в крови упало в несколько раз, к ребенку вернулись силы и аппетит. Так было положено начало современной химиотерапии.

Однако понадобились еще десятилетия кропотливых лабораторных исследований, чтобы разобраться, почему лекарства этой группы так избирательны в отношении делящихся клеток. Ключом к пониманию молекулярных механизмов действия химиотерапии явилось изучение клеточного цикла – отрезка времени от одного деления клетки до другого.