Афина Актипис - Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить

КАКИЕ ЖЕ СРЕДСТВА НУЖНЫ РАКОВЫМ КЛЕТКАМ, ЧТОБЫ ВЫЖИТЬ ВНУТРИ ОРГАНИЗМА? И КАК ОНИ ИХ ПОЛУЧАЮТ?

Раковые клетки полагаются на ресурсы, поставляемые вместе с кровью, в том числе кислород и глюкозу. Кроме того, им требуется азот и фосфор для построения нуклеотидов, из которых состоит наша ДНК. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислот и копирования своей ДНК — для успешного деления клетки необходимо произвести миллиарды новых нуклеотидов, что приводит к огромной потребности опухоли в азоте и фосфоре.

В дополнение к этим базовым ресурсам раковым клеткам также необходимы сигналы роста и выживания от их соседей — по крайней мере, на ранних стадиях развития рака, пока они не научатся сами вырабатывать сигналы выживания и факторы роста. Раковые клетки в результате своей эволюции могут научиться подключать к добыче ресурсов нормальные поддерживающие клетки (фибробласты) в своем окружении. Одним из способов этого добиться является отправка раковыми клетками сигналов к заживлению раны этим поддерживающим клеткам, чтобы те в ответ посылали факторы роста и выживания.

Только вот наш организм — это не пассивный сосуд для раковых клеток. В отличие от белок, живущих в среде, которым — образно выражаясь — нет дела до того, есть они там или нет, организму не все равно, кто живет внутри его. Он изо всех сил старается защищаться от раковых клеток и ограничивает их возможность выживать и процветать. Многие из систем подавления рака построены на том, чтобы ограничивать для его клеток возможность построения благоприятной для себя ниши внутри организма с последующим распространением по ней.

Иммунные клетки патрулируют организм в поисках клеток, которые слишком обильно размножаются, производят мутировавшие белки или белки, экоторые не должны в них встречаться. Когда иммунные клетки находят такие скопления аномальных клеток, они вырабатывают факторы, которые останавливают пролиферацию, активируют клеточную смерть и блокируют использование кровеносных сосудов, чтобы отрезать опухоль от ресурсов. Раковые клетки же в ходе своей эволюции учатся обходить иммунную систему, подобно тому как животные, являющиеся добычей хищников, вырабатывают различные стратегии защиты от них. Так, они учатся прятаться от иммунной системы (удаляя маркеры на поверхности клеток, используемых иммунной системой для их идентификации) или использовать камуфляж (экспрессируя гены, которые придают им более «нормальный» с точки зрения иммунных клеток вид), в точности как организмы мимикрируют в природе.

По мере того как раковые клетки учатся использовать экосистемы организма, они стимулируют не только свой рост, но и дальнейшую эволюцию — меняют внешнюю среду, тем самым зачастую создавая новые факторы отбора для себя и окружающих клеток. Например, производя большое количество отходов, таких как молочная кислота, они создают среду, которая благоволит клеткам, способным выживать в условиях высокой кислотности. Истощив все ресурсы в своем локальном окружении, они могут создать условия, способствующие появлению клеток, способных к миграции с целью поиска новых участков для колонизации, в результате чего происходит инвазия и образование метастазов. Исчерпав все местные запасы, клетки оказываются подвержены эволюционному давлению, побуждающему их захватывать инфраструктуру по доставке ресурсов, используемую многоклеточным организмом в своих целях, — наши кровеносные сосуды. Как мы увидим далее в этой главе, недобросовестное поведение клеток может даже приводить к давлению отбора, побуждающего раковые клетки сотрудничать друг с другом для более эффективной передачи сигналов кровеносным сосудам, инвазии и образования метастазов.

Внутри экосистемы нашего организма раковые клетки могут в ходе своей эволюции научиться так менять микроокружение опухоли, чтобы оно способствовало их выживанию, например захватывая кровеносные сосуды для увеличения потока питательных веществ или провоцируя дополнительную выработку факторов роста и выживания стромальными клетками в окружающую среду. С другой стороны, эволюция может привести раковые клетки и к уничтожению той самой окружающей среды, от которой они так зависят. Колонизация тканей организма раковыми клетками связана с одним очень важным парадоксом. Они разрушают свое внешнее окружение, истощая ресурсы и загрязняя межклеточную среду молочной кислотой и другими продуктами жизнедеятельности. С другой стороны, они выстраивают и развивают местную среду, которая обеспечивает им защиту и питание, посылая кровеносным сосудам сигналы для доставки питательных веществ и пряча их от иммунной системы. Как так получилось, что раковые клетки способны и созидать, выстраивая столь сложные системы, и беспощадно разрушать все на своем пути?

Все дело в том, что не все раковые клетки одинаковы — одни из них быстро используют все доступные средства, в то время как другие посылают сигналы, требуя добавки. В зависимости от условий, опухоли на пользу могут пойти как созидательные, так и разрушительные наклонности раковых клеток. Давайте более подробно рассмотрим, как их стратегии в экосистеме организма могут меняться из-за конкретных окружающих условий.

Подобно организмам, ради достижения своих целей клеткам приходится идти на различные компромиссы. Одни раковые клетки делают упор на быстром росте и делении клеток, в то время как для других наивысшим приоритетом становится выживание. Как мы уже видели в пятой главе, подобные компромиссы связаны с жизненным циклом организмов, и в ходе эволюции у них вырабатываются различные жизненные стратегии в зависимости от условий своего обитания.

В среде со стабильными ресурсами и низким уровнем угроз отбор идет в пользу раковых клеток с длинным жизненным циклом. Подобно слонам, о которых мы говорили в пятой главе, такие клетки откладывают свое размножение, вместо этого вкладываясь в выживание. В условиях среды с непостоянными ресурсами, напротив, уровень опасности возрастает, в результате чего предпочтение отдается раковым клеткам с коротким периодом существования. Подобно мышам, такие клетки быстро размножаются и особо не вкладываются в свое долголетие. Как мы уже видели, опухоль, как правило, постоянно подвержена различным угрозам со стороны организма. Кровоснабжение опухоли зачастую неустойчивое (так как кровеносные сосуды растут, разветвляются и разрушаются беспорядочным образом), а сама кровь наполнена иммунными клетками, только и жаждущими добраться до раковых. И неустойчивое кровоснабжение, и агрессивные иммунные клетки могут привести к гибели раковых — столь опасная среда обитания способствует эволюции клеток с коротким жизненным циклом.