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

Компромиссы, связанные с жизненным циклом, в животном мире помогают нам понять, почему разные условия микроокружения опухоли способствуют реализации раковыми клетками разных жизненных стратегий. Между тем они могут появиться лишь на более поздних этапах развития рака. На ранних стадиях клеткам приходится вырабатывать стратегии обхода ресурсных ограничений, таких как изменение своего обмена веществ, отправка сигналов для доставки дополнительных запасов и монополизация локальных ресурсов. Поскольку у клеток на ранних этапах развития опухоли обычно есть доступ к большому количеству средств, им не приходится особо идти на компромиссы, например между пролиферацией клеток и выживанием. Даже при быстрой пролиферации у них все равно будет оставаться достаточно ресурсов для выполнения своих «целей», таких как выживание. Тем не менее в конечном счете — подобно любому организму, бесконтрольно размножающемуся в экосистеме с ограниченными ресурсами, — раковые клетки оказываются в истощенной среде, где запасов уже не так много. Когда они сталкиваются с этими ресурсными ограничениями, важность компромиссов между выживанием и пролиферацией возрастает.

Подобные жизненные стратегии, скорее всего, играют не менее важную роль в процессе лечения рака. Противораковая терапия меняет экологию опухоли и создает среду, вынуждающую раковые клетки идти на компромиссы. Во время проведения химиотерапии клетки могут использовать так называемые эффлюксные насосы (специальные молекулярные насосы, находящиеся в клеточной мембране) для очистки себя от молекул химиотерапевтических препаратов, которые находятся в окружающей ее среде. Проблема в том, что для работы этих насосов требуется большое количество клеточных ресурсов — по сути, они представляют собой микроскопические машины, которым нужна энергия для откачивания чужеродных веществ. Примерно половина всей энергии клетки уходит на работу этих насосов. У клеток, выделяющих ресурсы на это, неизбежно остается меньше средств на свое деление. В следующей главе мы увидим, как подобные компромиссы могут быть использованы в разработке новых подходов к лечению рака.

Белки и птицы делают гнезда, кролики роют норы, бобры строят плотины, а пчелы — ульи. Подобно этим видам, преобразующим мир дикой природы, чтобы создать более благоприятные для себя условия, раковые клетки меняют внутренний мир нашего тела так, чтобы было проще выживать и размножаться. В экологии существует понятие создания экологических ниш, подразумевающее изменение организмами своей среды обитания, чтобы сделать ее более пригодной для жизни, богатой ресурсами и безопасной.

РАКОВЫЕ КЛЕТКИ — НАСТОЯЩИЕ МАСТЕРА СОЗДАНИЯ ТАКИХ НИШ: ОНИ МЕНЯЮТ СВОЕ ОКРУЖЕНИЕ, ПОСЫЛАЯ СИГНАЛЫ О ПЕРЕДАЧЕ РЕСУРСОВ, ЗАЩИЩАЯ СЕБЯ ОТ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ И ИСПОЛЬЗУЯ РЯД ДРУГИХ СТРАТЕГИЙ.

Чтобы построить для себя экологическую нишу, раковым клеткам приходится преодолеть многие барьеры тканевой архитектуры и регуляции роста. Так, сначала им необходимо прорваться через базальную мембрану, служащую барьером между внутренней полостью органа и внешними тканями. Для преодоления преград раковым клеткам зачастую приходится сотрудничать друг с другом с целью выработки специальных факторов (под называнием матриксные металлопротеиназы), которые способствуют разрушению базальной мембраны. Кроме того, для преодоления этой оболочки и других тканей организма раковым клеткам необходимо координировать свои электрические сигналы. Также они могут использовать нормальные поддерживающие клетки, называемые стромальными, заставляя их работать себе во благо. Стромальные клетки могут создавать экологическую нишу для раковых клеток, вырабатывая факторы роста, переделывая тканевую архитектуру (например, за счет выработки коллагена, из-за которого опухоль на ощупь может напоминать узелок в эластичной ткани) и посылая сигналы на создание новых кровеносных сосудов. Таким образом, процесс построения ниши может включать извращенную форму клеточного сотрудничества между раковыми и нормальными клетками, «готовность» которых оказывать всяческую «помощь», свойственную нормальным клеткам, используют в своих корыстных целях клетки опухоли. Это одно из самых странных и увлекательных явлений, наблюдаемых в микроокружении опухоли — раковые клетки обманным путем эксплуатируют нормальные клетки организма, чтобы было проще выживать и делиться.

Одним из важнейших аспектов построения ниши при раке является формирование новых кровеносных сосудов для питания опухоли. Так как раковые клетки потребляют все локальные ресурсы, рост опухоли может быть ограничен из-за нехватки материалов для создания новых клеток. Кровь — отличный источник материала для строительства новых клеток, и раковые клетки в ходе своей эволюции учатся использовать кровеносные сосуды для поддержания роста опухоли, когда локальные запасы начинают истощаться.

Дефицит питательных веществ усиливает конкуренцию между клетками, равно как и способствует их сотрудничеству.

Он стимулирует эксплуатацию, однако также и открывает дорогу для инноваций. Так, люди построили сложнейшие инфраструктурные системы для получения и транспортировки ресурсов, чтобы им не приходилось ежедневно сталкиваться с их нехваткой.

Одним из самых удивительных примеров рукотворной инфраструктуры является ирригационная система, которую люди культуры Хохокам начали строить примерно в 600 году нашей эры. Это американские индейцы, обитавшие вдоль реки Соль в Аризоне — том самом месте, где теперь живу и работаю я. На протяжении примерно восьми веков они строили крупнейшую ирригационную систему, общая протяженность каналов которой составляла сотни миль. Палками-копалками они рыли траншеи, достигавшие до четырех метров в глубину, по которым вода попадала в удаленные от реки дома и фермы, где иначе людям было просто не выжить. Из-за отсутствия каких-либо письменных документов современным археологам остается только гадать, как именно они организовали строительство этого чуда инженерной мысли, а также как управляли этой системой доставки ресурсов, когда она была достроена.

Эффективное управление системой каналов представляет собой еще большую загадку, чем ее проектирование и строительство. Ирригационные каналы, подобные тем, что были построены людьми культуры Хохокам, связаны со множеством социальных дилемм, которые значительно усложняют эффективную координацию и сотрудничество участников. У каждого в системе может появиться соблазн взять себе больше воды, чем ему положено. Любой, находящийся выше по течению в ирригационной системе, может попросту открыть краны и монополизировать воду, почти ничего не оставив живущим вниз по течению людям. Кроме того, всегда имеет место соблазн иждивенчества за счет усилий людей, занимающихся созданием и обслуживанием системы. Эта проблема несколько отличается от недобросовестного открытия кранов. Вот почему так поразительно, что людям культуры Хохокам удавалось веками управлять огромной системой каналов и обслуживать ее.