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

Подобно системе каналов, построенной людьми, чтобы доставлять воду в дома, которые в ней нуждаются, в процессе нашего развития клетки, по сути, строят свою ирригационную систему для переноса крови по всему организму. Пока мы были в материнской утробе, специальные клетки, называемые эндотелиальными (клетки стенок наших кровеносных сосудов), проникли во все ткани тела, образовав сеть кровеносных сосудов для транспортировки и распределения ресурсов. Между тем эти кровеносные сосуды не статичны — они постоянно растут и меняются в зависимости от сигналов, получаемых от своего клеточного окружения. Так, например, сигналы к заживлению могут привести к усилению кровотока и даже к образованию новых сосудов. Эта система позволяет осуществлять динамичное управление ресурсами организма, доставляя кровь к клеткам, которые в ней нуждаются.

НАШ ОРГАНИЗМ — ЭТО ОСОБАЯ ЭКОСИСТЕМА, КОТОРАЯ БЫЛА СОЗДАНА МНОГОКЛЕТОЧНЫМ СООБЩЕСТВОМ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ, ЧТОБЫ ДОСТАВЛЯТЬ ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА ВСЕМ КЛЕТКАМ, ИЗ КОТОРЫХ МЫ СОСТОИМ.

При нормальной работе она приносит ресурсы всем периферическим тканям, где клетки вырабатывают из них энергию, необходимую для выполнения своих функций и поддержания нашей жизнедеятельности. Когда все работает, как задумано, наш организм процветает. Это во многом напоминает систему каналов, которая доставляет воду в дома, где без нее не обойтись. Наш организм сродни такой хорошо функционирующей системе, состоящей из триллионов клеточных домиков, где успешно решены все социальные дилеммы, обычно делающие сотрудничество подобного масштаба невозможным. Проблема в том, что это равновесие шаткое, и если какие-то клетки внутри организма начнут злоупотреблять системой, то многоклеточное сообщество может начать разваливаться. Раковые клетки могут угрожать локальным экосистемам и многоклеточной инфраструктуре, в рамках которой растут. Они жадно черпают запасы из каналов нашей кровеносной системы, параллельно истощая все локальные ресурсы до полного разрушения окружающей их инфраструктуры.

В системе каналов, распределяющей воду между людьми, и сосудистой системе, распределяющей кровь по организму между клетками, недобросовестное поведение может представлять серьезную проблему. Раковые клетки «открывают краны», посылая сигналы, которые увеличивают проницаемость кровеносных сосудов, чтобы получить больше ресурсов, в результате чего клеткам, расположенным «ниже по течению», их достается меньше. Кроме того, раковые клетки иногда работают сообща, чтобы посылать сигналы существующим кровеносным сосудам и строить новые — подобно группе людей, которые объединяются, чтобы выкопать траншею и подключиться к построенной другими людьми системе каналов. Такое сотрудничество позволяет им более эффективно использовать запасы организма. Между тем оно зачастую недолговечно. Любые раковые клетки, которые ничего сами не делают, а просто пожинают плоды работы своих сородичей, получают преимущество перед более склонными к взаимодействию, которым приходится тратить дополнительные ресурсы на строительство новых кровеносных сосудов.

Когда раковые клетки начинают выкачивать запасы для собственных нужд, они не только лишают ресурсов нормальные клетки, но и ставят под угрозу целостность инфраструктуры доставки ресурсов — что может привести к коллапсу кровеносных сосудов. Система каналов может оставаться совершенно стабильной и без воды, однако пустой кровеносный сосуд под давлением окружающих тканей может спасться. Когда раковые клетки открывают краны, посылая сигналы на получение большего количества питательных веществ из крови, в кровеносных сосудах остается меньше жидкости для поддержания артериального давления и предотвращения их коллапса. При коллапсе сосуда клетки, которые зависели от него, либо умирают, либо, если у них есть такая возможность, посылают сигналы на создание новых кровеносных сосудов, которые снова будут уязвимы для эксплуатации и разрушения. Это одна из причин, по которым система кровоснабжения опухоли зачастую настолько беспорядочная и непредсказуемая. Васкуляризированная (снабжаемая кровью через сеть сосудов) опухоль, по сути, представляет собой средоточие социальных дилемм, разыгрывающихся на каждом миллиметре каждого кровеносного сосуда, с постоянно возникающим и прекращающимся клеточным сотрудничеством, отражающим появление и разрушение кровеносных сосудов, которые раковые клетки создают и используют.

Поведение раковых клеток может привести к трагедии общих ресурсов. Те из них, которые быстро размножаются и быстро потребляют ресурсы, обладают краткосрочным преимуществом перед теми, которые ведут себя более сдержанно. Иногда клетки, злоупотребляющие своими локальными ресурсами, умирают либо из-за их полного истощения, либо из-за чрезмерного скопления отходов жизнедеятельности, которые они уже попросту не успевают выводить. В других случаях клетки находят выход из этого локального экологического кризиса, либо посылая сигналы на получение дополнительных ресурсов, как мы уже видели ранее, либо эволюционируя и получая способность мигрировать и колонизировать новые экологические ниши организма.

Основная идея теории расселения в экологии состоит в следующем: когда организмы эксплуатируют свою локальную среду обитания, это может привести к эволюционному давлению в пользу расселения — преимущество получают индивиды, способные находить новые места обитания. Этот же принцип применим и к эволюции раковых клеток. Когда клетки эксплуатируют локальные ресурсы, это дает эволюционное преимущество способным передвигаться, а также тем, которые более охотно перемещаются в ответ на плохие экологические условия.

Вдохновившись этим экологическим принципом, мы с коллегами создали компьютерную модель, чтобы понять, как чрезмерное расходование питательных веществ раковыми клетками может влиять на эволюцию клеточной подвижности. Мы смоделировали ткань с кровеносными сосудами, по которым к ним доставлялись ресурсы. Там были клетки, быстро потребляющие ресурсы (как это делают раковые клетки), и клетки, темп потребления которых был соизмерим с количеством поступающей крови (они представляли нормальные клетки). Мы хотели сравнить, как будет происходить эволюция клеточной подвижности в этих различных условиях, и понять, создают ли клетки, быстро потребляющие ресурсы, экологические условия, которые впоследствии способствуют их повышенной мобильности и миграции. Как и ожидалось, быстрое использование питательных веществ и разрушение среды обитания злокачественными клетками способствовало эволюции клеточной подвижности. В соответствии с теорией расселения, высокий уровень потребления ресурсов раковыми клетками приводит к естественному отбору клеток, способных к миграции.