До недавних пор большинство ученых полагали, что клетки рака происходят от обычной клетки-предшественницы, которая была вполне нормальной клеткой молочной железы или яичников и на каком-то этапе – возможно, за годы до обнаружения опухоли – запустила программу неправильного воспроизводства. Недавно была выдвинута мысль, что опухоли возникают из специализированных клеток, названных раковыми стволовыми клетками, которые обладают свойствами обычных стволовых клеток, в том числе способностью к самообновлению и превращению в другие типы. Ученые предположили, что отдельная субпопуляция таких клеток перерождается в опухоль и что в этом причина возвращения и метастазирования рака1. Анализ клеточных источников рака в различных органах поддерживает эту теорию: она указывает, что наиболее вероятной клеткой-предшественницей всех изучаемых опухолей была стволовая клетка, необходимая для обновления нормальной ткани. Противники теории не отрицают существования стволовых раковых клеток. Они лишь утверждают, что большинство клеток опухоли имеют качества стволовых. Теория объясняет и генетическую нестабильность раковых клеток – именно поэтому они могут быстро становиться резистентными ко многим типам традиционного лечения.
Еще в XIX веке патологи обратили внимание на сходство эмбриональной и раковой ткани, предположив, что опухоли возникают из эмбрионоподобных клеток. Представление о том, что ткань взрослого человека содержит эмбриональные остатки, которые могут активизироваться и вызывать рак, была сформулирована в 1874 году как «теория спящего эмбрионального рака». То, что рак возникает из ткани стволовых клеток у взрослых, – это современная версия теории, выдвинутой более 130 лет назад!
Теория раковых стволовых клеток очень важна, если мы вспомним о роли факторов роста в стимуляции рака, поскольку судьба нормальных стволовых клеток (то есть того типа клеток, в который они превратятся, – к примеру, клеток молочной железы, яичников или кожи) зависит от клеточных сигналов, поступающих в том числе от факторов роста. Весьма вероятно, что факторы роста контролируют происходящее со всеми стволовыми клетками, включая раковые. Пути сигналов у эмбриональных и раковых клеток считаются одинаковыми2. Таким образом, роль факторов роста в развитии рака как заболевания становится центральной. Это обсуждается ниже.
Поврежденные гены
Все дело в генах?
Живя в эпоху расшифровки человеческого генома, мы склонны верить, что являемся собранием генов в герметически запечатанном мешке и возникновение любого заболевания может быть результатом действия неправильного гена. Эта упрощенная модель не принимает во внимание наше взаимодействие с окружающей средой, например подверженность ядовитым веществам вроде табачного дыма, который способен стимулировать рак легких. Повреждение ДНК, материала, из которого созданы наши гены, критично для начала рака3, но это повреждение и развитие рака молочной железы и яичников связано с факторами образа жизни и состоянием окружающей среды. Есть различные механизмы восстановления, и только если наносимый вред длителен, рак превращается в заболевание.
Развитие рака из отдельной поврежденной клетки, которую некоторые ученые считают стволовой, ее превращение в группу поврежденных клеток, в неагрессивный рак и, наконец, в крайне агрессивный связывается с постоянным накоплением мутаций. Клетки развитого рака обычно имеют множество генетических изменений и хромосомных перестановок, хотя последние считаются результатом, а не причиной злокачественности. Число мутаций, требующихся для развития рака, зависит от его типа.
С момента первого издания этой книги наука прошла долгий путь к более качественному пониманию генов роста, генов запрета роста и генов починки, которые порождают рак, если начинают работать неправильно. Гены роста, или протоонкогены, кодируют в клетках белки нормального роста, передающие сигналы в ядро (центр контроля клетки), стимулируя рост в ответ на белки и другие вещества в межклеточной жидкости. Сигнальный процесс состоит из серии шагов, которые начинаются в клеточной мембране, переходят к группе белков-посредников в клеточной цитоплазме и завершаются активацией факторов в клеточном ядре, помогая провести его через цикл роста и размножения (рис. 2.1). Ненормальный рост популяции раковых клеток возникает из-за чрезмерной активности на одном или нескольких этих этапов4. Интересно, что схема поведения раковых клеток в книге Вулфа «Основная и системная патология», главном учебнике студентов-медиков Великобритании, показывает значительное увеличение факторов роста в межклеточной жидкости.
Активизация протоонкогена для превращения в онкоген происходит несколькими способами: изменением ДНК в определенном месте хромосомы, увеличением числа нормальных протоонкогенов в клетке или вирусным вторжением5. Есть несколько генов «роста», которые при повреждении становятся онкогенами рака молочной железы и яичников. Один из них, ERBB2, кодирует белок эпидермального роста и связан с раком яичников и другими видами рака. С раком молочной железы связаны FGF3, кодирующий фактор роста фибробластов; МУС, кодирующий фактор, включенный в активизацию роста в клеточном ядре и имеющий отношение к раку яичников и толстого кишечника; и ROS1, кодирующий белки инсулиновых рецепторов в клеточной мембране. Местоположение протоонкогенов в конкретных участках конкретных хромосом определено в рамках проекта расшифровки генома человека.
В нормальных клетках гены-супрессоры опухоли подавляют неконтролируемое разрастание раковых клеток, но в случае мутации могут прекратить работу. BRCA-1 и BRCA-2 – важные примеры генов-супрессоров, которые, мутировав, повышают риск рака яичников и молочной железы. После первого издания этой книги о поведении генов BRCA стало известно гораздо больше. Об одном только гене BRCA-1 написано более двух тысяч статей в журналах с профессиональной экспертизой. Ученые узнали, что в своей нормальной, не мутировавшей форме этот ген оберегает ДНК от повреждения свободными радикалами, радиацией и другими вредными веществами. Белок BRCA-1 действует как сантехник, заделывая появляющиеся в геноме прорывы. Он физически связывается с поврежденной ДНК и посылает другие молекулы, чтобы собрать для нее нечто вроде аптечки. Ученые доказали, что отсутствие белка BRCA-1 не вызывает рак напрямую, но делает клетки более склонными к изменениям, которые могут привести к раку6,7,8. Предполагается, что белок BRCA-1 работает через межклеточную жидкость и взаимодействует с окружающими клетками, ограждая их от рака9.
В семьях с наследственным раком молочной железы найдено больше ста изменений в каждом из двух генов BRCA. Есть свидетельства связи этих мутаций с этносом. Три изменения генов, обнаруженных в семьях евреев ашкенази, позже в необычно высоком количестве были найдены в общей еврейской популяции10,11. Женщины, несущие одно из трех изменений, к семидесяти годам имели в среднем 56 % вероятности рака молочной железы по сравнению с 13 % вероятности у популяции США без мутировавшего гена.
Ген р53, часто относимый к генам-супрессорам опухоли, действует в клеточном ядре, запуская починку либо апоптоз. Повреждение гена р53, производящего белок, способный останавливать весь клеточный цикл, а значит, и цикл деления, пока повреждение ДНК не будет исправлено или не запустится сигнал к самоубийству клетки, считается ключевым фактором в возникновении человеческого рака. Более половины всех видов рака имеют мутации в гене р53, а значит, белок р53 в них не действует. Предполагается, что между 1955 и 1963 годами вирус SV40, разрушающий ген р53, загрязнил вакцины полиомиелита в США и, возможно, в других странах12.
