Немного о причинах возникновения и развитии рака
Готовился к лекциям, потом просматривал российскую интернет-прессу, потом опять готовился к лекциям. Много думал. О чем думал - обсуждать не буду, чтобы без холиваров. В результате дум, однако, написал научпоп про рак - много букв, но надеюсь, кому-то будет полезным.
Термины
Начнем с терминов. Онкология - наука, изучающая опухоли (ονκος - «опухоль» и λόγος - «учение»). Живой организм никак не может «болеть онкологией», как и геологией или филологией. Живой организм может болеть, иметь диагноз «рак», или развивать доброкачественные или злокачественные опухоли. Доброкачественные опухоли - разрастания в тканях тела, не мешающие функции ткани или органа. Злокачественные (рак) - врастающие в соседние или дистанционные ткани и органы, и нарушающие работу их и всего организма в целом. И теми, и другими занимается онкология.
Теперь про то, как и почему эти опухоли развиваются. Для начала разберем образование и работу здорового организма.
Откуда появляется и как растет организм?
Все знают, что всё живое размножается (а если многоклеточное - то и растет) с помощью деления клеток. Мало кто представляет, насколько это сложный и тщательно контролируемый клеткой процесс. Все многоклеточные организмы когда-то были одной клеткой, которая размножилась делением (митозом). Первая клетка человека, как и многих других живых организмов, называется зиготой и получается при слиянии папимаминых «полуклеток», или гамет (сперматозоида и яйцеклетки). Появившаяся на свет зигота синтезирует точную копию своего генетического материала (ДНК) и раздает копии по двум дочерним клеткам, которые, в свою очередь, тоже создадут копию своей ДНК и поделятся на две новые клетки. Количество клеток будет увеличиваться в геометрической прогрессии, и все клетки будут содержать точную копию ДНК самой первой клетки - зиготы.
На самых первых стадиях развития эмбриона клетки не так уж и сильно отличаются друг от друга. Через некоторое время клеток становится много, и новопроизведенные клетки начинают дифференцироваться, или специализироваться - в них включаются ранее спавшие гены, ответственные за развитие тех или иных характеристик, и тормозятся гены, отвечающие за постоянное деление. Клетки превращаются из однообразных в специфические - клетки хряща, кости, мозга и так далее, образуются ткани и органы. Узкоспециализированные клетки перестают постоянно делиться и начинают выполнять конкретные функции (например, организуют потовую железу и выделяют пот, или сливаются в одно мышечное волокно).
Участки ДНК (=гены), ответственные за постоянное деление в зиготе и последующих стадиях развития эмбриона, в клетках специализированных тканей никуда не исчезают, однако клетка умеет их отключать и инактивировать, и при необходимости - навсегда. Лишь некоторые ткани сохраняют пожизненную способность делиться. Например, клетки красного костного мозга постоянно делятся, образуя новые клетки крови взамен погибших. Для эпителия верхнего слоя кожи, который постоянно травмируется, регенерация - преумножение количества клеток в случае потерь - основная задача. Клетки центральной нервной системы - прямая противоположность эпителию. Они специализированы настолько сильно, что у взрослого человека за редким исключением абсолютно утрачивают способность к делению (поэтому заболевания головного мозга, связанные с разрушением нервной ткани, такие как паркинсонизм или болезнь Альцгеймера, не лечатся). Большинство сохраняют только частичную способность к полной регенерации - например, волокна мышц, составляющие мышечную ткань, делиться не могут, однако мышца может восстановить их за счет своих особых слабоспециализированных сателлитных клеток, из которых митозом, слиянием и специализацией могут образоваться новые волокна.
Могут ли здоровые клетки делиться бесконечно?
Количество делений любой специализированной клетки ограничено: каждая клетка может поделиться определенное количество раз, - скажем, пятьдесят. Ограничение поддерживается специальными участками на концах молекулы ДНК - теломерами, которые по мере копирования ДНК постепенно разрушаются и укорачиваются до такой степени, что полноценное копирование невозможно, клетка получает сообщение об ошибках в митозе, перестает делиться и со временем умирает. Фермент под названием теломераза может удлинять теломеры, но лишь до определенной степени и в обычных специализированных клетках неактивен. Считается, что укорачивание теломер и активность теломеразы определяют старение. Сразу замечу для тех, кто хочет купить в интернете порошок теломеразы, принимать его по утрам и жить вечно - во-первых, не факт, что теломераза пролезет в ваши клетки и будет там активна, а во-вторых, вы точно не хотите, чтобы ваши клетки постоянно делились, а почему - об этом я расскажу ниже.
Еще один важный процесс, определяющий судьбу клетки - самоубийство, или апоптоз. Если клетка состарилась, или же чувствует, что что-то не так, то может саморазобраться на удобно упакованные мешки с мусором, которые благополучно усваиваются соседями или клетками иммунитета.
Откуда клетка знает, когда ей делиться, а когда - специализироваться?
Вопрос это довольно сложный, ибо все клетки организма имеют одну и ту же ДНК - помните, как в зиготе? Включение и выключение нужных генов, диктующих клетке чем заниматься - делением или специализацией - определяется сложносочиненными взаимодействиями между регуляторыми белками и генами. В большинстве случаев клетка получает информацию с поверхности внешней мембраны или внутренних отделов через рецепторы, информация передается по цепочке белков геному и клетка определяет, включать или выключать деление.
1. Факторы, тормозящие деление клетки:
а) Ошибки в копировании ДНК, или в самом процессе деления, то есть точного распределения двух копий ДНК по двум дочерним клеткам. И да, у клетки есть методы проверки и исправления этих ошибок, но иногда они не помогают. Так образуются мутации - повреждения генов, которые могут изменить, в частности, участки, ответственные за регулирование их работы (включение и выключение). Это особенно важно для понимания, как образуется опухоль - чувствуете, куда я клоню?
б) Соседство с другими клетками и контакт с основой ткани (подложкой). Если вокруг тесно и полно других клеток, деление тормозится и клетка начинает специализацию. Если клетка теряет контакт с основой, к которой ей полагается прикрепляться, деление тормозится и может начаться апоптоз.
в) Недостаток питания. Питание в ткани поступает по кровеносным сосудам, и если клетки расплодились слишком сильно, так, что теряют связь с капиллярами, выход у них один - апоптоз.
2. Факторы, стимулирующие деление:
а) определенные гормоны, например, гормоны роста - химические вещества, производимые гормональными железами и выделяемые в кровь. Вещества реагируют с рецепторами и запускают деление.
б) отсутствие клеток-соседей (например, травма или повреждение).
В нашем учебнике пишут, что за процессы деления-торможения-апоптоза отвечают более 170 генов (если кто-то из специалистов может назвать более точную цифру - пожалуйста, назовите). Одни гены могут быть спящими и ждать сигнала, чтобы запустить митоз, когда, например, клетка контактирует с гормоном роста, а другие - постоянно активными и тормозящими деление, чтобы предотвратить чрезмерное уплотнение клеток.
Ошибка в копировании ДНК - мутация
Как я уже заметил выше, ошибки при копировании ДНК случаются. Клетка может исправить их, а может и не заметить - и тогда ошибка станет узаконенным нарушением в структуре гена, или мутацией. Мутация копируется в дочерние клетки, и все потомство станет получать копии ДНК с мутированным геном. Многие мутации никак не влияют на работу генов, но для нас сейчас важно запомнить, что такая ошибка может сделать выключенный навсегда ген включенным, или наоборот - выключить постоянно активный ген.
Мутации могут случиться в любом участке ДНК, но к образованию опухоли приводят поломки в генах, ответственных за рост, деление и специализацию клетки, а также включение апоптоза. Генов этих, как написано выше, не один и не два, и неспроста - если в здоровой клетке мутация включит один из молчащих генов, ответственных за деление, то продукт другого гена почувствует повышенную плотность клеток вокруг и запустит апоптоз.
Опухоль - результат накопления нескольких мутаций
Опухоль не возникает за один день. Новообразование - результат многоступенчатого процесса, в котором клетка постепенно накапливает мутации, затрагивающие важные для регуляции митоза гены. В основе любой опухоли всегда всего одна клетка, которая накапливает критическое количество мутаций. Все вместе мутации отключают контроль за делением и клетка «слетает с тормозов». Накопление поломок - процесс небыстрый, и именно поэтому опухоли развиваются у людей в возрасте (или реже у младенцев, если какое-то количество мутаций было накоплено в ДНК гамет). Часто опухоли остаются доброкачественными - все зависит от количества и качества накопленных мутаций. Развитие каждой опухоли индивидуально и может быть быстрым, если мутации возникают в критических для деления генах, или медленным, если сначала мутируют гены, не играющие в контроле деления большой роли. Во многих злокачественных опухолях разного происхождения находят мутации в сходных генах. Все злокачественные опухоли развиваются по сходному принципу - сначала клетки теряют контроль над делением, перестают специализироваться и начинают вести себя как зигота и самые первые клетки эмбирона, а в конце развития болезни теряют контакт с изначальной тканью и проникают в другие ткани и органы. Обычно опухоль образуется по такой схеме:
1) Клетка перестает принимать сигналы плотности от соседей, сигналы от ростовых факторов или гормонов и делится в их отсутствии или в присутствии анти-ростовых факторов. Это может случиться при поломке, например, рецептора - он или связывается с гормоном так прочно, что подает сигналы беспрерывно, или изменяется так, что подает сигналы вообще без гормона.
2) Активизируется ген теломеразы - она производится в больших количествах и снимает лимит на 50 делений, отменяя старение.
3) Ломается механизм, запускающий апоптоз.
4) Клетка выделяет стимуляторы, которые обеспечивают рост капилляров в центр опухоли.
5) Ломается механизм, тормозящий деление в остутствии связи с подложкой. Это самая тяжелая стадия развития опухоли - клетки отрываются от родной ткани, путешествуют по кровотоку, прикрепляются в других органах и образуют дочерние опухоли (метастазы).
Поломки могут происходить в любом порядке, за исключением пункта 5 - обычно это финальная стадия развития злокачественной опухоли.
Рак - не прямое наследственное и не метаболическое заболевание (хотя предрасположенность - некоторые мутации в специфических генах - унаследовать можно, и тогда развитие опухоли пойдет быстрее и с несравнимо большей вероятностью), а результат длительного накопления определенных поломок. Путь развития каждой опухоли индивидуален, однако мутации в важных для контроля над митозом генах обнаруживаются в злокачественных образованиях самого разного происхождения.
Почему возникают мутации?
Сам процесс копирования ДНК не идеален. Ферменты, занимающиеся воспроизведением ДНК, совершают ошибки - нечасто, но совершают, потому что иногда мутации оказываются не вредными, а вовсе и полезными, и позволяют организму удачно размножиться, оставить потомство и сделать вклад в эволюционный процесс. Вредные мутации - к сожалению, неизбежный побочный эффект таких ошибок.
Некторые вирусы - например, ретровирусы (из известных - ВИЧ), могут вызывать перестройки генетического материала внутри молекулы ДНК, что также является мутацией. Известны несколько вирусов (например, Вирус Саркомы Рауса), которые содержат в себе специальный ген, принудительно включающий клеточное деление - инфекция такими вирусами стимулирует образование опухолей и ускоряет формирование рака.
Мутации могут также возникать под влиянием химических или физических агентов - мутагенов. Мутагены или напрямую нарушают структуру ДНК, или образуют свободные радикалы - особо активные окислители, вступающие в реакцию с составляющими блоками генов. Это солнечный и искусственный ультрафиолет, ионизирующее излучение (радиация; микроволны и радиоволны к нему не относятся), сигаретные смолы и вообще многие продукты горения,некоторые выхлопы вредных производств.некоторые чистые химические вещества (для которых мутагенная активность показана экспериментально, а не из списков, написанных людьми в шапочках из фольги).
Как лечат раковые опухоли?
Можно заблокировать деление клетки - этим занимается химиотерапия. Традиционное лечение заключается в ковровой блокировке митоза всех клеток, которые собираются делиться в настоящий момент - не только раковых, но и, например, клеток волосяных луковиц (волосы постоянно растут), клеток желудочного эпителия (он постоянно обновляется). Поэтому люди теряют волосы и вообще плохо себя чувствуют - цель химиотерапии убить всё что шевелится, а потом дать возможность восстановить убитое из того, что осталось.
Можно заблокировать рост капилляров и лишить опухоль питания, этим, например, занимается лекарство Авастин.
Облучение опухоли в высоких дозах напрямую разрушает ДНК до такой степени, что даже раковая клетка умирает.
Хирургическим способом можно удалить небольшую, еще не начавшую метастазировать опухоль и окружающие ткани.
Иммунная наша система сама по себе, как вы понимаете, в случае раковых заболеваний практически бессильна - просто не обучена атаковать свои же собственные клетки.
В современном мире существуют и специализированные лекарства, лечащие опухоли какого-то конкретного происхождения. Например, Gleevec лечит специфический вид лейкемии, а Herceptin - некоторые виды рака груди.
Терапию раковой опухоли можно подобрать индивидуально - проанализировать конкретного пациента, изучить, какие мутации произошли в опухоли, найти мишени на поверхности раковых клеток, и атаковать именно их специфическими антителами.
А что ученые?
Ученые изучают. Не только сам "рак", но и как работают гены, какие ферменты и другие белки регулируют их работу, какой рецептор как активируется, какой сигнал как передается и куда. Изучают апоптоз и образование кровяных сосудов - если раковые клетки ввести в апоптоз, то иммуная система справится с ними сама. Gleevec - результат такой направленной работы. Ищут специфические лекарства, блокирующие специфические поломанные рецепторы или мутировавшие гены, убивающие только опухолевые клетки, как Gleevec. Всё это - огромная работа, и каждая лаборатория, проработавшая, скажем, с одним белком или геном пять лет, добавляет в базу знаний только маленькую каплю. Прогресс, однако, весьма заметен и надеемся, что не остановится.
Что делать и как предотвратить?
Максимально растянуть процесс накопления мутаций: сократить в своей жизни количество свободных радикалов и оксидантов. Не усердствовать с солнцем и курением (лучше вообще бросить). Увеличить в жизни количество естественных блокаторов оксидантов - антиоксидантов, которыми являются красные, желтые, пурпурные и оранжевые пигменты растений, например. Это означает, что нужно есть побольше помидоров, тыквы, мандаринов, ягод и вообще всего растительного и ярко окрашенного. Обладающие антиоксидантной активностью каротиноиды, например, имеют свойство накапливаться в организме, например в жировой прослойке под кожей - там они защищают от ультрафиолета. Предпочтение лучше отдавать натуральным источникам антиоксидантов (овощам и фруктам), так как передозировка, возможная при приеме таблеток, скорее вредна, чем полезна.
Поменьше вестись на разные разводки с гомеопатией, установками для святой воды и торсионными полями - на сэкономленные время и деньги лучше купить себе малины и зеленого чая.
Вирусы, способные ускорять развитие рака, передаются половым путем или при переливании крови - тут вроде понятно что делать, чтобы не заразиться. От вируса папилломы, который может способствовать развитию рака шейки матки, существует прививка.
На ранних стадиях, пока опухоль не вышла за пределы ткани-родоначальника, большое количество онкозаболеваний хорошо излечивается!
Поэтому очень важна ранняя диагностика. Пройдите обследование, особенно если вы находитесь в группе риска (например, курите много лет, когда-то работали на вредном производстве без защиты или у близких родственников был рак - т.е. есть вероятность, что вы могли унаследовать некоторые начальные мутации).
Примерно так. Специалисты - пожалуйста, добавляйте или уточняйте.
Всем удачи и доброго здоровья.