Полная версия
Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни
Кэт Арни
Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни
Переводчик Мария Смирнова
Научный редактор Игорь Самойленко, канд. мед. наук
Редактор Андрей Захаров
Издатель П. Подкосов
Руководитель проекта А. Тарасова
Ассистент редакции М. Короченская
Арт-директор Ю. Буга
Корректоры Е. Барановская
Компьютерная верстка А. Ларионов
© Kat Arney, 2020
This edition is published by arrangement with Aitken Alexander Associates Ltd. and The Van Lear Agency
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2022
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
* * *
Посвящается
жизни, любви и утрате
Издание подготовлено в партнерстве с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» (при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова).
Фонд поддержки научных, образовательных и культурных инициатив «Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 году. Программы фонда направлены на стимулирование интереса к науке и научным исследованиям, реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкурентоспособности отечественных науки и образования, популяризацию науки и культуры, продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд организует образовательные и научно-популярные мероприятия по всей России, способствует созданию успешных практик взаимодействия внутри образовательного и научного сообщества.
В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает издание лучших образцов российской и зарубежной научно-популярной литературы.
Введение
«Рак начинается в тот момент, когда мутации, накопившиеся в клетке, запускают процесс ее бесконтрольного деления».
Не знаю, сколько раз я воспроизводила эту фразу в разных вариантах в течение своей карьеры публициста, пишущего о науке, включая двенадцать лет, проведенных мною в отделе по связям с общественностью в ведущей благотворительной организации, финансирующей изучение рака. За все это время я ни разу не задумалась о том, что эта фраза значит. Или о том, нет ли в ней ошибки.
Рак – заболевание, которое затрагивает каждого из нас. Даже если вам повезло и ни вы сами, ни ваши близкие не столкнулись с ним вплотную, рак остается глобальным недугом, от которого ежегодно умирают миллионы людей по всему миру. Ученые и врачи на протяжении тысячелетий пытались раскрыть причины возникновения этой болезни, ее последствия и способы лечения, но добиться сколько-нибудь заметного прогресса им удалось лишь во второй половине XX века. Сегодня около половины жителей Великобритании, у которых диагностирован рак, могут рассчитывать на то, что им, вопреки болезни, удастся прожить еще десять лет, а то и больше, и количество таких людей, скорее всего, в будущем только увеличится. Для оптимиста это стакан, который наполовину полон.
Мы уже знаем, как лечить рак. Вернее, нам известно, как лечить некоторые виды рака. Наилучший способ – обнаружить его как можно раньше и удалить с помощью высокоточного хирургического вмешательства до того, как он начнет распространять метастазы по всему организму. Эффективными могут оказаться лучевые методы; гормональная терапия тоже порой показывает высокую действенность, тормозя развитие рака молочной железы и предстательной железы, – если, конечно, провести ее вовремя. Многие виды рака крови удивительно хорошо поддаются химиотерапии, особенно у детей, а с помощью лекарств можно полностью вылечить рак яичек даже на поздней стадии. Новое поколение иммунных препаратов показало обнадеживающие результаты, хотя они помогают лишь одному из пяти пациентов, их принимающих. Тем не менее для большинства тех, кому не повезло и у кого болезнь уже пошла своим неумолимым ходом, вопрос меняется с «выздоровею ли я?» на «сколько мне осталось?». Иными словами, таких людей интересует не «если», а «когда».
С того момента, когда президент США Ричард Никсон бесславно провозгласил в 1971 году «войну с раком», наше положение практически не изменилось. Пытаясь отвлечь общественное внимание от войны во Вьетнаме и надеясь использовать энтузиазм, порожденный недавней высадкой астронавтов на Луну, Никсон санкционировал в течение десятилетия выделение миллионных ассигнований, обеспечивающих поиск лекарства от рака. Увы, как и в случае с Вьетнамом, он сильно недооценил своего врага. В 1986 году специалист по статистике Джон Байлар провел подсчеты, показавшие, что, несмотря на незначительные спорадические успехи, подавляющее большинство видов рака на поздней стадии по-прежнему не лечится. По словам этого ученого, официальную «войну с раком» следует воспринимать как «почти безусловный провал».
Несмотря на то что в борьбе с определенными видами рака – в первую очередь с меланомой – был достигнут несомненный прогресс, современная статистика фиксирует прежние закономерности. Бесспорно, все больше людей получают диагноз на ранней стадии, когда шансы на удачное лечение значительны, и это повышает общие показатели. Тем не менее выживаемость при метастатическом раке на поздних стадиях по-прежнему измеряется в основном месяцами или годами, а не десятилетиями.
Огромной проблемой остается то, что высокоточная хирургия и лучевая терапия практически бесполезны против стремительного течения болезни, а химиотерапия – слишком грубое оружие, принцип действия которого основан на более быстром уничтожении раковых клеток по сравнению с клетками здоровыми. Даже когда она срабатывает, опухоли почти неизбежно возвращаются – через недели, месяцы или годы, а каждый последующий курс лечения оказывает все более тяжкое воздействие на здоровье, причем с уменьшающейся отдачей. Оказывается, ту половину стакана, которая остается пустой, заполнить очень и очень трудно.
В начале XX века ученые, работавшие в только что основанном Имперском онкологическом исследовательском фонде, занимались лабораторным выращиванием мышиных раковых клеток, надеясь разгадать секрет их невероятной способности к самовоспроизводству. Специалисты были поражены неисчерпаемым, как казалось, регенеративным потенциалом изучаемых клеток. Руководитель программы Эрнест Бэшфорд, представляя в 1905 году ежегодный научный отчет благотворительной организации, финансировавшей эти работы, отмечал: «В условиях культивирования мышиная опухоль произвела количество ткани, достаточное для образования огромной мыши размером с сенбернара».
Сегодня мы обладаем более полной картиной того, что происходит, когда клетки сбрасывают молекулярные оковы. В цивилизованном многоклеточном сообществе вдруг появляются клетки-«мошенницы», которые бесконтрольно растут и делятся, словно издеваясь над нормальной жизнью. Одна клетка становится двумя, две превращаются в четыре, из четырех получаются восемь: со временем образуется многомиллионное скопище. Но они не останавливаются на этом. «Мятежницы» вторгаются в окружающие их здоровые ткани и повреждают их, одновременно заставляя иммунную систему – полицейские силы организма – смотреть в другую сторону. Они незаметно проникают в кровеносную систему, путешествуя по артериям и венам, оставляя за собой отколовшиеся группы и спящие клетки. При этом каждая из них действует, подчиняясь «еретическим» версиям наших собственных генов – того генетического руководства, которое сообщает клеткам, когда им делиться, чем становиться и когда умереть.
Согласно давнему убеждению, секрет избавления от рака в том, чтобы понять принципы работы дефектных генов и поврежденных молекул в опухолевых клетках. Это задача, которой небольшая армия ученых посвятила уже почти столетие и которая обошлась в миллиарды и миллиарды долларов. Исследователи добыли, расшифровали и проанализировали ДНК клеток, извлеченных из опухолевых и здоровых тканей тысяч онкологических больных по всему миру. Это бесчисленные фрагменты книги рецептов самой жизни вместе со встречающимися в ней «опечатками», которые, как считается, и обусловливают распространение рака. Тем не менее, вместо того чтобы внести ясность, собранные данные лишь убедительнее свидетельствуют о генетическом хаосе, царящем в опухолях.
В результате предпринятой работы мы научились видеть шрамы, оставленные в геноме табачным дымом или ультрафиолетовым излучением. У нас появилось подтверждение того, что биологические защитные механизмы, призванные оберегать наши клетки, способны давать сбои или даже напрямую вредить организму. Нами зафиксировано также наличие странных отметин неизвестного происхождения, которые в какой-то момент способны вдруг активироваться под воздействием поступающих извне вредных химических веществ или внутренних молекулярных процессов. Анализ ДНК выявил остатки разнообразных генетических повреждений, начиная с незначительных отклонений и заканчивая эпическими катастрофами, когда целые хромосомы разрушаются, а затем вновь восстанавливаются. Наконец, еще больше озадачивает осознание того факта, что ко времени достижения людьми среднего возраста даже в совершенно здоровых тканях обнаруживается множество мутировавших клеток, причем многие из них несут в себе то, что обычно классифицируется как раковые мутации.
Самое тревожное, однако, состоит в другом. Все эти исследования показали, что изменениям в геноме, превращающим отдельную клетку в злокачественную опухоль, чужда предсказуемость или стабильность. Иными словами, общего «гена рака» просто нет в природе; точно так же не существует и универсального «лекарства от рака». Генетический состав опухолей разнится от человека к человеку, и даже в миниатюрном ландшафте конкретной опухоли встречаются вариации повреждений генома. Каждый вид рака – генетическая мозаика, состоящая из клеточных групп, которые способны нести в себе геномные изменения и становиться из-за этого невосприимчивыми к лечению. И как только рак достигает определенного масштаба и разнообразия, рецидивы болезни делаются неизбежными.
Ученые начали рассматривать развитие рака в качестве миниатюрной модели эволюции, где клетки, накапливая новые мутации, по мере своего роста и распространения подвергаются естественному отбору – как и в великом древе жизни Дарвина. Именно здесь нам открывается другая безрадостная правда о биологии рака: по мере его развития в наших собственных телах с неизбежностью разворачиваются те же самые процессы, которые обусловили эволюцию жизни на этой планете.
Хуже того, факторами селективного давления оказываются и некоторые нацеленные на спасение жизни терапевтические подходы, которые, ликвидируя восприимчивые к лекарствам раковые клетки, позволяют иным раковым клеткам, лишенным такой восприимчивости, процветать. К сожалению, то, что не убивает рак, лишь делает его сильнее и, когда болезнь возвращается, ее уже не остановить. Неудивительно, что современные способы лечения бессильны против столь искушенного чудища.
Нам безотлагательно требуется новое, базирующееся на эволюционной реальности понимание того, как возникает рак и как ему можно противостоять. Нам необходимо лучше изучить виды враждебных клеток, развивающихся в опухоли, а также условия, в которых они живут, рассматривая их в качестве меняющихся со временем популяций, а не фиксированных совокупностей элементов, которые легко описываются простым перечислением мутаций. Рассуждая об организмах, которые в доисторических морях кембрия приобретали абсолютно новые свойства за относительно короткий период времени, немецкий биолог Рихард Гольдшмидт назвал их «монстрами, подающими надежды». Размышляя в аналогичном ключе, раковые клетки, которые бурно и быстро эволюционируют на протяжении жизни пациента, можно назвать «монстрами, преисполненными эгоизма». Подобно голоду или хищникам, оказывающим влияние на формирование видов, раковые клетки также задействованы в процедурах отбора, играя решающую роль в эволюционной драме экосистемы, каковой является наше тело.
В дивном новом мире, где каждый вид рака генетически уникален и способен преодолевать осложняющие его существование трудности, старые модели разработки лекарственных препаратов и проведения клинических испытаний уже не работают. Сегодня они превратились в безнадежно забюрократизированный бизнес, использующий все более сложные инструменты, но дающий все меньше отдачи. Но нам необходимо стать гораздо умнее, чтобы победить столь коварного врага. И мы наконец начинаем расшифровывать секретные правила, управляющие эволюцией рака, а также разбираться в экологии тех ландшафтов, в которых живут мятежные клетки. В итоге крепнет надежда на то, что мы сумеем использовать накопленные знания, чтобы предугадать и расстроить их планы, умело манипулируя самими эволюционными процессами, которые направляют бурный рост опухоли.
В январе 2019 года, когда я работала над первым вариантом этой книги, в ленте моего аккаунта в Twitter появилась громкая новость о том, что израильская биотехнологическая фирма якобы разработала лекарство от всех видов рака, которое станет доступным в течение года. Но, несмотря на легковерные ретвиты и многочисленные комментарии в СМИ, новая терапия, как выяснилось, тестировалась лишь на мышах, а ее эффективность не подтверждалась никакими клиническими испытаниями. Это позволяет предположить, что сенсационное заявление было призвано облагодетельствовать не столько онкологических больных, сколько акционеров компании. Как и следовало ожидать, год спустя «чудесное лекарство» все еще находилось в разработке, не вылечив ни одного пациента.
Возмущает то, что статьи, разоблачающие такого рода «чудотворные» препараты, удостаиваются обычно гораздо меньшего внимания, чем сама подобная чепуха. Проблема эта, разумеется, не нова. В 1904 году сэр Дарси Пауэр, хирург из госпиталя Святого Варфоломея в Лондоне, опубликовал гневную статью в British Medical Journal, в которой обрушился на шарлатанское средство от рака, рекламируемое немецким доктором Отто Шмидтом. При этом он отмечал, что бесполезное лечение, предлагаемое Шмидтом, «получило большее распространение, чем хотелось бы, поскольку о нем пространно написала Daily Mail».
Нам хочется верить, что существует Лекарство от рака; это понятие, которое подразумевает полное уничтожение болезни, прочно утвердилось в нашем культурном сознании. Мы хотим верить, что время, деньги, труды, боль и потерянные жизни шаг за шагом приближают нас к открытию такого лекарства. Нас легко соблазнить разговорами о ноотропных препаратах, волшебных пилюлях и прочих чудесах. Поэтому переход к новой, эволюционно-экологической модели осмысления рака потребует изменения в самом образе мышления, причем не только ученых и медиков, но также пациентов и публики, ибо долгожданное решение может оказаться совсем не таким, как ожидалось.
Эта история не о раке. Это рассказ о жизни. Я хочу показать, что рак – не какая-то современная болезнь человечества, а нечто такое, что встроено в фундаментальные процессы биологии. Мы увидим, что бунт раковых клеток уходит корнями в сами первоисточники многоклеточной жизни, туда, где зарождались упорядоченные клеточные структуры, из которых, в свою очередь, вышли клетки- «мошенницы». Оглянувшись назад, на столетнее изучение онкологических заболеваний, мы увидим, как ученые постепенно раскрывали генетические секреты рака, обретая знание, которое было одновременно и революционным, и дезориентирующим. Мы узнаем, каким образом те же силы эволюции, которые формируют впечатляющее разнообразие жизни на Земле, проявляют себя и на уровне мятежных клеток. Кроме того, мы поймем важную вещь: если мы хотим победить рак, то придется научиться взаимодействовать с этими «мятежницами», а не выступать против них. И хотя отрицать собственную биологию невозможно – никто не способен жить вечно, мы с нетерпением будем ждать будущего, в котором любой человек, узнав, что у него рак, следом услышит: «Не волнуйтесь, мы знаем, что делать».
1
Начнем с самого начала
Все начинается с единицы.
Несмотря на то что приблизительно 3,8 млрд лет назад в первичном бульоне плавало много других похожих объектов, клетке LUCA[1] повезло больше остальных. Возникшая в жаркой, темной и душной среде вокруг древних глубоководных гидротермальных источников, LUCA была простой клеткой, подобной бактерии, которая каким-то образом сумела накопить компоненты, необходимые для независимого существования: весь набор молекулярных механизмов и генетических инструкций, позволяющих производить энергию, поддерживать метаболизм и, самое главное, воспроизводиться.
Одна клетка стала двумя. Две – четырьмя. Из четырех получилось восемь – и так далее, и так далее, и так далее. И вот теперь, миллиарды лет спустя, есть мы. Каждая клетка нашего организма, каждая клетка дерева за окном, каждая клетка щегла, который щебечет на его ветке, каждая клетка колонии бактерий, притаившихся в вашем унитазе, через непрерывную цепочку клеточных делений ведет свое происхождение от LUCA. Этот процесс клеточного воспроизводства является основным двигателем, обеспечивающим изобилие жизни на Земле. Именно он превращает желудь в дуб, комок дрожжевого теста – в воздушную буханку хлеба, оплодотворенную яйцеклетку – в младенца, а раковую клетку – в смертоносную опухоль.
Древнее и современное
Узнав о том, что у него рак, человек чаще всего спрашивает: «Почему я?» Но мой первый вопрос будет иным: «Почему мы?»
Постоянно сталкиваясь с заголовками, которые кричат о неуклонном росте заболеваемости раком, легко впасть в заблуждение, предполагающее, будто рак – недавно появившееся заболевание, вызванное нашим нездоровым образом жизни. Однако с учетом того факта, что рак поражает представителей практически всех видов многоклеточных организмов, приходится признать, что это просто не соответствует действительности.
В октябре 2010 года, когда я работала в отделе по связям с общественностью благотворительной организации Cancer Research UK, Манчестерский университет выпустил пресс-релиз, посвященный научному обзору из журнала Nature Reviews Cancer, который был написан двумя учеными, Розали Дэвид и Майклом Циммерманом. Эти специалисты пришли к выводу, что, поскольку рак редко встречается в клетках египетских мумий и других древних останков, его следует считать полноценным продуктом современности, в появлении которого нам надо винить лишь себя самих. Неудивительно, что эта история произвела фурор в средствах массовой информации. Она быстро разошлась в прессе и в интернете, что побудило меня написать пост для блога моей благотворительной организации, в котором утверждалось, что подобные заявления не только запутывают дело, но и глубоко ошибочны.
Во-первых, если какое-то явление встречается редко, то это не значит, что его не существует. У нас нет возможности выяснить, в какой степени частота обнаружения раковых тканей в археологических находках отражает состояние здоровья населения соответствующих регионов. Обзавестись точной статистикой заболеваемости раком среди давно исчезнувших человеческих популяций практически невозможно, особенно если учесть относительно небольшую долю останков, обнаруженных с древнейших времен, в сопоставлении с численностью жившего когда-то народонаселения. Более того, рак – недуг, который чаще поражает пожилых, причем заболеваемость резко возрастает после шестидесяти лет. Многим современным популяциям посчастливилось избежать напастей, которые рано сводили в могилу наших предков, таких как инфекционные заболевания, плохое питание, смерть при родах и в целом дурные условия существования. Однако по мере роста средней продолжительности жизни по всему миру возросли и шансы человека дожить до того возраста, когда рак становится проблемой.
В Древнем Египте богатые и сытые доживали до пятидесяти, а то и больше, но беднякам очень везло, если им удавалось перевалить хотя бы за тридцать. В Англии XV века мужчинам можно было надеяться дожить в среднем до пятидесяти, в то время как женщины доживали лишь до тридцати или около того: по всей видимости, это определялось высокой смертностью рожениц. Хотя нынешние археологи неплохо умеют определять возраст обнаруженных ими останков, оценивая состояние зубов и костей, а также находившихся в захоронениях артефактов, очень трудно построить стандартизированную по возрасту кривую заболеваемости раком для людей, которые покинули наш бренный мир тысячи лет назад.
Во-вторых, большинство археологических образцов не более чем скелеты. И хотя некоторые виды рака оставляют следы на костях, другие чаще всего поражают лишь внутренние органы. С моей точки зрения, тот факт, что у некоторых мумифицированных тел, чьи мягкие ткани сохранились, были обнаружены опухоли, никак не позволяет говорить о «крайней редкости» подобных случаев. Бесспорно, это заболевание было распространенным, а иначе врачи Древнего Египта, Рима и Греции не упоминали бы о нем. Например, греческий врач II века Гален писал: «Порой нам встречаются опухоли в груди… Эту болезнь мы нередко излечивали в начале, но, если опухоль разрасталась до внушительных размеров, обойтись без хирургического вмешательства было невозможно». Как будет сказано ниже, к настоящему моменту задокументировано более 275 разновидностей онкологических заболеваний, от которых страдали люди, жившие до наступления XX столетия, включая как крайне редкие детские опухоли, так и более распространенные виды рака. Причем это лишь те вариации, о которых мы знаем. Но сколько пациенток Галена, страдавших от рака молочной железы, навсегда потеряны для истории из-за того, что до нас не дошли ни физические, ни письменные свидетельства их существования?
Кстати, упоминавшийся выше обзор из Nature Reviews Cancer был гораздо более сдержанным, чем последующие отклики на него, публикуемые в прессе. Майкл Циммерман – уважаемый ученый, который тщательно изучает опухоли у мумий, и в статье подробно рассказывается об археологических и культурных свидетельствах, подтверждающих существование рака в древности. Можно бесконечно дискуссировать о том, входят ли они в категорию «редких случаев», но куда более спорным мне показался оригинальный пресс-релиз университета, в котором приводилось следующее высказывание Розали Дэвид: «В естественной среде ничто не может вызвать рак. Следовательно, это заболевание, спровоцированное действиями самих людей, от загрязнения ими окружающей среды до трансформации пищевого поведения и образа жизни в целом».
Извините, но это не так. Далекое прошлое человечества отнюдь не было утопией, где торжествовал здоровый образ жизни. Как будет показано в последующих главах, хотя современные привычки, бесспорно, увеличивают риск развития рака, естественная среда изобилует теми субстанциями, которые способны его вызывать, начиная с вирусных и инфекционных заболеваний и заканчивая пищевой плесенью и натуральными химикатами растительного происхождения (пусть даже «органическими»). Во многих частях планеты, особенно там, где есть вулканические породы, из-под земли просачивается радиоактивный газ радон – это происходит в силу естественных причин. Считается, что именно он ответственен за необычайно высокий уровень заболеваемости раком, выявленный при изучении останков поселян, живших на территории современных юго-западных штатов Америки около тысячи лет назад. Солнце каждый день щедро купает нас в провоцирующем рак ультрафиолетовом излучении. Канцерогенными соединениями насыщены сажа и дым, производимые открытым огнем, который используется людьми для приготовления пищи и обогрева на протяжении тысячелетий; особенно ядовитыми эти субстанции становятся в замкнутых пространствах, подобных пещерам или кухням. Что же касается детских онкологических заболеваний, то они в основном не связаны с факторами окружающей среды, возникая из-за радикального сбоя естественных процессов развития (см. гл. 5).