Для здоровья:

Старение: возможные пути к победе над раком

1297 0
Старение: возможные пути к победе над раком
Прежде всего вспомним, что одна из причин удивительного коварства рака - широкое разнообразие потенциально вызывающих его мутаций.

Решающим шагом на пути превращения здоровой клетки в злокачественную может стать поломка любой из многочисленных систем, защищающих нас от этого процесса, например мутация, ведущая к образованию дефектного белка-супрессора опухоли при клеточном старении или апоптозе, к избыточной выработке клеточных рецепторов для ростовых сигналов, к реактивации отключенного гена, кодирующего теломеразу.

Как и в случае других причин смерти от старости, сформированный эволюцией уровень защиты от потенциально канцерогенных мутаций ограничен расходами на создание и поддержание соответствующих механизмов.

С одной стороны, нет смысла, образно говоря, класть все яйца в одну корзину, делая организм таким устойчивым к процессам старения, что он сможет оставаться молодым и здоровым пару сотен лет, если у него слишком велики шансы умереть от голода, холода, инфекции или стать чьим-нибудь обедом уже на третьем десятке.

Лучше направить ограниченные ресурсы на утепление шерсти, увеличение когтей или на укорочение беременности. С другой стороны, животному все-таки нужно сохранять свою внутреннюю интактность весь период, на протяжении которого он, исходя из статистического ожидания, способен успешно противостоять внешним опасностям, поскольку каждый год здоровой молодости повышает вероятность передачи его генов следующему поколению.

Сталкиваясь с такими противоречивыми приоритетами, естественный отбор старается создать достаточно надежный механизм защиты от потенциально канцерогенных мутаций, действующий как минимум все те годы, когда особь с высокой вероятностью переживает суровые зимы, войны и нападения хищников. Однако именно из-за коварства рака, к развитию которого ведет множество альтернативных мутаций, организм не может позволить себе быть особенно разборчивым в выборе нуждающихся в защите генов. Единственный эффективный способ противораковой обороны - забота об интактности всей ядерной ДНК.

Вот почему ее возрастные мутации такая редкость. Вот почему клетки снабжены такой совершенной системой репарации ДНК, охватывающей все их гены, несмотря на то, что влияние подавляющего большинства мутаций на общее состояние организма ничтожно. Эволюция идет на дополнительные страховочные расходы, хотя, казалось бы, ей достаточно было бы потратиться лишь на защиту немногих, важнейших для предотвращения канцерогенеза генов.

Из приведенного выше анализа следует, что для разработки комплекса мер, достаточных для первого существенного продления человеческой жизни, нет необходимости заниматься всеми мутациями. Диапазон проблем, создаваемых ядерными мутациями, на нынешнем этапе гораздо уже, нежели принято думать.

На протяжении типичной для современного человека жизни подавляющее большинство накапливающихся с возрастом ядерных мутаций практически безвредно: скорость их накопления недостаточна для существенного вклада в функциональное старение нашего организма. Однако, к огромному сожалению, мы вынуждены считаться с весомейшим исключением из такого правила - раком. Значит, в принципе, мы могли бы попросту игнорировать ядерные мутации, но только если бы смогли отыскать эффективный способ защиты от этой смертельной болезни.

Ставка очень высока. Рак - главное препятствие на пути к созданию безвозрастного организма. Мы можем сбросить молекулярные оковы конечных продуктов гликирования, освободить наш мозг и сердце от амилоидной паутины, очистить от мусора лизосомы и т.п., но, не справившись с этой единственной болезнью, будем в большинстве случаев умирать на девятом десятке.

Если вы следите за появляющимися в популярной прессе сводками с фронтов войны против рака, возможно, он тревожит вас гораздо меньше, чем следовало бы. Средства массовой информации вместе с регулярно мелькающими в них учеными и бюрократами любят трубить о любых успехах (точнее говоря, о малейших намеках на успех) в борьбе с этой патологией.

Появляется так много сообщений о новых потенциальных способах ее лечения, что вполне может возникнуть впечатление о нашей близкой и окончательной победе над раком. Это в первую очередь относится к прицельной противораковой терапии, которая в принципе (по крайней мере, в перспективе) намного эффективнее и безопаснее хирургических операций, токсинов и облучения, десятилетиями остававшихся главными средствами онкологических клиник.

И вы не одиноки в своем заблуждении, которое разделяют даже серьезные ученые. В 2003 никто иной, как доктор Эндрю фон Эшенбах, директор Национального онкологического института (НОИ) США, заявил об амбициозной, но (по его мнению) вполне реалистичной задаче своей организации - к 2015 избавить человечество от вызываемых раком смертей и страданий.

Доктор фон Эшенбах не просто озвучил свои сладкие грезы: он набросал четкую схему прогресса мировой онкологии - во главе с НОИ - на ближайшие десять лет с хвостиком. Более того, это стало официальной программой его института, так называемой "Задачей-максимум на 2015". Она получила настолько широкую огласку, что обычно упоминается просто как "2015" - по аналогии с волновавшей нас в свое время компьютерной "Проблемой 2000".

Эта задача совершенно невыполнима - и возникла она только из-за того, что кто-то проглядел слабые места в постулатах, на которых она основана. Во-первых, ее авторы прямо признаются: "Речь не идет о 'лечении' рака, а скорее о профилактике многих его типов и контроле над остальными, который бы позволил людям жить с ними, не опасаясь скорой смерти от этой причины".

Вполне оправданная медицинская цель (при условии ее выполнимости): если держать рак в узде, как, например, взрослый диабет (2-го типа) или СПИД, когда болезнь присутствует в организме, но проявляет себя настолько слабо, что пациенты ведут вполне нормальную жизнь, множество людей избавилось бы от физических и моральных страданий.

Однако рак принципиально отличается от этих патологий, поскольку его хронический "контроль" невозможен. Диабет и, скажем, гипертонию удается удерживать в безопасных для жизни и практически бессимптомных рамках именно потому, что речь идет о более или менее стабильных состояниях. И напротив, рак страшен своей непрерывной эволюцией: это кладезь генетической изобретательности, постоянно находящий новые, все более хитрые способы ускользнуть от наших попыток его контролировать. Подходить к нему как к хронической болезни - значит, полностью игнорировать основы естественного отбора.

Раковым клеткам свойственна поразительная генетическая нестабильность, в значительной степени вытекающая из того, что почти во всех случаях патогенез начинается с мутационного отключения одного или нескольких "стражей генома", т.е. генов, отслеживающих мутации и запускающих либо процесс репарации ДНК, либо программы клеточного старения или апоптоза. Без такого непрерывного надзора и текущего ремонта все случайные генетические дефекты, ежедневно возникающие в наших клетках, становились бы полномасштабными мутациями, причем процесс шел бы по нарастающей по мере порчи все большего количества регуляторных генов.

Многие из этих мутаций для раковой клетки летальны, но некоторые позволяют давать жизнеспособное потомство, отличное и от родителя, и от своих злокачественных кузенов внутри той же опухоли. И тут в игру вступает естественный отбор. Раковые клетки по определению размножаются сногсшибательными темпами. Они вышвыривают своих ублюдочных потомков в мир, где выживают наиболее приспособленные.

Иммунная система или онкологи вскоре набрасываются на опухоль, целясь в уязвимые места метаболизма раковых клеток: например их зависимость от определенных ростовых факторов, необходимость в реактивированном гене теломеразы или повышенную потребность в фолиевой кислоте. Однако клетки одной и той же опухоли удивительно разнообразны: у каждой из них свой уникальный набор нормальных и аномальных генов.

В результате как минимум некоторые из этих клеток способны переживать любой конкретный тип атаки - благодаря способности обезвреживать определенные токсины или альтернативному способу поддерживать свою плодовитость при блокировке обычного пути трансдукции стимулирующего ее сигнала.

Таким образом, в конечном итоге неэффективной оказывается даже терапия, убивающая 99% клеток данной опухоли. Где-нибудь в глубине ее уже наверняка возник неприметный до поры до времени родоначальник "линии" злокачественных клеток, несущих мутацию, которая позволяет им выдерживать воздействие, уничтожающее всех их сородичей. Стремительное размножение таких мутантов продолжается, несмотря на терапию, или возобновляется, когда ее прерывают или отменяют, поскольку пациент больше не в силах выдерживать стресс, связанный с лечебными процедурами.

Иными словами, часть раковых клеток проходит отбор на выживание, осуществляемый тем самым фактором, который предназначался для их истребления. Когда мы обнаружим на прежнем месте новую опухоль, мы примем ее за рецидив уже "уничтоженного" рака и снова используем достаточно эффективную в прошлом терапию. Однако теперь она окажется бессильной. Правильно говорят: нельзя перехитрить эволюцию.

Как заставить рак увять

Необходимо было разработать терапию, способную избавить нас от клинических проявлений рака на протяжении периода эффективного действия других методов SENS, защищающих организм от прочих возрастных патологий. Приведенные выше рассуждения сразу же исключали все известные на сегодняшний день подходы, заставляющие врачей вести бесконечные битвы против врага, на стороне которого выступают неумолимые силы эволюции. Воюя современным оружием, человек может выигрывать отдельные сражения, но никогда не добьется окончательной победы.

Чтобы победить рак, нужна терапия, не связанная с воздействием, позволяющим его клеткам выжить благодаря мутационному изменению генной экспрессии. Следовательно, наш подход должен основываться на трех принципах. Во-первых, надо блокировать доступ раковых клеток к какому-то инструменту, абсолютно необходимому для выживания любого их типа, чтобы они не могли компенсировать эту утрату путем использования альтернативного метаболического пути, появляющегося в результате мутации.

Во-вторых, этот инструмент должен быть устранен способом, исключающим возможность его мутационного восстановления. В-третьих, надо, чтобы отсутствие такого инструмента не сказывалось на состоянии нормальных, нераковых клеток.

Во всех трех случаях речь идет о теломеразе. Наша ДНК изначально снабжена концевым "бессмысленным" (не кодирующим) участком. Он называется теломерой и по отношению к генам играет ту же роль, что и короткий пустой отрезок в начале магнитной ленты с музыкальной записью. Он нужен исключительно для соединения носителя информации с воспроизводящей ее системой (кассетой или участвующими в репликации ДНК молекулами). Без такого отрезка часть информации (начало музыки или концевого гена) была бы недоступной для "считывания".

Одно из ключевых отличий теломеры от начала магнитной ленты в том, что с лентой, сколько ее ни прокручивай, ничего не происходит, а теломера при каждой репликации ДНК слегка укорачивается, а вдобавок может повреждаться различными агентами, например свободными радикалами. Если бы не было теломеразы, теломера в часто делящихся клетках рано или поздно полностью исчезла бы и началась бы эрозия собственно генов. Этот фермент периодически удлиняет "бессмысленный" участок ДНК, не давая ему становиться слишком коротким.

Как и в случае всех наших генов, кодирующая теломеразу ДНК присутствует во всех наших клетках. Однако, поскольку большинство их, если и делится, то редко, этот фермент им не нужен, и его ген в них инактивируется. Такое широко распространенное отсутствие необходимости в теломеразе используется эволюцией как один из ключевых компонентов нашей системы противораковой защиты: ограниченность размеров и невозможность восстановления теломер не позволяет нормальным клеткам делиться неограниченно долго. А именно эта способность лежит в основе злокачественного роста.

Чтобы клетка стала собственно раковой, в ней должно накопиться от пяти до десяти определенных мутаций, а это статистически требует множества делений и естественного отбора (если потенциально канцерогенных мутаций меньше, они лишь повышают генетический риск перерождения, приводя к предраковому состоянию). Арифметика дальше сложная, но, согласно сложившемуся консенсусу, угроза для здоровья возникает минимум после 200-300 делений раковой клетки, хотя клинически значимая опухоль содержит "всего лишь" триллион (миллион миллионов, 1 000 000 000 000) клеток, а такое их количество набирается уже примерно через 40 делений их предшественницы, содержащей все раковые мутации.

Чтобы опухоль стала в полном смысле злокачественной (а не локализованной, когда ее нетрудно удалить хирургически), т.е. активно прорастала в окружающие ткани и распространяла по всему организму свои фрагменты, способные давать вторичные очаги роста (метастазы), лихорадочное деление раковых клеток должно продолжаться гораздо дольше. Такое бурное их размножение является также одной из главных причин устойчивости рака к лечению - оно обеспечивает эволюцию новых метаболических путей, позволяющих противостоять всевозможным агрессивным воздействиям.

В свете вышесказанного неудивительно, что мутации, освобождающие теломеразу от блокады, подавляющей ее активность в нормальных клетках, обнаружены более чем в 90% раковых клеток. Остальные 10% тоже умеют восстанавливать свои теломеры с помощью еще плохо понятного механизма их альтернативного удлинения (АУТ), который будет обсуждаться ниже. В любом случае, без такой способности размножение потенциально злокачественной клетки быстро остановится, приведя к возникновению крошечной (и обычно недолговечной) бородавочки, а не смертельно опасной болезни.

Значит, сумев вырвать этот инструмент из рук рака, мы заставили бы все его зачатки в организме "увядать" задолго до развития жизнеугрожающих опухолей. Фактически многие из них не успевали бы даже стать собственно раковыми, поскольку не имели бы возможности накопить весь спектр мутаций, необходимых для появления у клеток способности к неограниченному размножению.

Конечно, я не первый до этого додумался. Несколько биотехнологических компаний и, прежде всего, "Герон", сделавшая себе имя как раз на исследованиях теломеразы, работают над созданием противораковых средств, обеспечивающих инактивацию этого фермента. Однако такие медикаменты страдают тем же недостатком, что и любые другие подходы, связанные с лекарствами, изменяющими генную экспрессию. Они играют роль факторов естественного отбора, стимулирующего эволюцию болезни.

Ингибитор теломеразы убил бы те раковые клетки, в которых полностью подавил бы ее работу (и где не действует механизм АУТ), но не подействовал бы на другие - с мутациями, позволяющими удлинять теломеры в новых условиях. А возможностей для этого предостаточно: например повышенная активность самой теломеразы или ферментов, обезвреживающих ингибитор, или, скажем, изменение белков на поверхности клетки, затрудняющее проникновение внутрь нее лекарства. Каким бы ни был механизм, если он обеспечит выживание хотя бы одной клетки, останется реальная угроза возобновления ракового роста, на который данный медикамент уже не подействует.

Лечить человека наполовину нет смысла. Если мы, действительно, хотим лишить раковые клетки доступа к теломеразе, мы должны стереть в них саму память о ней.

Конечно, эволюция может создать такой ген заново, однако это потребует очень много времени. В самом деле, крайне немногие эволюционные изменения ведут к появлению новых генов или даже к утрате старых - именно в связи со сложностью такого процесса. Гораздо чаще в ходе эволюции меняются механизмы, регулирующие работу прежних генов, или функции кодируемых ими продуктов. Например, хрусталик глаза образован прозрачными упругими белками, кристаллинами, которые, казалось бы, возникли с единственной целью - фокусировать свет на сетчатке.

Однако в нервной системе асцидии аналогичная структура входит в состав органа, воспринимающего гравитацию, т.е. определяющего, где верх и где низ. Соответствующий ген, естественно, присутствует во всех клетках ее тела, но в подавляющем большинстве из них не работает. Вероятно, мутация в "предглазной" клетке нашего предка обеспечила его экспрессию и синтез прозрачного белка на новом месте, удобном для восприятия света. А в наших клетках нет сходных с теломеразным генов, которые готовы быстро заместить его путем мутаций - для нужд ракового роста.

Значит, делеция гена теломеразы - в отличие от его ингибирования - почти наверняка быстро остановит рост опухоли (правда, остается еще альтернативное удлинение, но это не страшно). Должен существовать способ, позволяющий провести такую операцию только в раковых клетках.

Можно сделать это в большинстве раковых клеток, но только не во всех - по тем же самым эволюционным причинам, о которых уже не раз говорилось. Любое оружие, нацеленное исключительно на раковые клетки, должно отличать их от нормальных. Соответствующая разница связана с генами. Значит, слишком велика вероятность появления мутантной субпопуляции раковых клеток, не отличимых - для нашего оружия - от нормальных.

Единственный радикальный способ лишить каждую раковую клетку теломеразного гена - устранение его из всех клеток организма. Заодно, естественно, нужно полностью уничтожить в нем и механизм АУТ, которым пользуется меньшинство раковых клеток, не нуждающихся для бесконечного размножения в теломеразе. Соответственно терапевтическая задача сформулирована как "Запрет на удлинение теломер во всем теле" (ЗУТВТ).

Удаление теломеразы из каждой клетки нашего организма исключило бы возможность рака, не дав ему даже начаться. Полное отсутствие возможности удлинять теломеры по всему нашему организму тоже создало бы жизнеугрожающую ситуацию, поскольку внезапно резко ограничило бы продолжительность регулярного деления нормальных клеток (например, кожи, костного мозга, слизистой оболочки кишечника), т.е. обновления образуемых ими тканей.

Как только мы полностью лишимся теломеразы, неумолимо затикают часы. Укорочение теломер при каждом делении стволовых клеток станет приближать момент их перехода в покоящееся (стареющее) состояние, а в результате и нашей смерти. В самом деле, утрата этими клетками своей главной функции приведет к постепенной дегенерации тканей из-за утраты их способности к обновлению.

Короче говоря, по моим расчетам, делеция гена теломеразы по всему организму должна примерно через 10 лет привести к его гибели.

Но погодите - SENS уже предлагает решать проблему "нормальной" возрастной дегенерации тканей с помощью пересадки стволовых клеток. Нужно только использовать для этого клетки, принципиально не способные к удлинению теломер, т.е. к раковому перерождению. А создание такого безопасного трансплантационного материала - задача генных инженеров.

Очевидно, эти стволовые клетки тоже со временем перестанут делиться (когда израсходуются их теломеры), но речь идет о стандартной ситуации, характерной для любого процесса старения. Биоинженеры знают, что для избавления организма от страданий и смерти, связанных с возрастной дегенерацией тканей, вовсе не обязательно бороться с малейшими признаками клеточных и молекулярных дефектов. Ими в некоторой степени поражено даже тело двадцатилетнего человека, и с каждым днем жизни уровень такого поражения возрастает.

Однако найти серьезную разницу в здоровье следящих за собой людей 25 и 35 лет затруднительно - в этих хронологических пределах количество возрастных дефектов еще не достигает порога, за которым начинаются функциональные нарушения. Пока мы удерживаемся на этом уровне, мы остаемся биологически юными. Значит, используя для пересадки стволовые клетки с достаточно длинными теломерами (и без гена теломеразы), можно позволять им со временем теряться за счет старения, апоптоза и различных повреждений, а потом просто пополнять ткани очередной партией таких же клеток, не дожидаясь, когда функция данной ткани ухудшится.

Необходимость в регулярных терапевтических вмешательствах в этом случае - ситуация, аналогичная периодическим приемам расщепляющих конечные продукты гликирования (КПГ) агентов или очисткам организма от анергических Т-клонов. Пропустив прием любого лекарства, вы рискуете столкнуться с неприятными последствиями. Соблюдайте график противовозрастных процедур, и будете бесконечно долго оставаться молодыми и здоровыми.

Последний совет особенно важен в случае моего способа защиты от рака, поскольку, чтобы избежать смерти от бесконтрольного размножения его клеток, нам необходимо опасное для жизни "повреждение" всего организма (делеция гена теломеры). Значит, надо точно определить срок службы каждого типа клеток и своевременно обеспечивать их замену. Иначе неизбежны проблемы, о которых лучше даже не задумываться.

Фактически же делеция гена теломеразы, ограничивая число делений наших стволовых (и образуемых ими зрелых) клеток, приносит нам дополнительную противораковую и противовозрастную пользу. Несмотря на широко распространенное мнение о том, что возрастные мутации ДНК возникают главным образом в результате ее повреждения внешними агентами типа свободных радикалов, радиации и мутагенных химикатов, на самом деле в большинстве случаев это следствие ошибок при копировании генетической информации при клеточном делении.

Кроме того, хотя данный факт в популярной литературе почти никогда не упоминается, источником рака обычно становятся не зрелые, а стволовые клетки с регулярными делениями и активным теломеразным геном, т.е. наиболее уязвимые для поломки тормозов, сдерживающих бесконтрольную пролиферацию. (Собственно говоря, именно осознание этого в 2001 и привело меня затем к формулировке концепции "Запрета на удлинение теломер во всем теле" (ЗУТВТ).) Ограничив количество делений наших стволовых клеток до их гибели, мы снижаем количество потенциально накапливаемых ими мутаций, а, следовательно, и риск появления их сочетания, вызывающего злокачественное перерождение.

star20.jpg
Рисунок 1. Влияние на прогноз рака его традиционного лечения (на поздней стадии) (Б), делеции гена теломеразы (В) и делеции гена теломеразы с пересадками стволовых клеток (Г)

Это был бы сокрушительный удар по раку. Ни одна опухоль отныне не достигала бы клинически значимой стадии. В худшем случае могли бы возникать небольшие, остановившиеся в росте скопления аномальных клеток, причиняющие нам не больше неприятностей, чем маленькие кисты или бородавки. А наши нормальные ткани оставались бы практически интактными при условии их регулярного обновления стволовыми клетками.

Что будет, если убрать теломеразу

Одно из них очевидно. Речь идет об устранении гена, который как минимум присутствует во всех наших клетках, хотя постоянно отключен в тканях, где они прекратили делиться, например мускулатуры, сердца и головного мозга. По крайней мере, для них утрата такого гена (точнее говоря, любого из пары генов, кодирующих теломеразу, поскольку она состоит из двух субъединиц) не будет сопряжена с какими-либо проблемами. Однако теломераза синтезируется и используется (строго контролируемо) многими другими клетками, которым необходимо регулярное деление, прежде всего стволовыми. К чему приведет утрата ими этого фермента?

К счастью, тут мы можем ориентироваться на надежные данные, полученные на двух моделях: мышах, лишенных методами генной инженерии одной из двух субъединиц теломеразы, и людях с генетической патологией, называемой врожденным дискератозом (ВДК). Картина вырисовывается весьма оптимистическая.

В отличие от людей мыши рождаются с такими длинными теломерами, что на протяжении всей жизни в теломеразе не нуждаются (это, вообще говоря, делает их очень неудобной моделью для изучения человеческого рака), хотя она и работает. В результате, лишившись этого фермента, они могут передавать свои постепенно укорачивающиеся теломеры нескольким поколениям потомков без каких-либо последствий для их здоровья. В конце концов, появляются симптомы, связанные с отсутствием стволовых клеток, прежде всего в интенсивно обновляющихся тканях. Животные становятся стерильными (прекращается выработка сперматозоидов), их кожа и пищеварительная слизистая истончаются и снижают прочность.

Как ни парадоксально, у них развивается множество раковых опухолей, что на первый взгляд, кажется откровенным плевком в лицо всей моей концепции. Однако это лишь одно из свидетельств ограниченной пригодности мышей для моделирования человеческой онкологии. Во-первых, хотя их теломеры достаточно коротки для подавления пролиферации стволовых клеток, их длины все же хватает для опасного ракового роста. Просто сами мыши настолько невелики, что опухоли, слишком мелкие для клинических проявлений у человека, могут мешать работе их органов и расходовать недопустимо много жизненно важных ресурсов организма.

Во-вторых, у этих животных сравнительно легко активируется альтернативное удлинение, т.е. отсутствие теломеразы не гарантирует им неспособности восстанавливать теломеры. Впрочем, хитроумное сочетание делеции гена теломеразы с другими мутациями может во многом сгладить данные различия между людьми и мышами, а в такой ситуации риск рака у последних резко снижается. В одном случае ни одно из животных без теломеразы не умерло от этой болезни к тому сроку, когда погибли все особи той же линии, у которых этот фермент работал.

Пациенты с ВДК, несмотря на свое отчаянное положение, тоже позволяют всем нам надеяться на лучшее. Эффективному функционированию их теломеразы мешают разные мутации - в генах, кодирующих и сам фермент, и другие белки, необходимые для его нормальной работы. Однако слабая теломеразная активность у них сохраняется. Возможная причина отсутствия людей с полным отключением генов этого фермента - необходимость в гораздо большем, чем у мышей, количестве внутриматочных клеточных делений (при более коротких теломерах при зачатии): в результате плоды с более серьезными его повреждениями, скорее всего, самопроизвольно абортируются.

Тем не менее, теломеразная активность при врожденном дискератозе очень низка. В результате их теломеры короче, чем в норме, и развиваются вполне ожидаемые симптомы, сходные с наблюдаемыми у лишенных теломеразы мышей: пятнистый или сетчатый узор на коже; участки аномальных, утолщенных белых клеток на слизистых оболочках, примерно такие же, как у многолетних курильщиков; ломкие, тонкие ногти с гребнями и трещинами; недостаточность костного мозга, приводящая к проблемам с иммунитетом, свертываемостью крови и поступлением в ткани железа и кислорода.

Раньше считалось, что самые тяжелые симптомы ВДК обычно наблюдаются между 10 и 30 годами, однако, как впоследствии выяснилось, не все так просто. Причины разного течения этой болезни оказались очень для нас важными. Доктор Индерджита Докала, много работающий с больными врожденным дискератозом в гематологическом отделении Имперского колледжа в Лондоне, сказал на памятном саммите по Запрете на удлинение теломер во всем теле в 2002, что, по его наблюдениям, у первого поколения пациентов с вариантом ВДК, вызываемым мутацией в одной из копий гена теломеразы, симптомы развиваются только к пятому десятку.

Однако по мере передачи укороченных теломер их детям и внукам клиническая картина проявляется все раньше и раньше. Позднее эти предварительные данные были подтверждены доктором Докала и его коллегами в специальных исследованиях нескольких семей с отягощенной врожденным дискератозом наследственностью.

Следовательно, причина симптомов не в отсутствии теломеразы, а в достижении пороговой длины теломеры. Вывод оптимистический, поскольку он подразумевает именно то, на что я надеялся: мы сможем периодически обновлять костномозговые и другие запасы стволовых клеток их аналогами - с теломерами, длина которых намного превышает критическую. Это позволит нам не только лечить ВДК, но и избегать других проблем со здоровьем у людей с преднамеренно заблокированной теломеразой. В самом деле, на сегодняшний день лучшая помощь пациентам с врожденным дискератозом - пересадка костного мозга, т.е. новых стволовых клеток, полученных от здоровых доноров, взамен израсходованных.

Периодическое пополнение запасов стволовых клеток

Костный мозг

Его пересадка уже стала широко распространенной и почти рутинной процедурой не только при ВДК, но и в случае разнообразных болезней крови, раковых пациентов, чей костный мозг пострадал в результате лучевой терапии, и многих других патологий. Однако у реципиентов до сих пор возникает много осложнений, и на пути к использованию этого метода в сочетании с ЗУТВТ нам еще предстоит решить многие технические проблемы.

Одна из причин того, что трансплантаты костного мозга часто не приживаются, - его слабое встраивание в полости губчатого вещества костей, где еще остаются исходные стволовые клетки. Вероятно, для их уничтожения перед первым раундом такой пересадки после Запрета на удлинение теломер во всем теле нам придется использовать химиотерапию. Впрочем, к ней в любом случае желательно прибегнуть, чтобы свести к минимуму риск рака, связанный с присутствием в организме старых клеток с функциональной теломеразой. Следующие пересадки будут проще, поскольку мы будем специально дожидаться, когда предыдущие трансплантаты: начнут отмирать (из-за утраты теломер), и лишь потом проводить их замену.

Насколько часто придется обновлять костномозговые клетки? Перспективы обнадеживают. Средняя продолжительность периода между делениями кроветворных стволовых клеток измерена в экспериментах: она не менее двух месяцев. Чтобы человеческие клетки без теломеразы начали ощущать укорочение своей теломеры, требуется примерно полсотни делений. При названной их частоте пересадки костного мозга можно будет производить где-то раз в десятилетие, не испытывая между ними никаких нарушений кроветворной функции.

Кожа

Широкий спрос на кожные трансплантаты: для ожоговых пациентов, детей с врожденными уродствами и косметической хирургии обеспечивает удивительно быстрый прогресс в получении такого материала из стволовых клеток. Мы уже научились "обдирать" мышей до дермы (нижнего, толстого слоя кожи, в глубине которого находятся волосяные мешочки, потовые и сальные железы, кровеносные сосуды, нервы и т.п.), а потом полностью восстанавливать удаленный с нее эпидермис.

Клетки нашей дермы делятся нерегулярно, так что об их теломерах можно не беспокоиться. Периодическое обновление стволовых клеток будет необходимо только поверхностному слою кожи, эпидермису. Интересно, что исходный материал для этого можно брать из таких разных мест, как роговица глаза и дерма. Его удается быстро превращать в стволовые клетки волосяного мешочка, которые затем, размножаясь, распространяются во все стороны, давая пригодные для пересадки трансплантаты.

Опять же, исходя из известной частоты деления этих клеток (в норме), пересадки их после удаления гена теломеразы потребуются примерно раз в десятилетие. Поскольку кожа, так сказать, лежит на поверхности, эти операции при использовании ЗУТВТ будут относиться к самым простым и наименее инвазивным.

Легкие

Внутренняя их выстилка, как эпидермис и пищеварительная слизистая, постоянно слущивается и обновляется. Неудивительно, что легочные осложнения - одна из главных причин смертности при врожденном дискератозе. Важность для нас и относительно высокая доступность органов дыхания позволяют надеяться на быстрое развитие достаточно безболезненных методов терапевтического обновления их клеток - когда ученые всерьез над этим задумаются. В самом деле, такие пересадки уже проводятся, главным образом при ведении пациентов с муковисцидозом. Более того, по последним оценкам, легочные стволовые клетки делятся значительно реже, чем эпидермальные.

Разработанные на сегодняшний день методы пересадки сходны с применяемыми для кожи, но стволовые клетки в них пока не используются. И все же, прогресс налицо. На двух различных моделях иммунодефицитных мышей ученым удалось снять легочный эпителий до подстилающей его базальной мембраны, а потом заменить утраченную ткань модифицированными клетками, полученными из внутренней выстилки человеческих легких. Следующий шаг - использование стволовых клеток.

Пищеварительный тракт

Замена стволовых клеток в желудочно-кишечном тракте человека пока еще сталкивается с существенными проблемами. Первого серьезного успеха в этом направлении добился несколько лет назад доктор Ф. Чарльз Кэмпбелл, ныне профессор хирургии в Медицинской школе Королевского университета Белфаста. Его группа удалила слизистую с небольших участков ободочной кишки мыши, а потом засеяла эти места ее же кишечными стволовыми клетками, которые нужным образом дифференцировались, дав полностью функциональную ткань.

Однако с тех пор заметного прогресса не наблюдается. На саммите по Запрете на удлинение теломер во всем теле Кэмпбелл рассказал о никогда не публиковавшихся результатах работы его группы со свиньями. Использование того же метода, что и в случае упоминавшихся выше мышей, привело к развитию массы дисфункциональной рубцовой ткани. Вместе с тем, другая группа, работавшая с собаками, добилась очень хороших результатов и усовершенствовала свою методику на мышах и крысах.

Работы впереди еще много. Не последняя трудность связана с тем, что при ЗУТВТ вскрытие участков пищеварительного тракта для замены старых клеток новыми - слишком инвазивное для человека вмешательство. Более реалистичный вариант - эндоскопия, аналогичная применяемой сейчас для удаления из толстой кишки потенциально раковых полипов. Вероятно, через пару десятилетий, когда этот метод потребуется для нашей борьбы со старением, он станет намного совершеннее.

Важный вопрос - насколько часто придется пересаживать в пищеварительный тракт стволовые клетки. Прежние оценки наводили на мысль о гораздо более коротких, чем в случае других тканей, промежутках между такими операциями - порядка нескольких месяцев. К счастью, эти расчеты наверняка ошибочны. Если бы пищеварительная слизистая по темпам деления стволовых клеток намного опережала костный мозг или кожу, кишечная недостаточность у больных ВДК и мышей без теломеразы наступала бы в первую очередь, однако этого обычно не наблюдается.

У каждого конкретного индивида работа всех этих тканей нарушается более или менее одновременно, а точнее говоря, у людей проблемы чаще всего начинаются с кроветворной системы. Именно поэтому временную пользу больным приносят пересадки костного мозга. Как бы там ни было, замена стволовых клеток пищеварительного тракта потребует более инвазивного вмешательства.

Остальное тело

Прочие наши структуры в смысле старения напоминают дерму: их клетки делятся от случая к случаю. Некоторые типы этих клеток (например, образующие дерму фибробласты) находятся в покоящемся состоянии: они могут делиться, но делают это лишь в особых ситуациях, например при заживлении ран. Другие - постмитотические - принципиально не способны к делению. Их обновление, если и происходит, то за счет клеток-предшественниц.

С постмитотическими клетками при нашем подходе к лечению рака проблем, очевидно, не будет, а о покоящихся стоит немного подумать. Они не особо страдают при врожденном дискератозе и у нокаутных по теломеразе мышей, а также сравнительно редко дают рак, следовательно, у нас больше времени для разработки способов их замены, которую в любом случае, скорее всего, придется проводить очень редко (в отличие от более прицельных обновлений, связанных с "нормальными" возрастными и патологическими потерями клеток и применением ЭСК, т.е. с проблемой).

Однако именно из-за того, что эти клетки не делятся, они надолго сохраняются в организме и время от времени становятся раковыми. Следовательно, надо обеспечить максимальную защиту от такой возможности. Удаление стареющих клеток существенно снизит и без того низкий онкологический риск для этих тканей, но он все-таки сохранится.

Возможное решение - прицельная делеция генов. Это серьезная проблема, поскольку даже у мышей (для них генная терапия - уже рутина) очень трудно провести точную делецию или вставку (инсерцию) участка ДНК в клетках, находящих внутри организма (в отличие от введения генов в сперматозоиды, яйцеклетки, эмбрионы или в извлеченные из животного, модифицированные и пересаженные клетки). Однако биоинженерия не стоит на месте.

Большие надежды связываются с применением этой методики для генной терапии в целом, а значит, потенциально ее можно использовать и для устранения способности к удлинению теломер в тканях, которые не обновляются с помощью стволовых клеток. В любом случае на протяжении периода между компенсацией возрастных потерь с помощью стволовых клеток, лишенных гена теломеразы, и окончательной заменой ими исходных стволовых клеток рассматриваемых тканей, нам придется шаг за шагом применять метод Запрета на удлинение теломер во всем теле к отдельным их клеткам, снижая тем самым сохраняющийся риск ракового перерождения.

Не связан ли ЗУТВТ с недооценкой эволюционных возможностей рака?

Запрет на удлинение теломер во всем теле - очень сложная, многогранная проблема, причем, как уже говорилось, ее решения целиком зависит от правильности одного исходного постулата. Наши усилия окажутся напрасными, если раковые клетки найдут способ неограниченно размножаться без удаленных генов. Рассмотрим эту ситуацию поподробнее.

Теоретически клетки могут научиться копировать свои хромосомы без укорочения теломеры, т.е. не нуждаясь в удлиняющем ее ферменте. Гипотетически к этому способны некоторые стволовые клетки. Обычно каждое их деление дает дочернюю стволовую клетку, идентичную материнской, и так называемую амплифицирующуюся клетку, которая начинает дифференцировку, специализируясь на выполнении определенной функции. (Фактически такая картина и вкладывается большинством людей в определение стволовых клеток.)

В принципе, хитроумная система контролируемого распределения нитей ДНК между дочерней стволовой и амплифицирующейся клетками могла бы остановить укорочение этой молекулы. Однако такая ситуация не представляет онкогенной опасности, поскольку подразумевает линейный, а не экспоненциальный, как при раке, рост числа клеток. Это значит, что опухоль, если и возникнет, станет достаточно крупной и смертоносной лишь спустя тысячелетия.

Еще один не связный с укорочением теломер способ репликации используют бактерии и наши собственные митохондрии. У них вообще нет тело-мер! Бактериальная и митохондриальная ДНК кольцевая, так что проблем с копированием ее конца не возникает. Однако, похоже, нашим ядерным хромосомам канцерогенное "кольцевание" не угрожает.

Когда теломеры становятся слишком короткими, механизм репарации ДНК путает соответствующие им концы хромосом с участками их разрывов. В результате клетка, нацеленная на устранение таких повреждений, соединяет эти концы, создавая двойные хромосомы. Услуга поистине медвежья, поскольку при следующем клеточном делении контролирующий его механизм разрезает их - в случайном месте, нарушая строение генов и делая их дисфункциональными.

К сожалению, следующая возможность более реальна. Речь идет о раковых клетках, восстанавливающих свои теломеры с помощью не теломеразы, а других ферментов. Они еще не идентифицированы, поэтому такая система называется просто альтернативным удлинением теломер (АУТ). Хорошая новость в том, что используется она достаточно редко: в большинстве тканей почти никогда не наблюдается, а в остальных, очень немногих, встречается не более чем в половине опухолей.

Следовательно, для ее активации необходимо как минимум столько же мутаций, сколько и для активации теломеразы, т.е. альтернативное удлинение, скорее всего, требует включения генов, которые в норме надежно заблокированы, а не просто отключения работающих. Это хорошая новость для программы ЗУТВТ, поскольку (если, конечно, наше предположение верно), она означает, что, идентифицировав необходимый для АУТ ген, мы сможем устранить его, как и ген теломеразы. Естественно, не исключены аналогичные побочные эффекты, но связанные с ними проблемы, как и при избавлении от теломеразы, в принципе решаются с помощью стволовых клеток и других методов регенеративной терапии.

Побочный эффект: запрет на удлинение теломер во всем теле и фертильность

Один из потенциальных побочных эффектов устранения теломеразы из всех наших клеток - наступление со временем мужской стерильности. Если деторождение сохранит нынешнюю актуальность в будущем, вечно молодом мире, мужчины смогут заблаговременно замораживать свою сперму. Этот способ уже широко применяется сейчас для нужд ЭКО. Следовательно, единственной репродуктивной проблемой будет отсутствие необходимости в собственно половом акте. На потребности в нем ЗУТВТ не отразится.

Ди Грей Обри
Похожие статьи
показать еще