Подобно соседу-нахлебнику, раковые клетки бессовестно пользуются преимуществами межклеточного сотрудничества. Причем вместо полного уничтожения во многих случаях можно попробовать мирное, пускай и непростое, сожительство. Мы можем научиться более эффективно уживаться с раком и даже превратить его в болезнь, с которой будет достаточно легко жить.
Подобно соседу-нахлебнику, раковые клетки бессовестно пользуются преимуществами межклеточного сотрудничества. Причем вместо полного уничтожения во многих случаях можно попробовать мирное, пускай и непростое, сожительство. Мы можем научиться более эффективно уживаться с раком и даже превратить его в болезнь, с которой будет достаточно легко жить.
В данной главе я рассмотрю рак как плохого соседа в нашем теле недобросовестного и нагло злоупотребляющего альтруизмом нормальных клеток. Нечестные люди нарушают правила как писаные, так и неписаные совместной жизни с другими людьми. Аналогично раковые клетки ведут себя нечистоплотно, так как нарушают правила клеточного общества, без которого невозможно существование многоклеточных организмов. В рамках данной главы и книги в целом под недобросовестностью я буду подразумевать нарушение индивидом будь то человеком в обществе или клеткой в нашем организме общих правил исключительно ради собственной выгоды.
Говоря о недобросовестности рака, я вовсе не имею в виду, что его клетки осознанно нарушают правила, я лишь хочу сказать, что эволюция приводит их к нарушению правил, поскольку это дает им преимущество. Как я уже говорила в предыдущей главе, в процессе изменения популяции организмов или раковых клеток в нашем теле в результате естественного отбора отдельные индивиды ведут себя так, как если бы они преследовали какие-то конкретные цели. Таким образом, называя раковые клетки обманщицами, я на самом деле подразумеваю, что в ходе развития они начинают нарушать правила многоклеточного сотрудничества, извлекая для себя выгоду в ущерб всему организму.
Учитывая указанные особенности нашей аналогии, я расскажу о нахлебничестве рака в многоклеточном сообществе, а также объясню, почему эволюция внутри тела отдает предпочтение недобросовестным клеткам. Первым делом давайте рассмотрим, как описывали рак в прошлом, а также как концепция недобросовестных клеток вписывается в различные определения рака.
Что такое рак?
Дать определение раку не менее сложно, чем его вылечить. Одни врачи определяют его как инвазивное новообразование, однако другие используют термин «рак» и для неинвазивных образований. Одни считают определяющей характеристикой рака нарушение естественной структуры ткани, в то время как другие делают упор на определенные ключевые генетические мутации. В основе моего взгляда на рак лежит эволюция многоклеточной жизни и появление у рака в ходе его нее «недобросовестности» в рамках многоклеточного сотрудничества. Такое определение рака дает фундамент для рассмотрения ряда разнообразных подходов к раку, позволяя охватить концепции, основанные на генетике, клеточной биологии и сравнительной биологии.
Дать определение раку можно очень разными способами: специалист по биологии рака, патолог, лечащий врач и специалист по сравнительной онкологии каждый объяснят его по-своему, сделав упор на различные составляющие болезни. Так, изучающий рак биолог может сосредоточиться на характеристиках раковых клеток, а именно на том, появилась ли у клеток способность неограниченно делиться, вырабатывать собственные факторы роста и избегать апоптоза (контролируемая гибель клеток). Такие признаки были выбраны, потому что раз за разом наблюдались во всевозможных разновидностях рака (см. вставку 3.1). Я объясняю, как эти характерные признаки соотносятся с недобросовестным поведением раковых клеток в различных элементах многоклеточного сотрудничества (рис. 3.1).
ЕСЛИ ВЫ ПОПРОСИТЕ ПАТОЛОГА ДАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАКА, ТО ОН, СКОРЕЕ ВСЕГО, СКАЖЕТ ВАМ, ЧТО РАК ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ВНЕШНИМ ВИДОМ КЛЕТОК ПОД МИКРОСКОПОМ В ЧАСТНОСТИ, АНОРМАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ ТКАНИ И НЕДОСТАТОЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКОЙ КЛЕТОК.
Лечащий врач, непосредственно имеющий дело с больными раком пациентами, скорее всего, скажет, что определяющей особенностью рака является его инвазивная природа, а также способность к образованию метастазов, поскольку это самые важные факторы для прогноза. Если вы спросите специалиста по сравнительной онкологии науке, исследующей рак у разных видов животных, то он может первым делом посетовать на то, как сложно дать общее для всех видов определение рака из-за существенных различий в строении и биологии тканей, в которых он развивается у разных организмов. Учитывая это, он может добавить, что нет никакого смысла использовать инвазивность и метастазы в качестве критерия рака, так как у многих видов, подверженных похожим на рак заболеваниям, из-за особенности структуры тканей распространение опухоли и образование метастазов маловероятны, а то и вовсе невозможны.
Лечащий врач, непосредственно имеющий дело с больными раком пациентами, скорее всего, скажет, что определяющей особенностью рака является его инвазивная природа, а также способность к образованию метастазов, поскольку это самые важные факторы для прогноза. Если вы спросите специалиста по сравнительной онкологии науке, исследующей рак у разных видов животных, то он может первым делом посетовать на то, как сложно дать общее для всех видов определение рака из-за существенных различий в строении и биологии тканей, в которых он развивается у разных организмов. Учитывая это, он может добавить, что нет никакого смысла использовать инвазивность и метастазы в качестве критерия рака, так как у многих видов, подверженных похожим на рак заболеваниям, из-за особенности структуры тканей распространение опухоли и образование метастазов маловероятны, а то и вовсе невозможны.
Эти различающиеся определения и подходы мало что говорят нам о фундаментальной природе рака или о первоначальных причинах его появления. Они позволяют понять, как рак выглядит, как ведут себя раковые клетки, однако совершенно не раскрывают его реальную сущность. Тут-то в дело и вступает концепция недобросовестных клеток.
Характерные признаки рака и недобросовестное поведение клеток
Характерные признаки рака были изложены в ключевой работе специалистов по биологии рака Дугласа Ханахана и Роберта Вайнберга в 2000 году. Они выделили шесть отличительных признаков рака, к которым 10 лет спустя добавили два новых признака и две характеристики, способствующие его развитию. Эти признаки включают такие характеристики, как избегание клеточной смерти, бесконечное деление, неконтролируемое потребление энергии и образование метастазов за счет разрушения нормальной структуры тканей. Отличительные признаки рака идеально соотносятся с недобросовестным поведением клеток в рамках многоклеточного сотрудничества (рисунок 3.1), которые нарушают правила клеточного сообщества.
Рисунок 3.1.Характерные признаки рака вписываются в пять категорий недобросовестного клеточного поведения в рамках основ многоклеточного сотрудничества. Эти признаки перечислены на внешней окружности, а основы многоклеточного сотрудничества во внутреннем пятиугольнике. Типы недобросовестного поведения в многоклеточном сообществе нарушение выживания клеток, разрушение межклеточной среды, нарушенная дифференцировка, монополизация ресурсов и неконтролируемая пролиферация показаны во внешнем пятиугольнике. Каждая категория недобросовестного поведения клеток соответствует определенным характеристикам рака. Признак «инвазия» показан со звездочкой, так как обычно затрагивает нарушение сразу нескольких основ многоклеточного сотрудничества. Нарушенная дифференцировка клеток показана с двойной звездочкой: она на данный момент не считается характерным признаком рака. Однако концепция недобросовестных клеток указывает на то, что, вероятно, ее следует включить в этот список (нарушение нормальной дифференцировки клеток считается важной характеристикой рака у патологов еще один довод в пользу признания этого фактора отличительной характеристикой рака)[5].
Рассматривая рак с точки зрения недобросовестных клеток, мы можем объединить различные взгляды на эту болезнь, а также понять, как природа рака связана с фундаментальным конфликтом интересов между эволюцией сотрудничества и эволюцией многоклеточной жизни. Концепция недобросовестной клетки позволяет объединить различные взгляды на рак в единую теорию. Как мы уже знаем, специалисты по биологии рака характеризуют его по его типичным особенностям, перечню известных фенотипов раковых клеток (их признаков и характеристик). Эти характерные признаки представляют собой проявления недобросовестного поведения клеток в рамках многоклеточного сотрудничества, лежащего в основе жизни.
В клинических условиях рак зачастую определяется наличием инвазии и метастазов (хотя имеются и исключения, такие как инкапсулированная карцинома молочного протока). То, что врачи делают упор именно на этих признаках, вполне логично, ведь это важнейшие индикаторы наличия угрозы жизни пациенту. Между тем, если рассматривать рак по всему древу жизни, инвазия и метастазы порой перестают быть определяющими факторами более того, они могут и вовсе потерять какой-либо смысл. Так, например, у хохлатых кактусов отсутствуют многие характеристика рака, по которым его обычно определяют в больнице: у них нет ни органов, окруженных оболочками, которые могут быть разорваны инвазивными раковыми клетками, ни кровеносной системы, по которой они могли бы перемещаться к другим тканям и образовывать метастазы. В случае кактусов нет никакого смысла определять рак наличием инвазии и метастазов. Если мы хотим сравнивать между собой рак у различных форм жизни, то нам необходимо определение и подход, применимые для любой формы многоклеточной жизни, например концепция недобросовестных клеток.
Патологи, как правило, выискивают разрушения нормальной структуры тканей, а также клетки с нарушенной дифференцировкой, которые больше не выполняют отведенную им в многоклеточном организме работу. Нарушение нормальной структуры тканей и дифференцировки клеток соответствует несоблюдению двух важнейших элементов многоклеточного сотрудничества: ухода за межклеточной средой и разделения труда. Нарушенная дифференцировка может оказывать особое влияние на соматическую эволюцию, потому что такие клетки способны продолжать делиться, клетки с нормальной дифференцировкой, как правило, делятся всего несколько раз, после чего становятся частью какой-нибудь обычной ткани (до момента своей гибели).
Сосредоточившись на различных способах нарушения основ межклеточного сотрудничества, мы можем составить концепцию, которая объединит между собой различные научные сферы и позволит сравнивать восприимчивость к раку по всему древу жизни.
Эволюционная загадка сотрудничества
Как в результате естественного отбора могло вообще зародиться сотрудничество, если недобросовестное поведение приносит больше выгоды? Чтобы понять, почему в результате своей эволюции раковые клетки начинают недобросовестно вести себя, сначала нам будет полезно рассмотреть более широкий вопрос: как вообще в ходе эволюции может появляться и сохраняться сотрудничество.