Если у членов семьи в одном или нескольких поколениях встречается какой-то один вид опухоли или имеются различные у двух и более близких родственников, а также при поражении у пациента опухолью парных органов существует необходимость проверки наличия определенных генетических изменений, которые могут передаваться по наследству. Также генетическое исследование показано лицам, перенесшем онкологическое заболевание в детстве и рожденных с опухолью и пороками развития. Такие исследования позволяют выяснить, есть ли для появления рака в этой семье наследственные причины и определить вероятность возникновения опухоли у близких родственников.
В настоящее время представления о генетической природе развития основаны на предположении о существовании генов, нормальная функция которых связана с подавлением опухолевого роста. Такие гены были названы генами-супрессорами опухолевого роста. Дефекты этих генов приводят к прогрессии, а восстановление функции — к существенному замедлению пролиферации или даже реверсии развития опухоли.
Приведем некоторые примеры подобных генетических изменений.
Наиболее известным среди таких генов является ген RB1 . Мутации двух генов,, имеют практически равноценный вклад в возникновение наследственных форм рака молочной железы (5%). Также мутации мутации BRCA1 повышают риск возникновения рака яичников, а мутации BRCA2 предрасполагают к раку молочной железы у мужчин и раку поджелудочной железы.
Наследственная форма неполипозного развивается в результате мутаций в генах MSH2 и MLH1 . У женщин, имеющих мутацию в одном из этих генов, чаще всего возникают рак яичников и эндометрия.
Мутация в половых клетках (герминальные) в одной из аллелей гена RB1 приводит к предрасположенности к ретинобластоме. Также у пациентов, имеющих подобную мутацию, существует большой риск развития таких опухолей, как остеосаркома, лимфолейкоз, МРЛ, РМЖ, опухоли половых органов, поэтому за больными с наследственной формой заболевания необходимо наблюдение. Мутации этого гена в соматических клетках вызывают только ретинобластому, хотя нарушения функции RB1 обнаруживают во многих других опухолях, но уже как вторичные, являющиеся признаком дестабилизации генома .
Герминальные мутации гена-супрессора CDKN2A/p16 вызывают наследственные формы меланомы, синдрома диспластического невуса и атипичных родинок, опухоли поджелудочной железы, опухоли головы и шеи. При инактивации гена-супрессора WT1 может возникнуть нефробластома (это является причиной около трети от всех нефробластом), а равномерное повреждение мутацией всего гена-супрессора PTEN приводит к возникновению рака молочной железы, предстательной железы, яичников, эндометрия, щитовидной железы.
Рак известен человечеству с давних пор. Это болезнь, в лечении которой на протяжении всей истории человечества практически не удалось достичь каких-либо успехов. С появлением антибиотиков люди практически забыли о страшных инфекциях, начиная от чумы и заканчивая сифилисом. Однако по мере того, как население планеты стареет, вероятность для каждого из нас встретиться в жизни с раком постоянно растет. К сожалению, несмотря на сотни миллиардов долларов, которые были потрачены в развитых странах начиная с конца 80-х, и десятилетия работы исследователей, мы не видим значительного прорыва в лечении рака. Увеличение продолжительности жизни раковых больных за последние 20–30 лет произошло не из-за того, что появились революционные методы терапии, а главным образом потому, что рак начал диагностироваться на более ранней стадии. Проблема состоит в том, что медицина позволяет диагностировать заболевание на той фазе, когда без лечения буквально через год количество клеток в раковой опухоли будет таким, что вес или объем опухоли будет измеряться уже сотнями граммов.
1. Генетические предпосылки
Человеческий организм, как и организм любого животного, содержит в своем геноме гены, которые используются раком для своего развития. На первый взгляд, это кажется нелогичным. Для того чтобы вырасти из одной клетки и превратиться в человеческое существо, необходимо использовать механизмы, которые в зрелом возрасте являются опасными или ненужными. В частности, для того, чтобы предотвратить отторжение плода у матери, клетки эмбриона учатся обманывать ее иммунную систему, выдавая себя за «своего», и таким образом препятствовать иммунной системе матери уничтожить эмбрион. С этим связано очень много патологий. Это выгодное приобретение эволюции, но эти же гены, будучи активированы в зрелом возрасте, могут помочь раковой клетке обмануть иммунитет и воспрепятствовать уничтожению раковых клеток.
2. Возрастные причины возникновения рака
На самом деле в организме каждого взрослого здорового человека - миллионы раковых клеток, которые находятся в балансе с организмом, постоянно определяются и уничтожаются клетками иммунной системы. Однако с возрастом количество всевозможных ошибок в исполнении генетической программы начинает нарастать, и в какой-то момент объем стресса превышает возможности систем контроля повреждений. В этот момент раковые клетки выбиваются на волю. Опасность заключается в том, что по всем признакам это клетки того же самого организма. Поначалу они имеют практически тот же генетический код, что и все остальные клетки человека, и это не позволяет защитным системам быстро их определять.
3. Мутация раковых клеток
Раковые клетки начинают быстро мутировать, и новые копии этого генома борются против систем защиты организма. Возникают новые формы этих клеток, которые абсолютно не похожи ни на первоначальные клетки, ни на клетки любого другого больного. Исследования показывают, что в раковой опухли одного и того же больного находится не один вид рака, а множество видов. Фактически речь идет не о том, чтобы бороться с каким-то одним заболеванием, но бороться с разными, довольно непохожими формами болезни. В этом смысле не существует одной болезни - рак. Существует огромное количество разных форм рака, и даже в случае каждого пациента реализуется одновременно очень много различных форм рака. Именно по этой причине эффективного средства контроля раковой опухоли, кроме хирургии и очень агрессивных форм химио- или радиотерапии, не придумано.
4. Недостаток противораковых терапий
Еще одно осложняющее обстоятельство состоит в том, что именно иммунитет является основной защитой человека от раковой опухоли. Клетки иммунной системы и клетки опухоли быстро делятся, и большинство терапий, направленных на уничтожение быстроделящихся клеток, одновременно приводят к уничтожению или подавлению функций иммунитета. Таким образом, многие терапии приводят к тому, что организм получает сильное токсикологическое повреждение и одновременно подавляется иммунитет. Мы ведем речь о том, что за большие деньги в очень дорогих больницах время жизни больного увеличивается меньше чем на год.
5. Возможности таргетных препаратов
В связи с этим возникает вопрос: где взять повод для надежды, что рак когда-либо будет излечен? Быстрого прогресса ожидать нельзя, однако последние исследования дают определенную надежду. Нужно искать способы различать раковые клетки и клетки здоровых людей и придумывать таргетные, специфические терапии, которые позволяют иммунной системе либо распознавать, либо специфически уничтожать те клетки, которые сильно не похожи на клетки здоровых тканей.
На этом пути за последние годы наметился значительный прогресс. В частности, по некоторым видам рака удалось разработать таргетные препараты, которые позволяют действовать против очень специфических генов, активированных только в раковых клетках. Таким образом, за последние годы удалось добиться значительных успехов в детской онкологии, где процент выживших больных был значительно увеличен. Также удалось получить большой отклик («отклик пациентов») в некоторых формах рака, например рака груди. Были разработаны специфические маркеры, позволившие выявить ту популяцию больных, для которых определенные специфические средства были бы полезны, и получить очень большой процент излечения в конкретных категориях, пусть даже и для небольших групп больных.
Такой подход имеет определенные преимущества, но имеет и недостатки. Для того чтобы применить таблетку или терапию, придется сперва людей генотипировать, а потом определить, что, например, только 2% из 100% людей смогут получить отклик на эту терапию. Это крайне затрудняет клинические исследования в онкологии. Если только процент или несколько процентов от всей популяции больных отвечают на этот препарат, то для фармацевтических компаний в значительной степени исчезает причина, ради которой они разрабатывают эти препараты. Ведь если количество больных будет измеряться десятками или сотнями тысяч, такой препарат получит статус «сиротского лекарства» (orphan drug), работающего только для очень узкой группы больных, которая вряд ли сможет создать платежеспособный спрос, для того чтобы окупить исследования.
В настоящий момент биотехнологии, скорее всего, будут двигаться в направлении поиска универсальных механизмов, которые позволят эффективно подавлять раковые опухоли, используя те или иные уникальные механизмы. Как эмбрион обманывает иммунную систему матери, для того чтобы остаться в живых, так и раковые клетки используют этот механизм для контроля иммунитета. Разрушение этого механизма не принесет никакого ущерба здоровым клеткам, но, скорее всего, поможет иммунитету или каким-то средствам иммунной терапии справиться с раком. В 2013 году во второй фазе первый раз показал успех препарат компании GSK, которым удалось получить иммуностимулирующие препараты, повысившие прогноз выживаемости больных в сочетании с разными формами терапии или самостоятельно.
6. Гликолиз как источник энергии
Как известно, раковые клетки используют совершенно другой способ дыхания. Когда иммунитет пытается убить ту или иную клетку организма, смерть клетки приходит через разрушение митохондрии - это специальная органелла, часть клетки, которая отвечает за выработку энергии. Те раковые клетки, которые смогли выключить митохондрию или избавиться от нее, очевидно, не могут быть убиты таким способом, поэтому уже через несколько недель или месяцев после начала раковой болезни у человека почти все раковые клетки дышат без митохондрии, используя совершенно другой механизм для получения энергии, который называется «гликолиз». Гликолиз малоэффективен, поэтому его не используют здоровые клетки. Препараты, которые выключали бы гликолиз, смогли бы оставить раковые клетки на голодном пайке и убить их либо самостоятельно, либо в сочетании с другими препаратами. Именно на этом пути в последнее время в доклинических испытаниях и на ранних фазах клинических испытаний были достигнуты успехи с препаратами, которые контролируют разные формы ракового метаболизма.
До сих пор нет данных, кроме как испытаний на животных, о том, что именно этот подход или подход, связанный с иммунной терапией, позволит нам когда-нибудь говорить о возможности излечения раковых больных. Однако тот факт, что от попыток последних десятков лет разработать целевой препарат для узкой группы людей против определенных маркеров исследователи опять начинают двигаться в направлении поиска универсальных противораковых препаратов с широким действием, позволяет надеяться, что рано или поздно эта болезнь будет контролироваться.
Что заставляет болезнь рака одного пациента быть более агрессивной, чем у другого? Почему у некоторых людей рак проявляет устойчивость на курсы химиотерапии? Генетическая мутация белка MAD2 может помочь дать ответ на оба эти вопроса.
Исследователи спроектировали наследственную мутацию в гене MAD2 в человеческих раковых клетках, который отвечает за процесс деления и размножения клеток рака. В итоге, мутация сделала опухолевые клетки, которые рождались из существующих, очень непостоянными в своих свойствах, которые по всем признакам имели характеристики, соответствующие более агрессивным формам рака. Кроме того, новорожденные мутированные клетки рака были стойки к токсинам (к химиотерапии). Результаты этого исследования, опубликованные 18 января в выпуске журнала "Природа", имеют важное значения для развития новых лекарственных средств и могут помочь в создании нового "маркерного гена" для диагностирования степени агрессивности опухолей и выявления их на ранней стадии.
Еще в 1996 году, доктор Роберт Бенезра и Йонг Ли идентифицировали ген MAD2, как класс белков (протеинов), отвечающих за некоторые функции деления и отпочковывания новорожденных раковых клеток от маточной клетки. Они гарантируют равномерное распределение хромосом к двум дочерним клеткам в течение процесса клеточного деления. Потеря этого механизма нормального деления приводит к неустойчивым формам, в которых целые цепочки хромосом могут быть потеряны или добавлены лишние. Онкологические образования, которые показывают этот тип неустойчивости хромосом, обычно более агрессивны и имеют неопределенный прогноз относительно перспективы дальнейшей жизни пациента. Корреляции между неустойчивостью хромосом и потерей MAD2 были идентифицированы на человеческих раковых клетках толстой кишки. Однако, раньше не имелось никаких доказательств, что есть связь между этими явлениями. Теперь, ученые знают, что потеря MAD2 на материнских раковых клетках создает неустойчивость хромосомного набора для новорожденных раковых клеток.
Например, мыши с полным отсутствием гена MAD2 гибнут еще во время эмбрионального развития. Даже одна копия гена MAD2 привела к развитию рака у мышей. Уникально, то, что эта мутация привела к развитию рака легких у мышей, несмотря на факт, что эта болезнь чрезвычайно редка у них. Почему это сказалось на ткани легких пока неизвестно, но это показывает, что MAD2 участвует в развитии рака.
Мнения ряда других специалистов в этой области на результаты этого исследования говорят о других принципиальных возможностях, которые позволяют объяснить причины эффективности лечения рака у одних и неэффективности, а порой даже и отрицательных эффектах химиотерапии у других.
В частности, у одного пациента, больного раком, наблюдаются, к примеру, неустойчивые и склонные к мутациям (из-за слабости гена MAD2) раковые клетки определенного типа, а другого та же форма рака, но с устойчивыми формами. Таким образом, лечение химиотерапией для первого пациента, скорее всего не даст никакого эффекта по уничтожению опухоли или замедлению ее роста, а может даже вызвать ускоренную реакцию дальнейшей прогрессии рака. В то же время, у другого пациента, курс химиотерапии может дать положительный эффект и даже привести к выздоровлению.
Последнее обстоятельство встречается крайне редко, что может говорить о том, что у большинства людей, больных раком, наблюдается нестабильные формы раковых клеток, воздействовать на которые в комплексе, различными видами терапий порой просто невозможно. Нестабильные формы существуют, по всей видимости, из-за основных факторов, которые и становятся причинами, послужившими развитию онкологических заболеваний. Как правило, это канцерогены и яды, которыми современная цивилизация травит себя. То есть, раковые клетки сами подвергаются постоянным мутациям, подобно тому, как и здоровые клетки перерастают из-за мутаций в злокачественные.
Вероятно, по этой же причине, до сих пор не найдено решения для борьбы с этим смертельным заболеванием, которое стоит на втором месте в качестве основной причины смерти, после сердечно-сосудистых заболеваний.
В нашей сегодняшней статье:
Несмотря на миллиарды часов и долларов,
потраченных на поиск лекарства от рака, цель до сих пор не достигнута.
Происходит так во многом потому, что каждая опухоль имеет различные
мутационные профили и, следовательно, по-разному реагирует на лечение.
Консорциум Cancer Genome Atlas был создан для использования секвенирования ДНК и обнаружения самых распространенных и значимых мутаций рака. В идеале этот проект раскроет новые диагностические маркеры и поможет найти эффективные лекарственные препараты, могущие повлечь за собой появление достичь по-настоящему индивидуальной медицины. В статье медики описывают анализ 3281 опухолей двенадцати типов рака, считая рак молочной железы, лёгких, толстой кишки и яичников, а также острый миелоидный лейкоз.
Они проанализировали 617354 мутаций и обнаружили 127 значительно мутировавших генов. Многие из этих мутаций произошли в генах, которые играют роль в процессе зарождения или прогрессирования рака, кодируют белки, предотвращающие повреждения ДНК и те, которые активируют реакцию клетки на различные факторы роста. Другие гены до настоящего времени не рассматривались как жизненно важные для процесса канцерогенеза. Они включали факторы транскрипции, факторы сплайсинга РНК и модификаторы гистонов - белков, ответственных за поддержку структурной целостности ДНК.
93% проанализированных опухолей имели, по крайней мере, одну мутацию хотя бы в одном из 127 генов, но ни одна не имела более шести. Авторы делают вывод, что число связанных с раком генов (127) и число мутаций необходимых для онкогенеза (1-6) является довольно небольшим. Однако исследовались только нуклеотидные замены, не обращая внимания на большие хромосомные перестроения.
Наиболее часто мутировавшими генами оказались p53. Мутации в p53 были обнаружены в 42% образцов, это самый часто мутировавший ген в пяти типах рака. р53 сканирует ДНК по длине, ища повреждения и активируя надлежащие механизмы ремонта в случае их нахождения.
Давней загадкой при исследовании рака было то, почему мутации в определенном гене вызывают рак в конкретном типе ткани, а не в другом. Некоторые из наиболее интересных результатов относятся как раз к группировке различных мутаций. Например, определены пять различных кластеров рака молочной железы, каждый из которых активируется мутациями в различных генах. В 69,8% случаев плоскоклеточного рака головы и шеи был обнаружен мутировавший ген р53, а так же в 94,6% случаев рака яичников и один в одном из кластеров рака молочной железы.
Хотя эти типы опухолей могли первоначально быть различными, возможно, лежащее в их основе генетическое сходство означает, что они будут поддаваться одинаковой терапии. Мутации в двух хорошо изученных генах рака, APC и KRAS, были обнаружены почти исключительно в толстой кишке и при раке прямой кишки. При раке лёгких кластеры не были идентифицированы; в целом у опухолей были мутации во многих из 127 генов.
Мутации в четырнадцати генах оказались эксклюзивными для некоторых видов рака, и 148 пар генов постоянно встречались вместе. Высокий уровень изменчивости мутировавших генов означал, что ген мутировал с самого начала туморогенеза. Более низкий уровень изменчивости показывает, что ген играл роль в прогрессировании, а не в формировании опухоли.
Авторы отмечают, что анализ данных этого и подобных исследований может дать «разумные шансы на выявление «основных» генов рака и специфических для разных типов генов опухолей в ближайшее время». Будем надеяться, что общие терапевтические стратегии могут быть применены к генетически сходным опухолям, даже если они возникают в различных тканях.