Новые лекарства от старых раков

Новые лекарства от старых раков

В истории Патрокла

Никто не выжил — даже Ахилл,

Почти что бог.

Патрокл был схож с ним;

Они один доспех носили.

Луиза Глюк

Идеальной терапии еще не разработано. Мы верим, что она не будет включать в себя ядовитые цитотоксические препараты, и потому поддерживаем фундаментальные исследования, направленные на более глубокое понимание биологии опухолей. Но… покамест приходится делать все возможное теми средствами, что у нас есть.

Брюс Чабнер в письме к Роуз Кушнер

По легенде, Ахилла обмакнули в реку Стикс, держа за пятку. Тело его, омытое черными водами, обрело неуязвимость пред любым, даже самым смертоносным оружием — лишь пяточное сухожилие осталось без защиты. Простая стрела, направленная в эту уязвимую пяту, прервала жизнь Ахилла в битве под стенами Трои.

До 1980 года весь арсенал средств лечебной онкологии строился вокруг двух основных уязвимых мест раковых клеток. Прежде чем распространиться по всему телу, рак предстает в образе локального заболевания — и в этом его первое слабое место. На эту слабость нацелены хирургия и облучение, пытающиеся искоренить недуг либо физическим иссечением местной опухоли до того, как рак успеет дать метастазы, либо выжиганием раковых клеток узконаправленными лучами энергии при помощи рентгена.

Вторым уязвимым местом рака является высокая скорость деления клеток[39]. Большинство препаратов химиотерапии, открытых до 1980 года, направлены именно на эту вторую слабость. Антифолаты — например, фарберовский аметоптерин — нарушают метаболизм фолиевой кислоты, тем самым лишая клетку жизненно важного для деления вещества. Азотистый иприт и цисплатин химически взаимодействуют с ДНК, а клетка с поврежденной ДНК не может дуплицировать гены, а потому не в состоянии делиться. Винкристин — токсин, добываемый из барвинка, — атакует способность клетки построить молекулярный скелет, необходимый любой клетке для деления.

Однако в эти две традиционные ахиллесовы пяты рака — локальный рост и быстрое деление клеток — можно целиться лишь до известного предела. Хирургия и радиация не в силах помочь, когда раковые клетки распространились за границы области, которую можно удалить физическим путем или выжечь радиацией. При этом, как выяснили в 1950-е годы сторонники радикальной хирургии, операции большего масштаба не помогают вылечить большее количество больных.

Стратегии, направленные на борьбу с клеточным делением, тоже упираются в биологический потолок: ведь нормальным клеткам необходимо делиться. Быть может, активный рост и является отличительным признаком рака, но он же служит и отличительным признаком жизни. Яды вроде винкристина или цисплатина, останавливающие деление клеток, рано или поздно атакуют и нормальные клетки, поэтому те ткани, что размножаются в организме быстрее всего, первыми расплачиваются за химиотерапию: волосы выпадают, кровь хиреет, выстилка кожи и внутренностей отшелушивается. При этом, как обнаружили в 1980-е годы сторонники радикальной химиотерапии, увеличение дозы яда лишь сильнее отравляет организм, не увеличивая числа вылеченных пациентов.

Чтобы атаковать раковые клетки при помощи новейших стратегий, ученым и врачам требовалось найти у раковой клетки новые слабые места. Открытия молекулярной биологии 1980-х годов предлагали куда более сложный и богатый нюансами взгляд на эти уязвимые стороны. Возникли три новых подхода, представляющих три новые ахиллесовы пяты рака.

Первое: раковые клетки бесконтрольно размножаются благодаря накоплению мутаций в ДНК. Мутации активируют внутренние протоонкогены и инактивируют гены-супрессоры опухолей, тем самым выводя из строя педали газа и педали тормоза, работающие во время нормального клеточного деления. Новый терапевтический подход, более избирательно атакующий раковые клетки, состоял в том, чтобы целиться именно в такие гиперактивные гены, не трогая их нормальных предшественников.

Второе: протоонкогены и гены-супрессоры опухолей, как правило, расположены на ключевых перекрестках внутриклеточных сигнальных путей. Раковые клетки делятся и растут в результате воздействия гиперактивных или неактивных сигналов в критических точках. В нормальных клетках эти сигнальные пути тоже существуют, но строго регулируются. Вторым потенциально слабым местом раковой клетки является ее зависимость от таких постоянно активированных сигнальных путей.

Третье: безжалостный цикл мутации, отбора и выживания создает раковую клетку, которая, помимо бесконтрольного роста, приобрела и еще несколько дополнительных свойств. К ним относится способность игнорировать сигналы к клеточной гибели, способность метастазировать по всему организму и стимулировать рост кровеносных сосудов. Эти «отличительные признаки рака» также не изобретены раковыми клетками, а появляются вследствие нарушения сходных процессов, заложенных в нормальную физиологию организма. Приобретенная зависимость раковых клеток от всех этих процессов и является третьим потенциально слабым местом рака.

Таким образом, основная проблема новейшей онкологической медицины состояла в том, чтобы среди безбрежного моря сходных черт нормальной и раковой клетки найти тонкие различия в генах, сигнальных путях и приобретенных свойствах — и нацелить отравленную стрелу именно в эту новую пятку.

Но одно дело — выявить ахиллесову пяту, а совсем другое — придумать оружие, которым ее можно поразить. До самого конца 1980-х годов ни одно лекарство не в состоянии было обратить вспять активацию онкогенов или инактивацию генов-супрессоров опухолей. Даже тамоксифен, самый специфичный антираковый препарат, известный на тот день, всего лишь атакует зависимость определенных типов клеток рака молочной железы от эстрогена, а не инактивирует непосредственно какой-нибудь онкоген или включенный онкогеном сигнальный путь. Неудивительно, что при таком положении дел открытие в 1986 году первого лекарства, специфически нацеленного именно на онкоген, всколыхнуло всю онкологию. Лекарство было обнаружено по счастливой случайности, однако самого факта, что такая молекула существует, хватило для запуска мощнейшей, растянувшейся на десятилетие охоты за препаратами.

Болезнью, стоявшей на ключевом перекрестке онкологии, оказалась еще одна редкая разновидность лейкемии под названием острая промиелоцитарная лейкемия — ОПЛ. Впервые описанная в 1950-х годах как отдельная форма лейкемии у взрослых, эта разновидность рака отличается четкими характеристиками: при ней клетки не только быстро делятся, но еще и застыли в недозрелом развитии. Нормальные лейкоциты, развиваясь в костном мозге, проходят серию стадий созревания, пока не превратятся в полностью функциональные зрелые клетки. Одна из таких промежуточных клеток называется промиелоцитом и представляет собой подростковую форму, практически готовую превратиться в функционально зрелую взрослую клетку. ОПЛ характеризуется злокачественной пролиферацией именно незрелых промиелоцитов. В норме промиелоциты содержат в себе токсические энзимы и гранулы — взрослые клетки выпускают их для уничтожения вирусов, бактерий и паразитов. При промиелоцитарной лейкемии кровь переполнена этими промиелоцитами, несущими свой ядовитый груз. Своенравные, прихотливые, темпераментные, клетки ОПЛ способны в любой момент выбросить ядовитые гранулы в кровь — что приводит к обширным кровотечениям или к септической реакции в организме. Таким образом, патологическое размножение клеток обретает при ОПЛ особенно опасный характер. При большинстве раков мутировавшие клетки отказываются прекратить размножение. При ОПЛ они еще и отказываются взрослеть.

С начала 1970-х годов эта остановка в развитии клеток ОПЛ подталкивала ученых на поиски препарата, который заставил бы эти клетки созревать. На ОПЛ испробовали десятки различных химических веществ, но только ретиноидная кислота — окисленная форма витамина А — дала заметные результаты. Вся беда, однако, состояла в том, что ретиноидная кислота оказалась крайне ненадежным средством. Одна ее порция стимулировала созревание клеток ОПЛ, а вторая не оказывала никакого воздействия. Разочарованные мимолетными проблесками результата, химики и биологи, еще недавно пылающие энтузиазмом, отказались от попыток стимулировать созревание клеток ретиноидной кислотой.

Летом 1985 года из Китая во Францию приехала группа исследователей, занимавшихся лейкемией, чтобы встретиться с Лораном Дего, гематологом парижской больницы Сен-Луи, давно питающим интерес к ОПЛ. Китайская группа, возглавляемая Ван Чжэньи, также лечила пациентов с ОПЛ в больнице Жуйцзинь, крупном городском клиническом центре Шанхая. И Ван, и Дего испробовали стандартные химиотерапевтические средства — лекарства, нацеленные на быстроделящиеся клетки, — с целью добиться у своих пациентов ремиссии, но получили самые нерадостные результаты. Ван и Дего в один голос твердили, что им нужна новая стратегия для борьбы с этим капризным смертельным недугом. Оба все время мысленно возвращались к незрелости клеток ОПЛ и к поискам препарата, который бы заставлял их созревать.

Ван и Дего знали, что ретиноидная кислота существует в виде двух близких молекулярных форм, так называемой цис-ретиноидной и транс-ретиноидной кислоты. По составу обе эти формы одинаковы, однако различаются молекулярной структурой и совершенно по-разному ведут себя в молекулярных реакциях. Цис-ретиноидная кислота и транс-ретиноидная кислота состоят из одних и тех же атомов, выстроенных немного по-разному. Из этих двух форм наиболее интенсивно исследовали цис-ретиноидную кислоту, и именно она давала нестойкий и переменчивый результат. Однако Ван и Дего гадали, не окажется ли транс-ретиноидная кислота настоящим фактором созревания. Быть может, непредсказуемый ответ в старых экспериментах объяснялся тем, что в каждой порции ретиноидной кислоты присутствовало малое и всегда разное количество транс-ретиноидной формы?

Ван, окончивший французский иезуитский колледж в Шанхае, говорил по-французски певуче, с сильным акцентом. Опрокинув все лингвистические и географические барьеры, два гематолога наметили план международного сотрудничества. Ван знал рядом с Шанхаем фармацевтическую фабрику, которая могла выпускать чистую транс-ретиноидную кислоту без примеси цис-ретиноидной. Он собирался испытать лекарство на пациентах с ОПЛ в больнице Жуйцзинь. Группа Дего в Париже должна была присоединиться к ним после первоначальных испытаний в Китае и проверить стратегию на французских пациентах с ОПЛ.

В 1986 году Ван начал испытания с двадцатью четырьмя пациентами. У двадцати трех из них наблюдался поразительный результат. Лейкемические промиелоциты в крови больных претерпели стремительное созревание, превратившись в лейкоциты. «Ядро увеличивается, — писал Ван, — в цитоплазме наблюдается меньше первичных гранул. На четвертый день культивирования клетки образуют миелоциты, содержащие типичные, или вторичные, гранулы… показатель развития полностью зрелых миелоцитов».

Затем события приняли неожиданный оборот: достигнув зрелости, раковые клетки принялись умирать. У некоторых пациентов дифференциация и смерть развивались так бурно, что костный мозг сперва переполнялся созревающими миелоцитами, а затем на протяжении нескольких недель медленно пустел по мере того, как раковые клетки постепенно созревали и запускали программу ускоренной клеточной гибели. Резкое созревание раковых клеток приводило к краткосрочным нарушениям метаболизма, которые удавалось регулировать медикаментозным путем, но, помимо этого, единственным побочным эффектом транс-ретиноидной кислоты было пересыхание во рту да изредка сыпь. Ремиссии, полученные при помощи ретиноидной кислоты, длились недели, а часто и месяцы.

Как правило, через три-четыре месяца после лечения ретиноидной кислотой острая промиелоцитарная лейкемия все же возвращалась. Тогда парижская и шанхайская группы попробовали сочетание стандартных химиотерапевтических препаратов и ретиноидной кислоты — коктейль из старого и нового лекарства, — и ремиссии продлевались еще на несколько месяцев. У двух третей пациентов ремиссии начали растягиваться на год, потом на пять лет. В 1993 году Ван и Дего пришли к выводу, что семьдесят пять процентов пациентов, проходивших лечение сочетанием транс-ретиноидной кислоты и стандартной химиотерапии, достигли пожизненной ремиссии — процент, неслыханный в истории лечения ОПЛ.

Биологам потребовалось еще десять лет для объяснения поразительных шанхайских результатов на молекулярном уровне. Путь к разгадке указала элегантная работа Джанет Роули, цитолога из Чикаго. В 1984 году Роули определила уникальную транслокацию в хромосомах клеток ОПЛ — фрагмент гена из пятнадцатой хромосомы сливался с фрагментом гена из семнадцатой. В результате получался активированный «химерный» онкоген, вызывающий активное деление промиелоцитов и блокирующий их созревание, что и создавало симптоматику ОПЛ.

Через четыре года после начала клинических испытаний Вана в Шанхае, в 1990 году, независимые группы исследователей из Франции, Италии и США сумели выделить виновный онкоген. Они обнаружили, что он кодирует белок, который плотно связывается с транс-ретиноидной кислотой. Это связывание немедленно гасит подаваемые онкогеном сигналы в клетках ОПЛ, что и объясняет стремительные и стойкие ремиссии, достигнутые в Шанхае.

Шанхайское открытие потрясало воображение: транс-ретиноидная кислота являла собой воплощение давней мечты молекулярной онкологии — лекарство, воздействующее на конкретный онкоген. Однако эта мечта ожила задом-наперед: Ван и Дего сперва наткнулись на транс-ретиноидную кислоту в результате вдохновенной догадки, а уже потом обнаружили, что молекула воздействует непосредственно на онкоген.

Возможно ли проделать этот путь в другую сторону — начать с онкогена и прийти к лекарству? Роберт Вайнберг в своей бостонской лаборатории уже отправился в это странствие, хотя сам и не подозревал об этом.

В начале 1980-х годов лаборатория Вайнберга усовершенствовала методику выделения вызывающих рак генов непосредственно из раковой клетки. При помощи этой методики ученым удалось выделить десятки новых онкогенов. В 1982 году бомбейский исследователь по имени Лакшми Чаран Падхи, занимавшийся в лаборатории Вайнберга последиссертационной научной работой, сообщил, что выделил еще один онкоген из крысиной опухоли под названием нейробластома. Вайнберг окрестил ген neu в честь типа рака, из которого этот ген был получен.

Neu добавили в растущий список онкогенов, однако он выделялся из общего ряда. Все клетки окружены тонкой мембраной, состоящей из липидов и белков. Эта мембрана, точно маслянистая пленка, препятствует проникновению в клетку многих лекарств. Продукты большинства обнаруженных до сих пор онкогенов — таких как ras и myc — находятся внутри клетки (так, белок ras крепится к клеточной мембране, но изнутри), что делает их недоступными для лекарств, которые не в силах проникнуть через мембрану. Но продукт гена neu относился к иному типу белков. Он не прятался в глубине клетки, а проходил через мембрану, причем так, что большой фрагмент его торчал наружу, доступный любому лекарству.

У Лакшми Чарана Падхи как раз имелось «лекарство», которое можно было бы проверить. В 1981 году, выделяя ген neu, он создал антитела, связывающие новый белок neu. Антитела — это молекулы, разработанные так, чтобы связываться с другими молекулами. Порой это связывание способно заблокировать и вывести из строя связанный белок. Однако антитела не способны проникать через клеточную мембрану, а могут связываться лишь с торчащими наружу белками. Поэтому neu с его-то заманчиво торчащей из мембраны длинной молекулярной «ногой» являл собой идеальную мишень. Падхи потребовалось бы всего полдня на то, чтобы добавить антитела к neu к клеткам нейробластомы и проверить, не произойдет ли связывания. «За ночь эксперимент можно было провести! — впоследствии сокрушался Вайнберг. — Я готов сам себя выпороть. Будь я внимательнее и сосредоточеннее, не зациклись я на одной-единственной идее, которую вынашивал в то время, я бы сообразил!»

Несмотря на целый шлейф соблазнительных наводок, Падхи и Вайнберг так и не додумались провести этот эксперимент. Шли день за днем. Погруженный в себя, нелюдимый Падхи сновал по лаборатории в мятом халате, держа свои эксперименты в тайне и не рассказывая о них коллегам. Его открытие опубликовали в престижном научном журнале, однако мало кто из ученых обратил внимание на то, что Падхи, вполне возможно, наткнулся на потенциальное лекарство от рака — сведения об антителах к neu были закопаны в путаной схеме посредине статьи. Даже Вайнберг, захваченный головокружительной погоней за новыми онкогенами и поглощенный фундаментальной биологией раковой клетки, попросту забыл про эксперимент с neu[40].

Вайнберг получил онкоген и препарат, потенциально блокирующий действие этого онкогена, однако эта пара так и не встретилась — ни в клетках, ни в телах людей. В активно делящихся в лабораторных инкубаторах клетках нейробластомы ген neu неистовствовал, как и прежде, — однонаправленный, маньяческий и на первый взгляд непобедимый, и его молекулярная «нога» покачивалась над поверхностью плазматической мембраны, выставленная наружу и уязвимая, как знаменитая ахиллесова пята.