Лечим сигнальные пути снаружи и внутри
Основными лигандами, запускающими клеточный цикл в организме человека, является группа белков, называемых факторами роста (GF — growth factor). Обычно в их название включается упоминание ткани, в которой впервые или наиболее ярко был описан их эффект — фактор роста эпидермиса (EGF), фактор роста гепацитов (HGF) и т. д. Каждый из них действует через свой специфический рецептор (или группу рецепторов). Передав через цепочку посредников сигнал в ядро клетки, ростовые факторы запускают синтез особых белков — циклинов.
Циклины — главные регуляторы клеточного цикла. График изменения уровня разных циклинов в клетке похож на рисунок набегающих друг на друга волн, каждая из которых несет клетку к следующей фазе деления. В свою очередь циклины активируют специальные ферменты — циклинзависимые киназы (СDK) и т. д., вплоть до белков, непосредственно регулирующих копирование ДНК и расхождение хромосом. Объяснение механизмов регуляции клеточного цикла с помощью циклинов и циклинзависимых киназ в 2001 году было отмечено Нобелевской премией. Награду получили ученые Ли Хартвелл, Тимоти Хант и Пол Нерс.
Подробное рассмотрение сигнальных путей, ведущих к делению клетки, само по себе могло бы потянуть на целую книгу, но для понимания общих принципов злокачественного перерождения достаточно будет уяснить несколько базовых положений. Генетическое нарушение может затронуть сигнальный путь, ведущий к делению клетки, на самых разных уровнях регуляции. Клетка может начать усиленно производить факторы роста или рецепторы к ним, сломанным может оказаться циклиновый механизм или регуляция факторов транскрипции и т. д. Но общий результат будет одним и тем же — усиление молекулярного сигнала, командующего клетке: «Делись!» Как упоминалось выше, онкогенами и онкосупрессорами могут выступать самые разные белки сигнального каскада, запускающего клеточное деление. Например, известный онкоген Myc — это фактор транскрипции, так же как и онкосупрессор р53, а онкогенные RAS-белки — это ферменты, белки-катализаторы. Эти «молекулярные подробности», невидимые глазу, очень важны с точки зрения разработки и применения целевой лекарственной терапии, направленной не на все делящиеся клетки (как традиционная химиотерапия), а лишь на те, в которых есть определенная генетическая поломка.
Мутации, связанные с молекулами, находящимися на поверхности клетки или во внеклеточной среде, компенсировать лекарственными методами легче, чем нарушения внутриклеточного сигнала. Лиганды и рецепторы более доступны для воздействия, чем циклины и циклинзависимые киназы. Ведь чтобы добраться до последних, лекарственному веществу нужно преодолеть барьер клеточной мембраны, а это не просто. Поэтому наибольших успехов таргетной терапии рака на сегодняшний день удалось добиться в отношении заболеваний, при которых патологическое деление клеток связано с избыточной активностью определенных рецепторов (обычно в результате амплификации — увеличения числа копий их генов).
Классическим примером такого онкогенного рецептора является белок HER2. В 20–30 % случаях рака груди синтез этого белка усиливается, что приводит к ускоренному росту опухоли. «Трастузумаб» (другое название — «Герцептин») — лекарство на основе антител к данному рецептору. С одной стороны, оно блокирует сигнал от фактора роста и прекращает клеточное деление в опухоли, а с другой — привлекает клетки иммунной системы. (В норме антителами организм «метит» клетки «чужаков», например бактерий, но об этом подробнее будет рассказываться в главе, посвященной иммунотерапии рака.) Иммунные клетки распознают антитела на поверхности клеток с повышенной экспрессией HER2 и уничтожают их.
Отдельной и очень важной группой лигандов, ускоряющих клеточное деление, являются половые гормоны. Сигнальные пути, связанные с этими молекулами, активны преимущественно в половых органах. Нарушения в сигнальных путях гормонов прогестерона и эстрогена дают начало таким женским опухолям, как некоторые разновидности рака груди, матки и яичников. Среди мужских гормонозависимых опухолей, чувствительных к уровню тестостерона, лидирует рак простаты. Так же как в случае с факторами роста, общий принцип лечения гормонозависимых опухолей направлен на блокировку (ингибирование) гормонального сигнала на том или ином этапе. Лечение такого рода называют еще «гормональной терапией», хотя по смыслу она, скорее, «антигормональная».
В ходе разработки этого метода лечения выяснилось, что мужские половые гормоны в женском организме и женские половые гормоны в мужском работают по-разному. Введение в организм мужчины высокой дозы аналога женского полового гормона (синтетического эстрогена диэтилстильбэстрола — DES) почти полностью блокирует синтез мужского полового гормона тестостерона за счет подавления нормального сигнала от гипофиза к половым железам и останавливает развитие рака простаты. Этот метод «химической кастрации» широко использовался при лечении гормонозависимых опухолей у мужчин в 1960-х годах, пока на смену ему не пришли более безопасные методы регуляции гормонального статуса пациентов. За разработку гормонального лечения злокачественных опухолей предстательной железы Нобелевскую премию 1966 года получил американский физиолог Чарльз Хаггинс.
Во время гормонального лечения рака простаты у пациентов проявляются признаки «феминизации» — увеличение веса, потеря волос на теле, но все эти изменения обратимы и исчезают вскоре после завершения курса терапии. При этом введение женщинам с раком молочной железы высоких доз тестостерона вызывало многочисленные побочные эффекты, связанные с «маскулинизацией» (рост волос на теле, огрубление голоса), но не оказывало заметного воздействия на их опухоли. К женским гормонозависимым опухолям исследователям пришлось подбираться с другого конца, синтезируя вещества, способные блокировать рецепторы этих гормонов.
Интересная история связана с появлением одного из самых распространенных лекарств для лечения эстрогензависимого рака груди — «Тамоксифена». Изначально эта молекула тестировалась как возможное противозачаточное средство, но не показало удовлетворительного эффекта. Зато способность соединения надежно блокировать эстрогеновый рецептор сделало его эффективным препаратом для лечения женских опухолей, чувствительных к эстрогену.
Так же как любая целевая терапия, гормональное лечение при раке требует знания молекулярных особенностей опухоли данного конкретного пациента. (Больной бессмысленно принимать «Тамоксифен», если опухоль у нее не экспрессирует эстрогеновый рецептор.) Такое лечение назначается врачом только после детального генетического и биохимического анализа злокачественного новообразования.
Хотя добраться до внутриклеточных онкогенов на порядок сложнее, чем «включить» или «выключить» рецептор на поверхности мембраны, некоторых успехов удалось достичь и здесь. Примером такого лекарства является, например, «Гливек» («Иматиниб») — таргетный препарат для лечения одной из разновидностей «рака крови» — хронического миелоидного лейкоза. Для этого заболевания характерна особая хромосомная перестройка, в результате которой сливаются «голова» 22-й и «хвост» девятой хромосомы, образуя так называемую филадельфийскую хромосому. В результате получается гибридный ген (и гибридный белок) BCR-ABL, вызывающий патологическое деление клеток крови. С биохимической точки зрения этот белок (как и многие другие онкогены) — «взбесившаяся» гиперактивная киназа, неразборчиво и неуправляемо фосфорилирующая белки клеточного цикла. Действующее вещество «Гливека» представляет собой сложную органическую молекулу (не белок!), способную избирательно связываться с «молекулярным карманом» на поверхности этой гибридной киназы и полностью блокировать ее действие. С появлением «Гливека» хронический миелоидный лейкоз, бывший до того практически неизлечимым заболеванием, стал болезнью, при которой шансы на выздоровление близки к 100 %.
ФАКТ: главными объектами таргетной терапии на сегодняшний день являются лиганды и рецепторы (не только раковых клеток), но в некоторых случаях удается добиться прицельного воздействия и на белки, действующие внутри клетки.