Эволюционные принципы в борьбе с раком
24 ноября — день, когда 164 года назад была опубликована революционная работа Чарльза Дарвина «Происхождение видов». В Институте исследований рака (The Institute of Cancer Research, ICR) подчеркивают важность эволюционных принципов не только в природе, но и в развитии болезней, включая рак.
Тёмная сторона выживания: эволюция рака
Эволюция — изменение наследуемых признаков в ряду поколений — наделяет организмы преимуществами для выживания. Однако эволюционировать может всё, что имеет геном, включая бактерии, вирусы и раковые клетки. Именно эволюционная способность рака приводит к одной из главных проблем в лечении — устойчивости к лекарствам (drug resistance).
Устойчивость может возникать разными путями:
- Генетические мутации, дающие клеткам выживательное преимущество.
- Негенетическая эволюция (фенотипическая пластичность), когда клетка меняет своё поведение в ответ на среду (например, на химиотерапию) без изменения ДНК.
Использование эволюции рака против него самого
Учёные из Центра эволюции и рака ICR исследуют, как использовать эволюционные принципы для контроля над болезнью. В статье в Trends in Cell Biology профессор Тревор Грэхем и доктор Фредди Уайтинг предлагают чётко различать:
- Фенотипическую пластичность (изменения, вызванные средой).
- «Фенотипический шум» (phenotypic noise) — случайные изменения фенотипа.
Это различие важно для выбора стратегии лечения. Например, «эволюционное управление» (evolutionary steering) эффективно только когда устойчивость вызвана средой (пластичностью), а не случайным шумом.
Примеры стратегий:
- Адаптивная терапия (adaptive therapy): динамичный подход, при котором дозы химиотерапии регулируют, чтобы оставить часть чувствительных клеток. Это сдерживает рост устойчивых популяций и снижает токсичность для пациента. Терапия с препаратом абиратерон (abiraterone) уже показала успех в клиническом испытании.
- Последовательное применение препаратов: первый препарат направляет эволюцию опухоли в определённое русло, после чего применяется второй, эффективный против изменившихся клеток.
Важность коэволюции опухоли и иммунной системы
Рак и иммунная система пациента могут коэволюционировать, подолгу находясь в состоянии равновесия. Процесс иммуноредактирования (immunoediting) может как сдерживать опухоль, так и способствовать её развитию, отбирая клетки, ускользающие от иммунного ответа.
Исследование, опубликованное в Nature Genetics под руководством доктора Луиса Сапаты Ортиса, выделило два типа таких клеток:
- «Иммуноотредактированные» (immune-edited) — лишены неоантигенов (чужеродных белков).
- «Иммуноускользнувшие» (immune-escaped) — научились скрываться от иммунитета, несмотря на наличие неоантигенов.
Ключевой вывод: иммунотерапия эффективна против «иммуноускользнувших» опухолей, но не работает против «иммуноотредактированных». Это пример использования эволюции в качестве биомаркера ответа на лечение.
Дополнительная работа команды профессора Грэхема (препринт на bioRxiv) предлагает доступную методику секвенирования для анализа реакции иммунных T-клеток на различные мутации рака, что поможет лучше понять коэволюцию опухоли и иммунитета.
Влияние микробиома на эволюцию рака
На развитие рака влияет не только иммунитет, но и микробиом — сообщество бактерий, грибов и других микробов в организме. Исследование под руководством профессора Андреа Сотторивы (готовится к публикации в Nature Communications) показало, что у пациентов с колоректальным раком значительно повышено наличие кишечной палочки (Escherichia coli, E. coli) с определённым геном pks+.
- Этот ген кодирует химическое вещество колибактин (colibactin), способное повреждать ДНК и потенциально вызывать мутации, ведущие к раку.
- pks+ E. coli может служить биомаркером риска развития рака толстой кишки.
Заключение
Профессор Тревор Грэхем: «Развитие рака в организме аналогично эволюции видов... Если мы не научимся работать с этой эволюцией или преодолевать её, устойчивость к лечению будет и дальше нас ограничивать. Понимая эволюцию рака — как он развивается, распространяется и становится устойчивым, — мы можем начать предсказывать его поведение. Это даст нам огромное преимущество».
Понимание эволюционных принципов позволяет учёным расширять знания о раке и разрабатывать более эффективные стратегии его диагностики, лечения и профилактики.