Самое пугающее и одновременно завораживающее в раке — его стремление к бесконечности. Раковые клетки, закончив мутировать из здоровых, отменяют все механизмы сдерживания, которые природа создала для самых маленьких частиц организма. Они принимаются усиленно поглощать глюкозу, бесконечно делиться, обманывать иммунную систему, выживать без кислорода. Все — чтобы жить вечно.
Теории происхождения рака
Сегодня мы знаем, что рак — результат работы злокачественных клеток, сначала превращающихся в опухоли отдельных органов тела, а потом — если рак не лечить — дающих метастазы. Но, разумеется, до обретения такого знания науке пришлось преодолеть долгий путь.
Гиппократ, который ввел в оборот термин «карцинома» (сочетание греческих слов καρκίνος и ὄγκωμα, то есть «рак» и «опухоль» соответственно), считал, что здоровье человека в целом зависит от баланса четырех жидкостей в составе организма — крови, желчи, флегмы и «черной желчи». Конкретно рак по мнению греческого врача, жившего в IV веке до нашей эры, происходит от переизбытка черной желчи внутри человеческих органов.
Эта теория происхождения рака — называющаяся теперь гуморальной теорией, — оказалась очень живучей: от греков ее переняли другие народы Средиземноморья, и ее же считал неоспоримой римский врач Гален, по чьим трудам в Европе лечились более 1300 лет, аж до середины Средних веков.
Немецкие врачи эпохи Просвещения Георг Эрнст Шталь и Фридрих Гофман в начале 18-го века предположили, что раковые опухоли возникают в лимфатической системе, а затем распространяются по всему телу. И только лишь в 1838 году немецкий биолог Иоганн Мюллер продемонстрировал, что рак состоит из клеток, а не лимфы. А ученик Мюллера, знаменитый патологоанатом Рудольф Вирхов, определил, что все клетки, включая раковые, происходят из других клеток.
Почему клетки становятся раковыми? На этот вопрос тоже пытались и пытаются ответить различные теории канцерогенеза:
- вирусная (клетки становятся злокачественными под воздействием вирусов)
- соматическая (раковые мутации начинаются в ядре клетки)
- теория онкогенеза (рак — следствие мутации генов, называемых онкогенами и онкосупрессорами)
и многие другие.
Но сегодня мы расскажем о митохондриальной теории, согласно которой ключевую роль в образовании раковых опухолей играют митохондрии — компоненты клетки, ответственные за регуляцию клеточного метаболизма.
Кто такие митохондрии?
Митохондрии работают по принципу обмена веществ. Они потребляют попавшие в клетку жиры, глюкозу и кислород — и в процессе окисления преобразовывают их в аденозинтрифосфат (АТФ), который снабжает клетку энергией, необходимой для ее работы и деления. Благодаря молекулам АТФ в теле синтезируется белки, мышечные клетки сокращаются, клетки печени выводят токсины, клетки мозга запускают работу мыслей и так далее. В популярной литературе о медицине АТФ называют «универсальной энергетической валютой всего живого». Если продолжать эту аналогию, митохондрии — это энергетические станции организма.
Помимо синтеза АТФ митохондрии вырабатывают побочный продукт — активные формы кислорода (АФК), ответственные в том числе за процесс апоптоза, то есть запрограммированной клеточной гибели.
Деятельность АФК в организме контролируется антиоксидантами — специальными белками и низкомолекулярными соединениями, такими как глутатион, а также активными формами азота. Если баланс активных форм кислорода и антиоксидантов нарушается, то у некоторых митохондрий повреждается ДНК. Это, в свою очередь, ведет к мутации всей митохондрии, а затем — к невозможности мутировавшей митохондрии вырабатывать нужное количество АТФ для питания клетки и АФК для уничтожения лишних клеток.
Эффект Варбурга
Первым, кто предположил, что митохондрии играют важную роль в развитии опухолевых процессов, был немецкий биохимик Отто Генрих Варбург.
Варбург — один из величайших ученых в истории цитологии, раздела биохимии, изучающего живые клетки. Сын выдающегося физика Эмиля Варбурга, он уже в 23 года стал доктором медицины, а в 1931-м получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за открытие клеточного дыхания — совокупности биохимических реакций, при которых в клетках происходят процессы обмена веществ.
Разумеется, в силу интереса к клеткам, Варбург активно изучал еще и раковые процессы. Именно за это, хотя Варбург и был евреем, его не трогали нацисты: бытует легенда, что склонный к раковой ипохондрии Адольф Гитлер считал Варбурга способным найти лекарство от злокачественных опухолей.
Отто Варбург установил: в здоровых клетках организма митохондрии синтезируют АТФ за счет окисления кислот при участии кислорода. Изучая же опухолевые образования, ученый обнаружил, что злокачественные клетки генерируют свою энергию без доступа кислорода (анаэробный гликолиз), расщепляя огромное количество глюкозы и преобразуя ее в лактат. Этот процесс в дальнейшем и был назван эффектом Варбурга.
По мнению самого Варбурга, нарушением процесса метаболизма в клетках объяснялось формирование раковых опухолей. Такая гипотеза канцерогенеза была опровергнута только в 1970-х: стало считаться, что первопричина образования раковых клеток — все-таки мутации ДНК, а особенности бескислородного преобразования глюкозы раковыми клетками в энергию — всего лишь их следствие. Но существование эффекта Варбурга сомнению никогда не подвергалось.
Митохондриальная теория
Долгое время существование эффекта Варбурга — то есть наличие разных способов получения энергии у здоровых и раковых клеток — считалось основой возможного создания лекарств, которые будут точечно убивать раковые клетки. Разумеется, конкретно об этой идее науке пришлось забыть после того, как гипотеза канцерогенеза Варбурга не подтвердилась.
Но лечение рака через влияние на митохондрии продолжало и продолжает быть популярным объектом исследований. Разница лишь в том, что исследуются главным образом уже не особенности энергообразования в раковых клетках, а мутации ДНК митохондрий (или, для краткости, мтДНК). Собственно, один из основных постулатов митохондриальной теории происхождения рака заключается в том, что ведущие факторы развития ракового заболевания — именно мутации мтДНК.
Эта теория становится все более актуальной по мере того, как увеличивается количество исследований, подтверждающих влияние дисфункций мтДНК на образование того или иного типа опухолей. Вот несколько из таких исследований, в хронологической последовательности:
- В 1996 году группа американских ученых исследовала 45 случаев глиом головного мозга (определенного вида рака мозга) и обнаружила мутации мтДНК в 87% случаев.
- В 1997 году группа испанских ученых подтвердила наличие мутаций мДНК в клетках колоректальных злокачественных образований.
- В 2001 году группа китайских ученых, занимающихся проблемой рака яичников, нашла известные науке мутации мДНК в 60% злокачественных клеток, исследованных при эксперименте.
- В том же 2001 году группа ученых из Университета Джонса Хопкинса провела исследования 15 клеточных линий рака поджелудочной железы — и обнаружила мутации мДНК почти в каждом случае.
- В 2002 году группа ученых группа ученых из Университета Бэйлора установила список мутаций мтДНК на ранних стадиях рака молочной железы.
И так далее: например, с одним из обзорных списков подобных исследований, включающий в себя десятки статей, можно ознакомиться по ссылке.
Что все это значит?
Хотя исследования мутаций в мтДНК и общие исследования поведения митохондрий в раковых клетках еще продолжаются, уже можно сделать вывод, что поддержание корректной работы митохондрий и метаболизма клеток — это, скорее всего, действенный способ превенции раковых образований.
Но как помочь метаболизму митохондрий? Есть множество доступных способов помочь своим митохондриям в деле регулирования, поддержки или восстановления клеточного организма. Вот некоторые из них:
Контроль диеты
Исключите из рациона сахар, простые углеводы и продукты с высокой степенью фабричной переработки. Как показали многочисленные исследования — например, исследование группы итальянских ученых, опубликованное в 2015 году, — все эти диетические маркеры разрушительно влияют на работу митохондрий и могут легко привести к хронической митохондриальной дисфункции.*
Высокоинтенсивный интервальный тренинг
Высокоинтенсивный интервальный тренинг (ВИИТ или HIIT) характеризуются короткими и очень интенсивными упражнениями. Как показало сравнительное исследование, опубликованное группой канадских ученых в 2011 году, прямые механизмы воздействия ВИИТ на митохондрии пока что плохо изучены, однако точно известно, что такой тип тренировок помогает повышенной митохондриальной активности.** Кроме того, закаливание и обливание холодной водой, особенно после ВИИТ, способствует еще большей активности митохондриальных маркеров.***
Баня
Один из самых интригующих способов ухода за митохондриальным метаболизмом — это баня. Исследование группы ученых различных университетов южных штатов США, опубликованное в 2021 году, обнаружило прямое воздействие пара и жара бани (сауны) на функцию митохондрий. Ученые предполагают, что баня (сауна) особенно благотворно влияет на митохондриальный метаболизм людей, подвергаемых стрессу на работе, — и при этом жалуются, что воздействие бани на митохондрии исследуют мало.****
Правильный распорядок дня и регуляция сна
Исследование 2018 года, опубликованное международной группой ученых, доказало влияние гармонизации распорядка дня и циркадных ритмов организма на митохондриальную активность, в особенности — на производство митохондриями АТФ, то есть конечного продукта митохондриального метаболизма.*****
Подведем итоги: митохондриальная теория возникновения рака — это не только перспективное направление изучения злокачественных опухолей, а еще и база знаний, напоминающая нам о важности ухода за своим здоровьем. В частности — важности поддержания работы метаболических функций митохондрий и, как следствие, всего организма. Парьтесь в бане, занимайтесь высокоинтенсивными тренировками, правильно питайтесь и следите за своим телом. А еще — помните, что для диагностики раковых образований на ранних стадиях особенно важен скрининг.
Автор: Олег Соболев
* https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4389347/
** https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21451146/
*** https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27278803/