Когда я еще жил дома, в Чикаго, и как раз заканчивал Чикагский университет (было это в 1947 году), дяде Стэнли, младшему брату моего отца, отцу двоих сыновей, исполнилось сорок. В тот год у него обнаружили злокачественную меланому. В те времена меланома была абсолютно неизлечимым раком кожи. Вероятно, Стэнли прихватил ее, загорая на песчаных пляжах озера Мичиган. Когда хирург удалил у него с руки черную бородавку, рак уже метастазировал и проник во внутренние органы, куда скальпелю, увы, не добраться. Ужасные воспоминания о том, как на руках и на лице у Стэнли возникали новые опухоли, не покинут меня никогда. Поэтому позднее, работая в Гарварде, я всегда надевал широкополую шляпу, выходя на расположенный неподалеку пляж или прогуливаясь рядом с нашим летним домиком на острове Мартас-Винъярд, несмотря на то что там в изобилии росли тенистые вязы. Даже сегодня, когда мне уже почти девяносто, я так и не играю в теннис на Лонг-Айленде в полуденные часы, даже обмазанный кремом от загара с сильным протективным эффектом. Самая надежная стратегия борьбы с раком, как раньше, так и теперь, это профилактика, поскольку обычно эта жуткая болезнь нападает совершенно внезапно.

При этом каждое утро я по-прежнему принимаю две таблетки детского аспирина, поскольку всерьез отношусь к достоверным эпидемиологическим данным, что это хорошее противовоспалительное средство на 25 % снижает вероятность развития рака. Поскольку я до сих пор поигрываю в теннис, такая физическая нагрузка помогает дополнительно обогащать мышцы реактивными формами кислорода, которые снижают вероятность серьезной онкологии еще на 25 %. Пока неизвестно, помогает ли дополнительно защититься от рака ежедневная доза в 500 мг метформина – это сахароснижающее средство, которое помогает от диабета. Так или иначе, я метаболизирую меньше глюкозы.

Кэролайн Бернарди – ей удалось излечиться от рака

Через шестьдесят лет после того, как рак диагностировали моему дяде Стэнли, женщина по имени Кэролайн Бернарди, сорокачетырехлетний маркетолог из Сиднея, как раз рассылала клиентам рождественские подарки, когда после обеда ее отвлек от работы телефонный звонок с известием, которое ужасает каждого, но которое тем не менее раз в жизни суждено услышать каждому третьему: «У вас рак». Биопсия шейного отдела показала, что у Кэролайн Бернарди немелкоклеточный рак легкого на стадии 3B. Врач сказал, что опухоль неоперабельна, и оценил шансы Бернарди прожить еще 12 месяцев не более чем в 5 %. «Мне показалось, словно я села в скоростной поезд и все вокруг словно расплылось и стремительно понеслось мимо. Однако я просто застыла и пыталась осмыслить тот вихрь, в котором очутилась», – рассказывает Кэролайн. Новость сокрушила всех ее домашних, в том числе двух маленьких детей. Все это казалось чудовищной несправедливостью: Бернарди была физически здорова, в семейном анамнезе у нее не было рака, и она за всю жизнь не выкурила ни единой сигареты.

После того как химиотерапия не помогла, Майкл Бойер, лечащий врач Бернарди из Сиднейского онкологического центра, решил пойти ва-банк. По поручению компании Pfizer он отвечал за клиническое исследование экспериментального противоракового препарата дакомитиниба, проводившегося в Азии и Австралии. Лекарство показывало первые обнадеживающие результаты у тех пациентов, которые не реагировали на иные препараты, например на Tarceva или Iressa, также воздействующие на рецептор эпидермального фактора роста, важный трансмембранный сигнальный белок, с которым связан рост многих типов раковых клеток. Спустя пару месяцев Кэролайн Бернарди присоединилась к исследованию, составив компанию еще двадцати с лишним волонтерам – первопроходцам на неизведанной территории таргетной онкологической медицины. Всего через несколько дней она почувствовала, что опухоли у нее на шее стали размягчаться. Через два месяца компьютерная томография показала, что пять опухолей у нее в легких рассосались, рака не было и в пораженных лимфоузлах. «Это было попросту красиво!» – вспоминает она.

К сожалению, истории о такой поразительной ремиссии, как у Бернарди, остаются исключением, а не правилом. На каждую историю о победе над раком найдется множество пациентов, которым не помогает ни химиотерапия, ни новейшие препараты либо у которых рак на время отступает, а затем возвращается – с еще более худшими клиническими проявлениями, чем прежде. На каждое лекарство, добавляющееся в фармакопею онколога (обычно на разработку лекарства уходит десять лет и более), приходится множество препаратов, которые «сходят с дистанции», поскольку оказываются слишком токсичными, неспецифическими или недостаточно эффективными. Фактически то же самое произошло и с дакомитинибом, пополнившим ряды некогда многообещающих препаратов, которые, однако, не были одобрены регламентирующими органами. Однако при всем при этом случай Кэролайн Бернарди все равно кажется чудом. Именно ее рак удалось полностью вытравить экспериментальным препаратом, тогда как другим участникам исследования не повезло – такой феномен врачи именуют «эффект Лазаря». Бернарди словно уверовала – она продолжает ежедневно принимать дакомитиниб, но считает, что излечиться ей помогли и другие факторы: теперь она медитирует, лучше питается, каждый день делает зарядку, прибегает к иглоукалыванию и другим приемам традиционной китайской медицины. Она на волонтерских началах работает в больницах и написала книгу, чтобы вдохновить других онкобольных и их семьи. Ее врач не смог уверенно ответить, что же именно ей помогло, поэтому разумно, но осторожно посоветовал: «Продолжайте делать все, чем занимаетесь сейчас».

Джон Даймонд, писатель и журналист

Точка слома: определенные мутации в гене BRCA1 коррелируют с развитием рака груди и яичников. Здесь показаны два снимка хвостового региона белка BRCA1. Слева выделена аминокислота метионин 1775, расположенная рядом со щелью, где BRCA1 связывается с другим белком, помогающим находить и чинить поврежденную ДНК. Справа в результате мутации подставляется остаток аргинина, который отключает такое «партнерское» свойство. Считается, что именно такая мутация M1775R вызывает рак груди

Когда в 1997 году британскому журналисту Джону Даймонду (первому мужу знаменитого ресторанного критика Найджелы Лоусон) диагностировали рак пищевода, он стал вести в газете Times регулярную колонку о своей болезни. «Когда вам стукнет сорок, – писал он, – каждая из тридцати с чем-то триллионов ваших клеток успеет поделиться пару тысяч раз. Какова вероятность, что хотя бы некоторые из этих клеток не ударятся в цитологическую анархию, которая вызовет рак и погубит вас?» Даймонд, умерший в 2001 году, даже не будучи ученым, сделал проницательное естественнонаучное наблюдение. Действительно, малейшая ошибка в работе фермента, обеспечивающего рутинную химическую реакцию, мимолетное воздействие инородного химиката или случайный космический луч могут повредить спираль ДНК и спровоцировать необратимый и безудержный рост клеток. Скорее, удивительно не то, как много людей заболевает раком, а то, какому множеству удается этого избежать.

Тот факт, что рак обусловлен, прежде всего или даже исключительно, генетическими изменениями, впервые был отмечен при исследовании семей, в которых прослеживались редкие заболевания, например синдром Линча. При таких расстройствах рак передается из поколения в поколение примерно как наследственное заболевание. Новые случаи рака ожидаемо возникают без какой-либо явной причины, например без участия известных естественных генетических канцерогенов, таких как табачный дым, сажа или асбест. Теперь известно, что многие или все такие семьи предрасположены к раку из-за ошибок в сложнейшей системе репарации нашей ДНК. В нашем геноме действительно есть копировальный механизм, в работе которого неизбежно возникают ошибки, но рак возникает, когда эта первая линия защиты нас подводит.

К наиболее известным относятся случаи таких поломок, связанные с генами BRCA1 и BRCA2. (В главе 12 мы обсуждали, как Мэри-Клэр Кинг героически искала и наконец картировала ген BRCA1. Ее миссия растянулась на двадцать лет и легла в основу фильма «Расшифровка Энни Паркер», где в роли Кинг снялась Хелен Хант. Фильм рассказывает об одной из первых женщин в Северной Америке, прошедших генетический анализ на BRCA1.) У женщин мутации в этих генах провоцируют более половины всех известных случаев рака груди, а также большинство случаев наследственного рака яичников. У мужчин с мутацией в гене BRCA1 в шесть раз повышена частота рака простаты. Очень редко такая мутация (это подтвержденный факт) у мужчин тоже может вызвать рак молочной железы. Оба этих гена кодируют белки, которые играют ключевые роли в обеспечении целостности генома, корректируют несовпадения в парах оснований и проверяют последовательность на наличие неповрежденных, гомологичных нитей ДНК. Остается неясным, почему среди сотен зарегистрированных мутаций конкретные канцерогенные варианты генов BRCA1 и BRCA2 встречаются чаще среди евреев-ашкеназов или среди некоторых групп франкоканадцев.

Идентификация генов BRCA1 и BRCA2 – две примечательные победы в долгой, затяжной войне с раком, но, как правило, исследователям вдобавок требуется превратить генетические находки в осмысленные методы лечения, дающие длительный терапевтический эффект. В декабре 1971 года, более сорока лет тому назад, президент Никсон объявил войну раку. С тех пор на эту войну ежегодно тратятся миллиарды долларов налогоплательщиков, но результаты борьбы неоднозначны. Негативная сторона проблемы такова: с тех пор как началась эта война, смертность от рака в США практически не уменьшилась, особенно если сделать поправку на то, что американцы стали значительно меньше курить. Есть такое заурядное кино про автоугонщиков с Николасом Кейджем в главной роли, называется «Угнать за 60 секунд». Именно каждые 60 секунд в США кто-нибудь умирает от рака. В 2016 году более 550 тысяч американцев умерли от злокачественных новообразований.

Хелен Хант в роли Мэри Клэр-Кинг, картировавшей ген BRCA1, в фильме «Расшифровка Энни Паркер» (2013)

Положительный аспект состоит в том, что сегодня мы располагаем несколькими новыми действенными средствами против рака. Лучшим противораковым лекарством уже более двадцати лет остается иматиниб. Он регулярно выводит на плато многолетней ремиссии пациентов с хроническим миелоидным лейкозом (ХМЛ). Еще один действенный препарат – герцептин, помогающий бороться с определенными формами метастатического рака молочной железы. Тем не менее большинство видов рака даже после ремиссии, достигаемой в том числе при при помощи геномных препаратов, впоследствии возвращается в гораздо более агрессивной форме, и тогда больному остается жить от нескольких месяцев до одного года. Поэтому, несмотря на все перспективы лекарств, используемых на сегодняшний день и действующих на генетическом уровне, онкологическое заболевание остается источником страха и мучений. Увы, так будет до тех пор, пока не разработают новые методы избирательного уничтожения раковых клеток, в том числе на поздних стадиях болезни.

Этого можно добиться несколькими способами. Во-первых, разрабатывать новые мощные лекарства, блокирующие безусловно опасные канцерогенные вещества, например белки генов RAS и MYC. Сегодня они считаются двумя наиболее приоритетными мишенями, поскольку (как будет рассказано дальше) до сих пор не поддаются большинству современных терапевтических методов. Во-вторых, разрабатывать более качественные иммунотерапевтические лекарства, в частности нацеленные на взаимодействие с белками контрольной точки опухоли, «тормозами» иммунной системы. Иммунотерапия, то есть мобилизация иммунной системы пациента на борьбу с раковыми клетками, кажется очень многообещающей, но требует тонкой настройки, чтобы гарантировать, что иммунные клетки пациента станут бороться с раком, не причиняя чрезмерного сопутствующего вреда, который сейчас остается настоящим бичом при подобном лечении и сводит на нет самые перспективные виды хваленой иммунотерапии. В-третьих, нужно серьезно работать над проблемой побочных эффектов большинства химиотерапевтических препаратов, чтобы их можно было применять подолгу и достигать полноценного лечебного эффекта.

В 2003 году Эндрю фон Эшенбах, в тот период руководивший Национальным институтом онкологии (NCI), поставил задачу «покончить с летальностью и мучениями от рака» к 2015 году. Естественно, эта цель была заведомо недостижима; позже он признал ошибку и уточнил, что имел в виду не победу над раком, а взятие болезни под контроль. Я долгие годы скептически высказываюсь на эту тему в статьях для New York Times и других изданий. Еще в августе 2009 года я заявил, что победа над раком – весьма «реалистичная цель, поскольку в кои-то веки мы знаем его подлинные генетические и химические свойства». После этого заключения пришлось взять тайм-аут. Такие программы, как «Атлас онкологического генома» (последовавшая за проектом «Геном человека»), дали нам массу информации о генетической природе рака, но более чем за десять лет, прошедших от этого заключения, так и не произвели желаемого эффекта в онкологии.

В 2016 году к дискуссии подключился президент Обама, затронувший эту тему в своем последнем послании «О положении страны». «Давайте сделаем Америку страной, в которой рак будет побежден раз и навсегда», – призвал Обама. Руководство такой амбициозной противораковой программой он поручил вице-президенту Джо Байдену, который незадолго до того потерял сорокачетырехлетнего сына Бо, умершего от опухоли мозга. Естественно, для рака авторитетов не существует. Пока Обама выступал в Белом доме, бывший президент Джимми Картер, которому тогда исполнился 91 год, проходил лечение от метатстатической меланомы с помощью экспериментального иммуннотерапевтического препарата Keytruda. Позже Байден сказал, что «президент Никсон объявил раку заведомо проигрышную войну, не имея ни армии, ни орудий, ни информации». Байден сказал, что цель этих противораковых наполеоновских планов – «не развязать новую войну против болезни, а выиграть ту, которую президент Никсон объявил еще в 1971 году». Первая цель программы им. Бо Байдена – «изменить культуру обмена данными, информацией, не припрятывать ее». В основе программы – благие намерения, но меня неизменно разочаровывают все новые «крестовые походы» такого рода, учитывая, сколько раз мы уже пытались их начинать.

Несмотря на весь прогресс, достигнутый за последние десятилетия, многие диагностированные новообразования мы пытаемся лечить традиционными подсечно-огневыми методами: в ход идет скальпель хирурга и ионизирующее излучение. Рентгеновские лучи стали применяться в медицине вскоре после того, как в 1895 году их открыл Вильгельм Рентген – тогда неожиданно выяснилось, что они избирательно уничтожают раковые клетки. Даже сегодня лучевая терапия остается основным орудием в арсенале почти всех онкологических клиник. Однако если рак не удается выявить, пока он мал и локализован, лучевая терапия позволяет лишь уменьшить размеры опухоли. В настоящее время такие методы используются скорее чтобы смягчить страдания, чем чтобы продлить жизнь. К сожалению, слишком часто рак удается обнаружить лишь тогда, когда он уже распространился далеко от первичной опухоли. На таком этапе, именуемом «метастазирование», лишь немногие виды рака поддаются излечению (например, метастатическая карцинома яичка поддается лечению при помощи химиотерапии, препаратом цисплатин). Вот уже более семидесяти лет первоочередной задачей онкологических исследований остается поиск таких противораковых препаратов, которые были бы способны избирательно уничтожать раковые клетки, не затрагивая при этом здоровые.

Попытки лечить рак химиотерапией начались в годы Второй мировой войны. Первоначально для этого использовали алкилирующие аналоги горчичного газа – вещества, напоминающие иприт, один из первых химикатов, который Германия применяла в годы Первой мировой войны при газовых атаках. В годы Второй мировой войны такие жуткие газы на полях сражений в Европе не использовались, однако сотни человек погибли от химического оружия 2 декабря 1943 года, когда немецкая авиация совершила сокрушительный налет на итальянский порт Бари. Среди кораблей, потопленных при этом налете, был и американский транспортный корабль «Джон Харви» типа «либерти», перевозивший секретный груз из двух тысяч бомб, начиненных горчичным газом – якобы для ответных мер на случай, если нацисты решатся применить химическое оружие. В ходе последующего разбирательства военный врач Стюарт Френсис Александер заметил, что в крови у пострадавших и погибших резко снизился уровень лимфоцитов. Из этого он заключил, что производные горчичного газа могут действовать как противораковые препараты, снижая переизбыток лимфоцитов при лимфомах и лейкемии.

К тому моменту двое врачей из Медицинской школы при Йельском университете – Альфред Гилман и Луис Гудман – уже работали над этой проблемой. 27 августа 1942 года польский эмигрант, который остался в истории под псевдонимом Джей-Ди, прошел у них экспериментальную химиотерапию от лимфокарциномы. Поскольку Министерство обороны засекретило эту информацию, препарат из медицинской карты Джей-Ди именовался «вещество Икс», а не «аналог горчичного газа». «При лечении пациента удалось выяснить, что рак реагирует на химические инъекции, а также что химиотерапия чревата потенциально смертельными осложнениями, связанными с угнетением работы костного мозга», – писал Джон Фенн, йельский специалист по сосудистой хирургии. Именно с этого пациента началась терапевтическая онкология. Хотя Джей-Ди умер в год начала его лечения с использованием методов химиотерапии, вскоре затеплилась надежда, что когда-нибудь препараты на основе аналогов горчичного газа позволят лечить людей от всех видов рака. Ремиссии после такого метода терапии регистрировались повсеместно. Первый случай был зафиксирован в Нью-Хейвене, далее такие случаи стали фиксироваться по всем США. Но зарегистрированные ремиссии оказались краткосрочными.

К счастью, в ходе более ранних диетологических исследований зелено-листных овощей удалось выявить вещество, оздоровлявшее костный мозг. Это была фолиевая кислота. При дефиците фолиевой кислоты количество лимфоцитов в костном мозге уменьшается – эффект напоминает воздействие горчичного газа. Вскоре после Второй мировой войны Сидней Фарбер стал сотрудничать с Лабораторией Ледерле при детской больнице Бостона и занялся разработкой ряда ингибиторов фолиевой кислоты, в том числе действенного препарата аметоптерина, сегодня более известного под названием метотрексат. Применив его в 1948 году, Сидней Фарбер впервые добился бесспорной ремиссии при детском остром лимфобластном лейкозе. Постепенно ремиссии становились все более и более длительными. К концу 1960-х годов многих детей удалось полностью излечить от острого лимфобластного лейкоза, комбинируя сразу несколько агрессивных химиотерапевтических средств, в том числе алкалоид винкристин. Столь же удовлетворительных результатов удалось достичь при лечении взрослых пациентов, страдавших обширной онкологией лимфатических узлов – болезнью Ходжкина. Болезнь Ходжкина хорошо излечивалась при помощи еще одного растительного алкалоида – прокарбазина, уничтожающего делящиеся клетки. Прокарбазин применяется при некоторых комбинированных видах химиотерапии. Крепла надежда на то, что удастся найти еще более качественные химиотерапевтические агенты, которые позволят достичь более длительных ремиссий или даже полностью вылечиться. Химиотерапия помогала от многих онкологических заболеваний крови, а также от таких видов рака, как, например, рак груди и легких. Поэтому филантроп Мэри Ласкер, сотрудничавшая с Сиднеем Фарбером в 1960-е годы, смогла пролоббировать в Конгрессе США расширенные программы грантовой поддержки для Национальных институтов здравоохранения, нацеленные на исследования рака, и в частности на подбор комбинаций лекарств для химиотерапевтических режимов.

После того как президент Никсон в конце 1971 года объявил войну против рака, Национальный онкологический институт перешел в непосредственное подчинение президенту, а не главе Национальных институтов здравоохранения. Хотя я был одним их первых членов Консультативного комитета по онкологии при президенте США, вскоре я впал в немилость, и меня выгнали из этого престижного круга, в основном потому что я не питал иллюзий выиграть эту войну всего за десять лет. Именно десятилетний срок в 1961 году озвучил президент Кеннеди, поставив задачу отправить человека на Луну, поэтому такой же срок дали и нам на борьбу с раком. Я считал, что мы слишком мало знаем о раке, как в генетическом, так и в биохимическом отношении, чтобы ответственно планировать устранение большинства видов рака к концу 1970-х годов. По моим наиболее адекватным оценкам, на это могло потребоваться как минимум двадцать, если не тридцать лет.

Естественно, я всерьез обеспокоился, когда в 1979 году моей сорокадевятилетней сестре Бетти диагностировали агрессивный отечно-инфильтративный рак груди. К счастью, она тогда жила в Вашингтоне, округ Колумбия, и могла лечиться в Национальном онкологическом институте – одном из лучших в мире учреждений, занимавшихся инновационной химиотерапией. Более года она еженедельно принимала химиотерапию в почти смертельных дозах. В Национальном онкологическом институте мою сестру вылечили от рака – болезнь так и не вернулась к ней до самой смерти. Однако, как ни прискорбно, впоследствии этот успех практически не удавалось повторить у пациентов, больных этим видом рака, а тем более гораздо более агрессивными его видами: раком легкого, поджелудочной железы, прямой кишки и мозга. Даже сегодня, когда в очень редких случаях и удается добиться полной ремиссии, этот рак почти всегда возвращается в новой и гораздо более агрессивной форме, устойчивой к химиотерапии, и в таком случае болезнь обычно оставляет человеку всего один-два года. Считаю, что Бетти смогла прожить еще более двадцати лет без следа рецидивов болезни именно благодаря той годичной химиотерапии. Она прожила по меньшей мере вдвое дольше, чем обычно прогнозируют на современном этапе пациентам с раком груди. С тех пор эта мысль меня не оставляет, и я думаю, что ее стоит обдумать многим исследователям-онкологам.

Я стал гораздо больше интересоваться исследованиями рака с тех пор, как впервые услышал об опухолевых вирусах, то есть более тридцати лет тому назад. Осенью 1947 года, будучи новоиспеченным аспирантом Университета Индианы, я стал посещать курс по вирусологии, который читал тридцатипятилетний микробиолог Сальвадор Лурия, получивший образование в Италии. Узнавая о вирусах, провоцирующих рак, и в частности о вирусе саркомы Рауса и вирусе папилломы Шоупа, я задумывался над тем, а есть ли у них канцерогенные гены (онкогены). Однако узнать об этом наверняка удалось лишь после того, как в 1953 году мы смоделировали структуру ДНК и поняли, что она напоминает двойную спираль. В результате плодотворных размышлений мы поняли, что, поскольку у вирусов относительно немного нуклеиновых кислот, их хромосомы могут кодировать от силы несколько онкогенов. В начале 1968 года меня назначили директором лаборатории Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде, и я поставил себе первоочередную цель: найти, а затем изучить канцерогенные гены на материале человеческого опухолевого вируса SV40, который был открыт незадолго до этого. Мне ни разу не пришлось пожалеть об этом решении, поскольку с тех пор лаборатория в Колд-Спринг-Харборе была центром изучения регуляции генов у эукариот, а также генетических основ рака.

До изобретения технологий планомерного выращивания вирусов в средах для культивирования клеточных культур (эти методологии разработали Гарри Игл из Национальных институтов здравоохранения и Ренато Дульбекко, тогда трудившиеся в Калифорнийском технологическом институте) те впечатляющие наработки 1970-х, показавшие, как именно вирусы вызывают рак, или были бы просто невозможными, или же продвигались бы с черепашьей скоростью. Не менее важную роль для быстрого прогресса в этой сфере сыграла растущая доступность радиоактивных изотопов, которыми помечают основные компоненты вирусных нуклеиновых кислот. Многие талантливейшие интеллектуалы, решившие заняться биологией и медициной после открытия двойной спирали, разумно присоединились к поиску вирусных генов, вызывающих рак.

У многоклеточных животных циклы роста и деления большинства клеток происходят не самопроизвольно, а требуют внешнего сигнала – такой сигнал дают гормоны, поступающие из других органов. Таким образом, клетки делятся лишь тогда, когда организму это требуется. Большинство этих белковых сигналов для запуска/перезапуска клеточного роста либо воздействуют на поверхность клетки (например, эпидермальный фактор роста связывается с соответствующим рецептором), либо опосредуются гормонами роста, поступающими через цитоплазму к ядру, где связываются с рецепторами гормонов, расположенными в ядерном хроматине (таков, например, рецептор эстрогена). Так запускается синтез определенных факторов транскрипции. Многие белки, покрывающие поверхность клеток растущего эмбриона, – это рецепторы факторов роста. Прямо под ними, на внутренней стороне клеточной мембраны, находятся погруженные в цитоплазму другие важные сигнальные белки, например RAS и фосфоинозитид-3-киназа (PI3Ks), которые передают сигналы, стимулирующие рост, на рибосомы – клеточные органеллы, где синтезируются белки для сборки новых клеток.

Механизм репликации вируса саркомы Рауса впервые предсказали в Университете Висконсина в начале 1960-х. Говарда Темина озадачил вопрос, почему размножение этого вируса в мышиных клетках блокируется актиномицином, ингибитором синтеза ДНК. Темин предположил, что первый этап размножения этого вируса заключается в синтезе одноцепочечных нитей ДНК, комплементарных одноцепочечным матрицам РНК, вызывающим инфекцию. Получающиеся в результате двойные спирали, состоящие из ДНК и РНК, затем должны рекомбинироваться в одну или несколько мышиных хромосом, пока возникают провирусы саркомы Рауса, то есть пока вирусные геномы встраиваются в клетки хозяина. При дальнейшей транскрипции этих провирусных последовательностей ДНК генерируются новые цепочки РНК вируса саркомы Рауса. Таким образом, Темин обнаружил вирусы, обладающие активностью обратной транскриптазы и существующие как провирусы в ДНК клеток животных.

Провирусная гипотеза Темина была подтверждена в 1970-е годы, когда он сам и Дейвид Балтимор из Массачусетского технологического института независимо друг от друга открыли, что обработанные детергентом разорванные вирусные частицы встраивают дезоксинуклеозидтрифосфаты в растущую цепочку ДНК. В присутствии фермента рибонуклеазы, расщепляющего РНК, ДНК не образуется – таким образом, шаблоном для ее синтеза служит вирусная РНК. Такой синтез катализирует фермент обратная транскритаза, отвечающая за построение ДНК. Этот фермент кодирует один из четырех генов, линейно расположенных вдоль единственной цепочки ДНК у вируса саркомы Рауса. Длина его ДНК около шести тысяч оснований. Таким образом, способность РНК-содержащих вирусов поражать клетки тканей человека и животных – это следствие так называемой обратной транскрипции, то есть возможности передачи генетической информации не от ДНК к РНК, затем к белку (транскрипция), а наоборот, от молекулы РНК к ферменту ДНК – полимеразе (ревертазе) и уже от него к клетке, которая в результате перерождается в опухолевую. (За открытия, касающиеся взаимодействия между опухолевыми вирусами и генетическим материалом клетки, Темин и Балтимор были совместно удостоены Нобелевской премии в 1975 году). Два из этих генов получили название Gag и Env – они кодируют у вируса саркомы Рауса соответственно внутренние (связывающиеся с РНК) и внешние структурные белки оболочки. В конце генома РНК расположен ген Src – он кодирует фермент, который фосфорилирует тирозиновые остатки и обеспечивает базовый внутриклеточный регуляторный этап в самом начале биохимического пути, по которому внешние сигналы, стимулирующие рост клетки, передаются с мембраны к клеточному ядру.

Следующее важное открытие также было отмечено Нобелевской премией. Его совершили Майк Бишоп и Гарольд Вармус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, определившие, что во всех клетках позвоночных содержится неонкогенный вариант гена Src, очень похожий на тот, что кодирует вирусную саркому Рауса. Они выявили первый человеческий онкоген. Естественно, Бишоп был польщен, когда однажды рано утром в 1989 году его разбудил звонок из Стокгольма, но тем не менее настаивал на более раннем времени своей пресс-конференции, чтобы успеть в тот вечер поболеть за любимую команду «Сан-Франциско Джайентс», вышедшую в плей-офф главной лиги бейсбола. Вскоре исследователи открыли и неканцерогенные варианты других вирусных онкогенов, в частности RAS-онкогенов (они встречаются в трех вариантах: H, K и N). Подобные гены передают сигналы, стимулирующие рост, от многочисленных мембранных рецепторов факторов роста. Такие онкогены, как рецептор HER2 (из семейства эпидермальных факторов роста), часто амплифицируются в раковых клетках; при их наличии соответствующие нисходящие пути роста всегда активны. Напротив, в нормальных клетках ген HER2 почти все время неактивен.

Воздействие мутантных онкогенов, таких как EGFR, HER2, RAS и P13K, можно сравнить с ситуацией, когда педаль газа все время выжата до упора – из-за этого клетка-хозяин неконтролируемо растет и делится. Напротив, при мутациях в генах иного класса, так называемых опухолевых супрессорах, эти гены действуют, скорее, как заклинившие тормоза, отключающие жизненно важные защитные механизмы клетки. Люди, унаследовавшие дефектный опухолевый супрессор, в некотором смысле находятся на краю пропасти: если будет повреждена вторая, последняя копия этого гена, то у них вполне может развиться рак. Среди опухолевых супрессоров можно назвать PTEN, подавляющий метаболизм роста, а также p53 и RB – в нормальной ситуации эти гены препятствуют запуску деления митотических клеток.

Работу этих генов впервые красочно продемонстрировали Берт Фогельштейн (Bert Vogelstein), Кеннет Кинцлер (Kenneth Kinzler) и их коллеги из Университета им. Джона Хопкинса, показавшие, что сбои в работе некоторых онкогенов и опухолевых супрессоров накапливаются до тех пор, пока не спровоцируют возникновение и прогрессирование рака прямой кишки.

Хотя, конечно, есть такие виды рака, которые возникают из-за единственной мутации, гораздо вероятнее, что должно произойти как минимум несколько мутаций, прежде чем начнется рак, представляющий угрозу для жизни. Одна или несколько мутаций включают клеточный рост, опосредованный синтезом белков; очередная мутация запускает неконтролируемый клеточный цикл – например, из-за того что в клетке перестает работать ген p53. Скорее всего, большинство видов рака у человека начинаются после двух-трех мутаций в онкогенах, а затем такого же числа мутаций в опухолевых супрессорах. Однако, возможно, и не требуется свести на нет все эти мутации, чтобы добиться эффективности препаратов, действующих на уровне генов. Есть надежда, что по-настоящему переломить ситуацию удастся после появления эффективных препаратов против RAS и MYC.

Долгий путь от здоровой ткани к распространению рака. Классические исследования Берта Фогельштейна, Кеннета Кинцлера и их коллег показали, что рак прямой кишки и другие онкологические заболевания возникают из-за накопления последовательных мутаций во множестве генов

Один из важнейших генов опухолевых супрессоров был открыт в 1979 году сэром Дэвидом Лейном и его коллегами из Университета Данди. Оказалось, что белок p53 – один из центральных узлов, где сходится масса нормальных функций и клеточных биохимических путей; в частности, здесь пролегает ключевой этап сложного пути, приводящего к раку прямой кишки. Имена онкологов Фредерика Ли и Джозефа Фраумени увековечены в названии редкого наследственного синдрома, при котором у человека в раннем возрасте развивается сразу множество видов рака, в том числе рак молочной железы, крови и мозга. Наследственные мутации в гене p53 вызывают синдром Ли – Фраумени, а соматические мутации в p53 встречаются более чем в 50 % всех случаев рака. Поэтому ген p53 полностью оправдывает свое пафосное прозвище «страж генома».

Однако шансы на возникновение заболевания для всех организмов, больших и малых, различаются, хотя и в этом случае p53 также оправдывает свою репутацию. Прославленный статистик из Оксфордского университета сэр Ричард Пето однажды сформулировал интересный вопрос: почему повторяемость случаев рака не коррелирует с абсолютными размерами тела и, соответственно, с количеством клеток? Почему рак у человека развивается с той же частотой, что и у мышей, но чаще, чем, скажем, у слонов? Оказывается, разгадка парадокса Пето заключается в следующем. В геноме слона примерно 20 копий гена p53, поэтому слон обладает «системой раннего оповещения» с высокой избыточностью. Поскольку в клетках слона белок p53 синтезируется в огромных количествах, организм не пытается «ремонтировать» ДНК (как делают некоторые человеческие варианты этого гена), а просто провоцирует апоптоз клеток, чтобы «не рисковать». Естественно, у слона множество клеток, способных к самопроизвольному уходу в апоптоз.

После обнаружения важнейших онкогенов, в частности RAS, несколько новоиспеченных биотехнологических компаний, специализирующихся в области онкологии, принялись искать препараты, блокирующие работу этих генов. Еще в 1980-е годы я работал консультантом в одной такой компании на Лонг-Айленде, которую планировалось назвать Oncogene Sciences, однако она приобрела известность под именем OSI Pharmaceuticals. Среди основных онкогенных белков, на которые она нацелилась, был RAS. В те годы сформулировали множество основополагающих описаний работы RAS на генетическом и биохимическом уровнях организации, и в этом была заслуга Майка Уиглера и Линды ван Эльст, работавших всего в нескольких километрах от лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Однако как тогда, так и сейчас RAS крайне тяжело поддается лекарственному воздействию. Поэтому OSI переключилась на поиск препаратов против эпидермального фактора роста, чрезмерная экспрессия которого – одна из важнейших причин, вызывающих рак легких. Однако прошло почти десять лет, пока OSI получила от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрение на препарат, блокирующий эпидермальный фактор роста, именуемый Tarceva. К сожалению, с помощью этого препарата редко удается продлить жизнь человека более чем на два года, а большинству пациентов разница «еще полгода» или «еще полтора года» не очень принципиальна. Поэтому у Tarceva был крайне ограниченный коммерческий успех. OSI не имела шансов превратиться в мирового биотехнологического игрока, сравнимого с Genentech, и в 2010 году за четыре миллиарда долларов ее приобрела японская фармацевтическая компания Astellas. Хотя основатели Oncogene и работавшие там ученые так и не стали баснословно богаты, я, по крайней мере, смог употребить свой заработок на существенную филантропическую поддержку для лаборатории Колд-Спринг-Харбор.

Значительно более успешным противораковым средством оказались гуманизированные моноклональные антитела, на основе которых был получен препарат герцептин (о нем я уже упоминал). Этот препарат блокирует рецептор HER2, стимулирующий рост всех потенциально летальных протоковых разновидностей рака груди. Поскольку герцептин довольно часто обеспечивает ремиссии, длящиеся по несколько лет, а не месяцев, как ранее, создание этого препарата – один из крупнейших прорывов в лечении рака за два последних десятилетия. Исходно HER2 был описан в 1980-е годы учеными из Genentech, показавшими, что это продукт одного из первых онкогенов (NEU), идентифицированных в Массачусетском технологическом институте группой Боба Вейнберга. Онколог Деннис Слеймон из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показал, что амплифицированные гены HER2 – основной фактор развития протокового рака груди. У пациентов с лишними копиями гена HER2 зачастую возникал более агрессивный метастазирующий рак. В течение нескольких следующих лет Слеймон сотрудничал с Genentech, участвуя в разработке моноклонального антитела для блокировки рецептора HER2. Гуманизированную форму этого моноклонального антитела назвали «герцептин» – неологизм составлен из аббревиатуры HER2 и английского слова intercept (перехватывать). К тому времени (в 1998 году) Деннис Слеймон уже представил на крупной конференции по онкологии драматичные результаты третьего этапа своего клинического исследования – поэтому препарат был одобрен без всяких сомнений.

На сегодня наиболее успешным противораковым препаратом, работающим на генетическом уровне, остается иматиниб (Gleevec). Большинство современных препаратов от лейкемии – это по-прежнему адаптированная «побочка» терапии другой онкопатологии, поскольку фармацевтические компании не склонны инвестировать средства в разработку лечения, нацеленного на относительно малую подгруппу пациентов. Однако в 1990 году, когда молодой швейцарский химик-органик Юрг Циммерманн получил в Базеле свою первую серьезную фармацевическую работу в компании Ciba-Geigy (позже она слилась с компанией Sandoz, и вместе они образовали корпорацию Novartis), ему первым делом поставили следующую задачу: синтезировать низкомолекулярные кандидатные препараты для лечения хронического миелоидного лейкоза (ХМЛ). Хотя это и не самая распространенная форма лейкемии, в мире ежегодно диагностируется около 6000 случаев ХМЛ, эта болезнь обычно приводит к смерти максимум за пять лет, и единственное доступное лечение – это трансплантация костного мозга.

Однако основная причина ХМЛ была известна уже несколько десятилетий: в 1960 году двое ученых из Филадельфии описали любопытную аномалию в белых кровяных тельцах у больных. Еще через десять лет Джанет Роули, генетик из Университета Чикаго, точно описала хромосомную аномалию как филадельфийскую хромосому. Воспользовавшись новым методом окрашивания, с которым она ознакомилась во время творческого отпуска в Оксфорде, Джанет Роули смогла сделать микрофотографии хромосом с нанесенными полосками. В 1972 году она раскладывала эти снимки прямо на обеденном столе, вырезала из них изображения отдельных хромосом и аккуратно попарно складывала, уговаривая своих маленьких детей, игравших рядом, чтобы те не чихали. Оказалось, что филадельфийская хромосома – это патологическое слияние двух обычных хромосом, 9 и 22. Джанет Роули написала о своем открытии в журнале Nature. Описав хромосомные транслокации при двух других типах лейкемии, она убедилась, что именно эти аберрации и есть причина рака, а не какой-нибудь побочный эффект другого заболевания. Так появилось первое солидное доказательство, что рак возникает из-за повреждений ДНК.

Аномальная хромосома, образующаяся вследствие переноса части 9-й хромосомы на 22-ю, при ХМЛ синтезирует химерный онкогенный белок BCR-ABL, который кодирует на поверхности клетки киназу, провоцирующую рост и отличающуюся при ХМЛ чрезмерной экспрессией.

Здоровые неповрежденные хромосомы из обычной клетки (слева) и хромосомы из клеточной линии SKB3, вызывающей рак груди (справа). В сущности, все раковые хромосомы изменены (либо структурно, либо по числу копий). В двух длинных искривленных синих хромосомах содержится множество лишних копий онкогена MYC

Команда Юрга Циммермана взяла «на прицел» четко обозначенную графически трехмерную модель белка-мишени, после чего ученые стали искать маленькое соединение, выстраивающееся в активный сайт гибридного белка и не дающее ему связываться с естественным субстратом (в данном случае с нуклеотидом АТФ). По признанию врача Чарльза Сойерса, позже сотрудничавшего с Novartis, до тех пор пока метод не заработал, «эта идея казалась безумной». Безумные идеи редко бывают по душе тем, кто занимается разработкой лекарств – кропотливым и заоблачно дорогим делом. В среднем на открытие препарата тратится пятнадцать лет и более миллиарда долларов; приходится провести многолетние клинические исследования, и только тогда, когда будет доказана безопасность и эффективность лекарства, наконец получить одобрение.

Тем не менее Юрг Циммерманн не отчаялся и приступил к поиску известных ингибиторов других белковых киназ. Он стал экспериментировать с химической структурой известного химического соединения: добавлять группу атомов там, корректировать тут. Своему чутью он доверял больше, чем компьютерным программам для моделирования молекул. К августу 1992 года он синтезировал молекулу, получившую лабораторное название STI-571 (ингибитор сигнальной трансдукции 571). Поначалу менеджеры компании препаратом не воодушевились, поскольку, как я уже упоминал, у лекарства не было потенциала, чтобы стать «блокбастером» в фармации и давать по миллиарду долларов чистой выручки ежегодно. К счастью, тестировать соединение Циммерманна поручили онкологу Брайану Друкеру. Первые исследования показали, что препарат токсичен для собак, но Друкер смело заявил, что такой результат может и не повториться при испытаниях на людях. Действительно, по итогам первого этапа клинического исследования, запущенного в 1996 году, STI-571 оказался безопасным и удивительно эффективным. Всего за несколько недель повышенные титры белых кровяных телец у пациентов с ХМЛ вернулись к нормальным значениям. Молекула прошла и дальнейшие испытания, после чего в 2001 году FDA за рекордные десять недель одобрило препарат, сегодня известный под названием иматиниб. Это произошло всего через три года после первых клинических испытаний и через девять лет после того, как Юрг Циммерманн синтезировал это соединение. Поскольку иматиниб блокирует не только BCR-ABL, но и другие киназы, Друкер, Сойерс и их коллеги догадались, что потенциально препарат может лечить и другие виды рака, в частности гастроинтестинальную стромальную опухоль (ГИСО). ГИСО возникает из-за мутаций в онкогене c-KIT и на первый взгляд совершенно не похожа на лейкемию. Сходство выявляется лишь на уровне молекулярной генетики.

Однако надежды на то, что иматиниб может полностью излечить пациента от ХМЛ, вскоре рухнули. Любая спонтанная мутация в присутствии иматиниба помогает раковым клеткам ускользать от этого препарата. Уже в ходе клинических испытаний врачи отметили, что у некоторых пациентов развилась резистентность к препарату. Одна мутация даже привела к тому, что сайт раковой клетки, продуцировавший BCR-ABL, вновь заработал на полную мощность. Клетка подставила на этот сайт вместо обычной кислоты другую, более крупную, и стала неуязвима для иматиниба. Пока Друкер и Сойерс рассказывали коллегам-онкологам о резистентности при ХМЛ, исследователи из компании Bristol-Myers Squibb разрабатывали собственный ряд ингибиторов киназ для лечения ХМЛ. Они открыли молекулу, которая, подобно иматинибу, могла блокировать BCR-ABL в его активной конфигурации. Теперь у онкологов было на выбор несколько ингибиторов киназ, в том числе нилотиниб, препарат следующего поколения от Novartis (под названием Tasigna), который случайно (или как раз кстати) поступил на рынок в 2015 году, именно тогда, когда истекал патент на Gleevec. Сейчас ведутся еще несколько исследований, призванных определить, какие комбинации препаратов обеспечивают максимальную вероятность долгосрочной ремиссии при ХМЛ.

Боб Вайнберг (слева) и Дуглас Ханахан (справа) – исследователи, выделившие наиболее характерные признаки рака

Прошло почти двадцать лет с тех пор, как Боб Вайнберг из Института Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте и Дуглас Ханахан, на тот момент директор Института экспериментальных онкологических исследований в швейцарской Лозанне, встретившись на конференции на Гавайях (в 1998 году), решили воспользоваться своим свободным временем и вместе спуститься в кратер потухшего вулкана. Этот поход позволил им договориться, что они в соавторстве напишут обзорную статью, где, по словам Вайнберга, «попытаются кодифицировать принципы, по которым здоровая клетка превращается в раковую». Дуглас Ханахан придумал для статьи запоминающееся название: The Hallmarks of Cancer (Рак: характерные особенности), и в январе 2000 года эта статья была опубликована в журнале Cell. По признанию самого Боба Вайнберга, он ожидал, что статья «утонет, как камень в спокойном пруду; мы даже и не думали, что она получит поистине всеобщее признание в широком научном сообществе». Действительно, с тех пор ее цитировали тысячи раз – такой чести удостоились авторы, сумевшие свести к сухому остатку ошеломительно сложную биологию рака и сформулировать стройную систему из считаных фундаментальных признаков.

Никто не удивился, что первые два признака, выделенные Ханаханом и Вайнбергом, уже обсуждались ранее: 1) онкогены, поддерживают в клетке сигнальные механизмы для самодостаточного роста; 2) дефектные опухолевые супрессоры, которые должны реагировать на сигналыроста (ингибировать их), но не работают или блокируются иным образом. Остальные характерные признаки рака: 3) избегание программированной клеточной смерти (апоптоза); 4) способность к неограниченной репликации; 5) постоянное наращивание сетки кровеносных сосудов (ангиогенез); 6) способность к инвазии в другие ткани (метастазирование). Десять лет спустя, как воссоединившиеся рок-звезды онкологии, решившие отправиться в турне с лучшими хитами, Ханахан и Вайнберг вновь объединили усилия и немного дополнили свою классическую схему, добавив в нее еще два признака: 7) избегание уничтожения иммунными механизмами и 8) дерегуляция клеточной энергетики.

Характерные признаки рака, сформулированные Дугласом Ханаханом и Бобом Вайнбергом. В обновленной версии статьи упоминаются еще два ключевых признака: «избегание уничтожения иммунными механизмами» и «дерегуляция клеточной энергетики»

Долгие годы исследователи зондируют эти фундаментальные свойства рака в поисках новых возможностей лечения. Так, у нормальных клеток в участках ДНК на кончиках хромосом встроен специальный «счетчик», ограничивающий их способность к репликации. Такие защитные структуры называются теломеры и действуют примерно как пластиковые наконечники на шнурках: чем сильнее они изнашиваются, тем сложнее зашнуровать ботинки. Важнейшие фундаментальные исследования, связанные с тело-мерами, выполнила Элизабет Блэкберн, учившаяся у Фреда Сэнгера и взявшаяся за изучение этих структур лишь потому, что эти фрагменты ДНК относительно легко секвенировать. По ее мнению, теломерные участки хромосом характеризуются отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и выполняют защитную функцию. Элизабет Блэкберн менее всего предполагала, что этот путь приведет ее к Нобелевской премии.

Человеческая теломера содержит последовательности из шести пар оснований (ТТАГГГ), и обычно в клетке около двух тысяч копий таких последовательностей. Как правило, после каждого акта деления клетки теломеры укорачиваются, однако их может снова нарастить фермент под названием теломераза. В раковых клетках теломераза активируется гораздо сильнее, поэтому таким клеткам удается преодолеть так называемый предел Хейфлика. Это число актов деления, которые может претерпеть нормальная клетка. Эта величина составляет от сорока до шестидесяти и названа в честь американского биолога Леонарда Хейфлика (Leonard Hayflick), оценившего ее в 1961 году. Таким образом, работа с теломерами представляется терапевтической стратегией широкого профиля для борьбы с раком. Сообщают о некотором прогрессе – уже получается отключить теломеразу, однако здесь предстоит еще много работы.