Раковые клетки притворяются нейронами

На самом деле, о том, что некоторые раковые клетки, подобно нейронам, способны воспринимать и передавать дальше электрохимические импульсы, известно довольно давно. Такое свойство есть, например, у клеток мелкоклеточного рака (карциномы) лёгкого. Эта опухоль происходит из нейроэндокринных лёгочных клеток. Как можно понять по названию, они стоят между нервной системой и эндокринной: принимая импульсы от нейронов, они выделяют разные сигнальные молекулы, которые действуют на окружающую ткань. Однако те нейроэндокринные клетки, которые прошли через злокачественное перерождение, становятся более похожи на нейроны – они, как было сказано, не только воспринимают электрохимические импульсы, но и передают их дальше. Нейроноподобие клеток мелкоклеточного рака делает их склонными к метастазированию; отростки, похожие на отростки нейронов, помогают им внедряться в новую ткань. В то же время до сих пор было не вполне ясно, насколько нейроноподобные злокачественные клетки, так сказать, электрически самостоятельны, и насколько для них важна именно электрическая активность.

Сотрудники Института Фрэнсиса Крика и Массачусетского технологического института экспериментировали с человеческими и мышиными клетками мелкоклеточного рака лёгких, а также с мышами, которым пересаживали образцы человеческих опухолей. Тут нужно добавить, что в мелкоклеточных опухолях не все клетки остаются похожи на нейроэндокринные, которые потом склоняются к нейронному виду. Часть злокачественных клеток теряет нейроэндокринные признаки, но одновременно делается похожа на астроциты – вспомогательные клетки нервной системы, которые должны питать и поддерживать нейроны (хотя одним этим их работа не ограничивается). У настоящих нейронов есть определённые электрофизиологические свойства: потенциалы на мембране, измерение этих потенциалов и т. д. Исследователи выяснили, что только нейроэндокринные раковые клетки демонстрируют нейронную электрофизиологию. Передача импульса с одной такой клетки на другую похожа на то, как это происходит между настоящими нейронами: перегруппировка ионов на мембране, которая обеспечивает движение импульса по клетке, побуждает её выбросить из себя нейромедиаторы, возбуждающие соседнюю клетку – на ней точно так же начинают перегруппировываться ионы, и импульс бежит дальше.

Мелкоклеточному раку лёгких на ранней стадии нужен нейромедиатор ацетилхолин, и раковые клетки получают его от обычных нейронов, отростки которых разрастаются и вплетаются в зарождающуюся опухоль. Однако по мере развития опухоль отказывается от нейронной поддержки: в ней уменьшается количество нейронных отростков, которые дают ацетилхолин, и раковые клетки начинают синтезировать его сами. Опухоль как бы отсоединяется от сети, становясь электрически самостоятельной, генерируя импульсы внутри себя. Электрическая активность стимулирует развитие опухоли, что было показано в экспериментах, в которых злокачественным клеткам подавляли способность генерировать и проводить импульсы. Клетки от этого не умирали, но хуже делились и переставали давать метастазы. У больных, у которых раковые клетки были особенно склонны к электрической активности, клинический прогноз оказывался хуже. Электрохимические сигналы поддерживаются в том числе потоками кальция в клетке и вокруг неё, а кальций одновременно играет роль важного сигнала, который влияет на работу многих белков, среди которых есть и те, что управляют клеточным делением.

Всё это касается нейроэндокринных клеток, которые уподобляются нейронам. Что же до не-нейроэндокринных клеток, которые становятся похожи на астроциты, то они выполняют ту же работу, что и настоящие астроциты, то есть снабжают нейроноподобные опухолевые клетки дополнительной энергией. Электрическая активность довольно затратна с энергетической точки зрения, не говоря уже о том, что раковые клетки в принципе перестраивают свой обмен веществ так, чтобы быстрее делиться и больше ничем не заниматься.

Исследователи выяснили, что обмен веществ мелкоклеточных опухолей с нейроноподобными и астроцитоподобными клетками отличается от обмена веществ «среднеарифметической» опухоли, и что астроцитоподобные клетки снабжают нейроноподобные лактатом, или молочной кислотой. Лактат – один из промежуточных продуктов при энергетическом расщеплении глюкозы; его можно превратить в остаток пировиноградной кислоты и отправить в окислительные реакции, которые дадут очень много энергии. То есть лактат выступает энергетическим подготовленным сырьём: астроцитоподобные клетки подготавливают его для нейроноподобных клеток, которые получают из лактата дополнительную энергию для электрической активности. (Мы как-то рассказывали, что обычные астроциты точно также подкармливают лактатом нейроны мозга.)

Результаты исследований опубликованы в Nature. Очевидно, что электрохимические импульсы, бегающие внутри опухоли – это ещё одна мишень для терапии, по крайней мере, для терапии мелкоклеточного рака лёгких. Отчасти похожим образом ведёт себя глиома – опухоль мозга, развивающаяся из вспомогательных глиальных клеток нервной системы. Глиомным клеткам тоже нужны нейромедиаторы, и можно без преувеличения сказать, что глиомные опухоли растут от мыслей. Однако электрофизиологические особенности клеток глиом и клеток мелкоклеточного лёгочного рака, судя по всему, отличаются, что и неудивительно – всё-таки обе опухоли происходят из разных клеток и формируются в разном окружении.