АНГИОГЕНИН: ВРАГ ИЛИ ДРУГ?
М. РАБИНОВИЧ, Г. КОМОЛОВА, Ю. РУСТАМЬЯН и И. ИОНОВА (Институт биохимии им. А. Н. Баха Российской академии наук)
"Рождающий сосуды" - так переводится с греческого слово "ангиогенин", обозначающее небольшой по биохимическим меркам белок. Впервые он был обнаружен около 15 лет назад при обстоятельствах почти драматических и связанных с именами двух блестящих ученых - соседей по Гарвардской медицинской школе: Берта Вэлли и Джуды Фолкмана.
ГИПОТЕЗА ФОЛКМАНА
Предметом исследования хирурга Джуды Фолкмана была раковая опухоль: начиная с 1963 года он вместе со своими коллегами пытался выяснить, как стимулирует она образование вокруг себя избыточных кровеносных сосудов. Ведь именно через них опухоль буквально высасывает из пораженного организма все, что ей необходимо для дальнейшего роста и метастазирования.
Фолкман предположил, что достигшая нескольких миллиметров в диаметре опухоль начинает выделять некое особое вещество, которому он дал название ТАФ (от английского tumor angiogenesis factor - TAF - фактор кровоснабжения опухолей). Хирург полагал, что, проникая сквозь ткани к ближайшим сосудам, этот ТАФ и вызывает образование у них ответвлений, направленных к опухоли.
Предварительные данные о существовании ТАФ Фолкман получил на рубеже 60-70-х годов и тогда же начал искать способ, который позволил бы как-то блокировать действие этого вещества и прекратить тем самым развитие опухоли и возникновение метастаз.
Будучи не только выдающимся ученым, но и талантливым пропагандистом своей идеи, Фолкман в середине 70-х годов сумел добиться финансирования необходимых исследований гигантом американского фармацевтического бизнеса - компанией "Монсанто". Рассчитанный на 12 лет контракт между этой фирмой и Гарвардской медицинской школой оказался неординарным даже по американским меркам: на работы, связанные с изучением ТАФ, компания выделила Фолкману и его коллеге - биохимику Берту Вэлли грандиозную сумму в 23 миллиона долларов, получив взамен эксклюзивное право на все патентуемые результаты.
Столь уникальное соглашение между ведущим частным университетом и крупнейшей частной компанией вызвало многочисленные комментарии, что неудивительно: какими перспективными ни казались бы исследования Фолкмана в середине 70-х годов, но 12 лет в современной науке - срок очень большой, особенно в онкологии. Приоритеты за это время могут смениться неоднократно. Фирма тем не менее рисковала немногим, этот контракт стал для нее прекрасной рекламой.
Что же касается самих исследований, то они поначалу продвигались без видимых результатов. Потребовалось, например, несколько лет для того, чтобы научиться очищать в достаточных для исследований количествах вещества, выделяемые опухолью, а также надежно оценивать эффективность образования сосудов под действием этих веществ.
Пути Вэлли и Фолкмана постепенно разошлись. Фолкман продолжал упорно работать с опухолевыми клетками крыс, а группа Вэлли, перебрав несколько типов опухолей, остановилась на клетках рака толстой кишки человека. Определялось это, видимо, соображениями актуальности (от такой опухоли лечили в то время президента Рейгана), но именно такой поворот событий и привел в итоге к открытию ангиогенина.
ВРАГ № 1 НАЙДЕН?
В 1985 году редакция американского журнала "Биохимия" опубликовала в своем сентябрьском номере сразу три статьи Берта Вэлли и его коллег. В статьях сообщалось о выделении, характеристике и структуре гена "первого ТАФ, выделенного в чистом виде из опухоли человека", и именно этому веществу авторы дали название "ангиогенин". Получение его было сопряжено с весьма значительными трудностями. Для выделения всего 1 миллиграмма исследователям пришлось переработать около 2000 (!) литров культуры клеток злокачественной опухоли человека. Сопоставить этот труд вполне можно с научным подвигом супругов Кюри, которые с риском для жизни и здоровья добыли первые миллиграммы радия из тонны урановой руды.
Впрочем, и по активности своей новый белок тоже оказался под стать радию. Вносимый в количестве миллионных долей миллиграмма в мембрану оплодотворенных куриных яиц или в роговицу глаза подопытных крыс, он всего за несколько дней индуцировал образование вокруг места имплантации густой сетки капилляров.
Но был ли Вэлли убежден в том, что выделенный белок и есть главный виновник кровоснабжения опухоли? Ведь сообщение о своем открытии он дал только в журнале "Биохимия", где был членом редколлегии. Можно предположить, что такой уверенности у Вэлли не было. Тем более что и Фолкман, и другие исследователи уже сообщили к этому времени об открытии иных эффективных стимуляторов роста кровеносных сосудов, выделенных как из опухолевых, так и из нормальных тканей.
Скорее всего, причиной срочных публикаций в "Биохимии" стала необходимость поддержать интерес тех, кто давал деньги, к тяжелой многолетней работе, но подобный элемент сенсационности породил неоднозначное отношение коллег к замечательному открытию группы Вэлли.
А оно было действительно замечательным, даже если вообще не рассматривать его значения для практической онкологии. Потому что ангиогенин оказался совершенно не похожим на ТАФ Фолкмана, а более всего напоминал хорошо известный биологам фермент РНКазу (рибонуклеазу) А из поджелудочной железы человека. Структура этого фермента, расщепляющего в организме рибонуклеиновые кислоты, была полностью определена задолго до открытия Вэлли, и она, как оказалось, на 35% совпадала со структурой ангиогенина. Надо ли объяснять, насколько это облегчило расшифровку пространственной структуры молекулы нового белка?
Любопытно, что РНКаза А никак не стимулирует рост сосудов, а ангиогенин способен, подобно ей, воздействовать на молекулы некоторых рибонуклеиновых кислот (РНК). И в частности, может (хоть и гораздо медленнее, чем РНКаза, и с образованием более крупных кусков) расщеплять РНК рибосом - "молекулярных машин", при помощи которых клетки строят нужные им белки.
Оказалось также, что активность ангиогенина как фермента прямо связана с его сосудообразующим действием. При замене в ангиогенине важных для РНКазной активности аминокислотных остатков он не только лишался способности действовать на РНК, но и одновременно переставал стимулировать рост сосудов.
Несмотря на впечатляющие успехи Вэлли в исследовании ангиогенина, сам механизм формирования сосудов под его воздействием остался тайной за семью печатями. Выдающийся специалист по ферментам, Берт Вэлли не был, однако, столь признанным лидером в вопросах кровоснабжения опухолей, как хирург Фолкман, и ведомый высказанной Фолкманом гипотезой, наткнулся на феномен, который разгадать не смог.
Сам же Фолкман продолжал все эти годы последовательно искать ТАФ, источником которых служили бы поврежденные клетки. Предельно упрощая предложенный им механизм, можно сказать, что выделение ТАФ он рассматривал как ответ на повреждение клеток при ранении или при врастании опухоли в здоровые ткани. Повреждаться и служить источником ТАФ могли, по его мнению, и опухоль, и соседние с ней нормальные ткани, и специальные клетки, защищающие организм от вторжения чужого. К месту повреждения, откуда, по Фолкману, исходил служивший своего рода сигналом SOS поток ТАФ, начинали тянуться ответвления сосудов: организм стремился доставить туда все необходимое для залечивания раны. Но эта помощь перехватывалась растущей опухолью, использовавшей ее для своего собственного развития.
Фолкману и в самом деле удалось выделить из разрушенных тканей подобные ТАФ белковые вещества, повышавшие, в соответствии с его ожиданиями, подвижность клеток на наружных стенках сосудов и заставлявшие их делиться. Но ангиогенин, который не вписывался в предложенный механизм, был упущен. Ведь он в отличие от ТАФ не дожидался разрушения образовавших его клеток, чтобы выйти наружу. Клетки изученной Вэлли опухоли выбрасывали его в среду сразу, избавляясь, по всей видимости, от "опасного" фермента, способного испортить рибосомы и расстроить их жизненный цикл. В роли стимулятора подвижности и деления клеток поверхностного слоя сосудов ангиогенин явно проигрывал ТАФ, но он никому не уступал в способности вызывать рост капилляров.
РАЗОЧАРОВАНИЕ
В научном сообществе открытие ангиогенина было встречено горячими и иногда весьма острыми дискуссиями. Публикацию об одной из них, происходившей летом 1987 года, дал журнал "Сайенс". По следам работ Вэлли аналогичные исследования проводились в медицинской школе Университета Дюка (США) под руководством Юдит Суайн. Полученные ею с коллегами результаты привели их к совершенно иным заключениям: во-первых, ангиогенин - вовсе не опухолевый, а нормальный печеночный белок, во-вторых, синтез ангиогенина в печени с возрастом значительно увеличивается, что вообще ставит под сомнение его роль в формировании сосудов, которое активно происходит только в раннем возрасте. Суайн вопрос об истинной роли ангиогенина в организме сочла нерешенным.
Вэлли ответил ей, что ее представления о ТАФ как непременно опухолевом белке неверны и что лично его ничуть не смутит, если ангиогенин окажется нормальным белком, тем более что и сам он недавно обнаружил ангиогенин в крови. А результатами Суайн он ничуть не удивлен, поскольку никогда прежде не предлагал никакой гипотезы о том, что же такое на самом деле ангиогенин.
Всего через два месяца - в августе 1987 года - статьи группы Вэлли вышли одновременно в двух научных журналах. В одной из них сообщалось, что ангиогенин обнаружен в сыворотке крови, и притом в количестве (60-150 микрограммов в литре), много превышающем выделенное некогда из опухоли толстой кишки. В другой были данные, показывающие полное отсутствие связи между "злокачественностью" клеток и их способностью к образованию ангиогенина.
Образ ангиогенина как "врага № 1" - главной причины кровоснабжения опухолей - был разрушен, и это отрицательно сказалось на отношении к работам не только Вэлли, но и Фолкмана. Период эйфории прошел, наступило понимание сложности и, главное, длительности предстоящих исследований и, как следствие, - охлаждение интереса к ним. Последующие десять лет работы Фолкмана, Вэлли и их ближайших сподвижников продолжались исключительно на энтузиазме, а перспектива создания новых противораковых средств отодвинулась на неопределенный срок.
ПОКРОВИТЕЛЬ МАТЕРИНСТВА
Но что же делает ангиогенин, синтез которого Суайн обнаружила в печени, в крови здорового человека? Сегодня, спустя десятилетие, уже никто не сомневается в том, что этот белок выполняет множество функций и в том числе участвует в защите организма при стрессовых ситуациях. Недаром уровень его повышается одновременно с синтезом тех белков, которые характеризуют в организме "острые состояния".
Но особую роль играет этот уникальный белок во взаимоотношениях матери и ребенка как в период беременности, так и позднее - во время вскармливания. И это неудивительно: ведь термин "ангиогенез", введенный, согласно Фолкману, в 1935 году, служил поначалу синонимом именно интенсивного образования кровеносных сосудов в плаценте (детском месте) беременной женщины. Пожалуй, это единственный пример, когда формирование сосудов во взрослом организме происходит в отсутствие заживления ран или каких-то патологических процессов.
При нормальном развитии плаценты, как было установлено нидерландскими специалистами, уровень ангиогенина в сыворотке крови беременных женщин от десятой до сороковой недели вынашивания плода возрастает в среднем со 150 до 250 микрограммов на литр, а при нарушениях формирования плаценты остается тем же, что в начале беременности, - 150 мкг/л.
В самом же плоде (точнее - пупочной вене) содержится в момент его рождения примерно 120 мкг/л, но в первый же день появления ребенка на свет этот уровень возрастает до 160 мкг/л, а к четвертому дню - до 240 мкг/л. Откуда же берется столько ангиогенина в крови малыша, крохотная печень которого вырабатывает лишь малую долю того, на что способна печень взрослого человека? Ответ очевиден: из молока матери.
Обнаружили ангиогенин в молоке французские специалисты в 1988 году. В коровьем молоке его содержание составляет от 2 до 10 мг/л, что намного больше, чем в крови животного. Авторы настоящей статьи сравнили содержание ангиогенина в молоке двух групп коров одной и той же породы - отелившихся впервые и после нескольких отелов. Оказалось, что с увеличением числа отелов уровень ангиогенина в коровьем молоке достоверно растет (приблизительно с 3 до 4 мг/л), и это лишний раз подтверждает ветхозаветную истину - первенцы недополучают от матери того, что более щедро дается их младшим братьям и сестрам. Ангиогенин необходим растущему организму и соответственно растущим вместе с ним сосудам.
Особенно важен, с нашей точки зрения, самый начальный период лактации - время образования молозива. Ведь в первые часы жизни уровень ангиогенина в крови малыша наиболее низок, и именно в это время организм матери должен выделять новорожденному его максимальное количество. Через три-четыре дня, когда уровень ангиогенина в крови ребенка сравняется с материнским, уровень ангиогенина в молоке матери снижается в 4-8 раз по сравнению с начальным.
Впрочем, то, что касается молозива, - это лишь наша рабочая гипотеза, которую проверить пока толком не удалось. Как оказалось, далеко не у каждой роженицы бывает теперь в первые сутки достаточно молозива. Виновата ли в этом наша городская экология или современный образ жизни в целом - гадать нет смысла.
Да что молозиво! Растущие из года в год очереди к молочным кухням наводят на мысль о том, что вскоре могут стать анахронизмом понятия "кормящая мать" и "грудное дитя", а свой первоначальный смысл они сохранят лишь на полотнах картинных галерей. Поэтому все острее встает перед человечеством проблема создания полноценных заменителей грудного молока.
НА ПУТИ К МОЛОЧНОЙ КУХНЕ
В Институте биохимии им. А. Н. Баха РАН в течение десяти последних лет проводятся исследования биохимической роли ангиогенина молока. Эти работы стали возможными благодаря энтузиазму и активной помощи группы специалистов Московского государственного университета прикладной биотехнологии: действительного члена Российской академии сельскохозяйственных наук И. А. Рогова, заведующей кафедрой технологии молока и молочных продуктов профессора А. М. Шалыгиной и доцента Н. А. Тихомировой.
Совместными усилиями было установлено, что многие предназначенные для грудного вскармливания молочные продукты либо содержат недостаточное количество ангиогенина, либо лишены его вовсе. Этот белок, устойчивость которого в природных условиях такова, что его не в состоянии переварить даже желудочный сок, явно не приспособлен к существующим технологиям молочной промышленности. Зато в отходах ее ангиогенина остается немало, особенно в сыворотке или в фильтрате после сгущения молока на ультрафильтрационных установках для приготовления детского питания. Вместе с РНКазой и другим ферментом - лизоцимом ангиогенин прекрасно проходит сквозь мембраны, на которых концентрируют казеиновые фракции молока. Между тем эти теряющиеся в отходах компоненты способны придать молоку бактерицидные свойства. Роль лизоцима и РНКазы в подавлении болезнетворных бактерий известна давно, но то, что подобными свойствами обладает и молочный ангиогенин, стало ясно лишь из последних экспериментов.
Получить ангиогенин из сыворотки или отходов концентрирования молока сравнительно просто. Достаточно лишь направить жидкие стоки не в канализацию, а на стерильную фильтрацию и затем пропустить через дополнительную мембрану с меньшим, чем принято, размером пор. Получаемый при этом концентрат ангиогенина, РНКазы и лизоцима может быть впоследствии высушен, и ценный продукт готов. На получение таким способом одного миллиграмма ангиогенина затрачивается чуть больше литра отходов молока.
Конечно, применение ангиогенина или его концентратов в детском питании пока не бесспорно. Требуются дальнейшие исследования, которые прояснили бы роль этого белка в организме новорожденного, и особенно в процессе формирования у него сосудов. Неясно пока и как попадает молочный ангиогенин из кишечника в кровь, в какие органы он преимущественно доставляется кровотоком, где накапливается и как действует. И, наконец, необходимо проверить аллергенные свойства ангиогенина коровьего молока, структура которого лишь на 64% совпадает со структурой ангиогенина человека.
Существует, кстати, и возможность производить настоящий ангиогенин человека - на основе генно-инженерных штаммов бактерий и культур клеток животных. Такой ангиогенин вряд ли станет в ближайшее время столь же доступным, как молочный, и применяться он будет, скорее всего, не как диетический продукт, а лишь в научных и лечебных целях. Но в принципе использование ангиогенина всех видов имеет, по всей видимости, большое будущее: и в производстве диетических и лечебных пищевых продуктов, и в терапии, и в изготовлении разного рода паст, кремов и мазей.
ВМЕСТО ЭПИЛОГА
Но что же Вэлли, переживший столь крутой поворот в оценках ангиогенина? Продолжая исследования, он еще в 1993 году обнаружил вещества, способные блокировать сосудообразующее действие ангиогенина. Среди них был актин - один из самых распространенных белков организма, составляющий основу мышечной ткани. Введение актина подопытным животным с экспериментальными опухолями позволило предотвратить рост сосудов и замедлить тем самым развитие опухоли.
А буквально два-три года назад в литературе появилась информация о разработках противоопухолевых препаратов нового поколения, не отравляющих в отличие от химиотерапии здоровые ткани. В числе этих препаратов - тот же актин и его аналоги. Исследования продолжаются.
Читайте в любое время
