Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис

Зависимость клеток от сигналов выживания, посылаемых другими клетками, имеет ряд интересных клинических следствий, и уже сейчас вмешательство в эти сигналы помогает спасать жизни людей. Раковые клетки утрачивают все обычные механизмы регулирования размножения (что, по большому счету, и делает их раковыми клетками), но многие из них все же зависят от сигналов выживания. Это ахиллесова пята некоторых опухолей, потому что иногда удается «убедить» их клетки совершить самоубийство, а это гораздо менее вредно для организма, чем традиционная химиотерапия. Такой подход особенно перспективен для борьбы с опухолями не жизненно важных тканей, потому что если в процессе лечения некоторые нормальные клетки тела, относящиеся к тому же типу ткани, тоже решат погибнуть, ничего особенно страшного не произойдет. Например, выживание клеток предстательной железы зависит от сигналов тестостерона. (К слову, наблюдение Карла Фогта (1840 г.), что простата молодых бычков резко уменьшается после кастрации, было первым четким описанием избирательной гибели клеток после нарушения сигнала выживания.) Многие виды рака и предраковых новообразований предстательной железы сохраняют свою зависимость от тестостерона и других гормонов, поэтому препараты, блокирующие передачу сигналов тестостерона, могут быть очень эффективны в борьбе с такими опухолями.[259],[260] Сходным образом, многие виды рака молочной железы зависят от сигналов эстрогена. Мощным ингибитором сигнализации эстрогена в тканях молочной железы является тамоксифен, и этот препарат действительно оказался очень эффективным при лечении рака молочной железы у многих пациенток.[261] Использование этого подхода для борьбы с опухолями жизненно важных тканей осложняется тем, что полное блокирование сигналов выживания может повлечь за собой уничтожение не только опухоли, но и нормальной ткани. Однако, поскольку опухоли нередко расположены беспорядочно, их клетки и так находятся довольно далеко от источников сигналов выживания. Поэтому теоретически возможно подобрать такую дозу препарата, которая поддерживала бы уровень сигнала на достаточном уровне для выживания нормальной ткани на обычном месте, но на слишком низком уровне для выживания клеток опухоли. В сочетании с другими методами управление сигналами выживания может стать ценным подспорьем в лечении разнообразных раковых заболеваний.

Самое удивительное и трудное для понимания качество, возникающее у развивающегося эмбриона, – это разум. О работе высших функций мозга мы до сих пор знаем очень мало, но из того факта, что разные типы повреждений мозга имеют определенные и предсказуемые последствия, можно сделать вывод, что разум как психическое явление связан с нейронной активностью мозга как физической структуры.

Головной мозг, как и спинной, развивается из нервной трубки. Сначала на головном конце этой трубки возникают три первичных мозговых пузыря, которые станут передним, средним и задним мозгом (рис. 71). Рост этих пузырей связан с энергичным размножением клеток в стенках нервной трубки (глава 13), а также, возможно, обусловлен внутренним давлением жидкости в центральной полости мозга (на данном этапе развития ее отведение временно заблокировано). После формирования трех основных пузырей боковые стороны переднего мозга тоже вздуваются, образуя две стороны новой структуры – конечного мозга. Другие пузыри тоже начинают подразделяться на четко выраженные участки. Процесс развития идет по схеме, с которой мы уже неоднократно сталкивались: вся область делится на зоны, эти зоны растут, делятся на подзоны, которые, в свою очередь, растут и делятся на подзоны и так далее.

У просто устроенных позвоночных, таких как рыбы, мозг остается прямой трубкой с выпячиваниями, и связь его структур со структурами эмбриона вполне очевидна (поэтому в те времена, когда этическая сторона препарирования еще никого не волновала, школьников на уроках биологии повально заставляли препарировать акул катранов). У млекопитающих, и особенно у человека, ситуация усложняется необходимостью втиснуть большой объем мозга в маленькую голову сложной формы. Это достигается за счет сгибания и складывания основной трубки, которая при этом преображается до неузнаваемости. Кроме того, как будто этих сложностей недостаточно, конечный мозг человека сильно разрастается и покрывает остальную часть головного мозга (рис. 71). После этого на нем образуются бороздки, благодаря которым площадь поверхности мозга увеличивается еще сильнее, не выходя за пределы черепной коробки.

Рис. 71. Основная форма человеческого мозга образуется в результате целой серии последовательных выпячиваний и складываний

Насколько нам известно, структуры головного мозга образуются при помощи тех же основных механизмов развития, что и структуры более простого спинного мозга. Новые слои клеток (в головном мозге их очень много) образуются в ходе клеточного деления, дифференциация клеток и усложнение простых структур происходят за счет обмена сигналами, трубка складывается, а затем складывается снова, «провода» прокладываются за счет направленной миграции аксонов (глава 13), лишние клетки погибают за счет избирательной клеточной гибели (глава 14). Разница заключается в том, что эти процессы протекают гораздо более интенсивно, особенно у продвинутых позвоночных, включая людей, мозг которых далеко ушел от трубки с несколькими выпячиваниями. Многие сигналы, вовлеченные в нейронную «проводку» и выживание или гибель клеток, уже идентифицированы, но я не стану рассказывать о них, чтобы не утомлять вас, поскольку ничего принципиально нового здесь нет. Гораздо интереснее поговорить о том, как из этой массы анатомических деталей развивается эпифеномен мозга – реагирующий, обучающийся, мыслящий разум. Нейробиология далека от сколь бы то ни было полного понимания этого явления, но можно взять один из элементов высших функций разума – например, способность к обучению – и попробовать понять, как клетки эмбриона создают структуры, которые делают обучение возможным.

Насколько мы знаем, при обучении происходит перестройка соединений между нейронами в головном мозге в зависимости от сигналов, которые они передают или принимают. Места контактов между нейронами, как мы уже знаем, называются синапсами. Синапс устроен так, что утолщение (синаптическая бляшка) на конце аксона передающего нейрона прилегает к мембране принимающего нейрона. Есть синапсы, в которых электрические сигналы передаются непосредственно от нейрона к нейрону. В синапсах других типов электрические импульсы в аксоне передающего нейрона приводят к высвобождению определенных химических веществ – нейромедиаторов – в узкую щель между ним и принимающим нейроном. Пройдя через этот промежуток, нейромедиаторы связываются с рецепторами принимающего нейрона, стимулируя или подавляя его в зависимости от типа нейромедиатора и рецептора. Большая часть нейронов мозга образует синапсы с тысячами других нейронов. Поскольку нейроны в головном мозге исчисляются десятками миллиардов, а на один нейрон у взрослого человека приходится около тысячи синапсов, в общей сложности в мозге присутствуют триллионы синапсов. В общем случае сигнал от одного синапса недостаточно силен, чтобы привести в действие принимающий нейрон (или, по крайней мере, привести его в действие полностью), но одновременные сигналы от нескольких синапсов могут суммироваться и создать в принимающем нейроне достаточно сильный импульс. Это означает, что нейрон приходит в действие под влиянием сочетания полученных сигналов, что в принципе позволяет определять конкретное действие на основании разнородной информации (зрение, слух, память, желание и т. д.). Этот механизм был показан на модельных животных с просто устроенной нервной системой, и ученые предполагают, что в масштабах человеческого мозга происходит то же самое. (Скажем так: на данный момент нет никаких оснований полагать, что в человеческом мозге это происходит иначе, хотя было бы крайне самонадеянно рассчитывать, что дальнейшие исследования не преподнесут нам каких-нибудь сюрпризов.) Большинство принимающих нейронов посылают аксоны к другим нейронам. В результате образуются сложные нейронные контуры. Аксоны некоторых нейронов (мотонейронов) идут непосредственно к мышцам, и, когда нейроны передают электрический импульс, мышцы сокращаются. Так мысль обращается в действие.