Как я уже говорил, стволовые клетки обычно очень берегут себя. Например, они тратят много энергии и ресурсов на создание насосов и каналов для отведения токсинов. Они также очень чувствительны к повреждениям ДНК и скорее совершат самоубийство, чем будут с ними бороться. Можно предположить, что такое положение дел сложилось в ходе естественного отбора и связано с пагубными последствиями пролиферации поврежденных клеток. Забота стволовых клеток о себе любимых и их склонность к «самоубийству» при сильных повреждениях – это реальность, которая может обернуться темной стороной, если человек болен. Одним из примеров является острая лучевая болезнь.[358] Через несколько дней после умеренного или сильного воздействия ионизирующего излучения у человека обычно развивается сильнейший понос с кровью, рвота, выпадение волос и оппортунистические инфекции. Одной из причин диареи является гибель множества кишечных стволовых клеток в криптах, которые обнаружили повреждение ДНК и самоустранились. С таким количеством отмерших клеток выстилка кишечника, и сама по себе поврежденная, больше не может обновляться.[359] Люди, которые переживают этот этап, часто умирают в течение нескольких недель из-за аналогичной потери стволовых клеток костного мозга и, следовательно, неспособности обновлять клетки крови (в том числе клетки иммунной системы). Общее состояние обычных клеток организма может быть, несмотря на повреждения, не таким уж плохим, но нетерпимость стволовых клеток к повреждениям обрекает человека на медленную и мучительную смерть. Так погибли жертвы печально известных событий в Лос-Аламосе, Хиросиме, Нагасаки, Бикини, Кыштыме, Винче, К-19, К-8, К-431 и Чернобыле.

Системы обнаружения повреждений стволовых клеток могут давать сбой, и тогда даже эти клетки могут быть затронуты мутациями. Многие из этих мутаций «молчащие», то есть они не сказываются на поведении клетки, но некоторые могут оказаться серьезными. Мы уже говорили о важности системы WNT-сигнализации в управлении скоростью деления стволовых клеток кишечника и их дочерних клеток и отметили, что у мышей мутации, принудительно запускающие WNT-сигнализацию в этих клетках, приводят к сильному увеличению темпа пролиферации. Кишечные опухоли – третий по распространенности вид рака у людей, и большинство из них связано с активирующими мутациями в системе WNT-сигнализации.[360] К моменту образования агрессивной, распространяющейся опухоли в клетках уже есть и другие мутации, но частота встречаемости мутаций WNT заставляет полагать, что именно они являются основной причиной этого вида рака.

По крайней мере при некоторых видах рака толстой кишки нормальная схема работы стволовых клеток кишечника, которые возобновляют свою популяцию и дают начало пролиферативным дочерним клеткам, сохраняется даже тогда, когда клетки мутировали и образовали опухоль.[361] С этого момента размножение стволовых клеток выходит из-под контроля, и точно так же ведут себя их дочерние клетки. Однако если мутировавшие стволовые клетки могут поддерживать свою популяцию, их дочерние клетки после многократного деления исчерпывают себя и погибают, вытесняемые более поздними дочерними клетками. Аналогичным образом раковые стволовые клетки могут образовать новую опухоль при пересадке другому животному, а другие клетки опухоли не могут.[362] Поскольку нормальное строение стенки кишечника при опухоли нарушено, действия мутировавших стволовых клеток и их дочерних клеток уже не имеют анатомического смысла, но их основная логика сохраняется. Кроме того, стволовые клетки сохраняют «привычку» поддерживать себя в хорошей форме.[363] Раковые опухоли, которые нельзя удалить хирургическим путем, как правило, лечат с помощью химиотерапии, то есть с помощью препаратов, которые токсичны для делящихся клеток. Проблема в том, что стволовые клетки отлично умеют избавляться от этих препаратов и устранять вызванные ими повреждения. Кроме того, хотя стволовые клетки продолжают делиться, они обычно делятся гораздо медленнее, чем дочерние клетки, которые (в норме) должны выйти из крипты. В кишечнике здорового человека стволовые клетки делятся примерно раз в четыре дня, а их дочерние клетки, которые продвигаются по крипте, – примерно раз в двенадцать часов. Таким образом, стволовые клетки в меньшей степени подвержены воздействию препаратов, направленных на делящиеся клетки, а также лучше их выводят. Таким образом, существует реальная опасность того, что лекарства уничтожат всю опухоль кроме самих стволовых клеток, которые, учитывая их уникальную способность образовывать новые опухоли, следовало бы убить в первую очередь. При раке этого типа рецидив опухоли после нескольких лет кажущейся свободы от болезни связан с выживанием небольшого числа стволовых клеток.

Следует подчеркнуть, что, несмотря на убедительные аргументы в пользу того, что определенные опухоли связаны с мутациями стволовых клеток, далеко не все онкобиологи согласны, что эта модель описывает все виды рака или хотя бы их большинство.[364],[365] Этот вопрос необходимо разрешить как можно скорее, так как ответ на него помог бы определить стратегию разработки методов лечения, которые, возможно, должны быть прицельно направлены на стволовые клетки. Учитывая, что у каждой стороны есть веские доводы, может просто оказаться, что в основе одних видов рака лежат раковые стволовые клетки, а в основе других – нет. Тогда первоочередной задачей онколога должно стать выяснение того, какой тип опухоли имеет пациент.

Рак – не единственная болезнь, связанная с аномальным поведением стволовых клеток в тканях. Слишком сильная пролиферация стволовых клеток и их дочерних клеток может вызвать серьезные проблемы в тканях, даже если эти клетки не затронуты раком. Сразу после открытия стволовых клеток почечных канальцев (см. выше) ученые поняли, что главная проблема серьезных заболеваний почек, скорее всего, связана с неправильным поведением стволовых клеток.[366] Основным патологическим признаком серповидного гломерулонефрита является повреждение фильтрующих клубочков на концах канальцев и замена их бесполезной в качестве фильтра массой неспециализированных клеток, расположенных в форме полумесяца. Если такая замена затрагивает много почечных канальцев, это может привести к почечной недостаточности. Судя по экспрессии белков в этих клетках, они являются дочерними клетками стволовых клеток почечных канальцев, которые делились слишком активно и, вместо того чтобы стать клетками клубочков, образовали клеточную массу. Избыточная пролиферация не имеет ничего общего с раком и, вероятно, связана с какой-то первопричиной заболевания, которая заставляет почку сигнализировать клеткам о необходимости делиться, хотя на самом деле такой потребности нет.

Недостаточно активное деление стволовых клеток приводит к коллапсу ткани, которую они обслуживают. При кератопатии, связанной с аниридией, прозрачная роговица глаза заменяется молочно-белой тканью, похожей на шрам. Видимо, это происходит из-за нарушения деления лимбальных стволовых клеток (хотя, возможно, это не единственная причина).[367] В результате развивается слепота. При этом заболевании основная проблема, видимо, связана не с самими стволовыми клетками, а с неправильной средой лимба, нарушающей их нормальное поведение.

Описанные выше нарушения работы стволовых клеток встречаются у относительно немногих людей. Однако одна проблема, связанная с работой стволовых клеток, затрагивает всех без исключения. Замена поврежденных и изношенных клеток нашего тела новыми несовершенна, и в ходе жизни мы постепенно накапливаем повреждения. Иными словами, мы стареем. Существует множество различных теорий того, почему мы стареем (небольшие и просто устроенные организмы этого не делают). Согласно одной из них, дело просто в том, что мы накапливаем случайные повреждения (от излучения, свободных радикалов, ядов и т. п.) быстрее, чем они устраняются или компенсируются за счет деления клеток. Даже если в организме еще много неповрежденных стволовых клеток, постепенная деградация основной массы тканей приводит к трудностям при их ремонте. Поврежденные клетки посылают сумбурные сигналы, межклеточные контакты препятствуют «уборке территории» и т. п. Эти проблемы, поначалу мелкие, накапливаются медленно, но неумолимо, и естественный ремонт перестает справляться с ними. Со временем старение ускоряется. Когда изменения начинают серьезно нарушать работу какой-нибудь из важнейших систем организма, например почек или сердца, вся внутренняя среда становится аномальной, и рано или поздно наступает момент, когда она уже не подлежит восстановлению.