Помимо составляющих волосяного фолликула, о которых было сказано выше, в нем есть еще одна важная часть – бугорок. Он расположен между устьем сальной железы и местом, где прикрепляется мышца, поднимающая волос. Тут находятся стволовые клетки и, как показало одно недавнее исследование, они могут играть роль барьера, сдерживающего распространение злокачественных клеток. Этой функцией обладает так называемая ниша стволовых клеток, то есть сами клетки и их микроокружение.
Меланому кожи принято делить на две основные формы: in situ («на месте») и инвазивную. Меланома in situ пока еще не начала распространяться в окружающие ткани: она полностью находится в эпидермисе или на границе с дермой. Принято считать, что такие опухоли поражают не только кожу, но и волосяные фолликулы, однако механизмы распространения опухоли в корни волос почти не описаны. Этот факт заинтересовал группу американских ученых, и в 2009 году они представили результаты своего исследования. В нем было изучено 100 образцов ткани меланом in situ и инвазивных меланом, в которых присутствовал компонент in situ.
В зависимости от того, что было обнаружено под микроскопом, все образцы тканей разделили на 4 группы.
1. Опухоли, которые не распространились в волосяные фолликулы, – таких оказалось 18 из 100.
2. Опухоли, которые распространились только в воронку волосяного фолликула, – 57 случаев.
3. Опухоли, которые распространились в перешеек, – 24 случая.
4. Опухоли, которые распространились в область бугорка. Такое явление описывается в научной литературе как частое, но в этом исследовании был обнаружен всего один случай, и он оказался необычным. Пациент, у которого развилась эта злокачественная опухоль, 20 лет назад перенес тяжелый электрический ожог лица. Несколько лет назад у него удалили меланому in situ из носа, а также несколько базальноклеточных карцином на лице. Кроме того, случаи меланомы были у его близких родственников. Таким обрзом, у этого пациента сошлось сразу несколько факторов риска, но даже у него в образцах тканей ниже бугорка волосяного фолликула было обнаружено всего несколько злокачественных клеток. Ученые предположили, что ниша стволовых клеток является барьером на пути распространения меланомы, и провели иммуногистохимический анализ, чтобы разобраться в подробностях.
До конца понять, как работает защитный барьер волосяного фолликула, не удалось – это тема для будущих исследований, но ученые получили несколько интересных результатов, которые позволили выдвинуть некоторые гипотезы. В первую очередь, исследователи обратили внимание на то, что нормальные меланоциты находятся на границе между эпидермисом и дермой: тут для них созданы наилучшие условия благодаря сигнальным молекулам, которые способствуют их размножению и распространению. Возможно, именно поэтому меланомы in situ распространяются вдоль дермо-эпидермального соединения и не стремятся «осваивать» менее «приветливые» места, такие как волосяные фолликулы.
Более-менее привычные условия для распространения клеток меланомы есть только в воронке волосяного фолликула, которая напоминает по клеточному составу эпидермис. Туда меланомы in situ способны распространяться напрямую, а ниже чувствуют себя уже не так хорошо.
Вероятно, важную роль играет иммунологический барьер. Ниже перешейка волосяного фолликула присутствуют только определенные иммунные клетки и вырабатываются некоторые специфические сигнальные молекулы. Это защищает клетки от стимулов, которые могли бы вызвать их злокачественное перерождение.
Ученые предположили, что в нише стволовых клеток могут работать и другие факторы, которые обеспечивают механический барьер. Например, на роль такого «защитника» подходит тенасцин-C. Этот гликопротеин (белок, связанный с углеводом) выполняет разные функции: регулирует клеточную адгезию («прилипание») к гликопротеину фибронектину, размножение и миграцию клеток, а также участвует в передаче некоторых клеточных сигналов[627].
Еще один защитный механизм был открыт учеными из Йельского университета в 2019 году. Эта группа исследователей заинтересовалась, почему некоторые мутации в одних случаях приводят к раку, а в других не вызывают никаких заболеваний. Были изучены мутации в гене HRAS – он кодирует белок H-Ras, который передает молекулярные сигналы извне в ядра клеток и регулирует их деление. HRAS относится к протоонкогенам, и дефекты в нем приводят к развитию плоскоклеточного рака головы и шеи и некоторых других злокачественных опухолей.
Однако когда ученые вызвали мутацию в гене HRAS в волосяных фолликулах у мышей, злокачественные опухоли не развивались, и на это не повлияли даже дополнительные факторы риска: другие мутации, возраст, повреждения тканей. Это связано с тем, что дефект в гене HRAS запускает в волосяных фолликулах процесс регенерации, и это помогает сдержать размножение и распространение мутантных клеток[628][629][630][631].
Впрочем, стволовые клетки волосяных фолликулов не только защищают от вторжения опухолевых клеток, но и сами могут стать их источником – этому есть немало подтверждений в научной литературе. Например, в 2013 году во время экспериментов на мышах было обнаружено, что клетки волосяных фолликулов, синтезирующие белок кератин 15, участвуют в развитии кожных папиллом и сохраняются в опухолях в течение длительного времени[632]. И тут фигурирует уже упомянутая выше мутация в гене HRAS. Двумя годами ранее другая группа исследователей обнаружила, что стволовые клетки бугорка волосяного фолликула, несущие онкоген SMO, мигрируют в места повреждения кожи и способствуют развитию опухолей, напоминающих базальноклеточный рак. Ген SMO кодирует белок Smoothened, связанный с сигнальным путем Sonic hedgehog, который играет важную роль в созревании клеток и межклеточном взаимодействии[633].
Эту двоякую роль стволовой ниши волосяного фолликула в защите от злокачественных новообразований и развитии опухолей кожи нужно изучать дальше, причем не только ради праздного интереса: возможно, новые знания помогут разобраться в том, как эффективнее сдерживать рост и распространение рака у онкологических больных.
Волосы как биомаркеры
Исследование волос на содержание различных веществ представляет неинвазивный (то есть не связанный с проникновением внутрь организма) метод диагностики различных патологических состояний. Волосы обладают уникальной способностью накапливать долгосрочную информацию о состоянии здоровья человека по сравнению с мочой и кровью. Анализ волос сегодня используется для мониторинга приема лекарств (особенно при антиретровирусной терапии у людей с ВИЧ), употребления наркотиков и алкоголя, а также в качестве диагностических биомаркеров.
Начало истории анализа волос
История анализа волос началась еще в середине XIX века. В 1858 году в практическом руководстве по судебной медицине был опубликован первый отчет об обнаружении мышьяка в волосах человеческого трупа, эксгумированного через 11 лет после погребения. Однако понадобилось еще 120 лет, чтобы об анализе волос заговорили как о точном и практичном методе обнаружения веществ. В 1979 году А. Баумгартер с коллегами опубликовали свою работу, где описали новый, разработанный ими метод радиоиммунного анализа волос для обнаружения опиатов. Как писали авторы, их метод имел ряд преимуществ перед классическим тогда анализом мочи: «Результаты анализов волос у всех испытуемых, употреблявших героин, были положительными, тогда как результаты только 30 % анализов мочи с помощью тонкослойной хроматографии этих же испытуемых показали положительный результат. Кроме того, различия в концентрации вещества на участках волос около кожи головы и около их дистального конца коррелировали с продолжительностью его приема. Эти результаты демонстрируют потенциальные преимущества использования анализа волос по сравнению с анализом мочи и сыворотки крови с точки зрения доступности и стабильности образцов»[634].
Вслед за этим, как написал в своей статье «История анализа волос» Ганс Сакс, специалист по судебно-медицинской экспертизе, началась история, полная драматических взлетов и падений, когда «анализ волос иногда превозносился, иногда осуждался, иногда принимался, иногда не принимался»[635].
В течение следующих трех десятилетий прогресс в хроматографических и спектрометрических методах в сочетании с более качественными методами пробоподготовки расширил пределы обнаружения веществ в волосах с диапазона нг/мг до пг/мг. Микроскопический анализ волос в качестве дополнительного инструмента их тестирования начал быстро получать признание уже в начале ХХ века. Он нашел широкое применение в криминалистике, где волосы использовались как одно из доказательств в расследовании преступлений. Следы волос, обнаруженные на месте преступления, исследуются под микроскопом и сейчас, и если волосы, представленные в качестве доказательства, имеют достаточно сходные характеристики с известным образцом волос (например, подозреваемого), то они считаются «совпадающими».
Надо сказать, что в этом отношении не все проходило гладко – был целый ряд скандальных судебных процессов, в которых доказательства преступления на основе анализа волос ставились под сомнения. Это привело к немалой доле недоверия к достоверности тестирования волос в судебно-медицинской практике.
В 2015 году министерство юстиции США и Федеральное бюро расследований сделали ошеломляющее заявление. В нем признавалось, что за два десятилетия их экспертами по микроскопическому сравнению волос было сделано большое количество ошибочных заключений. Этому предшествовала реабилитация трех заключенных в США, которые были осуждены на основании микроскопического анализа волос. Впоследствии, когда выяснилась ошибка, они были освобождены. Теперь ФБР заявляла о почти 300 судебных процессах, в которых их эксперты по волосам давали неправильные данные. Среди этих уголовных дел было 32 дела обвиняемых, приговоренных к смертной казни, из которых 14 были казнены или умерли в тюрьме