Самоорганизация в неравновесных системах - Николис Г.
Скачать (прямая ссылка):
ния, как иммунный ответ, память, толерантность и иммунный надзор являются не случайным наложением различных событий на молекулярном уровне, а скорее всего обусловлены коллективным поведением больших «ансамблей» взаимодействующих лимфоцитов (см. также [396]).
В поддержку этих представлений Рихтер [336] и Хоффман [174] предложили изящные модели иммунного ответа. Устойчивость простых иммунных систем рассматривалась также в работе [172].
По мнению этих авторов, в ближайшие годы моделирование иммунных систем будет становиться все более и более важным разделом теоретической биологии.
4. ИММУННЫЙ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЙ НАДЗОР
Функционирование иммунных систем тесно связано с определенными патологическими состояниями организма, в ряду которых особое место занимают раковые опухоли.
Заключительны*: замечания
Согласно современным представлениям о проблеме злокачественных новообразований, перерождение нормальной ткани в раковую можно описать следующим образом [54, 57].
1. в нормальных тканях надклегочная организация определяется сложным наложением ближних и дальних межклеточных взаимодействий. Эти взаимодействия контролируют в числе прочих и механизмы клеточного деления.
2. Различные белки, участвующие в этих взаимодействиях, генетически детерминированы.
3 Любое возмущение такого генетического контроля, как «спонтанное» (например, за счет соматических мутаций), так и обусловленное внешними факторами (физическими, химическими или биологическими), может привести к возникновению клеток с аномальным набором белков. В результате взаимодействия с нормальными клетками такие клетки реагируют необычным образом. В случае злокачественной трансформации это проявляется в усилении пролиферации.
4. В норме защитные механизмы стремятся разрушить аномальные клетки или замедлить их пролиферацию. По-видимому, один из наиболее важных таких механизмов связан с иммунной системой. Клетки иммунной системы распознают аномальный белок и разрушают продуцирующие его клетки. Таким образом, иммунная система осуществляет своего рода «надзор» за очень малочисленными популяциями трансформированных клеток («микроопухолевые популяции»).
Об истинной поироде и свойствах процессов, перечисленных в пунктах 1—3, чаще вего можно только догадываться. Основная причина состоит в том, что эти процессы связаны с молекулярными превращениями на уровне отдельной клетки. Что же касается пункта 4, то здесь, несмотря на то что детали молекулярных процессов неизвестны, имеются исчерпывающие данные по кинетике злокачественного роста и его противодействия иммунному надзору. В этом разделе мы постараемся показать, что на основе имеющейся информации можно сформулировать математическую модель иммунного противоопухолевого надзора. Такая модель может оказаться весьма полезной при выяснении некоторых общих физико-химических аспектов канцерогенеза. Модель основывается на излагаемой ниже совокупности данных, согласующихся с современными представлениями о проблеме рака.
В качестве исходного положения считается, что существует «источник» злокачественных клеток. Его интенсивность б значительной степени зависит от факторов внешней среды и в нормальных тканях едва различима. Кроме того, в организме имеет
486
Заключительные замечания
ся некоторая популяция «цитотоксических» клеток [157] различного происхождения, которые способны распознавать и разрушать раковые клетки. При этом подразумевается, что помимо свободных цитотоксических клеток должны существовать конгломераты, в которых раковые клетки связаны с поверхностью цитотоксических клеток. Цитотоксичсские клеткн, например Т-лимфоциты, способны выделять химические вещества (получившие название лимфокинов), стимулирующие цитотоксическую активность. Кроме того, как выяснилось, лимфокины способны тормозить миграцию макрофагов и других клеток, т. е. снижать подвижность цитотоксических клеток на участках, содержащих злокачественные клетки.
Теперь можно перейти к построению простейшей модели, совместимой с перечисленными данными. Пусть Д17— объем ткани, В и X— соответственно плотности популяций нормальных и злокачественных клеток, а Мв и М1 —соответственно плотности популяций свободных и связанных цитотоксических клеток. Взаимодействие между различными видами клеток можно представить следующей схемой: /
Здесь Р — продукты распада X. Предполагается, что спонтанное превращение В в X (В ~ N ~ X, где Лг — полная плотность популяций клеток) происходит с постоянной скоростью а. Наконец, кинетические константы к\ и /г2 описывают скорости связывания и разрушения злокачественных клеток цитотоксическими клетками.
Рассмотрим сначала случай однородного распределения цитотоксических клеток. При этом из схемы (5) можно получить следующие кинетические уравнения [115, 229]:
В
Мо^М.-^Мо + Р
(5)
^ = (ЛГ - X) (а + ЯХ) — к,МоХ,
(6)
(7)
(8*
К постоянной а здесь добавлен член XX, учитывающий размножение клеток.
Заключительные замечания
487
Уравнения (6)—(8) решались численными методами для экспериментальных значении параметров /V, а, К, и к2. Основной результат состоит в том, что в такой системе возможен переход между двумя одновременно устойчивыми стационарными состояниями. Одно из этих состояний соответствует низким значениям X и может рассматриваться как «микроопухоль», другое же состояние характеризуется высокими значениями X и может рассматриваться как «опухоль». Кроме того, можно показать, что в переходной области микроопухолевое состояние метастабильно. Это означает, что для того, чтобы начался злокачественный рост, необходим своего рода критический «зародыш», т. е. должна появиться микроопухоль критического размера. Такое образование может возникнуть либо случайно, либо под действием чужеродных агентов, совершенно так же, как частица примеси вызывает кристаллизацию переохлажденной жидкости. Существование порога для развития рака подтверждается экспериментальными наблюдениями [19, 59].
