В далеком эволюционном прошлом митохондрии существовали как отдельные организмы. Примерно 2–3 млрд лет назад они оказались окружены примитивной клеткой, и у них сложились взаимовыгодные отношения. Клетка дает митохондриям укрытие и питательные вещества, а митохондрии за это выполняют различные задачи – вырабатывают энергию, а потом и запускают апоптоз.

Митохондрии очень уязвимы для повреждений и, чтобы остаться здоровыми, постоянно занимаются саморемонтом. Чтобы поддерживать высококачественные митохондрии, способные запустить апоптоз, необходимы две вещи: старые или поврежденные митохондрии нужно удалять с помощью процесса, называемого митофагией, а затем эти митохондрии нужно заменить новыми.

Митофагия тесно связана с клеточным процессом аутофагии, за открытие которого доктор Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию. Слово аутофагия происходит от греческих слов ауто (приставка «само-») и фагейн («есть»), то есть буквально оно означает «самопоедание». Аутофагия – это регулярный, упорядоченный процесс разрушения клеточных компонентов для переработки их в новые. Аутофагия выступает в роли клеточного «уборщика» и контролируется в основном с помощью сенсора питательных веществ mTOR. Когда питательных веществ доступно много, уровень mTOR высокий, и клетка переходит в режим «роста», отключая аутофагию и митофагию. Как и всегда, процессы роста/деградации клетки и доступности питательных веществ неразрывно связаны. Без митофагии и уничтожения старых митохондрий невозможно создать новые.

Важный сигнал к производству новых митохондрий – сенсор питательных веществ АМФК[327]. Когда общий уровень доступной энергии низок, уровень АМФК растет, стимулируя рост новых митохондрий. У животных-моделей ограничение АМФК и ограничение пищи поддерживают здоровые митохондриальные сети и продлевают жизнь[328]. Интервальное голодание у животных приносит большую пользу их митохондриям.

С одной стороны, избыточная доступность питательных веществ, о которой сигнализируют сенсоры – инсулин, mTOR и АМФК, – ослабляет митофагию и формирование новых митохондрий. Чтобы поддерживать здоровье митохондрий, вам не нужно больше питательных веществ: периодически нужно, чтобы их было меньше. Дефектные митохондрии нарушают процесс апоптоза, что приводит к нарушению тонкого баланса между ростом и отмиранием клеток. Поврежденные клетки, которым позволяют не умирать, могут превратиться в раковые из-за давления отбора, требующего от них выжить любой ценой. Эти клетки должны были быть уничтожены, но этого не произошло. Периодическое устранение старых или поврежденных клеток – один из главных наших механизмов противораковой защиты.

С другой стороны, недостаток питательных веществ – особенно белков – снижает уровень mTOR и активирует аутофагию. Она переводит клетку из режима роста в режим ремонта и технического обслуживания. Старые дефективные клетки и органеллы уничтожаются. Если питательных веществ недостаточно, клетке незачем обслуживать лишние компоненты. Когда доступ к питательным веществам восстанавливается, аутофагия отключается, и клетка снова переходит в режим роста.

Любое сочетание повышенного уровня факторов роста и сниженного уровня клеточной смерти (апоптоза) обеспечивает рост раковой клетки. Недавние исследования показывают, что факторы роста и сенсоры питательных веществ неотделимы друг от друга. Сенсоры питательных веществ одновременно являются факторами роста. Следовательно, болезни роста – это всегда болезни метаболизма; именно этим объясняется важность инсулина для развития рака. Возможно, не случайно и то, что митохондрии – это ключевая точка и энергетического метаболизма, и апоптоза.

Повышенный уровень инсулина в крови (гиперинсулинемия) вызывает метаболические заболевания – ожирение и диабет 2-го типа, а с помощью сигнальных путей PI3K и ИФР-1 поддерживает рак, болезнь избыточного роста. Но сама идея того, что клеточный метаболизм важен для рака, не нова. Более 100 лет назад один из величайших биохимиков в истории, нобелевский лауреат Отто Варбург предположил: для того чтобы понять происхождение рака, нужно изучить его метаболизм.