Иммунные войны: атака клонов

Биологам Института инфекционной биологии Общества им. Макса Планка удалось застать макрофаг в момент съедения палочки Коха — патогена туберкулеза. Фото: Max Planck Institute for Infection Biology /Volker Brinkmann

За некоторыми часто употребляемыми, но мало понятными научными терминами скрывается целый мир. Чтобы понять, что такое иммунитет и как вы можете его укрепить, представьте себя на месте персонажей оскароносного фильма «Фантастическое путешествие». В этой пророческой картине, снятой по роману Айзека Азимова, врачей-ученых уменьшают до размеров молекулы и на специальной «подводной лодке» отправляют внутрь смертельно больного человека. «Фантастическое путешествие» — не просто сказка, сейчас активно развивается наномедицина по созданию крохотных нанороботов для лечения больных.

Проплыв по кровотоку и близко познакомившись с посланниками иммунной системы, вы будете удивлены разнообразию ее вассалов. Здесь есть свои киллеры, армии воинственных клонов, полководцы, помощники, пожиратели и даже свои… самураи!

Враг у ворот

Иммунная система (от лат. immunitas — неприкосновенность) — сложнейшая защитная система животных и человека. Она поддерживает постоянство внутренней среды организма, а также уничтожает чужеродные агенты и собственные «заболевшие» клетки. Любопытно, что некое подобие иммунной системы есть и у более простых живых существ. Так, Джастин Риди (Justin Reedy) из Вашингтонского университета сообщил этим летом о результатах исследования бактерий. У патогенной сальмонеллы была обнаружена защитная система в виде белка H-NS, препятствующего проникновению в бактерию чужеродной ДНК. Более того, сальмонелла способна извлечь выгоду из знакомства с противником, «вооружившись» за его счет. Возможно, в процессе эволюции, «нахватавшись» генетической информации у своих врагов, сальмонелла и стала так опасна для человека.

Если жизнь палочки размером 0,4-0,7 на 1,0-3,0 мкм полна таких иммунных сложностей, то что уж говорить о многоклеточном организме!

Чтобы увидеть главный орган иммунной системы — тимус (вилочковая железа) вам придется пробраться на своей «подводной лодке» к самому сердцу. Здесь, в грудной клетке, он производит и активирует элитное войско, состоящее из белых Т-клеток лимфоцитов (Т — тимусзависимая система). Другой орган иммунной системы — костный мозг — вырабатывает более «низкие по рангу» В-клетки (В — бурса, зависимая система лимфоидных органов). В остальных органах и тканях организма тоже образуются или живут клетки иммунной системы — например, печень продуцирует пожирателей или макрофагов.

Чтобы проследить за деятельностью Т-клеток, В-клеток и макрофагов, вам придется целый день носиться за ними по всему организму. Эти разведчики и стражи иммунной системы «прощупывают» все и вся на предмет чужеродности. Как только иностранный лазутчик (бактерия, вирус, трансплантат) будет обнаружен, Т-клетки подадут сигналы (молекулы) о нашествии врагов другим клеткам.

Уничтожить врага не так-то просто — у него наготове целый арсенал оружия (белковых молекул), поэтому Т-клеткам приходится разрабатывать военную стратегию. Для начала они подбадривают В-клетки, чтобы те быстренько построили «фабрику» по производству специфичных средств защиты. Например, если паразит экипирован «луком и стрелами», то В-клеткам стоит «подумать» о «щитах». Как известно, чем больше армия, тем она страшнее, поэтому В-клетки начинают усиленно делиться, создавая армию клонов и специальных клеток памяти. Загадочные клетки памяти нужны для того, чтобы при последующем появлении вируса, организм отреагировал быстрее и эффективнее.

Харакири на благо цивилизации

Пока В-клетки надрываются на «оружейном производстве» и пестуют армию клонов, руководство не бездельничает. Т-клетки то и дело отправляют Т-киллеров «пообщаться» с врагами. Т-киллеры убивают недруга не примитивным «выстрелом в лоб», они вынуждают его сделать себе… харакири. Подобное самоубийство носит название апоптоза — программируемой клеточной смерти (от греч. «листопад», когда клетки основания черешка листа совершают массовое осеннее самоубийство).

Т-киллеры то и дело приказывают не только чужакам, но и своим собратьям совершать апоптоз: не способен различать чужеродные молекулы — умри, слишком сильно реагируешь на белки собственного организма — умри, тебя ранил вирус или повредили химические агенты — умри. Главная прелесть апоптоза в том, что самоубийца не лопается, разбрасывая повсюду свои «заразные» внутренности, а аккуратно скукоживается, после чего его съедает пожиратель-макрофаг. Ежедневно у здорового человека образуются до 70 миллиардов новых клеток и примерно столько же их гибнет посредством апоптоза и с помощью иммунной системы. Во время рождения новых клеток и удвоения генетического материала (ДНК) происходит множество ошибок. Если бы не бдительность иммунной системы и апоптоз, организм бы наполнили толпы мутантов! Многим клеткам и приказы отдавать не надо — потеряв особые белки, блокирующие «мысли» о самоубийстве, они сами кончают с собой.

И вот вы плаваете по организму и с ужасом взираете на все это побоище — Т-киллеры приговаривают каждого второго к харакири, макрофаги постоянно что-то жуют, Т-хелперы (помощники) переваривают микробов и для ознакомления показывают всем, что осталось от врага (фрагменты белка), клетки памяти готовятся к вторичному иммунному ответу… Любопытно, что несмотря на столь активную коллективную работу, враг не сдается без боя. Вирусы пытаются маскироваться, облепившись новыми молекулами, которые Т-киллеры иногда принимают за свои и не трогают чужака.

Эта воинственная иммунная цивилизация внутри организма создавалась многие тысячи лет, а сейчас эволюцию иммунитета исследуют иммунобиологи. Значительный вклад в изучение иммунитета внесли еще в 1908 году Илья Мечников и Пауль Эрлих. Мечников перенес дарвиновский принцип борьбы за выживание внутрь организма. С его точки зрения организм по природе своей дисгармоничен, а здоровое состояние достигается только активным путем. Сейчас основные феномены иммунитета объясняет клонально-селекционная теория Фрэнка Макфарлейна Бернета (1959) (Frank Macfarlane Burnet, 1899-1985). Ей тоже не чужды дарвиновские принципы — только те лимфоциты, которые хорошо выполняют свою работу, получают право создать собственный клон.

К сожалению, не всякая теория может объяснить, почему иногда иммунная система теряет «рассудок» (аутоиммунные процессы) и набрасывается на собственные здоровые клетки, ткани и органы, что приводит к возникновению сахарного диабета или заболеваний сердца. Не менее интересна гипотеза об аутоиммунной природе старения, когда некий сигнал запускает «гражданскую войну» внутри организма, ведущую к утрате жизнеспособности.

Борьба со СПИДом и раком

Чем больше загадок иммунитета мы разгадаем, тем быстрее сможем усовершенствовать защиту против рака и СПИДа.

Споры о природе рака идут давно, и народные умельцы то и дело заявляют на весь мир о новых удивительных открытиях. Например, многие до сих пор дискутируют на тему паразитарной трихомонадной теории химика Тамары Свищевой. Согласно такой теории, опухоль — это не собственные чудовищно измененные клетки организма, а колонии паразитов, причем способные инцистироваться (покрываться защитной оболочкой и в таком неподвижном состоянии ждать лучших времен). Однако у нас нет оснований не верить выдающемуся зоологу Валентину Александровичу Догелю (1882-1955) и другим ученым, согласно которым это одноклеточное существо цист не образует и постоянно «суетливо бегает» по протокам половой и выделительной систем. Яростные споры сторонников и противников теории бывают довольно занимательны, но, к сожалению, тема уже стала спекулятивной …

Безусловно, механизм возникновения рака сложен и не вполне изучен, поэтому лучше брать на заметку все самое важное из любых, даже, казалось бы, безумных теорий. Еще в 1966 году американский ученый Пейтон Раус (Peyton Rous), нашедший раковый вирус у кур, получил за это Нобелевскую премию. Однако в 1989 году калифорнийские ученые Майкл Бишоп (Michael Bishop) и Гарольд Вэрмьюс (Harold Varmus) были удостоены Нобелевской премии уже за то, что доказали — сами по себе вирусы не вызывают рак, а лишь являются переносчиками онкогена из одной клетки в другую. Вирус — уникальная неклеточная форма жизни, а предшественники онкогенов (протоонкогены) обнаружены у многих клеточных существ — от человека до дрожжей. Возможно, они участвуют в регуляции нормального роста клеток, пока не происходит «сбой».

Чтобы понять предпосылки к возникновению рака, необходимо продолжить наше «Фантастическое путешествие» среди молекул. Вы увидите, что в организме постоянно образуются многочисленные клетки с поврежденной ДНК и потому потенциально способные стать раковыми! Однако у человека со здоровой иммунной системой этого не происходит, ибо Т-киллеры и апоптоз помогают избавиться от опасных клеток. Но иногда, под воздействием различных факторов, частота возникновения потенциальных раковых клеток возрастает. Причем некоторые из них приспосабливаются и становятся «невидимками», активно распространяясь по всему организму. От появления первой раковой клетки до образования опухоли величиной в два миллиметра проходит от шести до двадцати лет. Позднее в опухолях образуются вещества, которые окончательно «запутывают» и «ослепляют» иммунную систему.

Фактор некроза раковой клетки (желтый), нанесенный на частицу кремния (красная), приводит раковую клетку (зеленая) к гибели. Фото: University of Stuttgart

Что же это за факторы, вызывающие «включение» онкогена и перерождение нормальных клеток в раковые? Их тысячи — например, генетически обусловленные дефекты иммунной системы, внешняя среда, экология, вирусы, бактерии. Воздействие любого фактора на организм увеличивает риск заболевания, но не означает, что болезнь неизбежна. Было бы очень удобно найти одну-единственную причину рака — паразита трихомонаду и, соответственно, одно лекарство. Но разные исследования, в том числе ученых Ч. Чжан (Z. Zhang), С. Грэм (S. Graham) и Дж. Маршал (J. Marshall), показали, что лишь 4-5 % случаев рака шейки матки можно связать с трихомонадозом. К опухолям других локализаций этот простейший одноклеточный паразит, вероятно, не причастен.

Как бы то ни было, какие бы новые версии природы рака не появлялись, лучшая защита от него — это сильный иммунитет. Зачастую стимуляция иммунитета после возникновения опухоли может остановить ее развитие.

Если рак полиэтиологичен (имеет множественные причины), то со СПИДом все более или менее понятно — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) поражает лимфоциты и нарушает работу иммунной системы. Рак обычно излечим на ранних стадиях, а СПИД ведет к смерти. В мире разработано уже около пятидесяти вакцин против СПИДа, но нет ни одной эффективной. В этом направлении работают и российские ученые, например, из Института иммунологии, где уже созданы уникальные вакцины против гриппа и аллергии. Москву можно считать иммунологической столицей мира, поскольку только здесь так много научных центров, где можно проверить свою иммунную систему, и высококвалифицированных врачей-иммунологов.

Некоторые иммуномодуляторы (вещества, стимулирующие образование новых иммунных клеток) очень дороги, но это объясняется необыкновенно трудным процессом их производства. В эту ювелирную работу вовлечены и микроорганизмы (та же сальмонелла, например), и трансгенные кролики и мыши, и новейшие методы биотехнологии и генной инженерии.

Долой иммунодефицит

Быть может, скоро грядет эпоха новых открытий в иммунологии, а лозунг «все болезни от нервов» мы заменим на предостережение «не губите мои иммунные клетки!».

Итак, что еще способствует возникновению сбоев в работе иммунной системы? Это и хронические инфекции, на которые человек махнул рукой, и продолжительные стрессы (например, вы ненавидите свою работу, но каждое утро идете в офис), переутомление, депрессии, травмы, операции, прием антибиотиков и стероидных гормонов, плохое питание и многое другое. Так, различные исследования подтвердили влияние голодания и диет на возникновение иммунодефицита. Желудочно-кишечный тракт является важнейшим иммунным органом и ему совсем «не нравится» терзаться диетами или же, наоборот, получать жирную еду каждые полчаса. Если вы не пьете, не курите, любите прогулки на свежем воздухе и спорт, но все равно чуть ли не каждый месяц подхватываете «простуду» или страдаете аллергией по весне — возможно, есть повод обратиться к клиническому иммунологу. У вас возьмут немного венозной крови и изучат на предмет активности иммунных клеток.

Главное, не заниматься самолечением, соблазнившись рекламой «природных иммуномодуляторов» или отдавшись в руки бабушек-целительниц. Народная медицина бывает сильна в комплексе с традиционной, но сама по себе иногда губительна.