ps_immunogid
Издательство «Манн, Иванов и Фербер» представляет книгу Хендрика Штрика «Иммуногид. Всё, что вас волнует в иммунной системе, от профессора-вирусолога» (перевод Марины Клюшиной).
Где находится наша иммунная система? Почему она иногда реагирует слишком остро и как сохранить ее в целости и сохранности? Что это за штуки, называемые антителами, и в чем же все-таки разница между вирусами и бактериями?
Хендрик Штрик представляет руководство по нашей иммунной системе: с научно обоснованной информацией, изложенной популярно и доступно для непрофессионала. Автор объясняет, какие патогены запускают сигнальную систему нашего организма и почему, например, вирус герпеса атакует именно тогда, когда мы хотим выглядеть наилучшим образом. Вы узнаете, сколько бактерий живет у нас во рту и почему, несмотря на это, поцелуи полезны для нашего здоровья; почему поднимается температура и для чего нужны вакцины.
Предлагаем прочитать фрагмент книги.
Место рождения клеток — в костном мозге
Костный мозг — это первичный бульон1 иммунной системы. Именно здесь формируются или, по крайней мере, предварительно заготавливаются многие ее компоненты. Костный мозг, а точнее красный костный мозг, обладает для этого оптимальными условиями. Костный мозг распределен по всему телу, а именно на концах всех трубчатых костей, а также в нескольких плоских костях. Он расположен глубоко внутри костей с твердым наружным слоем, который делает кость особо прочной, и мягкой, хорошо амортизирующей прослойкой жировой ткани. Итак, здесь в спокойной атмосфере зарождается бесчисленное количество клеток. Прежде всего это эритроциты, но сразу за ними идут многочисленные типы клеток, которые необходимы для функционирования иммунной системы.
У детей красный костный мозг еще распределен по всем костям, а у взрослых он концентрируется в небольшом их количестве, исчезая, в частности, из середины трубчатых костей, что неудивительно, так как количество родильных отделений соответствует спросу, который сокращается с возрастом, поскольку организм перестает расти. Однако всех людей объединяет то, что в костном мозге находятся недифференцированные клетки, которые могут стать теми или иными, в зависимости от запроса. Их также называют плюрипотентными — от pluris (много) и potentia (способность), или стволовыми. Большинство людей наслышаны о них в контексте лечения рака. Иногда раздаются призывы зарегистрироваться в качестве донора стволовых клеток.
Стволовые клетки можно представить в виде яблони: общий ствол, куча ветвей с множеством маленьких веточек, листьев и яблок, которые все принадлежат одному дереву, но служат совершенно разным целям. Стволовые клетки в костном мозге могут в конечном счете стать как лимфоидными клетками для иммунной системы, так и миелоидными для кровеносной. Здесь же зарождаются другие компоненты иммунной системы. Некоторые из них целиком вырабатываются в костном мозге, например В-лимфоциты, продуцирующие антитела. Другие только возникают в костном мозге, а затем мигрируют, например в кровь, тимус или селезенку. Так происходит, скажем, с макрофагами и фагоцитами.
Звучит ужасно сложно, но это только если глубоко копать. Достаточно знать главное: из стволовой клетки образуются все упомянутые нами клетки. Это настоящее чудо, поэтому стволовые клетки так востребованы в лечении рака и активно исследуются учеными. Различные иммунные клетки образуются в организме ежедневно тысячи раз. Однако в двух случаях производство клеток стимулируется дополнительно: если иммунная система находится в состоянии боевой готовности и подстегивает выработку клеток и при потере крови в результате травмы или при добровольной сдаче крови.
О Златовласке и трех медведях, или Школа Т-лимфоцитов
Вы когда-нибудь ели зобную железу теленка? М-м-м, эти нежные внутренности. А еще это место, где находится школа Т-лимфоцитов. Именно здесь, в тимусе, молодые клетки обучаются на Т-лимфоциты CD4+ или CD8+, но станут ими, только если успешно сдадут выпускные экзамены. Экзаменаторы строгие, и, скажем прямо, обычно дело заканчивается смертью клеток.
Как и в случае с обязательным школьным образованием, все заканчивается в подростковом возрасте. Тимус, вначале размером примерно с яйцо, прячется за грудной костью. Он разрушается самое позднее в период полового созревания, поскольку больше не нужен. Однако до тех пор тимус жизненно необходим, так как без него у человека не сформируется полноценная иммунная система — со всеми вытекающими.
В тимусе происходит следующее: из костного мозга в него поступают заготовки Т-лимфоцитов. Они могут стать чем угодно: CD4-клетками, Т-регами (CD25+) или T-клетками CD8+. В тимусе их сначала обучают, проверяют на пригодность, сохраняют, преобразуют или хладнокровно убивают. Захватывающий процесс, потому что организм готовит огромный арсенал защитных клеток, распознающих неимоверное количество чужеродных структур. Для этого различные сегменты генов в Т-лимфоцитах рекомбинируются то одним, то другим образом. Это создает миллиарды различных клеток, которые в состоянии распознать просто все.
Но это только начало. Система оптимизируется путем отсеивания всех неподходящих клеток на втором этапе. Первый класс состоит из тех, кто проходит так называемый позитивный отбор. Мы только недавно обговорили, что Т-лимфоцит распознает патоген по его «руке» — HLA. В случае положительного отбора проходят только те Т-лимфоциты, которые способны пожать именно такую «руку» — будучи Т-клеткой либо CD4+, либо CD8+. Это означает: в следующий класс переводятся только те ученики, у которых есть потенциал для распознавания того, что им предъявляется.
Во втором классе школы тимуса происходит негативный отбор. Это одно из величайших чудес иммунной системы. В тимусе есть небольшой фермент под названием AIRE. Он воспроизводит в миниатюре практически все структуры, существующие в нашем теле. Весь наш организм со всеми его компонентами предъявляется Т-лимфоцитам по быстрой процедуре: вот глаз, вот селезенка, вот ноготь, вот ухо и так далее, и так далее… Однако фокус в том, что учителя в тимусе вовсе не хотят, чтобы ученики как-то на них реагировали. Если кто-то из учеников проявит реакцию и напрыгнет на образец, с ним быстренько разберутся или, точнее, посоветуют покончить жизнь самоубийством, потому что такому в организме не место. Выпускаются только те ученики, которые освоили рукопожатие с другими клетками и игнорируют все, что происходит в организме естественным образом.
Итак, идеальный выпускник школы тимуса выглядит так: внимательный и эффективный, но не слепо бросающийся на все подряд. Правда, есть одно исключение. А именно: такой ученик, который тянет руку, хочет высказаться, но, не будучи уверенным, решает отказаться от затеи и опускает руку. Учителя тимуса отводят ему совершенно особую роль. Он становится регуляторной Т-клеткой. Это клетки, которые энергично предупреждают о необходимости иммунного ответа, но и тормозят его, когда нужно приглушить иммунную систему. В английском языке даже есть термин, заимствованный из старой сказки: принцип Златовласки, или золотая середина между двумя крайностями. Златовласка проникла в дома трех медведей и попробовала еду в каждой из трех мисок. Первый медведь любил холодную пищу, второму нравилась горячая, а третий ел теплую, что и пришлось по душе Златовласке.
Насколько важно присутствие регуляторных клеток, Т-регов, можно увидеть на примере особенно хитрых патогенов — вирусов и бактерий, которые маскируются под собственные ткани организма. Они делают это для того, чтобы организм не сразу распознал их как врагов. Это результат тысячелетней коэволюции патогенов с человеком. Известный пример — стрептококки. Существует множество различных видов стрептококков, большинство из которых не вызывает заболеваний у здорового человека. Некоторые из них настолько виртуозно подделываются под местные структуры, что организм не вырабатывает на них должного иммунного ответа. Иммунные клетки, которые сразу же распознали бы эту структуру, были отсеяны в школе тимуса. Так что хотя организму нужно вырабатывать умные иммунные реакции, но в то же время он должен быть осторожным, чтобы не обратить их против себя. И Т-реги играют при этом важнейшую регуляторную роль.
Здесь отсеивают, или Селезенка
Слева, чуть ниже ребер, расположен богатый кровью орган размером с кулак, который имеет большое значение для иммунной системы, — селезенка. В случае инфекции этот огромный фильтр сильно раздувается, чтобы справиться со своей задачей: он отсеивает из крови клетки с дефектами. В этих целях через селезенку проходят крупные кровеносные сосуды. Однако в дополнение к функции скрининга кровь в селезенке смешивается с коктейлем из различных иммунных клеток. Селезенка — хранилище моноцитов и формирует плотную сеть В- и Т-лимфоцитов и фагоцитов для распознавания и уничтожения предполагаемых патогенов. Это происходит в двух областях селезенки — белой и красной пульпе. Белая пульпа по своей структуре напоминает лимфатический узел. Именно здесь принимается решение о том, нужно ли запускать иммунный ответ. Красная пульпа — то место, где сидят макрофаги и поедают все, что ранее было помечено как «вредоносное» или разлагающееся.
Большинство отфильтрованных клеток — мертвые кровяные тельца. Так организм очищается, но иногда это становится проблематичным. В случае малярийной инфекции приходится отфильтровывать столько погибших эритроцитов, что «сито» в селезенке засоряется. А инфекция, вызванная вирусом Эпстайна–Барр (мононуклеоз), может так подстегнуть размножение В-клеток, что селезенка распухнет до угрожающих размеров. Редко, но случается, что она даже лопается.
Например, во время аварии при падении с велосипеда через руль может произойти разрыв селезенки. В этом случае необходимо поторопиться. Существует риск сильной кровопотери. Этот орган невозможно зашить, только удалить. Можно жить без селезенки, но в этом случае на протяжении всей жизни у человека будет повышенный риск инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями и грибками. Особенно тех, которые распространяются через кровь. Так что людям без селезенки следует насторожиться, когда у них поднимается температура. Существует угроза опасной для жизни инфекции. Лучше лишний раз принять антибиотик, чем упустить момент. Кроме того, людям без селезенки чаще рекомендуют делать прививки для предотвращения подобных осложнений.
Иммунная резистентность
До сих пор помню, как после моих объяснений Тильманну сразу полегчало. Может быть, потому , что он узнал, что в его теле находится целая армия, которая спасет его. Возможно, у него появилась уверенность в своей иммунной системе. «Нас легион против злоумышленников, посмевших свалить тебя на диван» — это, казалось, подбодрило его. Сюзанна приготовила Тильманну чай, который он осторожно отпивал маленькими глотками. Постепенно он успокоился, расслабился. Я к месту упомянул, что у иммунной системы имеются клетки, которые следят, чтобы не было суеты. Особенно это понравилось Лизе, которая со смаком закручивала второй косячок.
Ни тогда, ни сейчас нельзя не рассказать о противоположном защитном принципе иммунной системы — иммунной толерантности. Инь и Ян — одно не существует без другого. Когда речь заходит об иммунной системе, можно говорить прямо: без иммунной толерантности никого из нас не было бы.
Каждой системе необходим орган управления. Например, TÜV2 проверяет пригодность автомобилей к эксплуатации, аудитор — бухгалтерскую отчетность крупных и малых компаний, а ветеринарная служба контролирует, забивают ли скот в соответствии с установленными нормами. Без механизмов контроля быстро воцарился бы хаос, увеличилось бы количество аварий на дорогах, фабриковались бы балансовые отчеты, а коров и коз забивали бы на задних дворах. Так и у иммунной системы есть контролирующий орган, обеспечивающий порядок и понятные правила. Должна существовать возможность остановить оборонительные войска в случае необходимости.
Есть два типа иммунного контроля: с одной стороны, специализированные клетки — регуляторные Т-клетки, с которыми мы уже познакомились; с другой — когда клетки организма замечают чрезмерную иммунную реакцию, они сами снижают свою реактивность. Лучше меньше, да лучше. Реагирование должно быть оптимальным, не разрушительным для окружающих тканей.
Чужие в нас, или К чему наша иммунная система приспосабливается
Подумайте: эмбрион в материнской утробе генетически является наполовину мамой, но наполовину и папой — а значит, чем-то чужим. Однако иммунная система призвана бороться с чужеродными элементами. Если бы существовал только один принцип иммунной защиты, беременность стала бы невозможна. Ведь даже если кровообращение раздельное и растущий ребенок плавает в замкнутом маленьком мирке — в утробе матери, а там еще и в амниотическом мешке, — все равно встречи между своими и чужими неизбежны. Казалось бы, материнская иммунная система должна отторгать эмбрион, как это происходит при пересадке органов. Тем не менее этого не случается. Вот он — впечатляющий признак адаптивности иммунной системы. Между иммунной системой матери и иммунной системой эмбриона существует как бы перемирие.
Как формируется толерантность материнского организма к своему ребенку, изучено еще не до конца. Кроме того, иммунная система не ставится полностью на паузу на все девять месяцев. Она не может себе такого позволить. Несомненно одно: плацента образует защитный барьер между матерью и ребенком, и поэтому полномасштабная иммунная активность против эмбриона исключена. Вдобавок ко всему, в целях защиты эмбриона иммунная система матери на время беременности ослабляется. Это одна из причин, почему в этот период чаще возникают инфекционные болячки и почему беременные считаются группой риска по многим (особенно вирусным) заболеваниям.
Недавние исследования показали, что доля Т-регов, регуляторных Т-клеток, вокруг плаценты и в пуповине значительно увеличивается в период беременности. Существенно возрастает и число естественных клеток- киллеров. Можно подумать, что клетки здесь охотнее идут на заклание. Напротив, они, похоже, выполняют регуляторную, даже успокаивающую функцию. Вероятно, что местами слишком сильные иммунные реакции подавляются. И хотя мы каждый день узнаем что-то новое об иммунной системе, именно на этом примере становится понятным, как мало нам все еще известно о ней.
1. Первичный бульон — термин, введенный советским биологом А. И. Опариным. В 1924 году он выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в первичный бульон.
2. Объединение технического надзора — немецкая организация, осуществляющая надзор за техническим состоянием транспортных средств.