Правда и мифы об устройстве и работе иммунитета

Источник https://postnauka.ru/longreads/157267

Иммунитет — сложная, многокомпонентная система, и далеко не каждый понимает, как именно она работает. Недостаток знаний о принципах работы иммунитета нередко приводит нас к формированию магического мышления: мы стремимся иммунитет укрепить, используем термин «слабый иммунитет», при этом в действительности оказывается, что такие представления бессмысленны и даже опасны. Что такое иммунитет и как он устроен, ПостНаука узнала у доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией иммуногенетики Центрального научно-исследовательского института туберкулеза РАМН Александра Апта.

Это база

Иммунитет — очень древняя эволюционная система, которая возникла в живой природе до разделения растений и животных на царства, поскольку и у растений есть своя система иммунитета, и она также есть у животных. Главная функция иммунитета — защита от вторжения извне, то есть от вирусов, бактерий, грибов и не только [1].

При этом весь иммунитет можно условно разделить на врожденный и адаптивный, или приобретенный [2]. Различаются они по простому критерию. Врожденный иммунитет не требует обучения иммунной системы: она, увидев чужое, немедленно реагирует. Для этого у врожденного иммунитета есть рецепторный аппарат, который существует с момента эмбрионального развития хозяина. Но у врожденного иммунитета нет или почти нет функции памяти, поэтому на любое новое вторжение она будет отвечать так же, как на предыдущее. То есть врожденный иммунитет не очень разнообразен и часто неспецифичен.

Эволюционно появление врожденного иммунитета, скорее всего, связано с питанием: питание одноклеточных организмов — это фагоцитоз, то есть процесс, который и является базовым элементом врожденного иммунитета.

По мере того, как возникало разнообразие в виде многоклеточности организмов и эволюционирования патогенов, появилась потребность в более тонких регуляторных настройках. Так начал формирование адаптивный иммунитет, который носит свое имя вполне оправданно: это означает, что такой иммунитет адаптируется к вторжению паразита. Первый раз реакция протекает медленно и слабо, а при повторных контактах иммунитет обучен, его рецепторы настроены на конкретный вид вторжения, и организм борется сильнее и эффективнее. Для этого существует рецепторный аппарат, который устроен гораздо более сложно, чем в первом случае.

Когда эволюционно был сформирован адаптивный иммунитет, наука точно не знает. Однако адаптивная иммунная система имеется уже у костистых рыб — по-видимому, возникновение адаптивного иммунитета произошло во время формирования класса рыбы.

Существует и другая классификация: иммунитет также разделяют на клеточный и гуморальный [3]. Клеточный иммунитет — это иммунные реакции, которые осуществляют сами клетки-агенты иммунной системы: на поверхности и внутри нее уничтожают чужеродные тела. Например, это лимфоциты (В-клетки, Т-клетки), фагоциты (макрофаги, моноциты, дендритные клетки).

К гуморальному иммунитету относят тех агентов, которых клетки секретируют; после чего они попадают в межклеточное пространство и там осуществляют поиск патогенов и борьбу с ними. Ключевую роль в гуморальном иммунном ответе играют антитела.

Антитела

Антитела — это крупные белки плазмы крови, которые адаптивная иммунная система вырабатывает после встречи с каким-либо конкретным патогеном. После своего формирования антитела сохраняются в организме длительное время и помогают предотвращать заражение в будущем.

При этом антитела бывают не только естественного происхождения. Сегодня их также можно синтезировать в лаборатории — это так называемые моноклональные антитела, которые используются в частности при недостаточном собственном антительном ответе. Следует заметить, что моноклональные антитела специфичны: это означает, что они работают против конкретных штаммов того или иного патогена. Поэтому с появлением новых циркулирующих вариантов эти препараты необходимо обновлять и повторно вводить в организм.

Органы иммунной системы

Важнейший орган иммунитета у человека — костный мозг [4]; эта мягкая ткань расположена в губчатом веществе костей и костномозговых полостях. В костном мозге происходят важнейшие для организма процессы — это кроветворение и иммунопоэз — созревание всех типов клеток иммунной системы. Некоторые клетки уже здесь достигают готового к функционированию вида: например нейтрофилы, выходящие в кровь из костного мозга, или моноциты, которые также выходят в кровь и затем в органах могут превращаться в макрофаги. При этом в костном мозге формируются лимфоциты, которые отсюда попадают в другие области организма, где проходят селекцию для последующего функционирования в качестве клеток иммунной системы.

Например, Т-лимфоциты поступают в еще один центральный орган иммунной системы — тимус. Это вилочковая железа, образование, которое лежит за грудиной. Здесь уничтожаются все лимфоциты, которые сильно реагируют на «свое», также в тимусе происходит селекция Т-клеток, которые плохо распознают чужое. В результате здесь погибают 95% поступающих клеток, а оставшиеся 5% выходят на периферию — в лимфатическую систему, а далее заселяют селезенку, лимфоузлы и находятся там наготове, чтобы принять поступивший сигнал от клеток, которые первично контактируют с патогеном.

Связь между врожденным и адаптивным иммунитетом

Если мы говорим о том, что адаптивный иммунитет начинает работу, когда врожденный нуждается в этом, — возникает вопрос, как устроена сигнальная связь между обеими системами. Научные работы в этом направлении пролили свет на механизм взаимодействия лишь в 90-х и 2000-х годах.

Однако относительно новые исследования не были бы возможны без фундаментальных работ прошлых столетий. Первым в этом направлении стал великий биолог [5] Илья Мечников, который в 1882 году открыл фагоцитоз — процесс, при котором клетки (простейшие, либо специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма — фагоциты) захватывают и переваривают твердые частицы. В этот же период фундаментальную роль сыграл иммунолог Пауль Эрлих, который открыл особые защитные белки, вырабатываемые иммунными лимфоцитами, и назвал их антителами.

Дальше американский иммунолог Чарльз Джейнуэй вместе с учениками сформулировал несколько положений о том, как фагоциты (агенты врожденного иммунитета) взаимодействуют с элементами адаптивного иммунитета — прежде всего, с Т- и В- лимфоцитами.

В этот период, в частности, возникло понимание, в чем выражается важнейшая функция дендритных клеток — одного из видов фагоцитов. Дендритные клетки отличаются тем, что обладает способностью и фагоцитировать, и перерабатывать фагоцитируемое, и постоянно, без внешних стимулов, презентировать антигены поглощенных бактерий или вирусов клеткам лимфатической системы — Т-клеткам. Если все фагоциты отнести к клеткам врожденного иммунитета, а Т-лимфоциты — к системе адаптивного иммунитета, — получается, что дендритные клетки — и есть главное связующее звено в связи между врожденным и адаптивным иммунитетом.

Каждый год открываются новые молекулы, которые участвуют во взаимодействии двух систем, — но фундаментальные представления о связи были установлены на рубеже веков.

«Укреплять» иммунный аппарат

Как мы видим, иммунитет — многокомпонентен, сложен, и именно поэтому воздействие на эту систему целесообразно при конкретной направленности. Например, можно фиксировать наличие конкретного иммунодефицита: как вариант, выраженного недостатком выработки антител к конкретному возбудителю — и направленно действовать на увеличение их концентрации. Или может быть обнаружена недостаточная функциональность Т-клеток иммунной системы — и выработаны соответствующие методы в этом случае. При этом общее понятие укрепления иммунитета иммунологически лишено смысла, более того — необдуманное вмешательство в эту систему может быть опасно для здоровья и жизни.

Этому есть известные практические примеры: после открытия кортикостероидов эти гормоны довольно широко использовались при туберкулезе для снятия воспаления в легких. Они эффективно подавляют медиаторы воспаления, — но системный прием кортикостероидов в достаточном для решения задачи объеме параллельно подавляет широкий класс биохимических реакций, необходимых для существования организма. Позже от этой практики отказались во всем мире [6], — и в данный момент кортикостероиды применимы лишь локально и в ограниченных объемах — например, при бронхиальной астме.

Если у пациента возникает запрос заботы об иммунной системе в общем смысле, — могут быть применимы рекомендации, которые в целом благотворно влияют на здоровье. Это разнообразное питание с овощами, фруктами, мясом и рыбой, умеренная физическая активность, режим сна и бодрствования.

В норме функционирование иммунной системы сопровождается постоянной поддержкой молекулярных механизмов, которые убирают из организма клоны клеток, способных ответить на собственные антигены. Но, как и в любой сложной системе, здесь бывает множество сбоев. В некоторых случаях они приводят аутоиммунитету, или избытку иммунного ответа — ситуации, когда иммунная система начинает узнавать и отвечать на свое. Такой процесс приводит, например, к системной красной волчанке, ревматоидному артриту, аутоиммунному диабету.

Таким состояниям есть множество самых разных генетических причин.

С другой стороны, существует обратный процесс, известный как иммунодефицит — нарушение иммунологической реактивности, которое обусловлено выпадением одного или нескольких компонентов иммунного аппарата.

Дело эволюции

Система иммунитета развивалась и менялась эволюционно, отсюда между классами животных довольно легко провести сравнение устройства иммунитета. Например, однозначно класс млекопитающих имеет более развитую систему иммунного ответа, чем класс земноводные. Если же обращаться к сравнениям между отрядами (например, грызуны и приматы) — можно сделать вывод, что их иммунный ответ примерно одинаково эффективен. То есть теплокровные животные, эволюционно возникшие позже, обладают более сложным и отсюда совершенным иммунным аппаратом, чем их предки — рыбы или земноводные.

Таким образом можно заключить, что иммунный аппарат человека — продукт длительного эволюционного процесса. В его результате был сформирован механизм, который разделяют на врожденный и приобретенный, — и представление о связи между первым и вторым типами иммунного ответа было получено учеными относительно недавно. Эффективность работы тех или иных компонентов иммунного ответа можно оценить конкретно и количественно: по этой причине такие общие термины как «сильный» или «слабый» иммунитет лишены смысла. Целесообразно использование конкретного термина — иммунодефицита — нарушения, которое обусловлено выпадением одного или нескольких компонентов иммунного аппарата.

Источники:

1. Ярилин А.А. Иммунитет / Большая российская энциклопедия 2004–2017.

2. Glenny A.T., Südmersen H.J. Notes on the Production of Immunity to Diphtheria Toxin / The Journal of Hygiene. 1921; 20(2): 176-220.

3. Looking Backward / Science. 1990; 247(4940): 374.

4. Костный мозг / Большая медицинская энциклопедия.

5. Gordon S. Phagocytosis: An Immunobiologic Process / Immunity. 2016; 44(3): 463–475.

6. Карягина А.С., Народицкий Б.С., Апт А.С., Гинцбург А.Л. Геномика и генная инженерия: рациональные подходы для разработки новых средств борьбы с туберкулезом / Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2004; 4: 94–101.