Иммунитет. Наука о том, как быть здоровым

ЗАЩИТА ОТ ИНФЕКЦИЙ

Иммунная система – единственное, что защищает каждого из нас от полчищ микробов (их называют еще микроорганизмами; они неразличимы глазом, к ним относятся и бактерии, и грибки, и вирусы). Некоторые микроорганизмы действительно представляют угрозу для нашего здоровья. Гиппократ (460–377 годы до н. э.) стал первым, кто попытался объяснить появление болезней с научной точки зрения. Он считал, что существует четыре разновидности жизненных элементов (желчь, черная желчь, слизь и кровь), и в здоровом организме они находятся в оптимальном количестве, а у больного человека возникает их дисбаланс. Гиппократ утверждал, что болезни есть следствие избытка одного из жизненных соков, а это может быть вызвано миазмами (ядовитыми испарениями, содержащими частицы болезнетворных веществ) или попадающими в воздух продуктами гниения (разложения органических тканей, к примеру навоза, пищевых отходов или трупов). Нам с вами эта теория кажется странной, однако важно помнить, что появилась она, когда у людей не было ни современных технологий, ни точных приборов. Увидеть микроорганизмы было невозможно, поэтому ученые могли лишь строить догадки. В середине XIX века, с изобретением более современного исследовательского оборудования, возникла так называемая микробная теория, предложенная Луи Пастером (основоположником современной иммунологии) и его современниками. Лишь тогда человечество смогло отказаться от концепции четырех элементов. Большинство из нас понимает важность иммунной системы именно в контексте микробной теории: микроорганизмы – зло, и от них нас защищают белые кровяные тельца, которые приходят на помощь одними из первых, после соответствующего сигнала о нападении от белкового комплекса гистосовместимости, о котором я расскажу более подробно в следующей главе. Разумеется, на деле все несколько сложнее, как это всегда бывает в вопросах, связанных со здоровьем и иммунитетом.

Иммунитет призван выявлять и распознавать собственные клетки и чужие (внешние) микроорганизмы. Пока все так, иммунной системе предельно ясно, с кем нужно бороться, а с кем дружить: посторонние и потенциально опасные микроорганизмы необходимо уничтожить, а свои ткани (лучше бы) сохранить.

В ходе эволюции у иммунной системы сложились непростые и даже враждебные отношения с микробами. Вот уже несколько сотен лет мы привычно считаем, что микроскопические организмы становятся причинами страшных болезней, – и не напрасно. Массовые вспышки инфекций, страшные эпидемии, тяжелые болезни действительно возникают из-за деятельности мириад микроорганизмов – наших соседей по планете. В последние десятилетия мы были свидетелями вспышек болезней, от свиного гриппа до лихорадок Зика и Эболы, и всякий раз у человечества возникают вполне оправданные опасения относительно устойчивости к подобным страшным инфекциям. Однако не стоит забывать, что микроорганизмы атакуют нас постоянно, с момента рождения и до смерти, каждый день, каждую минуту, каждую секунду нашего существования. А вот заболеем мы или нет, зависит от надежности нашей иммунной системы. Чаще всего иммунитет справляется с угрозой, а мы этого даже не замечаем, – вот насколько эта система важна! И никакие лекарства не защитят нас так, как собственный сильный иммунитет.

ИММУННАЯ СИСТЕМА: ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ КОРОТКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ

Любой студент-медик подтвердит, что иммунная система крайне сложна и запутанна. Но все же давайте попытаемся составить общее представление о том, как она устроена, не вдаваясь в детали.

Итак, иммунная система – это не единый целостный орган, и она не расположена компактно в одном из участков организма. Это целая сеть разнообразных клеток, молекул и сигнальных белков, слаженно работающих на благо человека во всех его органах, системах и тканях. Гениальная, упорядоченная, многомиллионная, подобная сети Facebook, запрограммированная защищать и оберегать нас. Только вообразите: иммунная система включает в себя целые органы и системы; к примеру, ее составляющими являются лимфоузлы, костный мозг и селезенка – органы лимфатической системы, важнейшие сигнальные белки – цитокины (молекулы, секретируемые лимфоцитами, а иногда и другими клетками). Цитокины, подобно спутникам, могут передавать сигналы о помощи другим клеткам, а также обеспечивают межклеточные взаимодействия при иммунном ответе. Костный мозг – это своего рода иммунная фабрика, где из стволовых клеток, поначалу недифференцированных, но способных меняться и эволюционировать, формируются иммунные клетки нужного типа. Несмотря на название, белые кровяные тельца содержатся не только в составе крови, но и во всех стратегически важных зонах организма. И каждая из этих зон обладает уникальным набором свойств; в каждой формируются разнообразные рецепторы и молекулы, отвечающие за особенности работы иммунной системы.

Пограничный контроль

Иммунную систему также можно сравнить с крепостью, которая имеет несколько уровней защиты, тесно связанных между собой. Кожа и слизистые оболочки, выстилающие полость рта, носа и желудочно-кишечного тракта, – это не что иное, как первая линия защиты. Кожные покровы и слизистые оболочки являются важной составляющей иммунной системы, они вырабатывают обеспечивающие достаточно агрессивную для микроорганизмов среду, выживание в которой не представляется возможным для патогенов[2]. Однако эти физические барьеры достаточно уязвимы и имеют слабые стороны. За прошедшие тысячи лет подавляющее большинство микроорганизмов, стремящихся преодолеть защиту организма, научилось эволюционировать, чтобы повысить шансы пробить линию обороны. В ответ наш иммунитет – та самая крепость – сформировал любопытную систему, способную выявлять и сохранять наиболее важные механизмы защиты и жертвовать неэффективными. Благодаря этому у каждого из оборонительных барьеров сформировались собственные уникальные свойства. Вирусы, бактерии и патогены появляются ежедневно, иммунная система непрерывно совершенствует арсенал защиты. Микроорганизмы и иммунитет эволюционно ведут блестящую шахматную партию, выигрыш в которой определяется изобретательностью и сильными сторонами противника.

Команда быстрого реагирования: врожденный иммунитет

Не вдаваясь в подробности, можно разделить клетки и молекулы иммунной системы на два легиона: бойцы врожденного иммунитета и солдаты адаптивного (о вторых мы подробно поговорим ниже). Все вместе они и формируют систему защиты организма. Реакция врожденного иммунитета (так называемый неспецифический иммунный ответ) – это то, что мы замечаем, когда простужаемся (примером ответа врожденной системы служит воспаление). Эти клетки иммунной системы бьют врага энергично и даже отчаянно. Врожденной иммунной системе не хватает точности и умения скорректировать ответ в соответствии с особенностями нападающего, зато она реагирует очень быстро. По сути, это стартовый состав команды защитников вашего здоровья. Клетки врожденного иммунитета достаточно разнообразные, они разбросаны тут и там по организму, как блокпосты. Они выступают в роли сенсоров, настроенных на обнаружение всего чужеродного; они же уничтожают микробов и опасный мусор, а при необходимости посылают сигнал о помощи. Эти клетки спешат как можно скорее оценить проблему, сразиться с потенциально смертельной опасностью, любой ценой защитить нас, но при этом нередко разрушают и здоровые ткани. Стремительный ответ иммунной системы на появление опасности, проявляющийся повышением температуры, отеками, покраснениями и болевыми ощущениями в пораженном месте, выглядит как место аварии, в которой столкнулись сразу несколько машин. С началом иммунного ответа вы замечаете уже привычные для вас симптомы: усталость, заложенность носа, повышение температуры и головную боль; после этого возникают вторичные симптомы в виде насморка, сухого или влажного кашля.

Воспаление – важная составляющая иммунного ответа, необходимая для защиты нашего здоровья. Однако такая реакция предполагается как немедленная и агрессивная, поскольку при этом поражаются не только враждебные микроорганизмы, но и собственные ткани. Если первичный иммунный ответ возникает или проявляется некорректно, нам еще долго после устранения внешней опасности приходится разгребать связанные с этим проблемы. Как мы увидим ниже, воспаление – первопричина многих нынешних сбоев в организме, от относительно, казалось бы, не угрожающих жизни и здоровью проявлений вроде лишнего веса и перманентной усталости до таких серьезных, как та или иная аутоиммунная патология, сердечно-сосудистые заболевания и, конечно, депрессия.

Решение проблемы

Во время болезни без воспалительного процесса в организме порой не обойтись. Но если он затягивается, то начинает вредить. Защитная воспалительная реакция, которая осуществляется клетками врожденного иммунитета, легко поражает уязвимые ткани и даже целые органы. Иммунной системе важно в нужный момент снизить степень воспаления, и она выработала инструменты, позволяющие это сделать. Каким образом регулируется воспаление? Давайте разберемся.

В период острого воспаления и под действием связанных с этим защитных химических процессов активизируются противовоспалительные механизмы. В ходе воспалительного процесса организм вырабатывает медиаторы – неклассические эйкозаноиды или докозаноиды. Например, резолвины напрямую способствуют прекращению агрессии клеток воспалительного ответа и противостоят его прогрессированию. Эти чудо-медиаторы тонко регулируют воспаление, предотвращая хемотаксис и миграцию макрофагов и нейтрофилов в очаг воспаления. А еще блокируют внутриклеточные сигналы пути, таким образом отключая сигналы тревоги, и вместе призывают на помощь противовоспалительные цитокины.

Обычные безрецептурные противовоспалительные средства, скажем ибупрофен или парацетамол, блокируют сигналы прорезолвинов, подавляя естественную способность организма к снятию воспаления, поэтому подобные препараты не рекомендованы для длительного применения. А вот аспирин не блокирует эти сигнальные молекулы, а лишь слегка подавляет, стимулируя при этом естественные механизмы снятия воспаления, поэтому его назначают в небольших дозах при некоторых воспалительных процессах. Может показаться, что купирование воспаления – дело не первой важности, однако понимание механизма работы прорезолвинов позволяет сформулировать принципиально новые подходы, имеющие огромный потенциал на фоне нынешнего кризиса системы здравоохранения, поскольку они дают возможность контролировать хронические воспалительные заболевания и стимулировать заживление. Есть и другие способы поддержать естественные процессы подавления воспаления, которые, как мы увидим, могут оказаться настоящим спасением на фоне появившихся в последние годы болезней.

Тише едешь – дальше будешь

Врожденная иммунная система умеет быстро выявлять и уничтожать потенциально опасные микроорганизмы, замечать и устранять нанесенный организму ущерб, выводить старые или нездоровые клетки. Эта система обеспечивает немедленную защиту от нежелательного внешнего вторжения, но ее явно недостаточно для сохранения здоровья. При высокой нагрузке она активизирует «старшего брата» – адаптивную, или приобретенную, иммунную систему.

Врожденный иммунитет быстро делает первый выстрел по всем без исключения злодеям, посмевшим вторгнуться в организм. Адаптивный иммунитет – это оружие, которому нужна конкретная цель. Это вторая линия обороны, которая вступает в бой не сразу: бывает, что ей требуется пять-семь дней. В отличие от врожденного иммунитета, который задействует белые кровяные тельца, адаптивный связан с лимфатической системой организма. Лимфоциты бывают двух типов: В и Т. Т-лимфоциты контролируют уровень готовности систем защиты; В-лимфоциты обеспечивают выработку антител, то есть отвечают за восстановление и защиту организма.

У каждого из нас складывается уникальный набор лимфоцитов двух типов, что объясняет особенности иммунной системы и в целом здоровья разных людей. Если в организме не вырабатывается большое число Т- и В-лимфоцитов, возникает риск не заметить вторжение вирусов или бактерий определенного типа, которые начнут размножаться и вызовут болезнь. Это нередко происходит у пожилых людей; подробнее мы поговорим о таких случаях в следующей главе. В целом адаптивная иммунная система невероятно эффективна, однако, как и в случае с реакцией врожденной системы, если она неточно интерпретирует сигналы, то может нанести организму серьезный вред.

Размывание границ

Для того чтобы справиться с инфекцией или болезнью, врожденная и адаптивная части нашей иммунной системы тесно взаимодействуют, выявляя и уничтожая все, что им кажется чужеродным или опасным. Первым делом важно, чтобы врожденный иммунитет выявил опасные микроорганизмы с помощью крайне важных молекул гистосовместимости (об этом чуть позже) и осуществил так называемый процесс презентации этой информации Т-лимфоциту. Врожденная иммунная система – это, по сути, сигнал о тревоге, после которого происходит ответная реакция адаптивной иммунной системы на обнаруженные микроорганизмы.

Т-лимфоциты немедленно запускают процесс самоклонирования и формируют целую армию, способную отразить атаку микроорганизмов, объединяясь при этом в отдельные специализированные группы, которые могут усиливать, корректировать и регулировать иммунный ответ, – и все это ради того, чтобы враждебные микробы были как можно быстрее обнаружены и выведены из организма. Лимфатические узлы – это место встречи Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов с клетками врожденной иммунной системы. Вот почему лимфоузлы иногда отекают, если вы заболеваете.

Иммунной системе в целом присуща высокая гибкость реакций. Когда у вас в очередной раз заболит горло, попробуйте нащупать отекшие лимфатические железы на шее и порадуйтесь, что в этом месте началось необходимое для вашей защиты взаимодействие врожденной и приобретенной иммунных систем.

Память не подводит?

Врожденная иммунная система жизненно необходима каждому из нас, однако память у нее относительно короткая: вместо того чтобы, заметив вторжение знакомого микроорганизма, реагировать быстрее и более эффективно, она всякий раз запускает стандартную реакцию с самого начала. А вот адаптивная иммунная система похожа на библиотеку ячеек памяти. Она идентифицирует по молекулярной форме каждый вирус, бактерию или грибок, которые когда-либо проникли в ваше тело и были побеждены иммунитетом, и архивирует информацию о них. Это называется иммунологической памятью – и она почти никогда нас не подводит!

Сами ячейки, или клетки, памяти не участвуют в борьбе с инфекцией. Они патрулируют организм на предмет возможного заражения, и если вторгшиеся микроорганизмы оказываются знакомыми, то иммунная система моментально понимает, как именно с ними сражаться, причем распознавание и уничтожение микробов нередко происходит почти незаметно для нас, без неприятных симптомов. Вот почему некоторыми болезнями, к примеру ветрянкой, человек (как правило) болеет лишь однажды. Но более хитроумные, скажем вирус гриппа или риновирус (причина простуды), разработали способы обманывать иммунологическую память, постоянно меняя свою молекулярную информацию.

Естественные киллеры, или прирожденные убийцы

Так называемые NK-клетки (от англ. Natural Killers – прирожденные убийцы. – Прим. перев.), или клетки-киллеры, – это лимфоциты, предназначенные для уничтожения опасных микроорганизмов. В отличие от Т- и В-лимфоцитов, они возникают не в ответ на появление того или иного антигена (токсина), а для распознавания изменений в клетках нашего организма. Они крайне важны для сохранения здоровья, потому что способны быстро выявлять и уничтожать клетки своего организма, пораженные вирусом.

Клетки-киллеры – важнейший инструмент для распознавания опухолевых клеток. Они обладают особыми рецепторами и перемещаются по организму, оценивая каждую клетку, реагируют на появляющиеся опухоли и аномальный рост клеток. А еще именно от них зависит благополучное течение беременности. Клетки-киллеры составляют примерно 5 % от общего числа лимфоцитов; они распределены по организму и находятся, в частности, в печени, легких и лимфоузлах. По сути, это ваш личный защитный отряд особого назначения, малочисленный, маневренный и не менее эффективный, чем целая пехотная дивизия.

Иммунологическая толерантность Т-лимфоцитов

Военные метафоры помогают понять принципы работы иммунной системы, однако с оговорками: иммунная система способна на большее, чем просто жестко реагировать на нападение. Ее работу правильнее было бы сравнить с тонкой игрой миротворческих подразделений, стремящихся сохранить равновесие и спокойствие и избежать прямых военных действий. Иммунитет призван избавлять организм от разнообразных злодеев, но при этом не должен наносить ему серьезного ущерба. Нельзя повреждать наши драгоценные ткани.

Но кто охраняет наших защитников? На самой вершине миротворческой цепочки находятся Т-регуляторные клетки (Tregs). Они контролируют и даже подавляют деятельность других иммунных клеток, активируются, когда необходимо быстро справиться с серьезной инфекцией, и обеспечивают слаженность работы всей системы. Т-регуляторные клетки способны подавать сигнал о том, что иммунной системе пора снизить активность и прекратить атаку.

Без этих регулирующих работу клеток и молекул воспалительный процесс, призванный уничтожить внешнюю опасность, начнет разрушать организм. Т-регуляторные клетки крайне важны для обеспечения сбалансированного иммунного ответа. Они поддерживают толерантность организма к «полезным» бактериям, предотвращают аутоиммунные заболевания, ограничивают активность воспалений. Однако они способны и подавлять работу иммунной системы, мешая ей бороться с инфекциями и опухолями. Для сохранения здоровья требуется достаточное, но не избыточное регулирование со стороны Т-регуляторных клеток. Представьте, что у вашей иммунной системы есть особая часть, призванная координировать ее деятельность. В известной мере объем этой части определяется генетикой, при этом на ее активность в существенной степени влияют принимаемые нами решения относительно питания, физической нагрузки, уровня стресса и качества сна. Система должна сохранять баланс: если иммунная защита окажется недостаточно надежной (при избытке Т-регуляторных клеток), повысится риск инфекций и раковых заболеваний; если станет слишком агрессивной (при недостатке Т-регуляторных клеток), может начать бить по здоровым органам и тканям.

Вакцинация – успешный опыт формирования коллективного иммунитета

Появление и развитие вакцинации – одно из важнейших достижений в области здравоохранения. Однако последние лет двадцать именно с этой темой связаны особенно серьезные разногласия, и мало что вызывает столько споров, как взаимосвязь вакцинации и иммунитета (подробнее об этом в главе 2).

Организм в целом реагирует на вакцину примерно так же, как если бы инфекция проникла в него естественным путем. Когда происходит заражение, ваш адаптивный иммунитет, Т-клетки, В-клетки, а также антитела учатся бороться с этой инфекцией. Формируется иммунологическая память, благодаря чему организм надолго (нередко и на всю жизнь) сохраняет способность противостоять этой инфекции, если она вдруг вновь посягнет на здоровье. Примерно таким же образом мы реагируем на вакцину, которая содержит небольшое количество ослабленных бактерий или вирусов, чтобы иммунная система научилась с ними бороться. В результате формируется иммунная память, и когда вы столкнетесь с точно таким же, но реальным вирусом, то будете готовы дать ему отпор. Каждый вирус уникален – и каждая вакцина тоже уникальна, а потому и иммунный ответ формируется всякий раз новый. Прививки от некоторых болезней требуется повторять: поскольку вакцины не на сто процентов воспроизводят естественное течение болезни, они (в зависимости от вакцины) не обеспечивают и одинаковую степень иммунологической памяти.

Почему некоторые никогда не кажутся больными

Я стараюсь в полной мере использовать свои знания и в целом неплохо понимаю, как заботиться о здоровье, но все равно каждый год умудряюсь хоть раз подхватить простуду или какой-то вирус. В среднем взрослые простужаются от двух до четырех раз за год, но есть счастливчики, которые вообще не болеют и никогда не берут больничного. Все встречали таких людей среди коллег, знакомых или родных: даже в самые сильные морозы или в период, когда все вокруг болеют, они прекрасно себя чувствуют. В чем секрет? И как стать на них похожими?

В ходе развития, так называемого онтогенеза, у каждого формируется собственный, уникальный иммунитет, и зависит это от ряда важных факторов. Тут имеет значение генетика, но не в том смысле, в котором многие это понимают. У человека около 25 тысяч генов, однако наш генетический код отличается от кода любого другого человека не более чем на 1 %. Можно предположить, что генетические отличия в основном проявляются в том, как мы выглядим, какие у нас цвет волос, рост или характер. Однако в наибольшей степени это видно в работе мозга, а также в крошечном кластере генов, которые имеют колоссальную важность для здоровья. Это лейкоцитарные антигены человека (ЛАЧ, или HLA – Human Leukocyte Antigen); иначе их называют главным комплексом гистосовместимости (ГКГ, или МНС – Major Histocompatibility Complex). Для краткости будем называть их генами совместимости.

Наши гены совместимости определяют характер иммунной системы; при этом они не менее изменчивы, чем патогены (бактерии или вирусы), с которыми иммунитет призван бороться. В ходе эволюции молекулы генов совместимости стали отличаться формой и размером, и от поколения к поколению продолжают мутировать – в отличие от других генов – в соответствии с мутациями угрожающих нам микроорганизмов. Слаженность иммунной системы зависит от совместных усилий этих генов. Гены совместимости выявляют в организме вирусы и бактерии; иммунная система начинает с ними борьбу. Именно потому, что гены совместимости так разнообразны, вирусам и бактериям крайне сложно не засветиться на радарах иммунной системы.

На примере этих особых генов мы видим, насколько тонкое равновесие поддерживается в иммунной системе организма и как оно важно не только для здоровья каждого из нас, но и для выживания человечества в целом. Люди во многом схожи и одновременно сильно отличаются друг от друга; благодаря генам совместимости проявляются наши индивидуальные черты. Проще говоря, если бы иммунитет у всех был одинаковым, то от первой же смертельно опасной болезни человечество вымерло бы. С другой стороны, существование уникальной системы иммунной защиты связано с определенными сложностями. Гены совместимости имеют колоссальное значение при трансплантации органов, и именно в силу уникальности генетического набора каждого отдельного человека далеко не всегда даже кровные родственники могут быть донорами органов друг для друга. Любой, кому пришлось пережить операцию по трансплантации, знает, с какими сложностями и серьезными изменениями уклада жизни приходится мириться, чтобы избежать отторжения донорских тканей организмом. Получается, что иммунитет, оберегающий нас от всего чужеродного и обеспечивающий защиту в одних случаях, может становиться причиной серьезных рисков и осложнений в других ситуациях.

Именно уникальностью генов совместимости объясняется то, что мы так по-разному реагируем на одни и те же инфекции. Вы могли унаследовать набор генов, блестяще противостоящих вирусам, которые вызывают, скажем, простуду. Но это не значит, что ваша иммунная система сильнее или слабее моей, – просто она лучше подготовлена к борьбе с этим типом болезней. Однако если мы оба столкнемся с вирусом совершенно другого типа, мой иммунитет может оказаться сильнее вашего. Имеющаяся у каждого уникальная комбинация генов совместимости объясняет не только подверженность тем или иным инфекциям. К примеру, определенные мутации этих генов обеспечивают надежную защиту от ВИЧ, однако в 80 % случаев иммунная система не справляется с тяжелым аутоиммунным заболеванием под названием «болезнь Бехтерева»[3].

Как и отпечатки пальцев, иммунная система делает нас по-настоящему особенными. В силу врожденных особенностей ответ иммунитета на разные болезни у каждого свой. Человечество никак не перестанет спорить о физических различиях между людьми, однако ни один из уникальных наборов генов совместимости не обеспечивает безоговорочного превосходства. Для всеобщего благополучия крайне важно сохранять многообразие этих наборов. В течение миллионов лет эволюции у нас сформировалась иммунная система, способная поддерживать баланс и обеспечивающая нам надежную защиту от всего чужеродного. Возможно, мы никогда не получим полной неуязвимости перед болезнями, но именно благодаря разнообразию генов совместимости ни одна эпидемия не смогла уничтожить человечество.