Код иммунитета. Как циркадные ритмы, питание и хронический стресс влияют на иммунное старение

Перенесенная инфекция через Т-лимфоциты и В-лимфоциты создает долгосрочный активный иммунитет. Также его можно создать искусственным путем при помощи вакцинации. Вакцины работают за счет принципа, что при попадании в систему небольшого количества антигенов от патогена развивается иммунитет от этого конкретного патогена через инициирование иммунного ответа. Они действуют по модели естественного заражения инфекцией, с разницей только в способе введения. Вакцинация – один из самых успешных методов контроля распространения инфекционных заболеваний, который помог искоренить такие болезни, как оспа, полиомиелит и столбняк. [101] Однако существует множество вирусов, например вирусы гриппа и ВИЧ, которые регулярно мутируют и не дают выработать перманентный иммунитет или разработать один вид лечения. [102] Поэтому нам необходимо заранее уделять внимание оптимизации функций иммунной системы и не допускать ослабления иммунной реакции.

Нарушения иммунной системы

Правильно функционирующая иммунная система – это основа здоровья и жизненной активности. С другой стороны, ослабленный иммунитет оказывает прямо противоположное воздействие на организм, повышая восприимчивость к заболеваниям, инфекциям и злокачественным образованиям.

Нарушения иммунной системы можно разделить на три категории:

● Иммунодефицитные или иммунокомпрометированные состояния – это условия, при которых организм утрачивает способность бороться с инфекциями. Они наступают, когда бездействуют один и более компонентов иммунной системы. Например, гуморальный иммунодефицит наблюдается при отсутствии функций В- и Т-лимфоцитов, недостаточности системы комплемента, дефиците гранулоцитов или дисфункции селезенки.

• В большинстве случаев иммунодефициты приобретаются по причине внешних факторов, таких как неполноценное питание, старение, прием определенных медицинских препаратов, химиотерапия, отравление тяжелыми металлами, отравление ртутью, алкоголизм, курение или ВИЧ-инфекция, [103] которые называются вторичными иммунодефицитами. Некоторые люди рождаются с нарушениями иммунной системы, и в этом случае говорят о первичном иммунодефиците. Неизвестно, какие именно гены отвечают за развитие этого состояния. Иммунодефициты повышают восприимчивость к патогенам и снижают эффективность иммунологического надзора против опухолевых клеток. [104]

• С возрастом способность организма выдавать иммунный ответ снижается, и это явление называется старением иммунной системы. [105] В первую очередь оно поражает адаптивный иммунитет, а не врожденный, и мешает производству Т-лимфоцитов, которые распознают патогены. [106] Также наблюдается снижение цитотоксичности естественных киллеров, объемов производства В-лимфоцитов и общего количества фагоцитов. [107, 108] Утрачивается способность развивать долгосрочную иммунологическую память в том числе посредством вакцинации. [109] Возрастной иммунодефицит возникает у всех живых существ и выступает в качестве ключевого фактора смертности и развития патологий. Однако этот процесс, скорее, связан с биологическим, а не хронологическим старением. [110] Постоянное воздействие патогенов и вирусов ускоряет старение иммунитета. [111]

● Аутоиммунная реакция – это иммунная реакция организма на собственные здоровые клетки и ткани. Иммунная система утрачивает способность проводить различия между своими и чужими структурами и в результате атакует хозяина. Состояния, которые провоцируют такую реакцию, называются аутоиммунными заболеваниями. К ним относятся целиакия, сахарный диабет первого типа, тиреоидит Хашимото, болезнь Грейвса, ревматоидный артрит и рассеянный склероз (РС).

• Аутоиммунные заболевания возникают по вине множества механизмов. К ним относятся несогласованная активность Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов, что приводит к возникновению аутореактивных В-лимфоцитов [112] и инфекций, способных уйти от Т-лимфоцитов. Так появляются суперантигены, которые активируют В- и Т-клетки. Чужеродный антиген может иметь сходство с антигенами хозяина, и в этом случае антитела атакуют некоторые антигены организма, усугубляя иммунную реакцию. Нарушение апоптоза в дендритных клетках неправильно активирует лимфоциты и приводит к снижению толерантности «к своему». [113] Генетические аномалии в Т-лимфоцитах, иммуноглобулинах и MCH-комплексах связывают с факторами риска развития аутоиммунных реакций.

• Женщины сильнее восприимчивы к некоторым аутоиммунным заболеваниям, потому что у них ярче выражен иммунный ответ по сравнению с мужчинами. Беременность повышает риск развития аутоиммунных заболеваний вследствие прямого обмена клетками между матерью и ребенком. [114]

• Существует обратная зависимость между инфекциями и аутоиммунными реакциями. В некоторых исследованиях паразитарные инфекции ассоциировались со снижением активности таких аутоиммунных заболеваний, как сахарный диабет первого типа, [115] аутоиммунный энцефалит [116] и рассеянный склероз. [117] Гипотетически разные патогены способны повышать концентрацию регуляторных Т-лимфоцитов и противовоспалительных молекул, которые обеспечивают защиту организму. Необходимо отметить, что маниакальная одержимость гигиеной и устранением любых бактерий ослабляет иммунную систему.

• Иммунодефициты обладают характеристиками аутоиммунных заболеваний. Ослабленный иммунитет может спровоцировать аутоиммунную реакцию через хроническую активацию иммунной системы. [118] В качестве примера можно привести вариабельный неклассифицируемый иммунодефицит (ВНИ), когда проявляются сразу несколько аутоиммунных заболеваний, такие как воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), аутоиммунная тромбоцитопения и аутоиммунный тиреоидит (АИТ).

● Гиперчувствительность – еще один пример нарушения в иммунной системе, который оказывает разрушительное воздействие на организм. Принято говорить о четырех категориях гиперчувствительности, которые отличаются механизмами действия и продолжительностью.

• Первый тип гиперчувствительности вызывает мгновенные опосредованные IgE аллергические реакции, при которых отмечаются такие проявляния, как высыпания, отек гортани, рвота или затрудненное дыхание (одышка). Они варьируются от легких симптомов до смертельных случаев. К заболеваниям такого типа относятся астма, атопические заболевания и отек.

• Второй тип гиперчувствительности, опосредованный IgM и IgG, происходит в том случае, когда антитела связываются с антигенами клетки-хозяина и помечают их, как подлежащие уничтожению. К заболеваниям такого типа относятся тромбоцитопения, болезнь Грейвса, аутоиммунная гемолитическая анемия и ревматическая болезнь сердца.

• Третий тип гиперчувствительности запускается под действием антител IgG, которые связываются с растворимыми антигенами и создают иммунный комплекс. Он может откладываться в различных тканях тела, например, суставах и почках, вызывая локальные воспалительные реакции. К заболеваниям такого типа относятся ревматоидный артрит, системная волчанка, мембранозная нефропатия и сывороточная болезнь.

• Четвертый тип гиперчувствительности представляет собой отложенную реакцию, которая запускается через несколько дней. Антигенпрезентирующая клетка активирует Т-лимфоцитов помощников, которые инициируют деятельность макрофагов и вызывают воспаление. К заболеваниям такого типа относятся контактные дерматиты (сыпь от ядовитого плюща), рассеянный склероз, глютеновая болезнь, тиреоидит Хашимото и хроническое отторжение трансплантата.

В медицинской практике иммунитетом и аутоиммунными реакциями управляют с помощью иммуносупрессоров и противовоспалительных препаратов. Их применяют для контроля за воспалительными процессами, аутоиммунными атаками и с целью прекращения отторжения пересаженных органов. [119] К сожалению, некоторые из них, например, глюкокортикоиды, обладают неблагоприятными побочными эффектами, такими как гипергликемия, увеличение массы тела и остеопороз. [120] Цитотоксические медикаменты, например, метотрексат и азатиоприн, ингибируют иммунный ответ, уничтожая активированные Т-лимфоциты, и вместе с тем поражают другие клетки и органы, что приводит к токсическим побочным реакциям. Иммуносупрессоры, например, циклоспорин, блокируют Т-лимфоциты и не дают им реагировать соответствующим обстоятельствам образом. [121] Это несколько компрометирует цель приема данных препаратов, так как возникающие на их фоне последствия могут инициировать тот же иммунодефицит, от которого пациента лечат в первую очередь.

Иммунная защита организма

Учитывая, что иммунная система принимает участие во многих физиологических процессах организма, ее нужно рассмотреть в сочетании с другими системами. Эндокринная, нервная, циркадная и метаболическая система настолько же актуальны для процесса оптимизации иммунитета, как и сама иммунная система.

Гормоны и их побочные продукты функционируют как иммуномодуляторы, оказывая влияние на выносливость организма. Женские половые гормоны, например, эстрогены, обладают иммуностимулирующими свойствами, [122] а мужские половые гормоны, такие как тестостерон, выступают в качестве иммуносупрессоров. [123] Другие гормоны, типа гормонов щитовидной железы, гормона роста человека, IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста-1 – прим. пер.) и пролактин также оказывают влияние на иммунную систему. [124] Более того, для правильного функционирования продуцирующих гормоны ферментов необходимы витамины и минералы. В случае с тиреоидными гормонами эта миссия ложится на йод, что подтверждает крайне важное положение микроэлементов в вопросе укрепления иммунитета.

Ниже перечислены защитные системы организма, которые модулируют иммунную систему и повышают стойкость к развитию заболеваний. Эти факторы необходимо содержать в полном порядке, чтобы добиться оптимального состояния иммунитета:

● Костный мозг – здесь рождаются наши иммунные клетки. Стволовые клетки возникают в костном мозге, а затем превращаются в иммунные клетки. Иммунная система отправляет Т-лимфоциты из костей в тимус, где они находятся до полного созревания.

● Тимус или вилочковая железа – это важнейший орган лимфатической системы, который оказывает самое сильное воздействие на иммунитет. Он располагается спереди, в верхней части грудной клетки, за грудиной и перед сердцем. Тимус помогает созревать Т-лимфоцитам, которые имеют огромное значение для адаптивного иммунитета. Патология тимуса приводит к развитию аутоиммунных заболеваний. [125] Чтобы их избежать, нужно стимулировать функции вилочковой железы через усиление оттока лимфы, употреблять полезные продукты и избегать хронического стресса.

● С возрастом размеры тимуса уменьшаются, чем можно объяснить старение иммунной системы. [126] Возрастное угнетение функций щитовидной железы также способствует снижению иммунитета. [127] Гипотиреоз снижает активность тимуса, сокращает объемы селезенки и лимфатических узлов [128] и подавляет гуморальный иммунный ответ. В результате введения гормона Т4 старым животным исследователи отмечают рост тимуса, восстановление функции эндокринной системы и устранение иммунной дисрегуляции, связанной с возрастом. [129] Одновременное введение гормона роста и IGF-1 старым животным способствует восстановлению вилочковой железы. [130, 131]

● Селезенка – второй крупный орган лимфатической системы, который располагается слева, в верхней части живота. Во время внутриутробного развития селезенка управляет гемопоэзом, иначе говоря, кроветворением – формированием клеточных компонентов крови, например, красных кровяных клеток. [132] Основная функция селезенки – фильтрация крови и удаление старых или поврежденных красных кровяных клеток и тромбоцитов. Она может накапливать продукты распада, например железо, или возвращать железо в костный мозг для производства гемоглобина. [133] Помеченные антителами бактерии преобразуются и удаляются в селезенке. [134] Этот орган накапливает кровь, красные кровяные клетки и тромбоциты на случай чрезвычайной необходимости. Селезенка умеет распознавать патогены и помогает выделять белые кровяные тельца в ответ на появление инфекции. Посредством движения лимфы селезенка накапливает моноциты, которые ускоряют заживление тканей, трансформируя дендритные клетки и макрофаги. [135] Такие заболевания, как серповидноклеточная анемия, малярия, лейкемия, болезнь Ходжкина, кисты и опухоли, могут увеличивать селезенку, тем самым снижая ее способность эффективно фильтровать кровяные клетки. По всей видимости, селезенка находится под контролем мозга, который спускает ей команды «сверху» через автономную нервную систему, способствующую производству антител. [136, 137] Две ключевые, связанные с селезенкой области мозга – миндалина и гипоталамус управляют реакцией страха и стресса. [138] Глюкокортикоиды, которые высвобождаются во время стресса, обладают иммуноподавляющим действием, а при умеренном стрессе генерируют антитела. [139]

● Щитовидная железа управляет обменом энергии и гомеостазом клетки. К гормонам щитовидной железы относятся тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3). Их производят клетки щитовидной железы, которые получают йод из пищи и связывают его с аминокислотой тирозином. Попадая в системный кровоток, они начинают управлять температурой тела, скоростью обмена веществ, дыханием и сердцебиением. Работа щитовидной железы воздействует на иммунитет, так как она определяет количество жировой и нежировой массы тела, [140] поддерживает лимфоциты, [141] опосредует воспалительную реакцию, [142] контролирует иммунные клетки [143] и предупреждает развитие аутоиммунных заболеваний. Важно подчеркнуть, что для транспорта одной молекулы йода в щитовидную железу требуются две молекулы натрия. Следовательно, поддержание приемлемого уровня натрия необходимо для оптимального состояния щитовидной железы и иммунитета.

• Гипертиреоз снижает провоспалительные эффекты моноцитов и макрофагов, в то время как гипотиреоз повышает уровень активных форм кислорода и усиливает фагоцитоз. [144] Инволюция селезенки и лимфатических узлов вследствие гипотиреоза снижает клеточно-опосредованный иммунный ответ, [145, 146] что в свою очередь отягощает вирусные инфекции и сепсис. [147, 148] Гормоны щитовидной железы также влияют на активность естественных киллеров, при этом нарушение функций щитовидной железы подавляет работу естественных киллеров. [149] Повышение уровня Т3, активного гормона щитовидной железы, обращает этот процесс вспять. [150]

• Снижение активности щитовидной железы повышает риск развития иммунодефицитных заболеваний, таких как диабет, ожирение, аутоиммунные расстройства и воспаление. При низкой скорости обмена веществ легче набирается лишний вес и тяжелее выполняются важные защитные процессы. Достаточное количество производимой энергии обеспечивает работу всех иммунных функций, в то время как нехватка энергии снижает иммунитет. Однако гипертиреоз также может вызывать аутоиммунные заболевания, такие как болезнь Грейвса и повышение уровня провоспалительных цитокинов.

• Гормоны щитовидной железы превращают холестерин в стероидные гормоны, такие как тестостерон, витамин D, ДГЭА (дегидроэпиандростерон – прим. пер.) и прогестерон. Эти гормоны обладают массой полезных свойств, в том числе способствуют росту мышечной ткани, уплотняют кости, повышают фертильность. Люди с низким уровнем гормонов щитовидной железы страдают от повышенного уровня холестерина, потому что им не хватает тиреоидных гормонов для превращения холестерина в другие гормоны. Высокий уровень тиреотропного гормона (ТТГ) поднимает уровень холестерина, [151] а гипертиреоз снижает концентрацию холестерина и вызывает гормональные нарушения. [152]

• Стресс угнетает функции щитовидной железы через надпочечниковую недостаточность. [153] Провоспалительные цитокины, такие как интерлейкин-6 (IL-6), интерлейкин-1 бета (IL-1β) и фактор некроза опухоли (ФНО или TNF) альфа сокращают преобразование T4 в T3. [154] IL-6 напрямую снижает Т3 в сыворотке крови. [155] Низкий уровень тиреоидных гормонов под влиянием неблагоприятных обстоятельств вызывает стресс во всем организме, что еще сильнее подавляет работу щитовидной железы. В то же время гипотиреоз может самостоятельно запустить каскад стрессовых изменений.

● Печень представляет собой средоточие всех метаболических реакций внутри организма. Она отфильтровывает токсины, поддерживает внутреннюю систему детоксикации организма, обеспечивает иммунный надзор, уничтожает патогены и поддерживает энергетический баланс. [156] Многие разновидности иммунных клеток, в том числе естественные киллеры, компоненты комплемента, цитокины и хемокины, находятся в печени. [157] При помощи трансформирующего фактора роста β печень при необходимости ингибирует иммуноглобулины, Т- и В-лимфоциты. [158] Трансформирующий фактор роста β выступает в нескольких ролях во время всех фаз иммунного ответа в преобразующихся иммунных клетках.

Низкий уровень гормонов щитовидной железы ослабляет иммунитет

• Печень – это основной детоксикационный внутренний орган, который удаляет из организма патогены, тяжелые металлы и токсины окружающей среды. Отравление тяжелыми металлами ослабляет иммунитет, [159] становится причиной развития аутоиммунной патологии, онкологических заболеваний, гиперчувствительности и других проблем со здоровьем. [160] Цирроз и печеночная недостаточность повышают восприимчивость к бактериальным инфекциям, снижают эффективность иммунного надзора и усугубляют воспалительные процессы. [161] Ожирение печени вследствие злоупотребления алкоголем, а также неалкогольная жировая болезнь печени, связанная с чрезмерным употреблением рафинированных углеводов, сахара и растительного масла, ингибируют функцию печени. В данном случае главное – избегать дисбаланса между очищением и оздоровлением организма в результате деятельности иммунной системы и чрезмерным воспалением. [162]

• Глутатион (GSH) – это основной антиоксидант организма, который производит печень. Он защищает от свободных радикалов, тяжелых металлов, [163] помогает устранять продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) и токсины через Nrf2-опосредованную М1-подобную поляризацию макрофагов. [164] Иммунные клетки работают наилучшим образом при оптимальном уровне глутатиона, который поддерживает баланс окислительно-восстановительного статуса. [165] GSH сильнее и практичнее, чем обычные добавки с антиоксидантами, потому что организм самостоятельно вырабатывает его при взаимодействии с иммунной системой. [166, 167] Глутатион стимулирует или наоборот ингибирует иммунный ответ, чтобы контролировать процесс воспаления. Таким образом, он защищает от развития аутоиммунной патологии, подготавливая Т-лимфоциты к воспалению. [169] Эндогенный глутатион не только ограничивает воспалительные реакции, но и проводит тонкую настройку врожденного иммунитета, а именно сигнальных противовирусных путей при возникновении инфекции, не зависящей от антиоксидантных свойств глутатиона. [170]

– Вещества, которые способствуют повышению уровня глутатиона, это: N-ацетилцистеин (NAC), глицин, альфа-липоевая кислота, сульфорафан (содержится в капусте брокколи), магний, селен и глутатион.

• Nrf2 или фактор-2, связанный с эритроидным ядерным фактором, это транскрипционный фактор, который связывается с ДНК для экспрессии различных генов. Он выступает в качестве основного регулятора антиоксидантных систем организма и активирует антиоксидант-ответственный элемент, что приводит к повышению уровня таких антиоксидантов, как глутатион, НАДФН, билирубин, тиоредоксин. Он защищает клетку, [171] производит масштабные противовоспалительные изменения [172] и снижает уровень окислительного стресса. [173] Nrf2 – это важнейшая составляющая врожденного и адаптивного иммунитета, [174] особенно в период воспаления. [175] У мышей путь элемента антиоксидантного ответа Nrf2 контролирует фиброз и аутоиммунные реакции при склеродермии. [176] Отсутствие фактора Nrf2 у мышей усугубляет аутоиммунный энцефаломиелит. [177]

– К веществам и продуктам, которые активируют Nrf2/элемент антиоксидантного ответа относятся капуста брокколи (содержит сульфорафан), куркумин, кофе (хлорогеновая/кофейная/феруловая кислота и дитерпены, такие как кафестол), [178] красное вино (кверцетин и ресвератрол), [179] цельные злаки (феруловая кислота), оливковое масло, зеленый чай (галлат эпигаллокатехина EGCG), чеснок, лук, [180] корица, [181], хмелевая лоза (ксантогумол), спирулина (гемоксигеназа-1, фикоцианин, [182, 183, 184, 185] астаксантин, [186] берберин, ягоды (особенно голубика), орехи (птеростильбен), виноград, маракуйя, белый чай, рейнутрия японская (пицеатаннол), [187] гречка и спаржа (рутин). [188]

● Энергетический обмен. Активной иммунной системе требуются большие объемы энергии, поэтому организм постоянно пытается решить, стоит или не стоит затрачивать свои ресурсы на поддержание повышенной активности иммунитета в различных ситуациях. [189] В обстоятельствах, угрожающих жизни человека, например, во время голода или бегства от хищника, иммунитет не так важен, как выживание. Поэтому физическое переутомление приводит к кратковременному спаду в работе иммунной системы. [190] В ходе эксперимента, когда голодающим шмелям дополнительно устраивали испытания для иммунной системы, смерть насекомых наступала быстрее, потому что иммунная активация при таких условиях недостаточно адаптивна. [191] Польза активации иммунного ответа заключается в защите от патогенов, но заплатить за этот комфорт нужно потенциальным развитием аутоиммунных проблем или воспалением. Например, повышение температуры выше гомеостаза менее чем на 2 градуса требует сжигания 250 дополнительных калорий ежедневно из-за производства тепла. [192] Производство иммунных клеток и антител тоже крайне энергозатратное предприятие. [193] Инфицированные животные и люди покрывают возрастающие энергетические расходы за счет снижения физической активности, они быстро утомляются и меньше взаимодействуют с другими членами общества. [194] Следовательно, для оптимальной работы иммунной системы требуется обилие энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфат – прим. пер.) и других молекул. Наращивание и укрепление мышечной ткани стимулируют производство митохондрий (а значит, выработку большого количества АТФ), а магний помогает активировать АТФ. Таким образом, физические упражнения, особенно силовые тренировки, и дополнительное насыщение организма магнием – это превосходные «активаторы энергии», при этом чрезмерное потребление рафинированных углеводов и сахара разрушает АТФ. [195]

• NAD+ или никотинамидадениндинуклеотид – это кофермент первостепенной важности, который участвует едва ли не во всех клеточных процессах и производстве энергии. Снижение уровня NAD+ связывают со старением, появлением заболеваний и ослаблением иммунной системы. [196] Это соединение необходимо для поддержания всех защитных реакций, а также процесса восстановления. NAD-биосинтетические пути управляют иммунными клетками и врожденным иммунитетом. [197] В момент иммунного ответа макрофаги повышают никотинамид-фосфорибозилтрансферазу (NAMPT), также известную как фактор-1, увеличивающий колонию пре-В-лимфоцитов (PBEF1), которая управляет реутилизационным путем NAD для контроля над воспалением и выживаемостью клетки. Также NAD регулирует количество цитокинов, лимфоцитов и моноцитов. [198] После введения NAD у мышей укрепилась защита от развития аутоиммунных заболеваний и удлинилась продолжительность жизни после пересадки кожи. [199, 200]

• NADPH или никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP+) – это кофактор анаболических процессов, таких как рост клеток и синтез нуклеиновой кислоты. Дополнительная группа фосфатов возникает во время реутилизационного пути NAD+. NADPH – это восстановленная форма NADP+. Это соединение защищает от чрезмерной концентрации активных форм кислорода (АФК) и инициирует регенерацию глутатиона. [201]

• Аутофагия или «самопоедание» – это важнейший очистительный процесс организма. Она модулирует иммунную систему, уничтожает патогены, [202] устраняет поврежденные клеточные компоненты, поддерживает процесс репарации ДНК и снижает воспалительную активность. Аутофагия набирает обороты во время физиологического стресса, голодания, занятий спортом или борьбы с инфекцией, но и в обычное время этот процесс понемногу осуществляется. Аутофагия играет свою роль в формировании иммунной системы, дает энергию для иммунного ответа и напрямую контролирует внутриклеточных микробов, как клеточно-независимая врожденная защита. [203]

● Мочевая кислота – это наиболее концентрированный антиоксидант крови человека, который смягчает окислительный стресс, особенно при гипоксии. [204] В небольших количествах она приносит организму пользу, но большие концентрации мочевой кислоты вызывают подагру и фибромиалгию. [205] Мы получаем мочевую кислоту из богатой пуринами пищи, например, когда едим мясо, фрукты, рыбу и злаки, и накапливаем в организме во время занятий спортом и при чрезмерном потреблении фруктозы.