Иммунология

Известно, что при ограничении калорийности питания у лабораторных мышей повышается эффективность работы иммунной системы на фоне уменьшения общего количества иммунных клеток. Исследователи выяснили, что иммунитет и старение тесно взаимосвязаны, а именно причиной улучшения работы иммунной системы является уничтожение стареющих Т-клеток. Для того чтобы подробнее изучить взаимосвязь иммунитета и старения и выяснить, активизируется ли у стареющих «голодающих» мышей апоптоз Т-клеток, они исследовали три группы мышей: молодых, старых и старых «голодающих» мышей. Апоптоз Т-клеток индуцировали с помощью теплового шока, антител к CD3 и стауроспорина. При этом у молодых мышей всякий раз апоптоз шел эффективнее, чем у старых. Однако у той группы старых мышей, которые получали меньшее количество калорий с пищей, наблюдалась нормализация апоптоза. Таким образом, нормализация апоптоза нефункционирующих сенесцентных Т-лимфоцитов у старых «голодающих» мышей может быть причиной улучшения состояния их иммунной системы. В лаборатории профессора Риты Эфрос изучаются механизмы старения иммунной системы, т. е. ее клеток, вызванные возрастом или хроническими вирусными инфекциями. Особый упор делается на изучение возрастных изменений в функции теломерных участков хромосом и использовании полученных результатов для выработки новых терапевтических и генотерапевтических подходов для улучшения иммунной функции стареющих лимфоцитов. Теломераза — фермент, который транскрибирует теломерную ДНК на концах линейных хромосом и тормозит старение иммунной системы на клеточном уровне. В отличие от большинства нормальных соматических клеток, в которых теломеразная активность очень низка или вообще отсутствует, в иммунных клетках теломераза очень активна. Тем не менее, по мере возрастного старения или в условиях хронической инфекции вируса иммунодефицита человека возрастает доля CD8+ цитотоксических Т-лимфоцитов с нарушенной функцией, имеющих укороченные теломеры, что свидетельствует о резком снижении теломеразной активности в этих клетках. Этот феномен снижает функционирование систем организма и влечет за собой проблемы, изучаемые в иммунологии, а именно способствует развитию опухолей и ускоряет процесс старения. Было показано, что обработка Т-клеток молекулами ТАТ2 или экспрессия трансгенной теломеразы замедляла укорочение теломер, увеличивала пролиферативный потенциал и, что важно, усиливала продукцию цитокинов и хемокинов и антивирусную активность. Экспрессия трансгена, содержащего главную каталитическую субъединицу теломеразы человека, или прием активатора теломеразы-2 (ТАТ2) приводила у улучшению иммунных свойств CD8+ Т-клеток у хронических больных синдромом приобретенного иммунодефицита. Полученные результаты открывают новый подход, основанный на использовании теломеразы или активаторов теломеразы, для восстановления и усиления иммунной функции при хронических вирусных инфекциях, а также изучаемых в иммунологии пищевых аллергий, заболеваний костного мозга и др.

Окислительный стресс и воспаление вовлечены в развитие различных возраст-зависимых патологий. Исследовательская группа доктора Фу Шенга из Университета Тафтс (Бостон) продемонстрировала, что окислительная инактивация протеасомы является молекулярным связующим звеном между окислительным стрессом и интерлейкином-8 (цитокин, вызывающий воспаление). Блокирование любой из стадий этого каскада, приведет к отмене ингибирования протеасомы и, что может уменьшить синтез провоспалительных молекул в клетке. Был обнаружен сигнальный каскад, который приводит к увеличению концентрации интерлейкина-8 в ответ на ухудшение работы протеасомы.

В лаборатории Чжэна Цуя в линии мышей BALB/c были обнаружены особи, устойчивые к введению в организм больших летальных доз раковых клеток. Из этих особей была основана линия SR/CR (Spontaneous regression/complete resistant). Ключевыми компонентами этого ответа являются гранулоциты, моноциты и естественные клетки-киллеры, которые обуславливают врожденный клеточный иммунитет. Было выявлено, что адаптивный перенос донорных лейкоцитов из линии мышей SR/CR может обеспечивать защиту чувствительных к раку мышей дикого типа от последующего введения им раковых клеток, а также уничтожение уже имеющихся злокачественных опухолей без дополнительных процедур. Установлено, что устойчивость к раку связана с наличием у мышей лейкоцитов, способных к выявлению и уничтожению раковых клеток в течение нескольких часов после заражения. Это исследование предполагает возможность разработки аналогичного метода переноса лейкоцитов для человека, если удастся выявить людей с подобной антираковой активностью лейкоцитов и использовать их в качестве доноров.

Для «омоложения» популяции Т-клеток, которая более всего затрагивается старением, необходимо уничтожить плохо функционирующие клетки и освободить пространство для новых иммунных клеток. В исследованиях группы Хейнес, проводившихся на мышах было показано, что у старых мышей CD4+ наивные клетки нормально не функционируют и экспрессируют низкое количество молекулы CD40L. Ученые уничтожили все CD4 клетки с помощью антител к их маркеру. Через два месяца у старых мышей восстановилась популяция наивных Т-клеток. При этом все они прекрасно выполняли свои функции.

Основным направлением исследований Клаудио Франчески является роль иммунной функции в возникновении рака и при старении человека. Изучение долгожителей, которым удалось избежать рака и болезней сердца является одним из перспективных подходов в этом направлении. Клаудио Франчески и его научные коллеги исследовали, почему некоторым людям удается дожить до 100 лет, и при этом не заболеть раком. Они проанализировали роль хронического воспаления, а также фактора IGF-1 и супрессора рака p53 у долгожителей. Оказалось, что у долгожителей наблюдается повышенная активность таких противовоспалительных цитокинов, как IL-10 и TGF-beta, а также пониженный ответ на IGF-1. При этом и воспалительная реакция и ответ на IGF-1 влияют на активность супрессора рака p53. В настоящее время Клаудио Франчески является одним из ведущих исследователей в Европейском проекте «Генетика здорового старения в Европе» (GEnetics of Healthy Aging, GEHA). Этот проект включает в себя 24 организации из стран Европы плюс Пекинский институт генома в Китае. Задачей проекта является поиск генов, ответственных за здоровое долголетие. Ученые предполагают, что существуют особые генетические варианты супрессора рака p53, которые приводят к долголетию, защищая людей от рака.

Профессор Прамод К. Сривастава был одним из первых исследователей роли белков теплового шока в функционировании иммунной системы. Белки теплого шока отвечают за образование и правильный фолдинг большинства пептидов внутри клеток. Ассоциирование белков теплового шока с пептидами является критичным моментом во взаимодействии белков MHC I класса с эпитопами. Было показано, что комплексы HSP-пептид, выделенные из раковых клеток, представляют из себя репертуар специфических для опухолевых клеток эпитопов, которые в настоящее время проходят активное тестирование на предмет использования их в качестве иммунотерапии при заболевании различными формами рака. На основании этих исследований профессор Сривастава создал компанию Antigenics, которая занимается дизайном вакцин на основе hsp, полученных из опухолей пациентов. Так, недавно были завершены два независимых клинических испытания, которые с успехом продемонстрировали высокий потенциал использования комплексов HSP-пептид в качестве иммунизирующей сыворотки для раковых пациентов.

В начале своей научной карьеры доктор Майкл Села исследовал синтетические полипептидные антигены. Было обнаружено, что липидные компоненты, интересные с точки зрения иммунного ответа и нерастворимые в обычном состоянии, становятся растворимыми, если их конъюгировать с синтетическими полимерами на основе аминокислот. Один из таких конъюгатов оказался иммуногенен по отношению к сфингомиелину, и был способен связываться с ним как в водном растворе, так в физиологическом окружении, то есть в липидной мембране. На моделях различных лабораторных животных было показано, что экспериментальный аллергический энцефаломиелит вызывается димиелинизацией липидной оболочки. Исследователи под руководством профессора Села получили ряд модифицированных положительно заряженных полипептидов на основе MBP-белка. Оказалась, что введение этих полипептидов лабораторным животным препятствовало развитию у них экспериментального энцефаломиелита, а позднее был показан и их лечебный эффект. Показано, что у пациентов, получающих Copaxone, происходит индукция Th2 регуляторных клеток, секретирующих противовоспалительные и иммуносупрессивные цитокины IL-4, IL-10, TGF-β. При этом у них не активируются Th1 регуляторные клетки, участвующие в развитии рассеянного склероза. Эти работы позволили более детально понять дефекты липидсодержащих тканей и привели к пониманию механизмов демиелинизирующих заболеваний, при которых нарушается миелиновая оболочка нервных волокон. На основе этих кополимеров было создано лекарство против рассеянного склероза — Copaxone, курс лечения которым прошли или проходят около 100 000 людей.

Инволюция тимуса, наряду со снижением количества лимфоцитов в периферических тканях, — одна из основных причин возрастного снижения иммунитета. Учеными группы под руководством Вильсона Савино проводится исследование возможности гормональной терапии возрастной инволюции тимуса. Исследования с манипуляцией стероидными половыми гормонами также имеют многообещающие для терапии результаты. Показано увеличение имуннопоэза, вызванного стероидными гормонами в стареющем тимусе, увеличение числа клеток эпителия тимуса. В исследованиях на мышах было показано, что введение гормона роста старым мышам препятствовало дегенерации тимуса и увеличивало производство иммунных клеток.

Лаборатория профессора Ричардсона изучает эпигенетические механизмы, регулирующие структуру хроматина и экспрессию генов в Т-лимфоцитах (Т-клетки) и влияние изменений в структуре хроматина на иммунитет и старение. Вмешательство в метилирование ДНК в Т-лимфоцитах способствует изменению структуры хроматина и имеет глубокое воздействие на CD4 + Т-клетки, в том числе вызывает повышенную секрецию провоспалительных цитокинов, макрофаговой активности и т. д. In vivo эти клетки вызывают такие аутоимунные заболевания как волчанка. Воспалительные и цитоксические CD4 + CD28- группы Т-клеток участвуют в разрыве атеросклеротической бляшки и инфаркте миокарда. Это патологическое подмножество развивается при репликативном стрессе и у больных с хроническими воспалительными заболеваниям, а также с возрастом. Ученые группы профессора Ричардсона предположили, что дефекты в сигнальных путях ERK и JNK ответственны за изменения экспрессии генов в человеческих CD4 + CD28-клетках за счет воздействия на метилирование ДНК. Вывод, сделанный на основе экспериментов, заключается в том, что пониженный ERK и JNK сигналлинг в CD4 + CD28- группе, возникающий вместе с репликативным стрессом, может привести к суперэксперсии генов, обычно подавленных за счет воздействия на Dnmts и, следовательно, изменению структуры хроматина. Ученые предположили, что деметилирование в неактивной Х-хромосоме вызывает предрасположенность женщин к волчанке, а изменения в метилировании ДНК в Т-клетках способствуют проявлению аутоимунных и сосудистых заболеваний у пожилых людей. Таким образом, JNK-киназы влияют на работу генов за счет воздействия на метилирование ДНК, и механизмы этих влияний изучены недостаточно.

Интересно, что при старении число антител может не меняться, в то время как изменения происходят на качественном уровне. В лаборатории доктора Нама показано, что при использовании вакцины на основе фрагментов Streptococcus pneumoniae для 6 серотипов из 7 был отмеченодинаковый уровень антител у пациентов молодого и пожилого возраста. В то же время опсонофагоцитарный тест показал, что активность антител, выделенных от пожилых пациентов хуже, чем у молодых. При этом увеличивается число неспецифических антител. Возможным объяснением уменьшения числа специфических антител могут быть нарушения в процессе синтеза В-клетками антител с увеличенным сродством к антигену во время иммунного ответа (affinity maturation). При изучении иммуногенности гриппозной вакцины было обнаружено, что возраст-зависимое уменьшение числа специфических антител сопровождается увеличением числа антител к двухцепочечной ДНК — это индикатор аутоиммунных поликлональных В-клеток. Наличие перекрестно реагирующих антител у пожилых людей показано также и для пневмококковой вакцины, что также приводит к снижению иммуногенности за счет уменьшения числа специфических антител. При старении продуцируется меньше антител, специфичных для активации патогеном или вакциной.