Допомагають миші, лами і верблюди

Допомагають миші, лами і верблюди

Сергій Недоспасов
"Коммерсант Наука" №2, листопад 2016

про автора

Сергій Недоспасов – професор, академік РАН, лауреат Державної премії РФ в області науки і технологій. Завідувач лабораторією молекулярних механізмів імунітету Інституту молекулярної біології ім. В. А. Енгельгардта РАН, завідувач кафедри імунології біологічного факультету МГУ, головний науковий співробітник лабораторії експериментальної імунології Центру молекулярної біології і біомедицини Нижегородського державного університету ім. Н. М. Лобачевського.

Група вчених Російської академії наук, Московського і Нижегородського університетів розробляє нові принципи антіцітокіновой терапії для лікування аутоімунних захворювань.

У біоінженерії антитіл давно використовують білкові модулі з незвичайних антитіл, які є у верблюдів і лам. Малюнок Сергія Недоспасова

Звідки беруться аутоімунні захворювання

Можливість аутоиммунитета – реакції на власні білки і клітини організму – закладена в самому пристрої адаптивної гілки імунної системи людини. Рецептори лімфоцитів – Т-і В-клітин – формуються практично випадково, стохастически, що дає їм принципову можливість розпізнати (і знищити) будь – як "чуже", так і "своє".Наш мозок щохвилини генерує величезну кількість аутоімунних (і тим самим дуже небезпечних) лімфоцитів, але при цьому в організмі існують хитромудрі механізми, що дозволяють вибраковувати і знищувати такі небезпечні клітини.

Зрозуміло, що найрозумніше було б такі небезпечні лімфоцити взагалі не проводити, але тоді порушиться принцип випадковості. Але ж саме цей принцип дозволяє імунній системі захистити нас від невідомого патогена (наприклад, від недавно завезеного з екзотичної країни) і від постійно виникаючих трансформованих клітин, які при деяких супутніх обставин можуть викликати рак.

Таким чином, центр ваги переноситься на механізми контролю. А як ми знаємо з повсякденного життя, немає такого механізму контролю, який хоч іноді не давав би збою (візьміть ту ж охорону аеропорту). І коли збій станеться, небезпечний лімфоцит (по суті – терорист) не вчасно знешкоджений. На відміну від терориста, у лімфоцитів є дуже важлива властивість – вони здатні розмножуватися розподілом: з однієї небезпечної клітини може виникнути мільярд ідентичних небезпечних клітин.

Таким чином, при порушенні механізмів контролю в організмі людини можуть виникати аутореактівние клони лімфоцитів (як правило, мова йде про Т-лімфоцитах). Вони починають атакувати клітини власних тканин і органів: підшлункову залозу, мієлінові оболонки нейронів, епітеліальні клітини кишечника і т. Д. Відомо, що в розвинених країнах зростає число аутоімунних захворювань. Серед можливих пояснень – прогрес в санітарії і гігієни, надмірна дія на імунну систему вакцинації, зміна в способі життя, а також старіння населення.

Через індивідуальних особливостей імунної системи різних пацієнтів аутореактівние клони у них різні. З цього випливають принципові труднощі при створенні універсальних терапевтичних підходів, націлених на елімінацію таких клонів безпосередньо. Тому поки успіху в терапії деяких аутоімунних захворювань вдається досягати лише впливом саме на механізми контролю. Продовжуючи аналогію з терористами, не можна їх усіх знищити, але можна хоча б поставити всякі кордони і перевірочні пости, які не дадуть їм шансу дістатися до життєво важливих об'єктів.

Що таке цитокіни

Регуляція імунної системи здійснюється на багатьох рівнях, один з яких – імунорегуляторні цитокіни. Цитокіни – це білкові молекули, за допомогою яких клітини спілкуються один з одним. Одна клітина справила цитокин, а на поверхні іншої клітини є рецептор саме до цього цитокіну. Рецептор зв'язався з цитокіном і передав всередину другий клітини важливий сигнал. Тобто перша клітина за допомогою цитокина послала інструкцію другий клітці. Якщо рецептора немає, або цитокина немає, то інструкція не буде отримана, спілкування клітин не відбулися.

Приблизно двадцять років тому була відкрита роль невеликої групи цитокінів, асоційованих із запаленням (їх називають запальними, або прозапальних), в контролі деяких аутоімунних захворювань, в першу чергу ревматоїдного артриту. До таких цитокінів відносяться інтерлейкін-1 (ІЛ-1), інтерлейкін-6 (ІЛ-6) і білок з дивною назвою "фактор некрозу пухлин" (це назва історичне і мало що пояснює в нашій історії).

Незважаючи на те що ці цитокіни можуть посилати дуже подібний сигнал приймають клітинам, важливе спостереження вчених полягала в тому, що якщо заблокувати сигнал тільки від одного конкретного цитокина, аутоімунне захворювання або не розвивається, або протікає в легкій формі.

Тут треба підкреслити, що всі подібні дослідження спочатку проводять на лабораторних тварин, в основному на мишах: саме у мишей вчені вже давно навчилися включати і вимикати окремі гени.

Основи і реалії антіцітокіновой терапії

Отже, є мінімум три цитокина (насправді – набагато більше), які беруть участь в імунній регуляції, важливою для контролю аутоиммунитета. Той факт, що, заблокувавши будь один з трьох, можна досягти терапевтичного ефекту, передбачає, що ЦИТОКІНОВИЙ сигнали працюють послідовно, як в ланцюжку, а не паралельно (тоді нестача одного сигналу чи привела б до істотного ефекту).

Маючи далеко не повну інформацію, отриману на тваринних моделях, два англійських вчених, Марк Фельдман і Равіндер Майні, ризикнули почати клінічні дослідження по терапії ревматоїдного артриту блокаторами фактора некрозу пухлин (по-англійськи TNF, далі будемо використовувати цю загальноприйняту абревіатуру).

Цікаво, що блокатори TNF спочатку хотіли застосовувати для запобігання септичного шоку, але відповідні клінічні випробування провалилися. Зате у деяких пацієнтів з ревматоїдним артритом блокування TNF привела до значного і тривалого зниження симптомів хвороби.Без перебільшення можна сказати, що цей вид дуже специфічної біологічної терапії зробив революцію в ревматології – навіть при тому, що на неї відповідали далеко не всі хворі.

Згодом блокування TNF стала успішно застосовуватися при лікуванні запальних захворювань кишечника (хвороби Крона, виразкового коліту), виразкової хвороби шлунку, псоріазу та деяких інших більш рідкісних захворювань. Настала ера високоефективної антіцітокіновой терапії, одним з характерних ознак якої є той важливий факт, що вона не по кишені простому смертному. Компанії, що виробляють блокатори TNF, кивають на дорожнечу розробки, виробництва подібних ліків і клінічних випробувань. Обсяг річних продажів тільки одного з п'яти-шести блокаторів TNF – адалімумаб – перевищує астрономічну суму в 15 млрд доларів США. Навіть у високорозвинених країнах з передовою медициною та добре налагодженою системою медичного страхування така терапія не може бути запропонована всім тим, хто її потребує. А у нас з цим зовсім біда.

Втім, у антіцітокіновой терапії (а до неї додалися блокатори ІЛ-1 і ІЛ-6) в її сучасному вигляді є очевидні недоліки і крім дорожнечі.

По-перше, не всі хворі на неї відповідають, і до сих пір немає надійних біомаркерів, які дозволили б передбачити успіх цієї дуже дорогий терапії. По-друге, природа-мати не для того відібрала в еволюції важливі для нас гени і білки, щоб можна було їх безперешкодно блокувати, навіть при захворюваннях.

Дійсно, запальні цитокіни покликані контролювати запалення, а "добрий запалення" необхідно для боротьби з інфекціями. Тим самим, легко передбачуваний побічний ефект найбільш поширеної форми антіцітокіновой терапії – ослаблення інфекційного імунітету. Саме для TNF відомо, що він необхідний для контролю інфекцій, що викликаються мікобактеріями, і тому його блокування може привести до активації "сплячої" туберкульозної інфекції.

Чи можна поліпшити антіцітокіновую терапію

У багатьох лабораторіях давно розмірковують про те, як зробити антіцітокіновую терапію ще більш специфічною. Якщо в ході хвороби сигнали від цитокина призводять до патологічних ефектів, то саме їх і намагаються заблокувати ліками. Але у кожного цитокіну є важливі корисні функції, які бажано зберегти, хоча б частково.Чи можна придумати спосіб блокування тільки "шкідливою" активності, з урахуванням того, що "поганий" цитокин хімічно ідентичний "хорошого" цитокіну?

Один новий підхід був запропонований групою російських вчених і ґрунтувався на більш ранніх результатах нашої лабораторії, які показали, що "погані" і "хороші" властивості TNF можуть залежати від того, які клітини його справили. Грубо кажучи, мієлоїдний клітини (один з видів клітин імунної системи) при артриті виробляють "патогенний" TNF, а деякі інші клітини – корисний, захисний. На поверхні всіх клітин є молекули, які відрізняють один вид клітин від іншого, ця обставина широко використовується в цитометрії. Нами було створено штучне біспеціфіческое антитіло, яке однією своєю "рукою" чіплялося за клітини, а інший – вистачало виробляється цією ж кліткою цитокіни – TNF (див. Рис. 1).

Одним антігенспеціфічним доменом MYSTI антитілавзаємодіють з поверхнею макрофаги, а іншим пов'язують секретується sTNF, знижуючи його біологічну доступність

Біоінженерія антитіл – добре розвинена область імунобіотехнології, причому тут давно використовують як абсолютно штучні структури, так і білкові модулі з незвичайних антитіл, які є у верблюдів і лам. Або у міног.Іншими словами, інженерія біспеціфіческіх антитіл із заданими властивостями зараз стала справою техніки, головне – ідея.

А ідея прийшла з експериментів з унікальними мишами, які були спеціально сконструйовані під цю проблему. Взагалі-то геномодифіковану миша, створену для вирішення конкретного біомедичної проблеми, можна розглядати як унікальний прилад, створений фізиками для проведення будь-яких спеціальних вимірювань. Тільки на відміну від вимірювального приладу миші можуть розмножуватися, тому така цінна миша може стати "хітом" і використовуватися в десятки або навіть сотні лабораторій по всьому світу. У тих, де потрібно провести точно таке ж "вимір".

Гуманізованная миша, яка дозволила дослідити на мишах ті блокатори TNF, які застосовуються в клініці, але неактивні в звичайних мишах. Малюнок Сергія Недоспасова

Отже, були створені унікальні миші (це зайняло приблизно п'ять років), потім – унікальні біспеціфіческіе антитіла (теж небагато часу роботи) і потім був продемонстрований принцип: можливість блокування цитокина з конкретного клітинного джерела.

Важливо підкреслити, що практично всі експерименти в роботі Григорія Єфімова і співавторів були проведені в Росії,а закордонні співавтори надали важливі біологічні матеріали, які прискорили цю роботу. Причому років п'ять тому ми не змогли б виконати такий проект, так як у нас не було ключового обладнання: кількох досить дорогих приладів. Вони з'явилися завдяки грантам Російського наукового фонду, Міністерства освіти і науки, а також Програми перспективного розвитку МГУ.

Створили ми ліки від аутоімунних захворювань? Поки немає. Але ми показали, як це можна зробити. Саме в цьому і полягає функція фундаментальної науки.

література
1. Feldmann, M., Maini, R. N. Anti-TNF alpha therapy of rheumatoid arthritis: what have we learned? // Annu Rev Immunol. 2001; 19: 163-96.
2. Астраханцева І. В., Єфімов Г. А., Друцька М. С., Круглов А. А., Недоспасов С. А. Сучасна Антіцітокіновая терапія аутоімунних захворювань // Біохімія, 2014 року, 79 (12): 1607-1618.
3. Efimov, GF, Kruglov, AA, Khlopchatnikova, Z., Rozov, F., Mokhonov, VV, Rose-John, S., Scheller, J., Gordon, S., Stacey, M., Drutskaya, MS, Tillib, SV, and Nedospasov, SA Cell type-restricted anti-cytokine therapy: TNF inhibition from one pathogenic source // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016, 113: 3006-3011.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: