Ужас самоотравления

Первую Нобелевскую премию по физиологии и медицине вручили в 1901 году за разработку сывороточной терапии — метода, при котором для лечения инфекционных заболеваний использовали сыворотку крови животных, содержащую антитела. Всего через семь лет премию вновь вручили «за труды по иммунитету» — Паулю Эрлиху и Илье Мечникову: Эрлих исследовал образование антител, а Мечников — фагоцитоз. Затем, после затишья на несколько десятилетий, иммунология стала как лампочка мелькать в списке лауреатов: с 1960 по 2018 год Нобелевку за достижения, связанные с иммунитетом, вручили еще . В 2025 году это случилось вновь — премию присудили за открытия, касающиеся периферической иммунной толерантности.

Такая регулярность едва ли случайна. Иммунология — не просто удобная комбинация сложной фундаментальной науки с понятным медицинским применением, а благодарная область открытий. Поэтому премия этого года, с одной стороны, важна не менее, чем десяток предыдущих, а с другой — не менее, чем десяток последующих. Почему после нескольких десятилетий исследований в области иммунологии пространства для открытий не станет меньше?

Опасная комбинаторика

Иммунитет имеет решающее значение для выживания, ведь организм постоянно подвергается воздействию самых разных патогенов. Первой линией защиты от воздействия инфекций является врожденный иммунитет, который срабатывает быстро, но не слишком точно. Он обеспечивается некоторыми иммунными клетками (фагоцитами, гранулоцитами и определенными субпопуляциями лимфоцитов) и гуморальным компонентом, например, интерферонами и системой комплемента. Вторая линия защиты — приобретенный иммунитет. На его активацию может потребоваться уже несколько дней, зато он действует точнее, прицелившись на возбудителя болезни, а не размахивая кулаками наотмашь. 

Точное распознавание чужеродных структур в приобретенном иммунитете обеспечивается Т- и В-лимфоцитами. В процессе созревания лимфоциты обзаводятся Т-клеточными рецепторами (TCR) или В-клеточными рецепторами (BCR), которые специфичны к некоторому фрагменту возбудителя — антигену. Разнообразие этих рецепторов позволяет иммунной системе быть готовой к встрече потенциально с любыми чужеродными структурами.

Иммунная система способна распознать миллионы антигенов, и до 1980-х было неясно, как в ограниченном объеме ДНК может уместиться такой необъятный защитный репертуар. В теории каждому антигену требуется свой рецептор, а стало быть — и свой ген. Но в человеческой ДНК не миллионы, а всего 20 тысяч генов. Выходит, по отдельности рецептор к каждому патогену попросту не закодируешь, не хватит места. Этот парадокс разрешил , когда продемонстрировал, что генов В-клеточных рецепторов не существует в готовом виде — они по-новой собираются из сегментов ДНК в процессе V(D)J-рекомбинации. Через год после открытия Тонегавы схожий механизм V(D)J-рекомбинации продемонстрировали для рецепторов Т-клеток.

В теории такая ДНК-комбинаторика приводит к появлению более чем 10¹⁵ различных рецепторов: и тех, которые потребуются для защиты от патогенов, и тех, которые вообще никогда не пригодятся.

Но за такой обширный, даже избыточный репертуар приходится платить: некоторые рецепторы, появившиеся в результате случайной комбинаторики, непреднамеренно нацеливаются на антигены самого организма, аутоантигены. Если клетку, вооруженную рецептором к аутоантигену, не остановить, она нападет на клетку собственного тела с тем же рвением, что и на чужака. Этот опасный феномен Пауль Эрлих в 1901 году описывал как horror autotoxicus — ужас самоотравления. Подобный сценарий реализуется при аутоимунных заболеваниях, вроде системной красной волчанки. Но в большинстве случаев тело все же каким-то образом справляется с рисками комбинаторики. 

Система сдержек

К 1980-м ученые раскрыли часть механизмов, которые препятствуют «ужасу самоотравления». Оказалось, что во время созревания Т-клеток в тимусе они проходят жесточайший многоступенчатый отбор — только два-три процента от всех поступивших в тимус предшественников дойдут до стадии зрелого Т-лимфоцита (Т-хелпера или Т-киллера). 

Первый этап отбора — проверка на связывание с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC, major histocompatibility complex) — белков на поверхности клеток, которые сигнализируют, является ли клетка своей или чужеродной, или, может быть, она заражена вирусом. Если незрелый Т-лимфоцит совсем не способен связаться с МНС I или II типа, значит, он направляется на запрограммированную смерть, . Это положительная селекция Т-лимфоцитов. Затем Т-лимфоцит взаимодействует с клетками мозгового вещества тимуса, которые подставляют ему на пробу аутоантигены. Если Т-лимфоцит клюнул на аутоантиген — он опасен и потенциально может привести к аутоиммунным реакциям, поэтому тоже направляется на смерть. Это — отрицательная селекция. Устранение опасных Т-клеток в тимусе стало известно как центральная иммунологическая толерантность. 

Долгое время ее считали единственным механизмом сдерживания аутореактивных Т-клеток. Но хотя отрицательная селекция в тимусе довольно эффективна, она не абсолютна — и некоторые опасные Т-клетки могут избежать смерти и попасть в кровоток.

Риски побега высоки, поэтому ученые предположили, что центрального механизма толерантности недостаточно и должен существовать дополнительный буфер, какой-то периферический противовес аутоиммунным реакциям. 

Супрессия без супрессоров

Одна из предложенных моделей такого противовеса — , согласно которой для активации Т-клеток необходимо не только взаимодействие Т-клеточного рецептора с комплексом МНС-антиген, но и что-то еще: например, взаимодействие с антигенпрезентирующими клетками иммунитета, вроде дендритных клеток. Если такого межклеточного взаимодействия не происходит, Т-лимфоцит остается неактивным, анергичным. Еще один возможный механизм защиты от аутореактивности — интерлейкин-10, важный цитокин для подавления иммунных реакций.

В 1970-х появились данные, что некоторые популяции Т-клеток могут подавлять иммунные реакции. На основе этих экспериментов в 1974 году Ричард Гершон выдвинул идею, что должен существовать третий тип Т-клеток, которые занимаются подавлением нежелательных иммунных ответов — супрессорные Т-клетки. Хотя идея всем понравилась и в текстах учебников появилась классификация на Т-хелперы, Т-киллеры и Т-супрессоры, исследования страдали от противоречивых методов и отсутствия специфических маркеров для Т-супрессоров.

Энтузиазм к предполагаемым Т-супрессорам угас, область сколлапсировала. Впрочем, один исследователь, нобелевский лауреат 2025 года Шимон Сакагучи, отважился поплыть против течения.

Ребрендинг

После окончания медицинского факультета Киотского университета в 1983 году Симон Сакагучи присоединился к лаборатории в научно-исследовательском институте онкологического центра Айчи (Aichi Cancer Center Research Institute). Там он заинтересовался опытами 1970-х по удалению тимуса у новорожденных мышей. Ожидалось, что удаление одного из важнейших органов центральной иммунной системы приведет к ослаблению иммунитета. Но, парадоксальным образом, если операция проводилась через три дня после рождения, иммунная система, напротив, начинала свирепствовать и выходила из-под контроля, в результате чего развивался целый ряд аутоиммунных заболеваний. При этом пересадка мышам лимфоцитов от здоровых доноров предотвращала аутоиммунные реакции. 

Повторив эксперимент, Сакагучи убедился, что «отмененные» клетки-супрессоры все же есть. Но что это за клетки, оставалось неясно. Набор инструментов для детального изучения клеточных фенотипов был ограничен — так, недоступными оставались моноклональные антитела. В итоге Сакагучи натолкнулся на старую проблему: отсутствие характерного маркера для открытых им клеток.

Потребовалось десятилетие кропотливой работы и развитие технологий исследований, чтобы Сакагучи удалось выделить фракцию противовоспалительных Т-клеток. Оказалось, что Т-клетки, способные подавлять воспаление, несут на поверхности не только белок CD4 (как Т-хелперы), но и CD25 — рецептора к интерлейкину-2, главного стимулятора роста и экспансии для лимфоцитов. Из-за обилия CD25 на поверхности клетки, открытые Сакагучи обладают на порядки большей, чем у других лимфоцитов, способностью связывать интерлейкин-2, но при этом не переходят в активированное воспалительное состояние. Клетки с рецептором CD25 попросту объедают другие лимфоциты, которым не достается интерлейкин-2. Это значит, что у них не получается расти, размножаться и запускать избыточные воспалительные реакции. 

К 2000 году термин «регуляторные Т-клетки», предложенный Сакагучи, получил широкое признание в научном сообществе. В каком-то смысле это был ребрендинг не прижившегося термина «Т-супрессоры». Но, в отличие от идеи Ричарда Гершона, у регуляторных Т-клеток появился характерный маркер — .

Хотя CD25 оказался полезным маркером, он также встречался, пусть и в меньшем количестве, на других Т-лимфоцитах, то есть был не слишком специфичным. Поэтому многие исследователи скептически отнеслись к перерождению запятнанной непризнанием идеи — прежде чем поверить в нее, они хотели получить больше доказательств. Впрочем, одно из них появилось на свет еще в 1940-х, просто никто не разглядел его в некрасивой мышке.

Мерзкие мыши

Частью Манхэттенского проекта было изучение последствий радиации. Так, под воздействием ионизирующего излучения в одной из лабораторий появился мутант — штамм мышей, названный scurfy, то есть «мерзкий». Самцы scurfy рождались с шелушащейся кожей, увеличенной селезенкой и лимфатическими железами и умирали всего через пару недель из-за аутоимунного бунта: их Т-клетки атаковали ткани собственного организма. В 1990-х два нобелиата этого года, Мэри Бранков и Фред Рамсделл, работали в компании, которая разрабатывала лекарства от аутоиммунных заболеваний, поэтому заинтересовались мерзкими мышами. Брунков и Рамсделл предположили, что раскрытие мутации scurfy поможет в разработке новых терапий. 

К тому моменту про мутацию, приводящую к неблаговидному фенотипу scurfy, не было известно почти ничего. Но так как проблемы возникали только у самцов, было очевидно, что она происходит в . Педантично просканировав хромосому, исследователи сузили поиск до области, содержащей 20 генов-кандидатов. Поломка обнаружилась только в последнем, который исследователи назвали Forkhead box P3 (Foxp3).

Еще через два года команда Сакагучи установила, что Foxp3 экспрессируется в регуляторных Т-лимфоцитах. Кроме того, другие исследователи выяснили, что искусственная экспрессия гена Foxp3 в обычных Т-лимфоцитах превращает их в регуляторные. И напротив, отсутствие гена Foxp3 в ДНК приводит к исчезновению регуляторных Т-клеток и появлению внешних признаков, до боли напоминающих scurfy-мутацию.

Наконец-то скептики поверили: достоверный маркер клеток перифирической толерантности был найден. Отсутствия клеток всего лишь одного типа, регуляторных Т-лимфоцитов, появление которых контролируется одним-единственным геном Foxp3, оказалось достаточно для horror autotoxicus, ужаса самоотравления. С ужасом, впрочем, можно бороться.

Премия с потенциалом

Идентификация регуляторных клеток и их специфического маркера, Foxp3, облегчила и подстегнула дальнейшие исследования. Так, были обнаружены периферические регуляторные Т-клетки: в этом случае Foxp3 активируется в Т-клетках не в тимусе, а при воздействии антигена в других частях организма. Оказалось, что также возможно создать Т-клетки в пробирке, если воздействовать на них высокими дозами интерлейкина-2 и трансформирующего фактор роста бета (TGFb). Такие пробирочные регуляторные лимфоциты называют индуцированными. По мере углубления знаний о регуляторных Т-клетках потенциал их использования тоже растет.

Например, можно забрать Т-клетки от пациента, индуцировать их перерождение в регуляторные в пробирке, размножить, а затем ввести пациенту в кровоток, чтобы ослабить течение аутоимунного заболевания, вроде диабета 1 типа. Можно обойтись без изъятия и пересадки Т-клеток из пациента, а просто вводить интерлейкин-2 или агонист его рецептора — резпегальдеслейкин. В клинических испытаниях применение этого препарата облегчало течение атопического дерматита.

Можно пойти дальше и с помощью генной инженерии сконструировать регуляторные Т-клетки так, чтобы они были нацелены на определенное место в теле или определенный антиген. В первом случае ослабление воспаления происходит в целевом органе, скажем, в поджелудочной железе при пересадке островков Лангерганса в модели диабета. Во втором случае — уменьшается воспалительная реакция на известный раздражитель иммунной системы, например, на глютен при целиакии.

При раковых заболеваниях, напротив, регуляторные Т-клетки необходимо подавлять. Опухоли накапливают в себе большое количество регуляторных клеток, которые защищают их от нападок иммунной системы. Если эту линию обороны разрушить — опухоль станет более уязвима для иммунитета. Несколько клинических испытаний этого подхода уже идут (вот и вот).

Полный список экспериментальных терапий, так или иначе воздействующих на регуляторные Т-клетки, исчисляется сотнями исследований: от лечения астмы до снижения рисков отторжения ткани после трансплантации. Когда и если T-регуляторная-терапия станет широко применяться в клинической практике, это легко может стать поводом для присуждения еще одной Нобелевской премией. Нечто похожее уже происходило — в 2018 году премию присудили за разработку терапии рака, на снятии подавления иммунного ответа.

В фундаментальной части иммунологии поводов для премии тоже хватает с головой. Даже только про регуляторные Т-клетки многое остается неизвестным: не ясно, как проходит их отбор в тимусе, как меняются свойства и поведение клеток в зависимости от пути их развития или в условиях различных заболеваний. Иммунитет — все-таки катастрофически большая и сложная система, требующая подробного осмысления. А стало быть, ее лампочка продолжит мигать в нобелевском списке.