<<

стр. 2
(всего 2)

СОДЕРЖАНИЕ

Список наследственных заболеваний, находящихся на разных стадиях реализации метода генной терапии, пополняется с каждым годом. Он включает, помимо указанных выше, муковисцедоз, мышечную миодистрофию Дюшенна, фенилкетонурию, болезнь Гоше и др. Генной терапии подлежат и многие приобретенные заболевания. Среди них инфекционные болезни и злокачественные опухоли, хорея Геттингтона, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и др. К настоящему времени в мире более 3000 человек имеют в своем организме трансгенные клетки, введенные с целью лечения. Среди 396 одобренных для клинических испытаний протоколов геннотерапевтических проектов 60% направлены на лечение опухолей, 15% - инфекционных заболеваний, 15% наследственных заболеваний и 10% - прочих.

Глава 14. РИСК ГЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. ОПАСНОСТЬ МНИМАЯ И РЕАЛЬНАЯ.

Развитие генной инженерии и ее достижения создают впечатление, что человек может властвовать над генами, в том числе и над собственным геномом. В связи с этим в общественной среде появились опасения относительно использования новых генных технологий. Не окажутся ли опасными для человека организмы, созданные с помощью этих технологий? Не вызовут ли трансгенные микроорганизмы эпидемии ранее неизвестных заболеваний? Не нарушат ли они экологическое равновесие? Не произойдет ли горизонтальный перенос генов устойчивости к болезням и вредителям от трансгенных культурных растений к сорнякам? Не увеличится ли в результате применения генной терапии число людей гомозиготных по вредным генам? Не встанет ли в результате этого человек на "генные костыли"? Оправданы ли эти процедуры на фоне грядущего перенаселения? Нет ли опасности создания биологического оружия на основе трансгенных вирусов и бактерий? Не представит ли это угрозу всему человечеству? Хорошо ли, что создает новые организмы и наполняет ими сушу и море человек, существо, как показывает опыт, неразумное и непредусмотрительное? Не открывают ли генные технологии путь к клонированию человека по злому или доброму умыслу? Не означает ли последнее возврат к евгенике - улучшению породы человека? Вот неполный перечень возникающих вопросов. По всем этим вопросам проходят активные дискуссии в прессе и по телевидению. Обсуждаются преимущества генных биотехнологий и их возможный риск. Вывод напрашивается очевидный - остановить развитие генных технологий нельзя, но надо всерьез заняться обеспечением их биологической безопасности.
Опасность, связанная с введением в обиход трансгенных растений, скорее всего, мнимая. Серьезных аргументов против использования трансгенных растений нет. Традиционные методы селекции, например, гибридизация, не вызывающие ни у кого опасений, ведут к рекомбинации огромного числа генов и возникновению самых разнообразных генотипов. В противоположность этому, генные инженеру вносят в геном растения 1-2 гена. По сути дела, это та же селекция, только направленная и прицельная. Это касается всех генов, в том числе и обусловливающих резистентность к болезням и вредителям. В естественных условиях тоже происходит их перенос в разные растения, так что новые биотехнологии ничего сверхестественного не делают. Однако нельзя исключить опасность утечки трансгенов к другим растениям - сородичам через спонтанную гибридизацию. Например, если гены гербицидоустойчивости окажутся в геноме сорняков. Вместе с появлением растений, устойчивых к болезням и вредителям, происходит коэволюция возбудителей болезней и насекомых-вредителей. В результате естественным отбором будут отбираться среди них более устойчивые к используемым против них ядам.
Более всего общественность озабочена введением в окружающую среду трансгенных микроорганизмов. Однако Федерация Европейских микробиологических обществ (ФЕМО) констатирует, что широкомасштабная в течение более 20 лет генная инженерия не дала ни одного примера повышения вирулентности и патогенности трансгенных форм по сравнению с исходными. А вот, как утверждают эксперты, повысить устойчивость к антибиотикам легко. Но надо быть справедливыми, в естественных условиях и без применения генных технологий этот процесс происходит в результате генных мутаций и переноса генетического материала между бактериями. Именно поэтому многие болезнетворные бактерии оказываются резистентными к применяемым для лечения антибиотикам. Для вируса гриппа, в большей степени, для вируса иммунодефицита человека характерным является процесс образования новых антигенных вариантов, что позволяет им ускользать от иммунного ответа. Эксперты ФЕМО на основе многолетних наблюдений пришли к выводу - не зарегистрировано ни одного случая опасного распространения в окружающей среде рекомбинантных организмов. Очевидно, что вводимые в окружающую среду трансгенные микроорганизмы будут подвержены всем типам мутационных процессов и смогут участвовать во всех видах генетического переноса, то есть в эволюции. Последствия этого процесса непредсказуемы и могут быть самыми неожиданными.
Да, следует согласиться с тем, что на основе трансгенеза относительно легко создать биологическое оружие. В этой ситуации стоит уповать только на человеческий разум, контроль со стороны международных организаций, а также на борьбу с терроризмом.
Разумеется, необходима разработка разумных, адекватных и гибких правил безопасности генных технологий. Уже сейчас есть документы, регламентирующие применение генных технологий. Это директивы, касающиеся правил безопасности работы в лабораториях, промышленности и правила внесения генетически модифицированных организмов в окружающую среду. В большинстве стран эти директивы включены в свод национальных законов. А это, согласитесь, не мало.
Во многих странах принят мораторий на работы с яйцеклетками и эмбрионами человека, а также полный запрет на клонирование человека. Начата разработка специальных законов, ограничивающих применение генных технологий. Совет Европы вынужден был принять дополнительный протокол к Конвенции" О правах человека и биомедицине", где говорится, что "инструментализация человеческих существ путем намеренного создания генетически идентичных человеческих существ несовместима с достоинством человека и таким образом представляет собой злоупотребление биологией и медициной".
Нельзя не заметить, что в последнее время принцип безусловного запрещения введения генетических конструкций в половые клетки начинает приобретать менее категоричный характер, чем несколько лет назад. Так, в мае 2001 года появилось сенсационное сообщение о рождении в США генетически модифицированных детей. Речь идет об использовании генетического метода, позволяющего преодолеть врожденное бесплодие, обусловленное дефектом митохондрий. Коллектив ученых во главе с Д. Коэном в институте репродуктивной медицины в штате Нью-Джерси разработал и применил технику переноса цитоплазмы из ооцита. Оплодотворение яйцеклетки женщины, страдающей бесплодием, проводят in vitro и тончайшей пипеткой в оплодотворенную яйцеклетку вводят капельку цитоплазмы из яйцеклетки здоровой женщины. Перенесенные с ней митохондрии приживаются и обеспечивают нормальное развитие плода. С 1997 года такая операция выполнена на 30 страдающих этой формой бесплодия женщинах. 12 из них родили детей, причем у трех были двойни. Все полученные таким путем дети здоровы. Перенос митохондрий - цитодукция - в клетки различных организмов проводится давно. В данном случае - это вмешательство в зародышевый путь. Девочки передадут митохондрии своим потомкам, вместе со всеми изменениями в их ДНК. Избавление женщин от бесплодия, бесспорно благородная задача, однако надо отдавать себе отчет в том, что это манипуляции с яйцеклетками человека. Они, выходит, допустимы?
В Институте репродуктивной генетики в Чикаго группой исследователей под руководством Ю. Верлинского на людях опробован, так называемый, метод предимплантационной диагностики. Он заключается в следующем. Оплодотворение производят in vitro. Когда зародыш достигает стадии 8 клеток, одну без ущерба для дальнейшего его развития удаляют и подвергают диагностике. Они обеспечили рождение здорового ребенка после оплодотворения спермой мужчины, гетерозиготного по мутации в гене Р53. Из нескольких зародышей был отобран тот, который не содержал этой мутации, и был имплантирован в матку. Этот метод является альтернативой пренатальной диагностике, когда устанавливается генотип развивающегося в матке эмбриона и в необходимых случаях проводят абортирование. При распространенном осуждении абортов метод предимплантационной диагностики представляется предпочтительным. Используя этот метод, можно по заказу сделать донора, например, клеток костного мозга. Есть сообщение, что в указанном выше Институте в 2000 году появился на свет путем отбора эмбрионов ребенок, который стал донором костного мозга и спас жизнь своей старшей сестре. Вообще, техника оплодотворения человеческой яйцеклетки в пробирке была разработана в Англии еще в 1978 году. В настоящее время она обогащена тестированием и отбором эмбрионов. По сути здесь нет вмешательства в геном.
В отношении человека применяют также, так называемое, терапевтическое клонирование. В отличие от репродуктивного клонирования, которое применяют для производства клонированных животных, терапевтическое клонирование не сопровождается имплантацией зародыша в матку, а он используется лишь для получения эмбриональных стволовых клеток человека. Далее полученные эмбриональные стволовые клетки можно использовать для дифференцировки в определенном направлении с целью использования для "ремонта" больного органа.
Что касается репродуктивного клонирования человека, то возможность его, безусловно, существует. Однако из-за массы морально-этических возражений во многих странах, в том числе и в России, введен мораторий на эти работы. Главное возражение - технически процедура клонирования недостаточно отработана и может привести к появлению физически и психически неполноценных детей. Это недопустимо! Кто будет нести за это ответственность?
Задумывались ли Вы, дорогой читатель, почему не менее выдающиеся достижения биологии и медицины в предшествующее время (изобретение шприца, рентгена, антибиотиков, вакцинации и др.) не сопровождались разработкой этико-правовых документов, регулирующих их применение? Очевидно потому, что они не противоречили традиционным моральным принципам, чего нельзя сказать о некоторых генных технологиях.

Глава 15. ГОМЕОСТАЗ

Все организмы представляют собой открытые системы, активно обменивающиеся с окружающей средой различными веществами и информацией и сохраняющие постоянство своей внутренней среды - гомеостаз. Вещества, с которыми соприкасается организм, могут использоваться как пищевой ресурс для пополнения энергии, а также как сигналы, например, различные феромоны, для получения соответствующей информации.
Однако немало веществ, оказывающих вредное влияние на организм. Они должны быть обезврежены и выведены.
Низкомолекулярные соединения, растворимые в воде, обезвреживаются в печени и выводятся почками. Другая группа веществ - это нерастворимые в воде, но растворимые в жирах вещества. К ним относятся многие лекарственные препараты, пестициды, гербициды и другие, объединяемые одним термином - ксенобиотики. Они накапливаются в углеводородном слое мембран, в вакуолях жировых клеток и не выводятся с мочой. В обезвреживании таких веществ принимает участие система, включающая до 30 ферментов. Главную роль в ней играют ферменты семейства цитохрома Р450 печени, находящиеся в клетках на внутренней стороне мембран эндоплазматического ретикулума. После попадания ксенобиотика в печени многократно увеличивается поверхность эндоплазматического ретикулума и синтез Р450. В результате метаболизма ксенобиотики становятся растворимыми и выводятся из организма. Однако некоторые соединения после биотрансформации становятся более токсичными из-за образования высокореактивных промежуточных продуктов, которые необратимо связываются с белками, модифицируя их. Такой процесс происходит с канцерогенными веществами, которые для проявления эффекта нуждаются в метаболической активации. Есть еще один механизм защиты от ксенобиотиков - Р-гликопротеин. Он находится в плазматической мембране многих клеток. Он удаляет гидрофобные вещества из клетки за счет гидролиза АТФ. В круг удаляемых Р-гликопротеином веществ попадают многие лекарственные препараты, в частности противоопухолевые соединения. Поэтому при всей ее полезности эта система мощным препятствием для лечения заболеваний.
Многие реакционно активные вещества могут образовывать комплексы с белками. Их называют конъюгировнными антигенами. Они индуцируют у позвоночных развитие иммунологических реакций, прежде всего синтез антител и развитие иммунологической памяти. Эти представления основаны на работах дважды нобелевского лауреата Карла Ландштейнера. Он установил, что иммунитет может развиваться не только против вирусов, бактерий и чужеродных клеток, но и против простых химических веществ. Однако последнее происходит только в том случае, если эти вещества химически связаны с белками. Он назвал их гаптенами (прищепками), а комплекс с белком - конъюгированным антигеном. При повторном попадании этого же вещества, оно связывается с антителами. Антитело, таким образом, можно представить как пептидный аналог непептидного ксенобиотика, закодированное обратным кодом. Оказывается, в организме может существовать и прямой двойник ксенобиотика, только в пептидной форме. Это ничто иное, как антиидиотипическое антитело, т.е. антитело против активного центра антитела, связывающего ксенобиотик. Существование таких антител, несущих внутренний образ антигена, постулировано всемирно известным иммунологом Нильсом Ерне, а в последствии подтверждено экспериментально. В настоящее время антиидиотипические антитела получены на разные структуры патогенов, они используются в качестве вакцин. В отличие от живых ослабленных вакцин, такие вакцины совершенно безвредны и обладают рядом других преимуществ. Из всего вышесказанногоо следует удивительный вывод - в организме в виде белков-иммуноглобулинов существует параллельная сеть веществ, с которыми он встречается в своей жизни. Такие аналоги ксенобиотиков имитирут нередко и биологическую активность вещества, связываясь с соответствующими рецепторами. Все это позволяет говорить об активно работающей в организме позвоночных иммунохимической системе гомеостаза.
С крупными чужеродными макромолекулами, а также целыми клетками и патогенами, включая вирусы и бактерии, справляется защитная система, которая называется иммунитетом. Иммунитет обеспечивается двумя системами - неспецифической, или врожденным иммунитетом, и специфической, или приобретенным иммунитетом. Обе системы, используя разные принципы защиты, тесно связаны друг с другом, так что могут рассматриваться как стадии одного и того же процесса. Неспецифический иммунитет выступает как первая линия защиты и как заключительная ее стадия, а система приобретенного иммунитета выполняет промежуточные функции специфического распознавания и запоминания болезнетворного агента и подключения средств врожденного иммунитета на заключительном этапе процесса. Таким образом, обе системы работают как единое целое, несмотря на то, что используют разные механизмы.

15.1. Система врожденного иммунитета

Система врожденного иммунитета, филогенетически более древняя, имеется у всех организмов. Факторы, обеспечивающие ее функционирование, постоянно присутствуют в организме, поэтому они первыми включаются в борьбу. Они достаточно разнообразны, но их можно сгруппировать следующим образом : кининовая система, барьерные свойства кожных и слизистых покровов, фагоцитоз, воспаление, комплемент, гуморальные защитные белки, натуральные киллеры.
Кининовая система входит в систему свертывания крови. Ее начальный компонент - фактор Хагемана, XII фактор свертывания крови, активируется в результате взаимодействия с чужеродными отрицательно заряженными веществами ( занозы, стекло и др.) и через каскад ферментативных реакций приводит к образованию брадикинина - пептида, состоящего из 9 аминокислотных остатков, - мощного активатора воспаления.
Барьерные свойства кожи и слизистых препятствуют проникновению чужеродных агентов в организм. Ранения, ожоги кожи и слизистой открывают ворота для инфекции.
Другая эффекторная система врожденного иммунитета - это фагоцитоз (рис. 52).







Рис. 52. Стадии фагоцитоза

Его осуществляют макрофаги и нейтрофилы. При этом макрофаги активируются и секретируют вещества, являющиеся медиаторами воспаления (ФНО, интерлейкины, интерферон, хемокины и т. д.). В то же время макрофаги осуществляют процессинг чужеродных веществ (антигенов) и представление его в форме, распознаваемой иммунокомпетентными клетками - Т-лимфоцитами.
Не менее мощной защитной системой является комплемент. Комплемент включает более 20 белков крови, которые, каскадно активируясь, превращаются в сеть протеолитических ферментов. Конечными членами этого каскада являются компоненты, способные при полимеризации образовывать мембраноатакующий комплекс, который формирует в мембранах бактерий или чужеродных клеток поры и вызывает их гибель. Кроме того, компоненты комплемента, присоединяясь к бактериям, делают их более фагоцитируемыми. Этот процесс называется опсонизацией. И, наконец, в результате активации комплемента происходит образование медиаторов воспаления, обеспечивающего защитную функцию (рис. 53).






Рис. 53. Основные функции комплемента










Помимо комплемента, в крови имеется гетерогенная группа белков, осуществляющих защитную роль (С-реактивный белок, интерлейкины, лизоцим, тромбоцитарный катионный белок, интерфероны и др.).
Среди факторов естественной резистентности есть клетки, способные убивать зараженные вирусом или мутировавшие клетки, а также клетки опухолей. Это так называемые натуральные киллеры.
Таким образом можно видеть, что все рассмотренные механизмы - суть одного - воспаления. Именно воспаление осуществляет главную функцию по очистке организма от патогенов. Основные признаки воспаления описаны еще в Египетских папирусах, относящихся к 1600 году д. н. э. В 1 веке н. э. римский врач Цельсис описал 4 главных признака воспаления - rubor, color, dolor, tumor (покраснение, жар, боль, припухлость). Гален добавил к этому - functio laesa (утрата функции).
Факторы врожденного иммунитета обеспечивают достаточную защиту беспозвоночных животных, у которых стратегия выживания основана на быстрой смене поколений и многочисленности потомства.
Несмотря на разнообразие факторов неспецифической резистентности организма, их слабость в том, что они одинаково реагируют на разные патогены, не различая их, т. е. являются относительно неповоротливыми. Будучи врожденными, они не могут угнаться за быстро изменяющимися паразитами, которые к тому же всяческими способами пытаются обойти систему защиты. Такие используют приспособления, что просто диву даешься! Есть такие микроорганизмы, которые используют макрофаги как свой дом, в котором живут припеваючи (микобактерии туберкулеза, возбудители проказы, лейшманиоза). Другие запросто спасаются от действия комплемента, образуя капсулу, не пробиваемую мембраноатакующим комплексом комплемента. Третьи секретируют ферменты, "срезающие" рецепторы фагоцитов, чувствительные к хемотаксическим молекулам, в результате чего макрофаги становятся неспособными двигаться в очаг воспаления. Четвертые выделяют смертельные яды, отравляющие организм хозяина. Вирусы из-за очень маленьких размеров вообще не захватываются фагоцитозом, а поражая клетки-мишени, они становятся совершенно неуязвимыми для факторов врожденного иммунитета. В общем, паразиты делают все, чтобы поживиться ресурсами многоклеточных организмов, обойти, обмануть и даже воспользоваться системой их защиты.
В этих ситуациях врожденный иммунитет бессилен. Организм спасает более изощренные и гибкие механизмы приобретенного иммунитета.

15.2. Система приобретенного иммунитета

Итак, животным, особенно длительно живущим, менее защищенным из-за отсутствия наружного скелета, обладающим более совершенной системой кровообращения, способствующей диссиминации инфекционных агентов, требовалась другая стратегия защиты. И она возникла на основе иммунной системы, и именно там, где она больше всего была нужна, т. е. у позвоночных, начиная с костистых рыб, и достигла совершенства у млекопитающих. У животных, обладающих иммунной системой, первая линия защиты при любой инфекции осуществляется действующими немедленно факторами врожденного иммунитета. Если они справляются с инфекцией полностью, развития иммунного ответа может и не быть. Если же агент пробивает эту первую линию обороны, после определенного латентного периода развивается иммунный ответ.
Для иммунной системы характерна высочайшая специфичность в распознавании чужеродных агентов - антигенов (АГ), а также способность запоминать первую встречу с ними и развивать при последующем контакте более энергичную иммунную реакцию на него. На генетическом уровне механизм распознавания бесконечного числа антигенов, порядка 108, обеспечивается механизмом, не имеющим аналогов в эволюции позвоночных - перегруппировкой отдельных зародышевых генных сегментов в онтогенезе для формирования зрелых генов, кодирующих вариабельные домены полипептидных цепей антигенраспознающих рецепторов В- и Т-лимфоцитов. Это обеспечивает генерацию их колоссального разнообразия, вполне соответствующего разнообразию антигенов и обеспечивающего надежность распознавания чужеродности. При этом в течение жизни организма ему вряд ли понадобится сотая часть от разнообразия этих белков. В то же время среди такого разнообразия клонов иммунокомпетентных клеток, рецепторы которых формируются случайным образом и вне зависимости от антигенов, могут быть аутоагрессивныеи, значит, иммунная система может быть опасной для того организма, в котором она развивается. Следовательно, в дополнение к этому беспрецедентному разнообразию иммунокомпетентных клеток должен формироваться механизм, обеспечивающий безопасность организменных структур.
АГ, попавший в организм, распознается рецепторами иммунокомпетентных клеток. Антиген играет роль селективного фактора - только те лимфоциты, рецепторы которых провзаимодействовали с АГ, вступают в пролиферацию и дифференцировку, образуя клоны, которые осуществляют эффекторную функцию иммунитета.
Эффекторные функции иммунитета разнообразны, но главными из них является антителогенез и цитотоксические клеточные реакции.

15.2.1. Антителогенез

Антитела (АТ), иммуноглобулины (ИГ) - удивительные белковые молекулы. С одной стороны, они обладают необыкновенным разнообразием, в силу чего могут с высокой степенью специфичности взаимодействовать с огромным числом АГ. С другой стороны, наблюдается и большое сходство между молекулами с разной АГ-специфичностью, и даже между АТ разных видов животных. Получаемые в ответ на иммунизацию определенным АГ антисыворотки содержат чрезвычайно гетерогенную популяцию АТ (АТ на разные детерминанты АГ, разные изотипы и аллотипы АТ). Это осложняло расшифровку первичной структуры АТ. Но, как говорится в пословице - не было бы счастья, да несчастье помогло. У человека и животных есть такой тип злокачественнных опухолей, которые представляют собой клон малигнизированных В-лимфоцитов (миелома) или плазматических клеток (плазмоцитома). Эти опухолевые клетки в большом количестве секретируют однородные АТ (миеломные белки). При этом легкие цепи иммуноглобулинов могут у пациентов выделяться с мочой.
Исследование этих белков позволило выявить структуру антител. При обработке папаином получалось три фрагмента с приблизительно одинаковой молекулярной массой (рис. 54). Два из этих фрагментов связывали АГ и отличались вариабельностью. Они были названы Fab1 и Fab2 (fragment antigen binding). Третий фрагмент АГ не связывал и характеризовался, напротив, высокой степенью гомологии у различных АТ одного и разных видов. Его назвали Fc - (fragment constant). Пепсин расщепляет молекулу АТ на 2 фрагмента - F(ab)2 и Fc. Первый в два раза больше второго, и, как и исходное антитело, бивалентно связывает АГ. Эдельман, обрабатывая АТ меркаптоэтанолом, рвущим дисульфидные связи, получил 4 полипептидных цепи - 2 легких (L - light) и 2 тяжелых (H - high). L-цепи имели молекулярную массу 25 кД, а Н-цепи - 50 кД. Ни одна из цепей не соединялась с АГ.


Рис. 54. Фрагменты, получаемые при гидролитическом расщеплении иммуноглобулинов

На основании этих исследований Портер и Эдельман создали модель АТ (рис. 54). Как было показано в дальнейшем, она полностью соответствовала действительности.












Рис.55. Общая схема структуры иммуноглобулинов

Итак, молекула АТ состоит из двух идентичных легких цепей, и из двух идентичных тяжелых цепей, соединенных между собой дисульфидными связями.
Далее было показано, что N-концевые участки легких и тяжелых цепей АТ очень вариабельны, их назвали вариабельными, или V-доменами. Остальные участки относительно неизменны, их назвали константные, или С-домены. В легких цепях по одному V? и C? домену. В тяжелых - 1 Vн -домен и 3, 4 (в зависимости от класса ИГ) С-домена: СН1, СН2, СН3 и СН4. Отдельные участки V-доменов отличаются особым разнообразием. Это гипервариабельные районы, их по три на каждой цепи. Именно они участвуют в формировании АГ-связывающего центра АГ или паратопа. Эта структура, в образовании которой участвуют V-домены тяжелой и легкой цепей, комплементарна эпитопу - участку АГ, с которыми связывается АТ (рис.55).
АТ и АГ связываются между собой нековалентно, за счет комплементарных взаимодействий. Антитела связываются с коформационными эпитопами АГ, состоящими из аминокислотных остатков в полипептидной цепи удаленных друг от друга. При этомантителами узнается конфигурация эпитопа. его трехмерная структура, а не его химическая природа. Силы, удерживающие АТ и АГ, принципиально не отличаются от сил, участвующих в неспецифических взаимодействиях между любыми молекулами. Они включают электростатические взаимодействия, водородные связи, гидрофобные взаимодействия и Вандервальсовы силы. Прочность связывания АТ с АГ зависит от аффинности и авидности. Аффинность - это степень сродства, комплементарности между паратопом и эпитопом. Авидность определяется числом контактов АГ и АТ, как правило, специфичных к разным детерминантам АГ. Это функциональная аффинность сыворотки к поливалентному АГ.
На границе СН2-доменов имеется участок длиной 15-60 аминокислотных остатков, содержащий много пролина. Это шарнирный участок или талия ИГ. Он лишен вторичной и третичной структур и доступен для протеолитических ферментов. Из-за большого содержания дисульфидных связей он обладает гибкостью, обеспечивающей изменение угла между Fab-фрагментами при взаимодействии обоих активных центров молекулы с эпитопами.
Константные домены легких цепей представлены двумя типами k и ?. В каждой молекуле ИГ могут содержаться только либо k, либо ?-легкие цепи. Только искусственно созданные молекулы могут содержать оба типа цепей.
Константные домены тяжелых цепей характеризуются большим разнообразием. По этому признаку они подразделяются на классы и подклассы. У человека известно % классов ИГ - IgM, IgD, IgG, IgA и IgE. Соответствующая тяжелая цепь каждого класса - ?, ?, ?, ?, ?. Поскольку в сыворотке крови одного индивидуума циркулируют все структурные варианты константных доменов тяжелых и легких цепей, их называют изотипами. О функциональных различиях k и ?-легких цепей данных нет. В противоположность этому, АТ, имеющие разные изотипы тяжелых цепей, то есть разные классы ИГ характеризуются различными эффекторными функциями.
Двойственность в строении АТ определяет двойственность и их функции: 1) связывание АГ, обусловленное V-доменами и 2) эффекторные функции ИГ, выполняемые их С-доменами. В большинстве случаев АТ только метят АГ, чтобы направить на него реакции неспецифического иммунитета - комплемент, фагоцитоз, реакции воспаления. Здесь мы видим пример очень тесного взаимодействия двух сторон иммунитета. Но в ряде случае АТ сами справляются с АГ. Так, связываясь с токсинами бактерий ( которые, надо заметить, совершенно не замечаются факторами врожденного иммунитета), они их нейтрализуют. Это свойство АТ научились использовать еще когда не были известны ни структура АТ, ни их свойства. За открытие антитоксических свойств сывороток в 1901 году была присуждена Нобелевская премия Э. Берингу, первая Нобелевская премия в области иммунологии. Полученные им противодифтерийные, противостолбнячные и др. сыворотки спасли миллионы человеческих жизней. И в настоящее время АТ к дифтерийному, столбнячному, гангренозному токсинам, а также к змеиному яду применяются с этой же целью. Спасают они и при передозировке наркотиков, сердечных глюкозидов и др. препаратов. При вирусных заболеваниях АТ также могут быть эффективными: они препятствуют прикреплению вирусов к клеткам-мишеням. Поэтому они более эффективны в начальных стадиях вирусного заболевания, пока вирусы не проникли внутрь клеток, где они оказываются недоступными для АТ.
АТ придают системе комплемента специфичность и усиливают ее активность. Они включают классический путь активации комплемента (IgG, IgM), что в свою очередь запускает воспаление во всей его полноте. Фагоцитозу антитела тоже придают специфичность и усиливают его. Это происходит за счет опсонизации фагоцитируемых бактерий, которые распознаются рецепторами к Fc- фрагментам АТ. У человека IgG способен проходить через плаценту, в результате чего материнские антитела защищают организм новорожденного от инфекции. IgM секретируются с молоком, а IgA присутствует в секретах слизистых, являясь первым барьером на пути инфекционных агенов.
Антитела класса IgE обладают высоким сродством к мембранным рецепторам тучных клеток. Следствием их взаимодействия является активация тучных клеток и выброс гистамина, серотонина и других медиаторов воспаления. Это явление лежит в основе сильных аллергических реакций - островоспалительных процессов в ответ на следовые количества совершенно безвредных антигенов (пыльца растений, выделения животных и др.). Иммуноглобулины выполняют также функции антигенраспознающих рецепторов В-лимфоцитов.

15. 2. 2. Гены иммуноглобулинов

Иммунная система располагает беспрецедентно большим разнообразием антител и соответствующих рецепторов В-лимфоцитов. Такое разнообразие, оцениваемое цифрой 109-1011 ,обеспечивает распознавание и взаимодействие с любыми антигенами, как природного происхождения, так и искусственно созданными.
С позиций существовавшего в начале 60-х годов постулата - "один ген - одна полипептидная цепь" невозможно было представить, как закодировано такое множество белков. Во всем геноме для этого попросту нехватало генов. В 1965 г. У. Дрейером и Дж. Беннетом была выдвинута гипотеза о том, что вариабельные и константные домены тяжелых и легких цепей ИГ кодируются разными генами, то есть для кодирования одной полипептидной цепи используется не один, а два гена. В то время эта гипотеза казалась безумной и недоказуемой. Новые методы исследования ДНК открыли возможность выделять один ген из множества генов, клонировать его, чтобы иметь достаточное количество для анализа, и определять его структуру. В 1976 г. в Базельском институте иммунологии С. Тонегава с сотрудниками исследовали гены ИГ, секретируемых миеломой МОРС 321. Тонегава установил, что в генах ИГ экзоны соответствуют доменам полипептидных цепей. В ДНК зрелых клеток V- и С-генные сегменты более сближены, чем в эмбриональных. Следовательно, при тканеспецифической дифференцировке В-лимфоцитов происходит перестройка генного материала, в результате которой в разных клетках оказывается разный генетический материал. За это открытие в 1980 г. С. Тонегава был награжден Нобелевской премией.
Гены иммуноглобулинов подразделяются на 3 кластера: гены Н-цепей; гены L-цепей k и гены L-цепей ?, находящихся на разных хромосомах.
Проще всех устроены гены легкой ?-цепи ИГ (рис. 56).











Рис. 56. Продукция ?-цепи ИГ человека

Для кодирования V-домена ?-цепи используется один ген из кластера V-генов в сочетании с J-сегментами. В зрелом В-лимфоците эти сегменты сближены, но все же разделены интронными последовательностями. У человека всего 2 два V-гена ?-легкой цепи, 4 J-сегмента и 4 С-сегмента. При этом V1 может объединяться во время созревания В-лимфоцитов с J1 и C1 или J3 и С3, а V2 соответственно с J2 и С2, и J4 и С4. Гены для k-легкой цепи содержат 300-600 V-сегментов, 5 J-сегментов и один С-ген (рис. 57).












Рис. 57. Продукция ?- цепи ИГ

В кодировании Н-цепей ИГ, а именно - в формировании зрелого V-гена для кодирования V-домена принимают участие V, J, D-сегменты и С-сегменты (рис. 58, 59).
Рис. 58 . V-D-J-рекомбинация в кластере генов тяжелых цепей ИГ
Механизм рекомбинации обеспечивает сначала объединение D и J-сегментов, а затем и V, D и J - сегментов, которые совместно кодируют домен тяжелой цепи ( рис. 58).
Кластер генов, кодирующих С-домены тяжелых цепей ИГ, организован более сложно, чем соответствующие кластеры генов легких цепей (рис. 59).









Рис. 59. Организация кластера С-генов тяжелых цепей ИГ

Специфика организации Сн-генов состоит в том, что в процессе дифференцировки антителообразующей клетки возможно последовательное переключение с С?-гена, на С? и С?-гены, а так же переключение с мембранных форм ИГ на секреторные. Как и k и ?-гены, Сн-гены построены из экзонов и интронов. Число экзонов соответствует числу Сн-доменов. Поэтому каждый Сн-ген содержит 3-4 экзона и 2-3 интрона. В эмбриональных клетках Сн-гены не сцеплены и располагаются на расстоянии нескольких тысяч пар оснований от Vн-генов. В эмбриональной конфигурации гены ИГ неактивны. Экспрессия их происходит только после перестройки, которая является тканеспецифической, т.е. происходит только при созревании В-лимфоцитов.
В постэмбриональном периоде в результате реаранжировки генные сегменты соединяются в геноме зрелого В-лимфоцита. И все же Сн-гены отделены от кластера V, D и J-генов интроном в несколько тысяч пар нуклеотидов. После транскрипции ДНК и образования первичного транскрипта РНК происходит сплайсинг - вырезание интронов, и последовательности, кодирующие V-домены (V и J для легких цепей и V, D и J - для тежелых) соединяются с генами С-доменов. Так образуется матричная РНК, на которой в результате трансляции синтезируется цепь ИГ. Для синтеза растворимого IgM и мембранного IgM используется механизм альтернативного сплайсинга. Этот же механизм работает и при синтезе мембранного IgM и IgD.
Как любая соматическая клетка, В-лимфоцит содержит диплоидный набор хромосом. Поэтому каждый кластер генов ИГ присутствует в ней в двух экземплярах - в отцовской и в материнской гомологичных хромосомах. Однако в В-клетках работает еще не до конца расшифрованный механизм аллельного исключения. Он заключается в следующем. Как только в дифференцирующейся клетке произойдет перестройка V,D,J-генных сегментов одного кластера тяжелых и одного кластера легких цепей, в гомологичных хромосомах перестройки не происходят; в них гены остаются в эмбриональном состоянии. Таким образом, каждый В-лимфоцит оказывается запрограмированным на синтез АТ, одновременно используемых и в качестве АГ-распознающего рецептора, только одной специфичности.
Второй раз реорганизация генного материала происходит в дифференцированных клетках, синтезирующих АТ. Поскольку в эмбриональных клетках за кластерами V, D и J сегментов следует С?-ген, он и экспрессируется первым. В результате синтезируется IgM, сначала трансмембранный, в качестве АГ-распознающего рецептора, а затем и растворимый. В процессе дифференцировки происходит класс-переключение, когда тот же VDJ-сегмент может экспрессироваться с любым Сн-генным сегментом - С?, С? и С?. В настоящее время существует представление, что В-лимфоциты плюрипотентны в отношении синтеза АТ разных изотипов, т.е. один В-лимфоцит после стимуляции АГ может дать потомство, синтезирующее АТ разных изотипов, но обладающих одним и тем же паратопом.
Процесс генной реаранжировки, происходящий в В-лимфоцитах, обеспечивает большое разнообразие АТ при относительно небольшом числе зародышевых генов. По подсчетам, один лишь этот механизм обеспечивает кодирование 2,4 х 107 АТ разной АГ специфичности. Он дополняется еще соматическими мутациями в V-генах при класс-переключении, заменой одного V-гена на другой после завершения VDJ-перестройки, неточностью объединения сегментов V, D и J в разных клетках, ошибками сплайсинга, наличием 3-х рамок считывания в D-генном сегменте. В результате всех этих процессов, происходящих в онтогенезе каждый раз заново, организм генерирует огромное разнообразие ИГ, а также АГ-распознающих рецепторов В-лимфоцитов, порядка 109-1011.

15. 2. 3. Моноклональные антитела (МАТ)

В 1976 г. немецкий иммунолог Георг Келер и английский иммунолог Цезарь Мильштейн предложили метод получения гибридом-соматических гибридов между антителообразующей и опухолевой клетками (рис.60). Опухолевая клетка, в данном случае клетка плазмотомы, придает гибридоме черты опухоли, то есть способность к неограниченному размножению, а лимфатическая - способность к синтезу АТ. Прежде всего, был получен штамм плазмотомы, который не содержал ферментов, обеспечивающих запасной путь синтеза нуклеотидов при блокировании аминоптерином основного пути. Другие клетки, используя гипоксантин и




















Рис. 60. Схема получения моноклональных антител

тимидин, могли включать резервный путь синтеза нуклеотидов. Следовательно, среда, содержащая гипоксантин, аминоптерин и тимидин (ГАТ) являлась селективной. На ней погибали клетки плазмоцитомы, но выживали нормальные лимфоциты и гибридомы. Поскольку лимфоциты не могут долго размножаться в культуре и гибнут, остаются только гибридомные клетки.
Для получения МАТ мышей иммунизируют АГ (причем, не обязательно химически чистым), затем берут селезеночные клетки и с помощью полиэтиленгликоля производят их слияние с плазмоцитомными клетками. Смесь клеток высаживают на среду ГАТ. Как уже говорилось, на этой среде выживают только гибридомы.
Следующий этап заключается в отборе нужных клонов. Для этого проводят скрининг клонов. Клоны, продуцирующие нужные АТ, могут быть размножены в культуре ткани или in vivo. В последнем случае их трансплантируют в брюшную полость сингенных мышей, в которой они размножаются и выделяют асцитическую жидкость, содержащую АТ. Клоны можно хранить замороженными при минус70 0 С, пока они не потребуются. Все антитела, синтезированные одним клоном-МАТ, имеют одну и ту же специфичность, изотипы, аллотип и идиотип. Будучи стандартным реагентом для всех лабораторий мира, МАТ могут применяться, по выражению Г. И. Абелева, как "иммунологический микроскоп" с чрезвычайно высоким разрешением.
Действительно, МАТ сыграли огромную роль в фундаментальной и прикладной иммунологии. С помощью МАТ удалось исследовать многие АГ, в частности Т- и В-лимфоцитов. Благодаря открытию поверхностных дифференцировочных АГ лимфоцитов, идентифицированы их субпопуляции и составлена схема дифференцировки.
При лейкозах с помощь МАТ можно определить степень зрелости клеток, что определяет стратегию лечения и прогноз. МАТ применяются для диагностики, когда нужно найти определенный АГ. Например, для диагностики злокачественных опухолей, вирусных и аутоиммунных заболеваний.
Антиидиотипические МАТ используются в качестве вакцин. Эти вакцины безопасны, не содержат аллергизирующих примесей. В ряде случаев МАТ могут применяться идля лечения, прежде всего злокачественных новообразований. Для этого делают комплекс МАТ с лекарственным препаратом, изотопом и т.д. В экспериментах на животных обнадеживающие результаты получены при применении МАТ в комплексе со стрептовидином. Такие гибридные молекулы накапливаются в опухолевых клетках, не повреждая их. Затем вводят другие гибридные молекулы - биотин с токсином. Биотин с высокой аффинностью связывается с стрептовидином, в результате чего оказавшийся в этом комплексе токсин убивает опухолевые клетки.
Несмотря на то, что АТ выполняют очень важные функции в организме, одни они не решают проблему преодоления инфекции. Для этого у иммунной системы есть еще один важный эффекторный механизм - цитотоксические реакции. Они осуществляются Т-лимфоцитами-киллерами, мишенями которых являются зараженные вирусами и опухолевые клетки. Отсюда следует главная особенность распознавания чужеродных АГ этими клетками. Они узнают их только в контексте собственных белков. Контекст представлен продуктами генов главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex - MHC), взаимодействующими с фрагментами АГ после его процессинга в антигенпредставляющих клетках.

15.2.4. Роль главного комплекса гистосовместимости ткани в развитии иммунного ответа

Подробнее остановимся на функциях МНС в процессах иммунного распознавания: презентации АГ, селекции Т-лимфоцитов в тимусе и взаимодействии с Т-клеточным АГ-распознающим рецептором.
О генах комплекса МНС известно с тех пор, как появились инбредные линии мышей, и онкологи стали трансплантировать им опухоли, в результате чего были открыты законы трансплантации тканей. Оказалось, что приживление или отторжение трансплантированной опухоли ( и, как потом выяснилось, и любой другой ткани) зависит от совместимости донора и реципиента по генам локуса, который назвали главным локусом гистосовместимости. С момента открытия этот локус по сей день не перестает удивлять биологов. Сначала совершенно мистическим представлялось закрепление в эволюции генов, отличающихся чрезвычайным полиморфизмом и отвечающих за приживление пересаженной от одного организма другому ткани. Ведь в естественных условиях такие процессы не происходят. Трансплантацию используют хирурги для замены неизлечимо больных органов человека донорскими. Мистический ореол рассеялся, когда было выяснено, что главная функция продуктов этих генов состоит в их участии в иммунологическом распознавании и межклеточных взаимодействиях в ходе развития иммунного ответа, а феномен отторжения ткани - лишь одно из проявлений основной функции.
Система МНС включает три класса генов: I, II, III. При этом только гены I и II участвуют в иммунологическом распознавании, а в III классе находятся гены, кодирующие компоненты комплемента, фактор некроза опухолей и другие гены, не имеющие отношения к иммунологическому распознаванию.
Каждый из генов I и II классов МНС имеет более ста аллелей. Аллели МНС в одной хромосоме называются гаплотипом.
Гены I класса МНС кодируют тяжелую полипептидную цепь с молекулярной массой 43 кД (рис. 61). Она нековалентно связана с легкой цепью, представленной ?2-микроглобулином (его ген у человека и мыши находится в 15-ой хромосоме). Тяжелая цепь состоит из 3-х доменов (?1, ?2, ?3), небольшого гидрофобного участка, заякоривающего пептид в мембране клетки, и гидрофильного хвоста. Домены ?1 и ?2 являются вариабельными, за счет их реализуется полиморфизм МНС-I, а домен ?3 - константным. Домены ?1 и ?2 образуют пептидсвязывающий центр МНС-I. Молекулы МНС-I экспрессируются всеми клетками организма. Исключение составляют ворсистые клетки трофобласта. Наибольшее количество МНС-I экспрессируется на поверхности лимфоцитов и макрофагов.
Молекулы II класса МНС представляют собой гетеродимеры, состоящие из ? и ?-цепей, с молекулярной массой 34 кД и 29 кД соответственно (рис. 62). Каждая цепь состоит из двух доменов, при этом N-концевые домены обеих цепей составляют пептидсвязывающий центр МНС-II. Продукты МНС-II экспрессируются только определенной группой клеток, которые называют АГ-представляющими клетками (АПК), а также В-лимфоцитами.

Рис. 61. Структура молекулы
МНС-I

Возникает вопрос - как же в эволюции могла закрепиться такая генная система, отвечающая за приживление или отторжение трансплантата? В природе в естественных условиях такая операция не осуществляется. Это изобретение человека. Вопрос оставался интригующим, пока Цинкернагель и Догерти не описали феномен МНС-рестрикции и стало очевидным, что главная функция МНС заключается в его роли в иммунологическом распознавании и межклеточных взаимодействиях в ходе иммунного ответа, а феномен отторжения ткани - это лишь одно из проявлений этой основной функции.
Феномен МНС-рестрикции заключается в следующем (рис. 63). Если Т-лимфоциты, взятые от животного, пораженного вирусом А, перенести в культуру тканей и добавить к ним клетки-мишени от разных животных, пораженных этим же вирусом А, то они будут
Рис. 62. Структура молекулы МНС-II
взаимодействовать только с сингенными клетками -мишенями, но не с аллогенными. Этот. Этот опыт доказывает, что АГ-распознающая функция Т-лимфоцитов рестриктирована генотипом МНС (рис. 63). Из этого следует важный практический вывод: в отличие от АТ, которые можно взять от другого человека (или даже животного) и использовать для быстрого связывания токсинов, вирусов и любых других АГ (что применяется, в частности, для лечения дифтерии, клещевого энцефалита и др. заболеваний), Т-лимфоциты для лечебных целей ни у кого не могут быть взяты "взаймы", за исключением гомозиготных близнецов или особей в пределах одной инбредной линии.
Более того, как было показано позднее, отдельные субпопуляции Т-лимфоцитов рестриктированы по определенным продуктам МНС. Так, у Т-хелперов (Тх) АГ-распознающая функция рестриктирована по II классу МНС, а у Т-киллеров (Тк) - по I классу МНС.














Рис. 63. Феномен рестрикции иммунного ответа

Все дальнейшие исследования позволили сформулировать функции МНС-системы.
1. Антигены МНС - это распознающие структуры. Они имеют центр связывания пептидов. Существует беспрецедентный полиморфизм по МНС, но не в одном индивидууме, как в случае с иммуноглобулиновыми рецепторами, а на уровне популяции. Значит, в популяции разные особи способны реагировать с разным набором чужеродных антигенов, обусловливая резистентность к инфекционным агентам на уровне популяции.
2. Антигены МНС - это распознаваемые структуры. Образующийся комплекс МНС + антигенный пептид распознается рецепторами Т-лимфоцитов.
3. Из этого вытекает рестрикция Т-клеточного иммунного ответа.
4. Молекулы МНС, экспрессируемые на эпителиальных клетках тимуса, участвуют в процессах селекции Т-лимфоцитов и формировании репертуара Т-лимфоцитов, обладающих рецепторами определенной АГ-специфичности.

15. 2.5. Процессинг и презентация АГ

Поскольку Т-лимфоциты не способны распознавать нативный АГ, а могут распознавать только его отдельные пептиды в комплексе с МНС-продуктами, АГ, чтобы быть узнанным Т-лимфоцитами, должен пройти процессинг и презентацию.
Процессинг - это гидролиз АГ на отдельные пептиды, а презентация - это появление их в комплексе с МНС-I или МНС-II на поверхности клетки ( рис. 64). Тх распознают АГ в комплексе с МНС-II, а Тк - с МНС -I. То, с какой молекулой МНС свяжется АГ-пептид, с МНС-I или МНС-II, определяется типом АГ. Экзогенные пептиды, интернализованных в клетку АГ презентируются МНС-II, а эндогенные пептиды, образовавшиеся в ядре или цитоплазме, например, после вирусной инфекции или в результате мутационных событий, презентируются МНС-I.
Экзогенные АГ проходят процессинг в так называемых АГ-представляющих клетках (АПК). Это фагоцитирующие клетки. После фагоцитоза АГ образуется эндосома, затем фаголизосома, где под влиянием протеолитических ферментов АГ деградирует с образованием пептидов длиной 15-20 аминокислотных остатков. МНС-II после синтеза на мембранах эндоплазматического ретикулюма (ЭПР) поступает в его цистерны в комплексе с инвариантной цепью i, которая, как полагают, защищает его от связывания с эндогенными пептидами. Комплекс МНС-II + i поступает в эндосомную везикулу, где в условиях кислого рН i-цепь отщепляется, и на ее месте оказывается экзогенный пептид. Связь с пептидом стабилизирует МНС-II и делает возможным его экспозицию на клеточной поверхности.
Деградация синтезированных внутри клетки белков осуществляется цитоплазматическим протеолитическим комплексом - протеосомой. Протеосома содержит субъединицы LMP-2 и LMP-7 (low molecular protein). Они расщепляют белки до пептидов длиной 8-9 аминокислотных остатков и образуют комплекс с белками теплового шока (HSP-70). Затем из цитозоля эти пептиды переносятся в ЭПР специальными транспортерами ТАР-1 и ТАР-2. После поступления в ЭПР пептиды связываются с МНС-I, стабилизируя его димерную структуру. Образовавшийся комплекс гликозилируется в аппарате Гольджи и экспонируется на клеточной поверхности. Если в клетке нет чужеродных АГ, молекулы МНС-I экспрессируются на мембране в комплексе собственными пептидами.
Соответственно своей структуре молекулы МНС-I или МНС-II размещают пептиды, образовавшиеся в результате процессинга, в своем пептид-связывающем центре. Разные аллели




Рис. 64. Процессинг и презентация антигенов

МНС, повидимому, по-разному связывают разные АГ-пептиды и, следовательно, по-разному представляют их иммунокомпетентным Т-лимфоцитам.
Возможно, на этом уровне реализуется генетически детерминированная способность к высокому или низкому уровню иммунного ответа на определенные АГ, а также ассоциированность конкретных аутоиммунных заболеваний с гаплотипами МНС.

15.2. 6. Взаимодействие клеток при развитии иммунного ответа
Функции иммунитета в организме выполняют лимфоидная система при взаимодействии с нервной и эндокринной системами.
Иммунная система представлена как центральными органами - тимус, костный мозг и сумка Фабрициуса птиц, так и периферическими - лимфоузлы, селезенка, пейеровы бляшки, аденоиды, миндалины, не имеющими капсул скоплениями лимфоидной ткани в слизистых, а также циркулирующими в крови, лимфе и тканях лимфоидными клетками.
Источником всех клеток, участвующих в развитии иммунного ответа, являются полипотентные стволовые кроветворные клетки (ПСКК), дающие начало всем форменным элементам крови (рис. 65). ПСКК способна к многократной репликации, то есть образованию новых ПСКК, а также к дифференцировке в условиях микроокружения гемо- и лимфопоэтических органов в клетки разных типов.



Рис. 65. Происхождение клеток иммунной системы

Клетки иммунной системы делятся на иммунокомпетентные - Т- и В- лимфоциты, и АГ-представляющие (АПК) - макрофаги, моноциты, дендритные клетки, клетки Лангерганса, астроциты глии, интердигитатные клетки, Купферовские клетки печени. В-лимфоциты являются и иммунокомпетентными, и АГ-представляющими клетками.
Иммунокомпетентные клетки обладают антигенраспознающими рецепторами. Для В-лимфоцитов - это мембранные формы ИГ всех изотипов, а для Т-лимфоцитов - гетеродимеры, состоящие из ?/? (95% Т-лимфоцитов) и ?/? (5% Т-лимфоцитов)-цепей. Механизмы генерации разнообразия Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов подобны таковым для рецепторов В-лимфоцитов.
Судьба АГ в организме во многом зависит от того, каким путем он в него попал. АГ, проникшие через верхние дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт или мочеполовые пути, ассоциируются с лимфоидной тканью этих органов. АГ, проникшие в ткани, попадают в дренирующие лимфоузлы. Прежде всего, они подвергаются элиминации механизмами неспецифической резистентности (активация комплемента по альтернативному пути, фагоцитоз, и др.). Если этот барьер преодолевается, включается вторая линия обороны - иммунная система. Все начинается с захвата АГ макрофагами или другими АПК. Если в организме есть АТ к данному АГ, они опсонизируют его. В таком виде он лучше поглощается макрофагами, имеющими рецепторы к Fc-фрагментами АТ. Затем осуществляется процессинг АГ и его презентация на поверхности АПК в комплексе с МНС. При этом АПК активируются, в них начинается экспрессия ИЛ-I, который секретируется. В-лимфоциты также являются АПК. В них нативный АГ сначала соединяется с ВКР, затем весь комплекс интернализуется и АГ подвергается процессингу, и в комплексе с МНС-II выставляется на поверхность В-лимфоцита. Следующий этап - узнавание АГ Т-лимфоцитами-хелперами. Тх, обладающие ТКР, специфичными к данному комплексу МНС + антигенный пептид, связываются с ними. При этом, как уже было сказано, молекула CD4 Тхелпера также связывается с МНС-II, но не в его пептид-связывающем сайте. Это первый сигнал для активации Тх. Но одного его недостаточно, необходим второй сигнал, которым является ИЛ-I, взаимодействующий с соответствующим рецептором Тх. Это важнейший сигнал для Тх; в результате его начинается экспрессия ИЛ-2 и его рецептора на одном и том же Тх, то есть проявляется аутокринный эффект. Кроме этого, Тх взаимодействует еще рядом своих рецепторов, не имеющих АГ-специфичности с лигандами АПК. Главным из них является взаимодействие CD28 и B7 . Далее Тх пролиферирует и выделяет цитокины, которые обусловливают дальнейший ход событий. Если АПК был макрофаг, стимулируются Тх1, секретирующие ИЛ-2, ФНО и ИНФ?, если АПК был В-лимфоцит, то активируются Тх2, секретирующие ИЛ4, 5, 6, 10 и 13. Соответственно развивается иммунный ответ I или II типа. Цитокиновые сигналы, поступающие от Тх, воспринимаются эффекторными клетками иммунной системы В-лимфоцитами, Т-лимфоцитами киллерами и эффекторами гиперчувствительности замедленного типа (Г3Т).
В-лимфоциты, прореагировавшие своим ВКР с нативным АГ и получившие цитокиновый сигнал от Тх, вступают в дифференцировку и пролиферацию. Образуется клон специфических клеток, которые синтезируют АТ на данный АГ. Первыми синтезируют АТ IgM-класса, затем IgG и других изотипов. ИЛ-4, секретируемый Тх2, влияет на переключение синтеза на IgE и связанные с последним аллергические проявления за счет дегрануляции тучных клеток. Т-лимфоциты киллеры, прореагировавшие своим антигенраспознающим рецептором с комплексом МНС-I-пептид на клетке мишени и получившие костимулирующие сигналы от Т-хелперов, развивают цитотоксическую реакцию. Она заключается в убийстве клетки-мишени за счет включения в ней программы апопотоза, или за счет выброса перфорина, полимеризация которого приводит к нарушению мембраны, а также и др. способами.
В ряде случаев иммунологические реакции при нарушении регуляции становятся избыточными, в результате чего развиваются соответствующие патологические процессы - аллергические и аутоиммунные заболевания (См. Н.А. Попова. Иммунология. Учебное пособие. 1999-2000 г. Новосибирск. НГУ)

Глава 16. БИОЛОГИЯ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО РОСТА КЛЕТОК.

В мире каждый пятый человек умирает от злокачественной опухоли. По смертности это заболевание стоит на втором месте, после сердечно-сосудистых заболеваний. Проблема злокачественного роста во многом является медицинской проблемой. Но в основном это проблема биологии, и прежде всего, клеточной, так как в основе раковых заболеваний лежат нарушения наиболее фундаментальных законов поведения клеток в многоклеточном организме. Именно по этой причине исследования в области канцерогенеза существенно обогатили наши знания о функционировании клеток вообще, особенно в области регуляции роста и пролиферации клеток.
В настоящее время большое развитие получила молекулярная биология злокачественных опухолей. Можно спорить о том, в какой степени эти исследования способствовали решению основной задачи - развитию профилактики и лечения рака. Тем не менее, определенный прогресс в этих направлениях безусловно есть.
В многоклеточном организме сообщество представлено тесно взаимодействующими клетками. При этом в норме клетки характеризуются альтруистическим характером поведения. Если же какие-то клетки начинают процветать и неуклонно размножаться в ущерб своим соседям и всему организму, не подчиняясь никаким сдерживающим регулирующим сигналам, они в итоге образуют злокачественную опухоль, которая убивает организм.
Опухоль, которая образует компактное скопление клеток и не прорастает окружающую ткань, называют доброкачественной. Нельзя сказать, что это определение является удачным, так как и такая опухоль может доставлять организму массу неприятностей. В отличие от доброкачественных, злокачественные опухоли прорастают окружающие ткани, будь то сосуд, нерв, кость и т.д. Это свойство называется инвазивностью. Опухолевые клетки могут проникать в кровеносное и лимфатическое русло и формировать вторичные опухолевые узлы (метастазы) в местах отдаленных от локализации первичных опухолей.
В быту все опухоли называют раками, но специалисты классифицируют их по типу ткани, из которой они происходят. Карциномы - опухоли из эпителиальной ткани, саркомы - из соединительной, миомы - из мышечной, лейкозы - из кроветворной ткани и т.д.
Злокачественная трансформация, которая произошла в клетке, должна быть наследуемой. Наследуемый дефект может быть результатом как генетического (мутации), так и эпигенетического изменения, т.е. изменения экспрессии генов, а не структуры ДНК. Очевидно, что оба эти механизма участвуют в превращении нормальных клеток в злокачественные. Обычно развитие злокачественных опухолей - это результат сочетания разных факторов - канцерогенных веществ, стресса, иммунодепрессии, а также генетической конституции человека и факторов окружающей среды.
Какие бы факторы ни вызывали рак, главное - это нарушение нормальной дифференцировки и ограничения пролиферации клеток, достигаемое разными путями и при действии разных факторов.

16.1. Причины возникновения опухолей

Среди главных причин смертности людей злокачественные опухоли занимают второе место после сердечно-сосудистых заболеваний. Несмотря на успехи в изучении причин и патогенеза онкологических заболеваний, их частота и смертность от них продолжают увеличиваться. Это делает проблему злокачественного роста клеток одной из самых актуальных в биологии и медицине.
Злокачественная опухоль, или новообразование, возникает тогда, когда нормальные клетки организма в результате злокачественной трансформации изменяются так, что начинают безудержно делиться, не подчиняясь никаким регулирующим сигналам со стороны организма. При этом опухолевые клетки прорастают окружающие ткани, инвазируют их. Инвазия может наблюдаться в виде распространения опухолевых клеток через кровь и лимфу в отдаленные от опухоли места. Этот процесс называется метастазированием, а новые опухолевые узлы - метастазами. Как правило, метастазы являются главной причиной гибели онкологических больных.
Рак поражает все живые многоклеточные организмы. По данным палеонтологов эта древняя болезнь гораздо старше человека как биологического вида. По свидетельствам античных папирусов, еще за 2 тысячи лет до нашей эры врачи пытались лечить рак.
Бытует представление, что проблема злокачественного роста не решается потому, что не известно, отчего возникают опухоли. Однако это не так. Причины возникновения опухолей известны. Они оказались многочисленными. Другая их особенность в том, что между причиной и следствием (опухолью), как правило, проходит такой большой промежуток времени, что сопоставить их для каждого конкретного случая удается не всегда.

16.1.1. Роль химических веществ в возникновении злокачественных опухолей

В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений факт, что этиологическими факторами возникновения опухолей человека являются, главным образом, канцерогенные химические вещества и канцерогенные физические факторы. Все возрастающее их количество - результат антропогенного влияния на нашу среду обитания. Опасность воздействия этих факторов на организм усугубляется курением, ожирением, неправильной диетой и всеми воздействиями, угнетающими иммунную защиту.
Прямые исследования влияния канцерогенных веществ (а также и других факторов) на человека являются неприемлемыми с этической точки зрения, и это в значительной степени осложняет проблему. Поэтому обычно проводятся эпидемиологические исследования, в которых сопоставляется частота опухолей у людей, которые испытывают на себе действие определенных вредных факторов, с таковой среди прочего населения данной местности. При использовании этого метода, прежде всего, были установлены причины так называемых профессиональных раков. Впервые причинная связь между химическим веществом и возникновением опухоли была установлена в 1775 г. английским врачом Персивалем Поттом. Он опубликовал сообщение о раке мошонки у трубочистов и назвал причину этого заболевания. По его мнению, это были сажа и каменноугольная смола, содержащиеся в каминных трубах, которые прочищали трубочисты. В дальнейшем это было подтверждено на рабочих, занятых на производстве каменноугольной смолы. При перегонке смолы Эрнест Кенноуэй выделил 3,4-бензпирен - канцероген в чистом виде. До этого Кук синтезировал 1,2,5,6-дибензантрацен, который тоже является канцерогеном. Оба вещества принадлежат к классу полициклических углеводородов.
Другая группа этиологических факторов злокачественных опухолей была открыта при наблюдении за людьми, в силу своей профессии соприкасающимися с радиоактивным излучением.
Опасность радиоактивного излучения была распознана не сразу. Одно время было даже увлечение радиоактивными веществами. Их использовали как лекарства. Считалось, что "радиевая волна" излечивает от всех болезней. Некоторым больным эти вещества вводили даже внутривенно. Врачи в целях диагностики назначали облучение рентгеновскими лучами, в том числе и беременным женщинам. Продавцы магазинов с помощью рентгеновских лучей подбирали клиентам обувь. Вообще было такое впечатление, что рентгеновские лучи откроют путь к благоденствию человека. Это заблуждение было преодолено в связи с двумя крупными трагедиями. Первая связана с работницами, расписывающими люминисцентными красками, содержащими радиоактивные вещества - радий и торий, циферблаты часов и военных приборов. Они заболели раком костей, а именно, нижней челюсти. Вторая трагедия произошла с врачами-рентге-нологами. Работая без каких-либо средств защиты, они подвергли себя воздействию радиации. В результате у них проявился рак кожи рук. В Гамбурге воздвигнут монумент, на котором высечены имена 110 врачей, инженеров и ученых, ставших жертвами рентгеновских лучей.
Во второй половине XIX в. в Европе распространилось производство анилиновых красителей, а вместе с этим появились и случаи заболевания раком у людей, работающих на этих производствах. Врачи заподозрили, что анилин повинен в возникновении опухолей, особенно рака мочевого пузыря. Даже был в то время термин "анилиновый рак". Правда, впоследствии выяснилось, что не сами анилиновые красители вызывают рак, а вещества, используемые при их производстве: ?-нафтиламин, бензидин и др. После этого проверке на канцерогенную активность на животных были подвергнуты многие красители. В результате были обнаружены канцерогенные азокрасители - ортоаминоазотолуол (ОАТ) и диметиламиноазобензол (ДАБ). Последний назывался раньше желтым масляным красителем, так как его добавляли (страшно подумать!) к сливочному маслу для придания ему красивого желтого цвета. В табл. 1 приведены сведения о канцерогенах, представляющих профессиональную вредность.
Таблица 2
Канцерогены на рабочих местах

Хим. или физ. агенты
Где встречаются
Тип опухоли
мышьяк
инсектициды, гербициды, дубление кожи, рафинирование масел
рак легкого, кожи
асбест
тормозные прокладки, верфи, изоляторы
мезотелиома, рак легких
бензин
очистка бензина, резиновая промышленность
лейкемия
выхлопы дизтоплива
авто и желехзные дороги, гаражи, шахты и др.
рак легкого
формальдегид
деревообрабатывающие, тестильные, целлюлознобумажные предприятия, больницы, лаборатории
рак верхних дыхательных путей
ионизирующая радиация
радиоактивные материала, медиц. процедуры
лейкозы
минеральные масла
машиностроение, эксплуатация и ремонт машин и автотранспорта и др.
рак кожи
пестициды
производство и применение пестицидов
рак легкого
краски
производство и применение красок
рак легкого
сажа
пожары, чистка печей
опухоли кожи
родон
шахты, подвалы и др.
рак легкого
полихлорированные дифенилы
смазочные масла, гидравлические жидкости, клеи, инсектициды и др.
опухоли печени, кожи


16.1.2. Микроорганизмы как причины возникновения опухолей

Микроорганизмы также могут быть причиной злокачественной трансформации клеток. У животных многие опухоли вызываются онкогенными вирусами, которые, как правило, передаются вертикально - от родителей потомству.
У человека лишь относительно небольшое число опухолей индуцируется вирусами. В последнее десятилетие получены доказательства участия вирусов папилломы 16-го и 18-го типа в развитии рака шейки матки. Установлена также связь вируса гепатита В с раком печени. Хронические носители этого вируса образуют группу повышенного риска возникновения рака печени. Вирусы группы герпес повинны в развитии африканской лимфомы Беркетта, карциномы носоглотки, распространенной в Юго-Восточной Азии, лимфогранулематоза и лимфомы Ходжкина. Очевидно, вакцинация против этих вирусов поможет снизить частоту этих опухолей. В странах, где высока заболеваемость гепатитом В, проводятся массовые вакцинации, что уже заметно снизило частоту опухолей печени. С возникновением рака желудка ассоциировано инфицирование бактериями Helicobacter pylori. Они вызывают воспаление слизистой желудка и при сопутствующей генетической предрасположенности на этом фоне возникает опухоль. В регионах, где потребляется рыба, зараженная описторхами, повышена частота опухолей печени, развивающихся на фоне воспалительного процесса, вызванного описторхозом.

16.1.3.Роль гормонов в возникновении опухолей

Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что среди женщин, у которых менструации начинаются очень рано (раньше 14-летнего возраста), а заканчиваются поздно (климакс наступает позднее 50 лет), возрастает частота опухолей молочной железы и матки. Очевидно, это связано с увеличением периода, в течение которого эти органы подвергаются атаке эстрогенными гормонами.
В развитых странах репродуктивное поведение женщин определяется главным образом экономическими и социальными факторами. Наблюдается тенденция вступления в брак в более позднем возрасте, чем раньше, наступление первой беременности также в более позднем возрасте, и уменьшениия числа детей в семье. Все это увеличивает риск опухолей молочной железы и яичников. По некоторым данным аборты повышают канцерогенный риск. Отмечаются также некоторые ассоциации между половым поведением и возникновением опухолей, но они не являются прямыми. Так, при наличии многих сексуальных партнеров повышенный риск развития опухолей обусловлен, по-видимому, передающимися половым путем онкогенными вирусами.

16.1.4. Роль лекарств и медицинских процедур

Считается, что лекарственные прапараты и медицинские процедуры ответственны за 1 % всех опухолей человека. Это, прежде всего, процедуры, проводимые с целью диагностики заболеваний, лечение методами радиоактивного облучения и некоторые лекарственные препараты. Известно, что комплекс препаратов, применяющихся для лечения лимфомы Ходжкина, у 5% пациетов вызывает развитие острой лейкемии и в редких случаях рак мочевого пузыря. Иммунодепрессивные агенты вызывают увеличение частоты опухолей, в особенности в лимфоретикулярной ткани (лимфомы, лейкемии и др.). Применение эстрогенов для купирования симптомов климакса нередко приводит к развитию рака молочных желез и матки. Лекарственные прапараты для лечения бесплодия, в особенности те из них, которые имитируют эффекты гонадотропинов, например пергонал, предположительно увеличивают риск развития рака яичников. Применение гормона роста в детском возрасте чревато развитием лейкемии. Оральные контрацептивы предположительно увеличивают риск появления некоторых типов опухолей молочной железы. Нормальное развитие и функционирование молочной железы существенно снижает риск развития опухолей. В противоположность этому роды, не сопровождающиеся грудным вскармливанием (лактацией) ребенка, являются фактором, предрасполагающим к развитию опухоли. Например, автору этого пособия удавалось существенно повысить процент опухолей молочной железы и снизить латентный период их появления у мышей высокораковых инбредных линий путем отсадки новорожденных мышат от матери и предотвращения естественной лактации. Вскармливание материнским молоком, безусловно, важно для здоровья ребенка, так как он получает с ним все необходимое и прежде всего антитела; но еще в большей степени оно необходимо для здоровья матери, так как снижает для нее риск заболевания раком молочных желез.
В последнее время эпидемиологи бьют тревогу по поводу загрязнения окружающей среды веществами, обладающими эстрогенным эффектом. Их называют эко- или ксеноэстрогенами. Эти вещества стимулируют процессы деления клеток в молочных железах и других репродуктивных органах, обеспечивая предрасположенность к развитию опухолей (о влиянии экоэстрогенов см. также разд. 1.4).

16.1.5. Курение и рак

По данным американских онкоэпидемиологов 60 % опухолей человека обусловлено курением табака и неправильной диетой. Они констатируют, что курение является причиной 30 % смертей от рака. " Не будет преувеличением сказать, что рак легкого в наши дни является величайшим онкологическим экспериментом". Эти слова принадлежат онкологу К. Бауэру. Добавим к этому: экспериментом, который люди поставили сами на себе, разделившись на подопытную (курильщики) и контрольную (некурящие) группы.
Статистические данные свидетельствуют, что заядлые курильщики, выкуривающие две пачки сигарет в день, имеют в 20 раз больше шансов заболеть раком легкого. Эти данные позволили другому известному онкологу сказать, что только невежеством и предвзятостью можно объяснить отрицание прямой связи между курением и раком легкого. Ветеринары наблюдают увеличение рака легких среди собак и кошек, хозяева которых курят.
Курение обусловливает не только рак легких, но и дыхательных путей, пищевода, мочевого пузыря, поджелудочной железы, желудка и печени. При этом риск возникновения опухоли зависит от того, в каком возрасте человек начал курить, что курит, сколько, а также от сопутствующих условий и заболеваний. У "пассивных" курильщиков, т. е. у людей, которые сами не курят, но позволяют курить в их присутствии (дети из семей курящих родителей), частота рака легких меньше, чем у активных курильщиков, но больше, чем у людей, избегающих соприкосновения с табачным дымом.
В дыме сигарет много вредных для человека веществ: никотин, 3,4-бензпирен, многие металлы и др., всего около 4000 веществ. Среди них тяжелый металл кадмий. Онкологи его аббревиатуру Cd расшифровывают как cancer disease (так опасен этот металл!), Курильщики же добровольно потребляют его.
Если курение сочетается с употреблением большого количества алкоголя, увеличивается риск заболевания раком верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Кроме того, алкогольный цирроз - это неблагоприятный фон для развития первичного рака печени.
Несмотря на опасность не только для курильщиков, но всех людей остановить курение табака, это повальное безумие, пока не удается. Конечно, кое-какие шаги в этом направлении предпринимаются : некоторые фирмы не берут на работу курильщиков, не разрешается курить в рабочих помещениях, учебных заведениях и т. д. Однако в целом борьба с курением неудовлетворительна. Пока, к сожалению, нам не с чем себя поздравить. Как ни странно, решить эту проблему может помочь мода - если станет не модно курить. Надо заметить, что такая тенденция уже наблюдается.

16.1.6. Роль генетических факторов в возникновении злокачественных опухолей

Молекулярно-генетические исследования показывают, что причины рака кроются и в наших генах. Рак может начаться после повреждения химическим канцерогеном или радиацией важного гена в клетке. В результате мутировавшая клетка размножится, потомки ее образуют большой агрегат клеток - опухоль. В последнее время выявлены генетические мишени канцерогенов. Ими оказались гены, в норме участвующие в регуляции дифференцировки и пролиферации клеток. Они могут вовлекаться и в процесс канцерогенеза, вернее, оказать стимулирующее или ингибирующее влияние на канцерогенез. Эти гены можно разделить на два типа : 1) собственно онкогены, являющиеся результатом мутаций нормальных клеточных генов - протоонкогенов, которые приводят к их активации и количественному и качественному изменению продукта, способствующего канцерогенезу; 2) антионкогены и гены-супрессоры, которые осуществляют отрицательный контроль опухолевого роста - их изменение или утрата продукта снимает ограничение на опухолевый рост. Если для первого типа генов участие в канцерогенезе обеспечивается их активацией , то для генов второго типа - инактивацией. Все эти изменения могут быть вызваны канцерогенными веществами.
Вместе с тем оценивая причинно-следственную связь между канцерогенами и активацией онкогенов, нельзя не учитывать другую информацию, ставящую под сомнение необходимость активации онкогенов. Так, активация онкогенов выявляется не во всех индуцированных канцерогенами опухолях. В последнее время продолжает развиваться концепция, согласно которой ряд онкогенов взаимодействует в процессе канцерогенеза.
Для относительно небольшого числа опухолей человека установлена прямая связь с мутациями в определенных генах. Так, мутации в генах-супрессорах BRCA-1,2 и p53 обусловливают высокий риск рака молочной железы, в гене RB -- ретинобластомы, в генах Nf-1,2 и RET - опухолей мозга и щитовидной железы. Развитие меланомы ассоциировано с повреждениями генов MTS1 и CDN4. Вопрос о том, можно ли считать мутации в критических генах необходимым и единственным звеном в злокачественной трансформации клеток, является принципиальным, так как это определяет дальнейшую тактику выявления канцерогенных веществ, профилактики и терапии опухолей.
Гипотеза мутационного механизма возникновения опухолей была выдвинута немецким биологом Бовери в начале XIX в. Каково же состояние этой проблемы в настоящее время? Каковы связи между канцерогенезом и мутагенезом?
При исследовании в тестах на мутагенность было показано, что почти все (90%) канцерогены являются мутагенами. При этом многие канцерогены сами по себе опухоли не вызывают, не вызывают они и мутаций. Канцерогенными и мутагенными они становятся после метаболической активации в организме. Образовавшиеся высокоактивные продукты могут вступать в связь с ДНК, РНК и белками, что приводит к возникновению опухолей. Подтверждением ведущей роли мутаций в канцерогенезе являются факты, доказывающие, что в основе превращения протоонкогена в онкоген лежат мутации. Как показано для семейства генов RAS, мутации, в основном точечные, возникают преимущественно в 12-м и 61-м кодонах этих генов. Предполагают, что они возникают благодаря непосредственному связыванию канцерогенов с ДНК. При этом нарушение процесса репарации ДНК является необходимым условием для развития опухолей. Процесс развития опухолей протекает в две стадии: инициации и промоции. Мутации необходимы для прохождения первой стадии. Вторая стадия вызывается веществами, усиливающими действие канцерогенов. Таковы основные положения мутационной теории рака.
Противники этой теории выдвигают ряд аргументов, которые невозможно объяснить с точки зрения преобладающей роли мутаций в канцерогенезе. Во-первых, не все канцерогены, как уже было сказано, являются мутагенами. Таких веществ приблизительно 10 %. Игнорировать этот факт нельзя. Мутационист Дж. Эшби считает немутагенные канцерогены скрытыми мутагенами, т. е. вызывающими незначительные изменения ДНК, не улавливающиеся обычными тестами на мутагенность. Не проще ли согласиться, что раз некоторые канцерогены не являются мутагенами, канцерогенный эффект опосредуется совершенно другими механизмами, а мутации представляют собой одно из проявлений эффекта канцерогенов, не главное для развития опухолей. Приверженцы мутационной теории рака должны объяснить тканевую и видовую специфичность канцерогенов, т. е. способность некоторых веществ вызывать опухоли только у определенного вида животных или у многих, но в одной ткани. Не укладываются в эту теорию и случаи самопроизвольного излечения от опухолей.
Наряду с мутационной теорией канцерогенеза существуют представления, связывающие злокачественную трансформацию клеток с нарушением не структуры ДНК, а генетической программы, т. е. с эпигенетическими механизмами. Предполагают, что канцерогены взаимодействуют с факторами транскрипции и инактивируют их. Это обусловливает сбой в развертывании нормальной для данной ткани генетической информации. В результате в клетке может проявиться такое сочетание функционирующих генов, которое обусловит ее автономизацию от сдерживающих сигналов организма и образование злокачественной опухоли. Многочисленными экспериментами показано, что, действительно, у опухолевых клеток нет необычных свойств, но есть необычное сочетание свойств, характерных для нормальных клеток разных тканей, в т. ч. и эмбриональных. Концепция эпигенетического механизма канцерогенза позволяет объяснить многие факты, не объяснимые с точки зрения мутационной теории рака, а именно: отсутствие однозначного соответствия между канцерогенной и мутагенной активностью веществ, латентный период в формировании опухоли, необходимость длительного введения канцерогенов, обратимость ранних стадий канцерогенеза и т. д. По этой концепции канцерогенную активность веществ надо определять по их способности вмешиваться в нормальную дифференцировку клеток, по нарушению регуляции экспрессии генов.
Представления о механизмах канцерогенеза важны для выявления канцерогенных свойств химических соединений, с которыми в век бурного развития химии человек все больше сталкивается в повседневной жизни. Если основываться на генотоксическом механизме действия канцерогенов, то потенциально канцерогенные вещества нужно выявлять по их мутагенной активности. Были разработаны многочисленные тесты на мутагенность веществ. В них тестирование проводится на дрожжах, дрозофиле, клеточных культурах, грибах Физариум, на эритроцитах и т. д. Однако в случае, если канцерогенные вещества не обладают мутагенными свойствами, они тестами на мутагенность будут пропущены. Их необходимо и возможно тестировать по влиянию на экспрессию генов. В настоящее время такие подходы уже имеются.

16.2. Канцерогенные факторы и иммунная система

Все возможные причины возникновения опухолей являются в равной, а иногда даже большей степени причинами нарушения функции иммунной системы, которое можно обнаружить задолго до того, как будет диагностирована опухоль той или иной локализации. Многие онкологи считают, что в организме с нормальной иммунной системой опухоль возникнуть не может, что главным предрасполагающим моментом в этом процессе является подавление иммунитета. Это утверждение основано на гипотезе иммунологического надзора.
Эта гипотеза утверждает, что в обычных условиях иммунная система реагирует на появление в организме опухолевых клеток и включает все свои эффекторные механизмы для их уничтожения. Впервые эта гипотеза была сформулирована в 1900 г. Паулем Эрлихом, известным иммунологом, награжденным в 1908 г. Нобелевской премией за создание гуморальной теории иммунитета. Эрлих полагал, что опухолевые клетки распознаются иммунной системой как чужеродные и элиминируются.
В середине 60-х годов Макферлайн Бернет вернулся к этой гипотезе и досконально ее разработал. Он считал иммунологический надзор за генетическим постоянством соматических клеток главной функцией иммунной системы. Возникновение в процессе эволюции у позвоночных иммунной системы Бернет объяснял тем, что огромное число клеток, составляющих организм этих животных, обусловливает высокую вероятность появления в клетках различных генетических изменений. Часть этих изменений может обусловливать злокачественное перерождение клеток. Без системы защиты от таких клеток ни одно многоклеточное животное не смогло бы существовать.
Предсказания гипотезы иммунного надзора подтверждаются обширным фактическим материалом. Прежде всего показано, что многие иммунодепрессивные воздействия приводят к увеличению частоты возникновения опухолей. Это ярко проявляется при наследственных иммунодефицитах, характеризующихся дефектом Т-клеточного звена иммунитета. Пациенты с таким дефектом погибают, как правило, от различного рода опухолей. При развитии синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИДа) больные погибают либо от опортунистических инфекций, либо от опухолей. Еще одно доказательство в пользу существования иммунологического надзора за возникновением опухолей представляют реципиенты трансплантатов органов. Для предотвращения реакции отторжения этих пациентов подвергают иммунодепрессивной терапии в течение длительного времени. Есть данные, что опухоли у них возникают в 20 - 140 раз чаще, чем в обычных условиях. Таким же эффектом обладает длительная иммунодепрессия, применяемая для лечения аутоиммунных заболеваний.
Это все были аргументы в пользу гипотезы иммунологического контроля. Однако есть аргументы и против. Главный из них состоит в том, что у мышей nude, у которых отсутствует тимус и, следовательно, сильно угнетена тимусзависимая клеточная иммунореактивность (в результате чего им можно трансплантировать разные опухоли, в т. ч. и человека), никаких спонтанно возникающих опухолей вообще не обнаружено. Сторонники Бернета, пытаясь совместить этот феномен с представлениями парадигмы, объясняют отсутствие опухолей у мышей nude недостаточным сроком наблюдений - эти мыши обычно доживают лишь до 7 - 8 месячного возраста. Однако именно по теории Бернета опухоли у бестимусных мышей должны развиваться значительно раньше, чем у обычных. В одном из экспериментов этих животных содержали в стерильных условиях, в результате чего они доживали до такого возраста, в котором обычно возникают опухоли у обычных мышей. Оказалось, что у старых мышей nude опухоли возникали, но не чаще чем у нормальных мышей. Есть еще один серьезный аргумент против теории иммунологического надзора. Если у мышей высокораковых линий в раннем постнатальном периоде удаляли тимус, то возникновение у них опухолей молочной железы, вопреки ожиданиям, не стимулировалось, а наоборот тормозилось. У автора пособия имеются публикации на эту тему (см.. Попова Н.А. Влияние иммунодепрессии на рост опухолей молочной железы у мышей высокораковых линий А и С3Н. Сб." Вопросы теор. и прикл. Генетики. 1997. Новосибирск. Институт цитологии и генетики; Popova N. et a.l. The effect of thymectomy on mammary tumor development in mice.10th Meeting on mammary Cancer in experimental animals and man. Japan.1997).
Таким образом, основной постулат теории иммунологического контроля, а именно, что злокачественные опухоли возникают только в том случае, если иммунная система повреждена или если опухолевые клетки, утрачивая иммуногенность, ускользают от иммунного надзора, остается к настоящему времени недоказанной. Как жаль! Эта теория очень привлекательна; ведь окажись она верной, как просто можно было бы бороться с опухолями.
Сторонники противоположной точки зрения на взаимоотношения опухоли и организма полагают, что, поскольку опухоль возникает из нормальных клеток организма, она не отличается от них, поэтому иммунная система не реагирует на опухолевые клетки. Следовательно, опухолевые клетки гарантированы от иммунной атаки и могут свободно и безнаказанно размножаться в организме даже с нормальной иммунной системой. Но и эта гипотеза встречает возражения. Где же истина?
Постараемся ответить на этот вопрос, рассмотрев два других. Во-первых, могут ли опухолевые клетки экспрессировать на своей поверхности антигены, и, во-вторых, какие эффекторные механизмы развивает иммунная система, реагируя на эти антигены?
Некоторые опухоли, индуцированные онкогенными вирусами и химическими канцерогенами, экспрессируют специфические опухолевые антигены. Большинство же опухолевых антигенов не являются уникальными. Они экспрессируются и многими нормальными клетками, только, может быть, в меньшей степени. Они называются антигенами, ассоциированными с опухолью. Среди антигенов этого типа стадиоспецифические дифференцировочные антигены, такие как ?-фетопротеин в опухолях печени и раковоэмбриональный антиген в опухолях кишечника, а также белки, кодируемые онкогенами и генами-супрессорами. Поскольку на опухолевых клетках присутствуют антигены, отличающиеся от тканей организма, иммунная система должна распознавать их и развивать свои эффекторные механизмы (см.: Н.А. Попова. Иммунология, часть 2). Таким образом, на роль противоопухолевой иммунной реакции может претендовать только механизм клеточной цитотоксичности, осуществляемый Т киллерами. Однако многие опухоли успешно ускользают от Т киллеров. Этого добиваются опухолевые клетки, в которых синтез молекул МНС-I снижен вплоть до полного отсутствия. Вследствие этого Т-кил-лерный ответ на опухоль не развивается, поскольку Т киллеры распознают АГ только в комплексе с молекулами МНС - I.
Итак, из-за низкой иммуногенности большинства опухолей, а также из-за того, что опухоли легко избегают иммунной атаки, иммунологические механизмы нельзя считать главными в противоопухолевой защите организма. Тем не менее это не означает, что их вообще нет. На этом основана иммунодиагностика опухолей. Особенно широко этот метод применяется для иммунофенотипирования гемобластозов, каждая из форм которых соответствует стадии дифференцировки определенной ветви кроветворения. Эта закономерность настолько четко проявляется, что некоторые стадии онтогенеза лимфоцитов описаны благодаря соответствующим лейкозам. Именно так была определена ранняя стадия, на которой только начинается рекомбинация D и J-генных сегментов в В-лимфоцитах. Иммунофенотипирование является бесценным методом для определения терапии и для прогноза лечения. ?- Фетопротеин и раковоэмбриональный антигены относятся к серологическим маркерам солидных опухолей. Они используются для ранней диагностики соответствующих опухолей. Особое внимание онкологов в последнее время привлекает серологический маркер рака простаты (PSA); он, в частности, может применяться даже для диагностики клинически не проявляющихся опухолей, т. е. он годится для иммуномониторинга групп мужчин повышенного риска.
На роли иммунной системы в канцерогенезе основаны и методы иммунопрофилактики и иммунотерапии опухолей (см.: Н.А. Попова. "Иммунология", часть 2).
В большей степени, чем иммунная система, от опухолей организм защищает система неспецифической резистентности, а именно натуральные киллеры (НК) и активированные макрофаги. НК представляют собой гетерогенную группу больших гранулярных лимфоцитов, составляющих 0,6-2,4 % общего пула лимфоцитов. НК распознают опухолевые клетки способом, отличающимся от иммунологического распознавания, но еще не до конца изученным. Показано, что НК имеют несколько типов рецепторов. Одни активируют, другие подавляют их функцию. Уничтожение опухолевых клеток НК осуществляют за счет образования в клетке-мишени пор порообразующим белком перфорином, освобождающимся из НК при контакте с опухолевой клеткой.
Значительная роль в защите от опухолей принадлежит макрофагам (МФ). Их в большом количестве находят в регрессирующих опухолях. МФ, изолированные от животных-опухоленосителей, тормозят рост опухолевых клеток in vitro. Противоопухолевая активность МФ осуществляется за счет секреции токсичных для опухолевых клеток лизосомальных ферментов и фактора некроза опухолей (ФНО).
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что нарушение иммунологического надзора или неспецифических факторов защиты может создать фон, благоприятный для развития опухолей. Чем слабее иммунная система, тем она снисходительнее к измененным клеткам, тем легче возникают опухоли.
После того как опухоль возникла, она может осуществлять настоящую контратаку на иммунную систему или вербовать ее на свою сторону, так что усиление иммунитета приведет в последнем случае к стимуляции ее роста.
Опухолевые клетки могут экспрессировать FasL и, следовательно, запускать апоптоз Т-лимфоцитов, в норме экспрессирующих Fas. Показано, что Т-лимфоциты, инфильтрирующие некоторые опухоли, весьма чувствительны к FasL-опосредованному апоптозу. Следует также заметить, что опухолевые клетки совсем не эспрессируют или экспрессируют очень мало костимулирующих молекул B7, необходимых для активации Т-лимфоцитов. Опухоли, экспрессирующие FasL, вызывают гибель и натуральных киллеров, что позволяет им избегать их противоопухолевого эффекта. Поэтому чем больше FasL в опухоли, тем хуже прогноз. FasL может выделяться опухолевыми клетками в растворимой форме, благодаря мембранному шеддингу и вызывать апоптоз в клетках, например, печени. Таким образом, FasL является существенным фактором ингибирования противоопухолевой защиты организма. В связи с этим, одним из подходов к повышению противоопухолевого иммунитета может быть снижение чувствительности Т-лимфоцитов к FasL-опосредованному апоптозу. Это можно сделать, например, введением в Т-лимфоциты гена антисенс Fas РНК. Кроме того, исправить эту ситуацию можно химиопрепаратами (блеомицин, метатрексат, доксорубицин), повышающими Fas- опосредованный апоптоз опухолевых клеток, или осуществляя трансфекцию их кДНК р53, каспазы 1 или bax.
Из всего сказанного о причинах (только основных!) развития опухолей ясно, что знание их может существенно снизить заболеваемость людей. И это действительно наблюдается в отношении так называемых профессиональных раков. Ограничение соприкосновения с химическими канцерогенами на производстве значительно уменьшило риск заболеваемости. Но беда в том, что если раньше с канцерогенными веществами контактировали лишь ограниченные профессиональные группы населения, то в настоящее время, в условиях сильного загрязнения среды обитания человека, канцерогены "употребляют" очень многие: с выхлопными газами автомобилей, при попадании в пищу инсектицидов, диоксинов, многих мутагенных веществ, химических экотоксикантов и др. Один американский онколог так обрисовал современную ситуацию - мы живем опасной жизнью в "канцерогенном" океане. Логичнее ставить вопрос не почему так часто люди болеют раком, а почему некоторым все же удается дожить до глубокой старости, не заболев раком. Мы не знаем, как влияет на человека сочетание, с одной стороны, разнообразных канцерогенных факторов, а с другой - сочетание этих факторов с факторами, обеспечивающими генетическую предрасположенность к развитию опухолей. Последние, как известно, отвечают за чувствительность ткани-мишени к канцерогенному воздействию, метаболизм канцерогенов, гормональную регуляцию клеточного деления и т. д.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Москва. Мир. 1994. 3 тома
Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. Издательство НИИ Биомед. Химии. ООО "Материк-альфа". Москва. 2000
Успехи современной биологии т.121. № 4.С. 388-398. 2001(статья О.Л.Серова о модификации генома на уровне хромосом)
Молекулярная биология. Т. 35. № 4. 2001 (весь журнал посвящен биосинтезу белка)
Молекулярная биология (под ред. А.С. Спирина). Москва. Высшая школа.1990
Н.Грин, У. Стаут, Д.Тейлопр. Биология. Москва.Мир.1996
Общая биология.10-11 кл. Под редакцией В.К.Щумного, Г.М. Дымшица и А.О.Рувинского. Москва. Просвещение. 2001.
М.Сингер, П.Берг. Гены и геномы. Москва. Мир.1998.
Б.Льюин. Гены. Москва.Мир.1997
Дж.Уилсон, Т. Хант. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Москва. Мир.1994
Р. Рэфф., Т. Кофмен. Эмбрионы, гены, эволюция. Москва. Мир. 1986
М.Д.Голубовский. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-Петербург. Борей Арт. 262 с.
Попова Н. А. Экология и иммунитет. Учебное пособие. Новосибирск. Издательство НГУ. 2001. 108 с.
Попова Н. А. Иммунология. Часть 1 и 2. Учебное пособие. Новосибирск. Издательство НГУ. 1999-2001 г. 208 с.

<<

стр. 2
(всего 2)

СОДЕРЖАНИЕ