Что такое тимус и какую роль он играет в воспитании нашей иммунной системы? Почему угасание этого органа делает пожилых людей более подверженными развитию инфекций и рака? Об этом — фрагмент из книги «Иммунитет. Путешествие по загадочной системе, благодаря которой мы живы» Филиппа Деттмера, немецкого популяризатора науки, основателя Kurzgesagt — In a Nutshell — просветительского ютьюб-канала c многомиллионной аудиторией. Кровь5 публикует отрывок с разрешения издательства «Портал».

Убийственный университет тимуса

Учиться в школе или университете — занятие утомительное. Расписания, тесты, вечная необходимость выдавать хороший результат, какие-то люди, да еще и вставать ради всего этого приходится в самую рань. Но за проведенное там время вы превращаетесь из подростка (пожалуй, это худшая стадия в жизни человека) в полезное и вполне функциональное человеческое существо (в идеале).

Однако наши с вами учебные заведения вполне безобидны, а в чем-то даже смешны по сравнению с университетом адаптивной иммунной системы, который обучает клетки. Итак, университет тимуса. Тимус, или вилочковая железа, — это необходимый для нашего выживания орган; в каком-то смысле эта железа решает, в каком возрасте мы умрем, а потому, подумаете вы, наверняка она должна быть не менее известна, чем печень, легкие или сердце. И при этом, что удивительно, большинство людей о ней даже не подозревают. Может быть, дело в том, что эта железа очень уж некрасива.

Несмотря на свой неприглядный вид, тимус служит главным вузом иммунной системы (в его филиалах, расположенных в костном мозге, обучаются В-клетки). Здесь проходят обучение одни из самых могучих и важных клеток адаптивной иммунной системы — Т-клетки, или Т-лимфоциты.

Мы уже успели повстречать на поле боя одну группу Т-лимфоцитов, когда они подарили иммунной системе гарантированную победу, но их характеристики пока не обсуждались. Т-клетки выполняют множество функций: они командуют другими клетками, служат противовирусным оружием, убивают опухолевые клетки. Об этом мы тоже потом поговорим, а пока давайте запомним: без Т-лимфоцитов нам не жить. Возможно, стоит даже назвать их самыми важными во всей адаптивной иммунной системе. Однако перед тем как они вступят в бой, им приходится пережить смертельно опасное обучение в университете тимуса. Провалить экзамен — не значит пойти на пересдачу. Здесь наказание за провал — смерть.

Судьба лимфоцита: как устроен адаптивный иммунитет

В живых остаются только лучшие. Как уже упоминалось, адаптивная иммунная система смешивает фрагменты генов, чтобы создать огромное разнообразие рецепторов, способных связываться с любым возможным белком, который в этом контексте называется антигеном.

Это означает, что каждый Т-лимфоцит имеет всего один определенный рецептор, способный распознавать один определенный антиген. Но в этом кроется недостаток буквально жизненного значения: у значительной части Т-лимфоцитов может оказаться рецептор, способный соединяться с белками наших собственных клеток. И это не какие-то абстрактные рассуждения. Подобные совпадения приводят к ряду вполне реальных и серьезных заболеваний, от которых страдают люди по всему миру, — они называются аутоиммунными.

Представьте себе, что рецепторы Т-клеток способны связываться с белками на поверхности клетки кожи и не понимают, что это дружеская клетка. Тогда Т-лимфоцит попытается ее убить. Или хуже того: раз у человека много клеток кожи, Т-лимфоцит решит, что весь организм окружили враги, поднимет тревогу и заставит иммунную систему прийти в боевую готовность и начать процесс воспаления, — итогом станет полнейший хаос. Что, конечно, печально, но совсем не так страшно, как если то же самое произойдет с нервными клетками или клетками сердца.

Очевидно, наш организм эту проблему воспринимает всерьез, и именно поэтому у нас есть убийственный университет тимуса. Когда юные и свежие Т-клетки прибывают туда на учебу, перед ними стоит задача преодолеть три этапа обучения, а точнее, пройти три экзамена.

На первом выясняется, способен ли Т-лимфоцит создавать функционирующие рецепторы. Если бы это было учебное заведение для людей, преподаватели проверяли бы, с собой у студентов тетради и учебники или нет. Только, если студент что-то не принес, никто не будет отправлять его домой, ему сразу выстрелят в лоб. Итак, первый этап преодолевают Т-клетки, у которых с рецепторами все в порядке. И это уже неплохо! Второй экзамен — позитивный отбор. Преподаватель проверяет, умеет ли студент распознавать рецепторы клеток, с которыми придется работать. Аналогия в человеческой школе: преподаватели смотрели бы, есть ли в ручках учащихся чернила и в каком состоянии рабочие тетради. Наказание за проваленную проверку — смерть.

Добрый трансплантатор: как Роберт Гуд узнал, зачем людям тимус

Первые два этапа позади, и на третьем, самом важном, происходит негативный отбор. Наверное, это самый сложный этап. Вопрос простой: узнает ли Т-лимфоцит своих? Может ли его рецептор связываться с основными белками организма? С теми белками, которые делают нас нами? Единственный приемлемый ответ: «Нет, ни в коем случае».

На этом экзамене Т-клеткам показывают самые разные белки, которые встречаются в организме. Кстати, все это происходит довольно увлекательным образом: у клеток-профессоров есть особая лицензия, благодаря которой им можно производить любые белки, которые обычно производятся в сердце, поджелудочной железе, печени, а также гормоны вроде инсулина. Таким образом клетка-преподаватель может показать своим студентам любые белки с пометкой «свой». Если экзаменуемый распознает хоть один из этих белков, его выведут вон и тут же расстреляют.

Только сегодня из этого сурового места у вас в груди выйдут примерно от 10 до 20 миллионов Т-лимфоцитов — всего около 2% выживших. И эти клетки настолько разнообразны, что в организме окажется по крайней мере одна на каждого потенциального врага во Вселенной.

Печально, но уже сейчас убийственный университет потихоньку начинает сворачивать образовательные услуги: с нашего раннего детства эта железа постепенно иссыхает и сжимается. Когда мы достигаем пубертата, этот процесс только ускоряется. С каждым годом вашей жизни клетки тимуса постепенно превращаются в клетки жира или просто бесполезную ткань. Университет отказывается от одного факультета за другим; чем старше вы становитесь, тем больше он увядает, а примерно в 85 лет окончательно закроет двери для абитуриентов. И если вам нравится жить, вряд ли вас это очень радует.

Блески и нищета селезенки. Исследуем самый загадочный кроветворный орган

В организме есть и другие центры подготовки Т-лимфоцитов, но с закатом тимуса возможности иммунной системы только уменьшаются. Как только исчезает вилочковая железа, нам приходится обходиться уже подготовленными к атаке клетками. Угасание активности тимуса — главная причина, по которой пожилые люди в большей степени подвержены инфекционным заболеваниям и раку, чем молодежь.

Почему так? Просто природу мало интересует, что с нами будет, когда мы уже не сможем производить потомство, а значит, нет никакого особенного эволюционного давления, за счет которого отбирались бы самые живучие пожилые особи.

Что ж, мы узнали, что адаптивная иммунная система оснащена самой большой библиотекой во Вселенной — Т-лимфоциты способны составлять из фрагментов генов миллиарды рецепторов (у каждой клетки по одному). И что в сумме Т-клетки, каждая со своим уникальным рецептором, способны узнать любой возможный антиген во Вселенной. Чтобы ваша адаптивная иммунная система случайно не распознала собственные клетки организма и не напала на них, Т-лимфоциты проходят суровое обучение и отбор, после которого выживают лишь немногие. И тогда мы получаем клетки, каждая из которых реагирует на одного специфического врага, который угрожает нашему здоровью.