Чтение с Кровь5: фрагмент из книги «Невероятный иммунитет»
Дэниэл Дэвис, профессор иммунологии Университета Манчестера, написал увлекательную книгу «Невероятный иммунитет. Как работает естественная защита вашего организма». С разрешения издательства «Лайвбук», выпустившего ее на русском языке, Кровь5 публикует фрагмент – о том, как температура и стресс помогают иммунитету бороться с патогенами и даже раком.
Однажды в начале 1996 года я наткнулся на метод, каким можно помочь иммунным клеткам бороться с раком. Мне тогда было двадцать пять лет, я только что защитил диссертацию по физике в Глазго и прибыл в Гарвардский университет изучать иммунную систему. Глава лаборатории Джек Стромингер еще в 1950-х помогал разобраться, как действует пенициллин, и с тех пор пытался понять, как Т-клетки выявляют признаки болезни в теле; эта работа сделала его претендентом на Нобелевскую премию. В его группе было полно целеустремленных и талантливых ученых – человек двадцать в основном студгородке Гарварда, где работал и я, и еще двадцать – во второй лаборатории, которую Стромингер возглавлял, в паре миль от университета – в Гарвардской медицинской школе, и все они знали об иммунной системе гораздо больше, чем я смог усвоить, пока учил физику. Казалось, меня взяли по какой-то канцелярской ошибке.
Когда я приехал, лаборатория Стромингера пыталась разобраться, как и в какой мере наши белые кровяные тельца под названием «естественные киллеры» способны расправляться с раковыми клетками. Для этого исследования такие клетки выделяли из крови – кровь брали у исследователей, работавших в том же коридоре, – и смешивали их с раковыми клетками разных видов. Затем раковые клетки помечали радиоактивным изотопом, чтобы, если их уничтожат, радиоактивным стал бульон, в котором плавали обломки убитых клеток. Затем нужно было измерить радиоактивность жидкости и из этих данных делать выводы, какая часть раковых клеток уничтожена естественными киллерами. В один прекрасный день, вероятно, потому что образование у меня в первую очередь физическое, а не биологическое, я задумался, что произойдет, если клетки слегка нагреть.
Никакой гипотезы на проверку у меня не было, как не было и прогноза, чем дело кончится, – я просто заинтересовался. Слегка нагрел раковые клетки – где-то до 41 градуса по Цельсию – и обнаружил, что уничтожение произошло гораздо эффективнее.
Возиться дальше с этим наблюдением я не стал, но через несколько лет другие ученые совершили прорыв – поняли, почему это происходит: нагревание способно заставить раковые клетки некоторых видов выдавать на поверхность стресс-индуцируемые белки – так их называют, потому что клетка показывает эти белки в состоянии стресса. Не в бытовом смысле слова «стресс», но клетки все же переживают то, что именуется «стрессовым откликом», когда повреждаются, например, под воздействием высоких температур, ядов или ультрафиолета. Из-за жара белковые молекулы теряют форму, а УФ-излучение способно испортить генетический материал клетки, и если у клетки возникают такие неприятности, она выделяет на поверхность белковые молекулы, которых нет в здоровой клетке. Эти белки – пометки на поврежденных клетках, и когда естественные киллеры засекают их на клетке, они ее атакуют. Мое исследование тут значения не имеет – большое открытие совершили те, кто понял суть процесса, – но иллюстрирует, как наука иногда движется вперед, когда у кого-нибудь возникает побочный вопрос. Поэтому многие руководители лабораторий любят нанимать людей с несмежным образованием. Я сам, возглавив лабораторию, знаю, что в первоклассную лабораторию меня, доктора физических наук, взяли не по ошибке. Профессура в Гарварде знает, как преуспевать.
Мысль о том, что можно лечить рак нагреванием, не нова. Более того, она встречается в старейшем известном описании этой болезни – в папирусе Эдвина Смита, 3000-летней давности. Скорее всего, копия древнеегипетской медицинской прописи, папирус Эдвина Смита подробно излагает, как лечить рак груди горячими лезвиями и палочками. Наверное, это были попытки выжечь раковые клетки, а не лечить болезнь как-то изощреннее. Впрочем, современные эксперименты показывают, что нагревание способно не только выжигать больные клетки, но и действительно помочь в лечении некоторых разновидностей рака. У мышей с раком легких определенного вида, например, лихорадочная температура понижала вероятность распространения опухоли. А содержание мышей в емкости, нагретой до 30 градусов по Цельсию, способно увеличить число Т-клеток, проникающих в опухоль и поражающих там больные клетки. (Что не доказывает прямое действие: мыши, содержащиеся в теплых условиях, менее оживлены, больше пьют и так далее, а любая из этих особенностей поведения, в общем, может укреплять иммунный ответ.)
В сегодняшней медицине температуры выше 50 градусов по Цельсию иногда применяют для прямого уничтожения раковых клеток – посредством радиоволн, например.
Иногда, чтобы помочь одновременно введенным химическим препаратам, температуры, сопоставимые с теми, когда у человека жар, иногда вызывают локально или же во всем теле пациента – такое лечение называется гипертермическим. Однако нагрев – не самая обыденная процедура лечения рака. Дело в том, что взаимосвязь жара, стресс-индуцируемых белков, воспаления и рака оказалась гораздо сложнее, чем было известно, когда я проводил свой тепловой эксперимент.
Начать с того, что наша иммунная система пусть нередко и способна подавлять или устранять рак, она умеет и противоположное, и существует по крайней мере два способа, какими рак может получить преимущество от иммунного отклика, а возникающие при этом осложнения от тепла станут еще тяжелее. Во-первых, многие раковые клетки присваивают себе черты иммунных – экспрессией наборов белков, используемых иммунными клетками, – и тем самым делаются способны откликаться на цитокины и другие выделяемые при воспалении вещества. Это позволяет клеткам рака перехватывать сигналы, по команде которых иммунные клетки размножаются и перемещаются в организме, и таким образом разрастаться и распространяться. Во-вторых, плотные опухоли от местного воспаления иногда выигрывают, потому что оно способно увеличить подачу питательных веществ и кислорода к этому месту. Более того, иммунные клетки могут оказаться настолько выгодны раковым, что, бывает, некоторые опухоли не избегают иммунных атак, а выделяют белковые молекулы, которые привлекают иммунные клетки селиться внутри самой опухоли. Такие опухоли часто выделяют гормоны, меняющие природу иммунного отклика на месте опухоли, – они отключают способность иммунных клеток нападать, попутно поддерживая благотворное для опухоли местное воспаление. Опухоль, поддерживающую местное воспаление, иногда воспринимают как незаживающую рану.
Приткнувшийся на границе Индии и Непала Горакхпур являет собой сочетание хаоса и загрязнения крупного промышленного города и крайней нищеты, характерной для сельских районов Индии. Единственная ветка железной дороги и автотрасса, находящаяся не в лучшем состоянии, соединяют Горакхпур с Лакнау — столицей штата.
Еще одна сложность состоит в том, что раковые клетки, показывающие на поверхности стресс-индуцируемые белки – белки, которые естественные киллеры определяют как признак болезни, – способны выделять вовне растворимые разновидности тех же самых белков. Эти выделения действуют как приманка, налипают на рецепторные белки иммунных клеток и тем самым не дают им засекать раковые клетки. Но опять-таки может происходить и совершенно противоположное. В некоторых экспериментах было обнаружено, что растворимые выделения стресс-индуцируемых белков из опухолей помогают клеткам-киллерам быть еще бдительнее и нападать на опухоль деятельнее. Иными словами, выделения из раковых клеток могут в одних обстоятельствах отключать иммунную атаку, а в других – усиливать. Это передовая область сегодняшнего знания, здесь наше понимание смутно, и именно поэтому так трудно разобраться, когда, по каким причинам и для каких типов рака может быть полезно увеличивать или уменьшать производство стресс-индуцируемых белков – нагреванием или как-то еще.
Пока оставим в стороне этот особый случай рака, хотя то, что при воспалении у всех теплокровных животных повышается базовая температура тела – мы это называем жаром или лихорадкой – подсказывает, что такая способность дает им неимоверно важное преимущество в выживании, особенно потому, что такое повышение температуры тела сопряжено с большими энергозатратами: повышение температуры тела на один градус требует ускорения метаболизма на 10–12%.
Еще удивительнее то, что холоднокровные животные – пресмыкающиеся, рыбы и насекомые – тоже переживают лихорадку во время заражения. Неспособные менять температуру изнутри, они добиваются жара, перебираясь в среду потеплее.
Поразительно то, что поведение, связанное с поиском тепла, у зараженной игуаны или тунца можно изменить лекарствами, которые сбивают жар у людей, – аспирином, например. Это означает, что во всяком случае некоторые химические и биологические процессы, подталкивающие рептилию или рыбу при инфекции искать пространство потеплее, похожи на те, что протекают в человеческом организме при жаре. Даже у растений бывает нечто похожее на лихорадку: замечено, что в некоторых случаях грибкового поражения листьев фасоли у них повышается температура.
На протяжении почти всей истории человечества лихорадке приписывали демонические или сверхъестественные свойства, ее считали необходимым устранять. Весь XVIII и XIX век люди, как это часто говорилось, умирали от лихорадки: желтой, пурпурной, денге, тифозной и так далее. Для лечения лихорадки лекари применяли зверские методы – вызывали у пациентов потение и тошноту или пускали им кровь. Ныне мы знаем, что жар – тоже отклик тела на болезнь, а не болезнь как таковая. Повышенная температура у нас случается всю жизнь, то и дело: периодическое напоминание о том, насколько наше самочувствие сводится к фундаментальной физиологии тела.
Подъем температуры помогает телу бороться с инфекциями всевозможными способами – он и воздействует на микробов и вирусы напрямую, и активизирует деятельность иммунной системы. Большинство микробов, поражающих человеческий организм, эволюционировали так, чтобы благоденствовать при нормальной температуре тела хозяина. В результате скорость размножения вируса, когда температура подскакивает, например, до 40–41 градуса по Цельсию, падает двухсоткратно. Жар также помогает иммунной системе: благодаря ему в кровяное русло попадает больше иммунных клеток из костного мозга, где они и производятся. Вследствие этого – а также потому, что из-за жара иммунные клетки производят рецепторные белки, направляющие клетку к местам воспаления, – жар увеличивает приток иммунных клеток туда, где они нужны. Когда клетки оказываются в нужном месте, всевозможную деятельность с их участием подстегивает именно тепло: макрофагам лучше удается поглощать бактерии, В-клетки производят больше антител, дендритные клетки успешнее включают Т-клетки и так далее. Но, как и со всем, что связано с иммунной системой, с этим процессом тоже можно переборщить. Лихорадка редко бывает по-настоящему опасна, однако иногда может вызвать судороги. Гораздо более распространенный эффект – ощущение, что ваши ум и тело вам временно не принадлежат.
