Иммунитетом движет перекись

Постоянно совершенствующиеся вирусы и бактерии не дают покоя нашим защитным системам. За миллионы лет эволюции В-лимфоциты позвоночных научились синтезировать антитела, Т-киллеры безошибочно распознают мишени, судьбе которых после этого не позавидуешь, а разнообразные клетки-хелперы и регуляторы по мере надобности усиливают или ослабляют иммунный ответ.

Но всё это лишь вторая часть универсальной реакции, и на её развитие требуется как минимум неделя. Начинается же противостояние с неспецифичных защитных редутов: слизистые отделения, задерживающие проникновение «врагов» в организм; ферменты, разрушающие бактериальные стенки; кислая или щелочная среда; плотные контакты между эпителиальными клетками, исключающие проход любых частиц. В том же случае если целостность покровов нарушается, за дело принимаются макрофаги, которые начинают пожирать всё и вся, и нейтрофилы, превращающие небольшую рану в настоящий «пожар» за счёт активных форм кислорода, «сжигающих» почти всё живое.

Филипп Нитхаммер из Медицинской школы Гарварда и его коллеги сумели доказать, что

перекись водорода, помимо своих окисляющих свойств, выступает ещё и в роли «приманки» для лейкоцитов, которые за 20 минут покрывают расстояние в сотни микрометров, двигаясь к центру воспаления.

Работа учёных принята к публикации в Nature.

Любое повреждение, будь то заноза, ожог, обморожение, ржавый гвоздь или асептический разрез скальпелем, приводит к развитию воспаления. Эта реакция настолько универсальна, что все её этапы изучены и расписаны буквально по часам.

А вот молекулы, заставляющие клетки мигрировать в очаг или, наоборот, покидать его, известны пока далеко не все. Поиск таких молекул затруднен из-за их, во-первых, небольшой концентрации, а во-вторых, кратковременности появления в очаге воспаления; да и прочего «мусора» там в этот момент настолько много, что выудить искомое соединение не так-то просто.

Принцип «знать, что искать» неплохо сработал для пептидов, связывающихся с характерными рецепторами на поверхности «вербуемых» клеток. Основная проблема в определении новых факторов – понять их природу.

Это стало самым трудным и в работе Нитхаммера: трудно поверить, что обычная перекись водорода может играть такую же роль, как и сложные пептиды.

Точно так же, как в конце прошлого века ныне нобелевские лауреаты поверили в оксид азота, регулирующий тонус сосудов. Справедливости ради стоит отметить, что подобную гипотезу насчет пероксида высказывали и ранее, но частично подтвердить её удалось только in vitro.

Авторы нынешней работы пошли даже значительно дальше: они доказали новую роль перекиси на примере не отдельных тканей, а целого организма, ограничившись впрочем пока лишь личинкой рыбки данио. Ещё на одноклеточной стадии эмбрионального развития в геном рыбки встроили «пероксидный сенсор», сшитый с желтым флуоресцирующим белком. В результате по интенсивности и спектру флуоресценции можно было оценить концентрацию перекиси водорода в любой ткани рыбки.

Ученые предпочли работать с хвостом, делая на нем насечки и наблюдая за изменением яркости, а вместе с ним и за миграцией в очаг воспаления лейкоцитов. «Пожар» начинался уже через 3 минуты, достигая максимума через 20. Подобный взрыв собирал лейкоциты с участка диаметром 200 микрометров, что в десятки раз превышает размер самих иммунных клеток.

Но и на этом открытия Нитхаммера не закончились: ученые продемонстрировали, что перекись в тканях в первые минуты после повреждения синтезируют не специализированные клетки крови, а сами эпителиальные клетки. Делают они это благодаря ферменту duox: в его отсутствие ни перекиси, ни лейкоцитов в ране практически не обнаруживалось.

Это очередное подтверждение тому, что сигнальные системы в нашем организме могут быть гораздо проще, чем кажется на первый взгляд.

Хотя возникновение этой системы осталось за рамками исследования, не исключено, что сигнальную роль перекись приобрела вторично. Сначала покровные клетки синтезировали её для защиты от бактерий, а с появлением специализированных защитных клеток эта же молекула стала для них сигналом. Привычные же нашим клеткам защитные пептиды появились миллионы лет спустя.