Чтобы проверить это, в 2004 году Умэцу подробнее изучил клетки Th1, реагировавшие на его вакцину из листерии и аллергена у подопытных мышей. Оказалось, что это не обычные T-хелперы. Они не выделяли тех сигнальных молекул, которые указывают иммунной системе, какие зараженные или иным образом поврежденные клетки собственного организма ей атаковать. Эти клетки Th1 выделяли интерлейкин-10 – универсальный сигнал, приказывающий иммунной системе "отменить боевую готовность". Этим свойством они напоминали другую недавно открытую породу иммунных клеток, получивших название регуляторных T-клеток, или клеток T-reg, помогающих удерживать иммунную систему от атаки тканей собственного организма – то есть от развития аутоиммунных реакций.
Класс регуляторных T-клеток за год до этого открыли японские иммунологи. Кроме того, они показали, что порча главного регуляторного вещества (Foxp3) клеток T-reg вызывает развитие фатального сочетания сильнейших аллергий, воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта и аутоиммунных расстройств. В дальнейшем в лаборатории Умэцу разработанную там листериево-аллергенную вакцину с успехом использовали для выработки толерантности к аллергенам, содержащимся в таких продуктах, как яйца, орехи и плесень, предотвращая развитие угрожающих жизни респираторных и пищевых аллергий. Что особенно важно, при участии этой лаборатории было показано, как безвредные бактерии, такие как убитые клетки листерии, могут способствовать выработке подобной толерантности. И сделать это удалось, задействовав не столь хорошо изученный, но намного более древний отдел иммунной системы.
Врожденный иммунитет
Т-клетки с их способностью узнавать и атаковать определенные антигены входят в состав так называемого адаптивного отдела иммунной системы. Адаптивная иммунная система работает поразительно эффективно: стоит ей однажды встретить определенный антиген, как в ней запускается производство долгоживущих клеток памяти, которые продолжают циркулировать по телу. Когда антиген опять покажет свое молекулярное лицо, эти клетки памяти начнут быстро размножаться, порождая целую армию клонов. Благодаря этому вакцины и некоторые разновидности инфекций и вызывают выработку длительного и даже пожизненного иммунитета.
Механизмами адаптивного иммунитета объясняется то, как иммунная система реагирует на угрозы, с которыми она уже сталкивалась. Но на протяжении большей части XX века иммунологи плохо понимали, каким образом "наивные" (то есть необученные) Т-клетки отличают антигены, которые стоит атаковать (связанные с болезнетворными микробами или пораженными клетками), от антигенов, по отношению к которым нужна толерантность (связанных с едой, мусором и пылью, встречающимися нам в повседневной жизни, а также с полезными бактериями, живущими у нас в толстой кишке).
Затем, в конце восьмидесятых и в начале девяностых, исследователи открыли древнее семейство белков, назвав их толл-подобными рецепторами. Их обнаружили на поверхности иммунных "клеток-разведчиков", работа которых состоит в том, чтобы ловить чужеродные вещества и предъявлять их генерал-майорам – Т-клеткам. В ходе дальнейшего изучения этих белков ученые поняли, что толл-подобные рецепторы представляют собой молекулы распознавания образов, реагирующие на уникальные для микробов генетические маркеры. Например, первые два открытых толл-подобных рецептора, TLRi и TLR2, связываются с липопептидами (жирными белками) на поверхности грамположительных бактерий. Активацию TLR3 вызывает вирусная РНК. TLR4 узнаёт характерные выступы на поверхности липополисахаридной оболочки грамотрицательных бактерий. TLR5 реагирует на химическое прикосновение жгутика (то есть "хвоста") плавающих бактерий. Толл-подобные рецепторы еще одной разновидности связываются с "голыми генами" (неметилированной ДНК), которыми пользуются все бактерии и многие вирусы.
У растений и беспозвоночных животных толл-подобными рецепторами усыпана поверхность клеток многих типов. Около 400 миллионов лет назад в ходе эволюции адаптивного иммунитета рыб и высших позвоночных клетки, несущие толл-подобные рецепторы, взяли на себя особую роль: они начали ловить микробов и другие чужеродные вещества и предъявлять их предварительно обработанные останки T-клеткам в качестве антигенов. Важнейшие из этих антиген-предъявляющих клеток – напоминающие осьминогов дендритные клетки, которые концентрируются под слизистыми оболочками дыхательной системы и пищеварительного тракта, протягивая свои длинные щупальца наружу, сквозь нежную выстилку соответствующих органов, и собирая пробы всевозможных бактерий, частиц пищи и других веществ, проносящихся или ковыляющих мимо.
После открытия толл-подобных рецепторов иммунологи увидели в дендритных клетках разведчиков и военных советников. Исследования показали, что эти клетки не просто предъявляют антигены T-клеткам для распознавания, но и производят при этом выплеск сигнальных цитокинов, которые позволяют им сообщать, заслуживает ли атаки данный антиген.
Затем, в 2001 году, иммунологи из Рокфеллеровского университета сообщили, что научились заставлять дендритные клетки выполнять ровно противоположную функцию – выключать адаптивный иммунный ответ. Им удалось это сделать, в течение долгого времени многократно стимулируя толл-подобные рецепторы этих клеток. Дальнейшие исследования подтвердили это неожиданное открытие, показав, что при отсутствии явных признаков опасности (таких как повреждения тканей) дендритные клетки реагируют на длительное присутствие бактериальных продуктов, таких как липополисахариды, выделяя успокаивающий цитокин толерантности – интерлейкин-1048. Это, в свою очередь, приводит к созреванию наивных Т-клеток, которые при этом превращаются не в вызывающие воспаления клетки Th1 или Th2, а в регуляторные T-клетки, передающие сигнал, выделяя еще больше успокаивающих иммунную систему цитокинов.
Когда Дейл Умэцу и его стэнфордские коллеги вылечивали мышей от астмы с помощью вакцины из убитых клеток листерии, они обнаружили, что можно извлечь дендритные клетки из организма мыши, которую лечили такой вакциной, ввести эти клетки другой мыши, страдающей от астмы, и вылечить ими от астмы и вторую мышь. Кроме того, они обнаружили, что астму у мышей можно облегчать, вводя больным мышам всего лишь обрезки бактериальной ДНК51. Умэцу говорит, что это демонстрирует возможность выключения вызывающего астму воспаления под действием бактерий или их ДНК не за счет простого смещения равновесия от аллергического иммунного ответа Th2 в сторону убивающего клетки ответа Th1, а за счет использования недавно открытого сигнального пути толерантности.
Эти данные прекрасно согласуются с данными Эрики фон Мутиус о здоровье фермеров и следующим из них выводом, что ранний и постоянный контакт с бактериями, присутствующими в постельных принадлежностях и в воздухе, способствует защите детей от аллергии и астмы. Это подтвердили и дальнейшие исследования семей фермеров, показавшие, что у тех сравнительно немногих фермерских детей, у которых аллергии или астма все же развиваются, часто имеются мутации в генах толл-подобных рецепторов, регистрирующих присутствие бактерий.
В 2005 году Умэцу вернулся в Гарвард, где он теперь продолжает свои исследования тайн иммунной системы с помощью убитых бактерий в стремлении разработать действенное средство от аллергии и астмы. При этом он внимательно следит за ведущейся в Великобритании работой, результатом которой может стать еще более необычная и еще более полезная разновидность бактериальной вакцины, чем его препарат из убитых клеток листерии.
Вакцина из грязи
Джон и Синтия Стэнфорд вернулись в Милл-хаус, свой фермерский дом XVIII века, ради небольшой передышки между двумя заграничными поездками. В это утро в конце зимы 2006 года процессия идущих к ним пациентов начинается еще до утреннего чая. Джон Стэнфорд, недавно вышедший на пенсию с должности заведующего отделением микробиологии Медицинской школы Университетского колледжа Лондона, ходит во фланелевой рубашке и плотных брюках. Пышная белая борода и взъерошенные волосы усугубляют производимое им впечатление жизнерадостной эксцентричности. Стоя в уютной натопленной кухне, он наклоняется, подставляя для поцелуя щеку первой посетительнице – полной, румяной английской бабушке в коричневой вязаной кофте и юбке с рисунком "в елочку". Сью Гамильтон-Миллер ходит на бактериальные инъекции уже больше двух лет, после того как у нее диагностировали неоперабельную меланому с метастазами в легких. "Меня уже везли в операционную, когда ко мне подошел доктор с результатами рентгена, – рассказывает она. – Он сказал: "Мне очень жаль. Оперировать нет смысла".
Синтия Стэнфорд ведет Сью в гостиную, где и стены и пол покрыты слоями персидских ковров. Синтия маленькая и стройная, в отличие от высокого и широкоплечего мужа. Их делает похожими некогда бледная, как у настоящих англичан, кожа, теперь покрытая пятнами плотного загара, полученного за десятки лет непростых путешествий по странам третьего мира. Когда, пригнув голову в дверном проеме, в гостиной появляется Джон, он уже держит в руках шприц, заполненный убитыми нагреванием клетками Mycobacterium vaccae в растворе борной кислоты, помогающем расщепить микроба на составляющие. Сью снимает кофту и закатывает рукав, открывая дюжину небольших розовых вздутий, идущих вдоль плеча. Это заживающие следы прошлых инъекций. "Они раздуваются с каждым новым уколом, – говорит она, – а потом опять спадают".
Сью обратилась к Стэнфордам, когда узнала от своего онколога, что стандартные методы лечения сулят мало надежды, учитывая степень запущенности ее рака. Муж Сью, Джереми, специалист по медицинской микробиологии из Королевской бесплатной больницы в Лондоне, следил за иммунологическими исследованиями Стэнфордов уже не один год, и Джон с Синтией охотно включили Сью в список своих пациентов, получающих экспериментальную вакцину в порядке благотворительной помощи.
Уже через несколько недель после первой инъекции M. vaccae анализы показали, что рост опухолей у Сью остановился. Затем, в ходе курса еженедельных, а затем ежемесячных инъекций, опухоли стали уменьшаться без всякой химиотерапии и лучевой терапии. К концу года рентгеноскопия грудной клетки показала, что опухоли в легких сжались до половины своего исходного размера. Сью продолжает ходить к Стэнфордам на дополнительные инъекции того, что британские СМИ окрестили "вакциной из грязи" (dirt vaccine). Список недугов, от которых она должна помогать, вызывает искушение сравнить ее с шарлатанской панацеей: это не только рак, но и множество аллергических расстройств, в том числе астма и несколько разновидностей аутоиммунных заболеваний, и даже туберкулез и проказа. "Причина всех этих заболеваний в дисбалансе иммунной системы, – утверждает Джон, – в том, что иммунный ответ, вместо того чтобы очищать тело от пораженных клеток, оказывается недейственным или разрушительным".
Разработка метода иммунотерапии на основе Mycobacterium vaccae продолжается с начала семидесятых, когда Джон и Синтия вместе с пятью своими маленькими детьми исколесили всю Уганду, собирая образцы почвы. Они искали в почве что-нибудь, что могло бы объяснить, почему вакцина БЦЖ (BCG, Bacillus Calmette-Guerin – Бацилла Кальметта – Герена) так эффективно защищает угандийских детей от туберкулеза и проказы. Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium leprae, возбудители этих болезней, входят в число полудюжины болезнетворных представителей обширной группы почвенных бактерий, отличающихся восковыми, водоотталкивающими клеточными стенками. БЦЖ, самая популярная вакцина во всем мире, содержит ослабленный штамм еще одной микобактерии, M. bovis, которая может вызывать туберкулез у крупного рогатого скота. Когда вакцина БЦЖ помогает, она обеспечивает выработку перекрестного иммунитета к человеческому туберкулезу, точно так же как полученная Эдвардом Дженнером знаменитая вакцина из коровьей оспы защищала людей от натуральной оспы.
Но вакцина БЦЖ с давних пор обескураживала врачей широкой изменчивостью своего защитного действия. Она оказывается эффективнее у младенцев, чем у детей постарше и взрослых, а степень даваемой ею защищенности у населения в целом варьирует от 80 % в одних странах до о % в других. Даже в пределах Уганды, страны размером со штат Миннесота, эффективность этой вакцины варьирует в зависимости от региона, достигая максимума на труднодоступных берегах озера Кьога – неглубокого внутреннего водоема, где люди из кочевых племен купаются и откуда берут воду для питья.
Исследователи туберкулеза, такие как коллега Стэнфордов Джон Грейндж, уже давно высказывали предположение, что изменчивость действия БЦЖ может быть отчасти связана с чем-то вроде природной повторной иммунизации, при которой благодаря контакту с безвредными микобактериями из окружающей среды у человека вырабатывается перекрестный иммунитет. Большинство микобактерий, многочисленных в топких, богатых кислородом болотах и на заболоченных берегах, живут не заражением людей, а расщеплением и переработкой растительных остатков. Принимая это во внимание, Стэнфорды начали обследовать почву и воду Уганды по сеточной схеме в поисках одной или нескольких разновидностей микобактерий, которые сильно коррелировали бы с хорошей реакцией на БЦЖ у местных детей. Из грязи на берегах озера Кьога Джон выделил M. vaccae. Из всех микобактерий, живущих в почве у озера Кьога, объясняет он, именно у M. vaccae имеется та сложная, богатая антигенами клеточная стенка, которая, по его мнению, должна вызывать особенно сильный иммунный ответ.
Поначалу, работая с M. vaccae, Джон стремился прежде всего создать вакцину от туберкулеза и проказы, которая была бы эффективнее БЦЖ или сама по себе, или в комбинации с ней. В обоих направлениях им были получены умеренно хорошие результаты. Другая, более амбициозная его задача состояла в том, чтобы научиться с помощью M. vaccae очищать от инфекции организмы людей на ранних этапах развития этих болезней. И M. tuberculosis, и M. leprae вызывают хроническое прогрессирующее заболевание лишь у 10 % зараженных. У остальных 90 % сильный иммунный ответ типа Th1 очищает организм от инфицированных тканей. Прогрессирующее разрушение легких при хроническом туберкулезе и обширное повреждение костей, хрящей и нервной системы при проказе развивается в тех случаях, когда иммунная система выбирает смешанный ответ типов Th1 и Th2, в результате чего разрушаются ткани, окружающие инфицированные клетки, постоянно отгораживая инфекцию, вместо того чтобы ее уничтожить. Джон надеялся, что если реакция иммунной системы на M. vaccae будет достаточно сильной, то инъекция убитых бактерий может оказаться одним из способов переориентировать иммунную систему пациента в направлении желаемого целебного ответа. Тем самым это могло бы дать надежду в тех случаях, когда чрезвычайно устойчивый к медикаментам штамм не удается уничтожить антибиотиками.
В 1975 году, перед тем как начать инъекции своей экспериментальной вакцины кому-нибудь другому, Стэнфорды ввели ее друг другу. "Если бы мы не были готовы применять ее на себе, мы едва ли могли бы предлагать ее другим людям как безвредную", – объясняет Синтия. Впоследствии оказалось, что она была, по-видимому, первым человеком, которому помогла эта вакцина. "После того как небольшое розовое вздутие на месте инъекции исчезло, я совсем забыла о ней, – вспоминает она, – пока мы снова не оказались в Англии, холодной, сырой зимой, когда я заметила, что у меня больше не развивается, как обычно, синдром Рейно".
Синдром Рейно, аутоиммунное расстройство, при котором у людей нарушается кровоснабжение конечностей, может приводить к болезненному онемению пальцев рук и ног, обычно в качестве реакции на холод или стресс. Этим наследственным заболеванием страдали многие в семье Синтии, поэтому в течение всего следующего года ее мать, сестра и младшая дочь Томасина раз в несколько месяцев по очереди получали инъекции новой вакцины. И им тоже полегчало. "Тогда мы заметили, что исчезают и другие расстройства", – говорит Синтия. У ее матери начал регрессировать рак спинного мозга, у сестры прошел артрит, а у дочери на два месяца прекратилась астма и уже никогда не начиналась в полную силу. Врачи, испытывавшие вакцину из M. vaccae в азиатских лепрозориях и туберкулезных диспансерах, тоже отмечали приносимую ею неожиданную пользу. Из Индии поступали сообщения о пациентах, у которых после вакцинации проходили симптомы псориаза. Это аутоиммунное расстройство развивается, когда иммунная система убивает здоровые ткани кожи и мертвые клетки накапливаются на ее поверхности в виде шелушащихся серебристых бляшек.
Полезные эффекты вакцины из M. vaccae уже имели прецедент. Еще в шестидесятые годы врачи сообщали, что у детей, привитых БЦЖ, наблюдалась пониженная заболеваемость аллергиями, астмой, аутоиммунными расстройствами, такими как сахарный диабет первого типа, и даже лейкемией. С конца семидесятых вакцину БЦЖ использовали даже как средство от рака, особенно эффективное против небольших опухолей при поверхностном раке мочевого пузыря. Работавший в том же направлении американский хирург-ортопед Уильям Коули первым стал применять бактериальные вакцины для лечения саркомы – злокачественных опухолей костей, мышц и других соединительных тканей. Вакцина, которую использовал Коули, состояла из смеси убитых клеток Streptococcus pyogenes и Serratia marcescens. Американская медицинская ассоциация одобрила использование этой вакцины еще в 1936 году, но она вышла из употребления в течение следующего десятилетия в связи с растущей популярностью радиотерапии и химиотерапии. Более долговечной оказалась интересная идея, что контакт с определенными бактериями, будь они живыми или мертвыми, может каким-то образом побуждать иммунную систему к эффективным действиям. Стэнфорды пришли к заключению, что M. vaccae – лишь одна из многих бактерий, живущих в природной среде, от которых у нашей иммунной системы выработалась зависимость, мешающая ей оптимально работать в их отсутствие. "Нам удалось выявить целый ряд родственных бактерий, способных вызывать подобные полезные изменения в работе иммунной системы", – говорит Джон.