Чтобы предотвратить подобную реакцию, мышиное антитело следовало преобразовать в белок, более сходный с обычными человеческими антителами. «Этот процесс, выразительно называемый очеловечиванием антител, представляет собой столь же тонкое и деликатное искусство, что и перевод романа на иностранный язык» – так красноречиво охарактеризовал этот этап разработки лекарства американский онколог Сиддхартха Мукерджи в своей книге «Царь всех болезней. Биография рака»[7].
Суть очеловечивания, или, как еще говорят, гуманизации, антител заключается в том, чтобы в гене антитела по максимуму заменить мышиную последовательность нуклеотидов человеческой, сохраняя при этом в неприкосновенности вариабельную часть, отвечающую за распознавание антигена. Схематически этапы этого пути показаны на рисунке. Итоговое антитело получило название трастузумаб – окончание «зумаб» указывает на то, что это антитело больше чем на 90 % идентично человеческому белку и лишь 10 % последовательности в нем остались от первоначального мышиного белка.
В 1992 году начались клинические испытания препарата на пациентках, чьи опухоли синтезировали повышенное количество белка HER2 (это легко определялось методами гистохимии по образцам биопсии). Исследования продолжались несколько лет. Лишь в 1998-м Genentech обнародовал их результаты на встрече членов Американского общества клинической онкологии, а в 2003 году трастузумаб начали широко использовать в терапии. Таким образом, для практической реализации научной идеи потребовалось более 15 лет напряженной работы многих сотен людей – от исследователей, выделявших спленоциты из селезенки мышей, до врачей, проводивших клинические исследования в госпиталях.
Эффект «Герцептина» (под таким коммерческим названием трастузумаб поступил в продажу) связан с его воздействием сразу на несколько сигнальных путей. С одной стороны, блокируя HER2-рецептор, это лекарство прерывает бесконечный цикл клеточных делений в раковых клетках. С другой – привлекает иммунные клетки с Fc-рецепторами, и они начинают атаковать опухоль. С третьей – блокирует рост кровеносных сосудов, которые необходимы, чтобы обеспечивать опухоль кислородом и питательными веществами.
Не выдерживая такой множественной атаки, опухоль начинает сокращаться в размерах, а потом и вовсе исчезает. Зачастую бесследно. Во всяком случае, многие пациентки, принимавшие участие в первых клинических испытаниях «Герцептина», живут и здравствуют и поныне – притом что первоначальный диагноз не обещал им больше пары лет, а то и нескольких месяцев жизни.
«Герцептин» был лишь одной из первых ласточек. За последние два десятилетия на рынок вышли десятки препаратов на основе моноклональных антител. С их помощью борются с самыми разными заболеваниями – от меланомы до ревматоидного артрита, от лимфомы до патологических процессов в сетчатке глаза, приводящих к слепоте. Перспективы развития терапии на основе моноклональных антител выглядят вдохновляющими, однако у этого метода есть свои ограничения. Антитела эффективны там, где речь идет о лигандах и рецепторах (или других доступных белках), однако они бессильны, если молекулярная поломка произошла в белках, работающих внутри клетки.
Моноклональные антитела, вероятно, никогда не смогут полностью заменить традиционные лекарственные препараты – небольшие молекулы, способные проникать через плазматическую мембрану. Но этого и не нужно. Довольно того, что они значительно расширили наши возможности противостоять многим тяжелым и опасным заболеваниям, в том числе и связанным с иммунной системой. В этой книге мы еще неоднократно будем говорить о разных вариантах иммунотерапии на основе моноклональных антител.
Глава 19РЕЦЕПТОРЫ ПРИОБРЕТЕННОГО ИММУНИТЕТА. ЛОТЕРЕЯ – ПЕРВЫЙ РАУНД
Гоги:
– Учитель, но как это понять?
Учитель:
– Гоги, это невозможно понять, это надо просто запомнить.
Множество изотипов антител – это всего лишь малая доля феноменального разнообразия, присущего этим белкам. Количество вариантов константной части С-домена не идет ни в какое сравнение с таковым изменяемого V-домена. Именно за счет трансформаций этой части появляются миллионы разнообразных антигенраспознающих рецепторов.
Это еще одна сложная глава – дальше будет проще, обещаю. Не пугайтесь, если не сможете справиться с ней сразу, ведь я сама написала ее лишь с третьей попытки. Пролистните и просто запомните пока, что у В- и Т-клеток есть специальные молекулярные механизмы, позволяющие из одного гена получить миллионы вариантов антигенраспознающих рецепторов, а к техническим подробностям того, как именно это происходит, вернетесь как-нибудь потом. Я вам честно скажу: редкий иммунолог с ходу сможет припомнить все детали этого процесса.
Как уже упоминалось выше, своей формой антигенраспознающие рецепторы похожи на букву Y, образованную несколькими белками-иммуноглобулинами. «Рожки» этой буквы отвечают за распознавание чужеродных молекул (V-домен), а «ножка» – за передачу сигнала активации в иммунную клетку (С-домен). В свою очередь, в составе «рожек» также можно выделить нескольких участков, которые обозначают буквами V, (D) и J. (D в скобках указывает на то, что этот участок присутствует не во всех иммуноглобулинах.)
Кстати, я понятия не имею, зачем для обозначения вариабельного домена и одного из его участков использовали одну и ту же букву V, хотя в английском алфавите полным-полно других подходящих букв. Но, как мы еще не раз убедимся, придумывая названия для тех или иных объектов и явлений, ученые редко ставят своей целью сделать жизнь коллег проще. Скорее уж наоборот, их можно заподозрить в намерении всех окончательно запутать. Так что придется вам смириться с тем, что за разнообразие антигенраспознающих рецепторов отвечает вариабельный V-домен, один из участков которого тоже называется V.
Внимательный читатель наверняка заметил «подвох» в описании разнообразия рецепторов адаптивного иммунитета. Как же так, ведь буквально несколько глав назад упоминалось, что количество кодирующих участков в геноме человека не превышает 20–30 тысяч? Откуда же вдруг взялись миллионы разнообразных В-клеточных рецепторов/антител?..
Над разгадкой этого секрета десятилетиями бились ученые. Одним из них был японский исследователь Судзуми Тонегава. В 1976 году он в экспериментах показал, что гены, кодирующие антитела, претерпевают перестройки, за счет которых создается огромное разнообразие антител. В 1987 году Тонегава, как вы уже, наверное, догадались… получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине с формулировкой «за открытие механизмов разнообразия антител». Меня саму уже несколько утомила частота упоминания этой знаменитой премии в книге, но из песни слова не выкинешь: онкология и иммунология – два направления, наиболее щедро вознагражденные Нобелевским комитетом за сотню с лишним лет существования премии. Так что это упоминание определенно не последнее.
Что же именно установил Тонегава? Оказалось, что, в отличие от всех остальных генов человеческого организма, последовательности, кодирующие антигенраспознающие рецепторы, изначально представляют собой не готовый ген, с которого сразу же может считываться готовый белок, а что-то вроде набора «сделай сам». Сперва в нем идет длинная последовательность, кодирующая множество вариантов V-участка, потом такие же «кассеты» с (D) – и J-участками, а в самом конце несколько вариантов консервативного С-участка. Специальные ферменты случайным образом вырезают из каждой зоны по одному фрагменту, чтобы собрать активный ген. Чем-то это похоже на смешные гадательные таблички, которые часто можно встретить в социальных сетях: «Вспомните день, месяц и год своего дня рождения и узнайте, какой костюм будет на вас в новогоднюю ночь». Варианты собираются довольно затейливые, например «игривая директриса в сауне» или «веселая монашка с ядерным оружием».
Использование такой перетасовки дает уже несколько десятков тысяч вариантов рецепторов, но этого недостаточно. Дополнительная изменчивость достигается за счет случайного мутирования и вставок. Иерархию вариабельности рецепторов адаптивного иммунитета можно описать следующим образом.
Наличие 30–40 вариантов зародышевых V-генов и комбинирование V-доменов двух цепей при построении антигенсвязывающего участка приводит к формированию 1000–1500 вариантов клеточных рецепторов (40 × 40 = 1600).
Комбинация различных зародышевых V- и J-, а для половины цепей – еще и (D)-сегментов повышает эту величину на один-два порядка.
Вдобавок к троекратному увеличению вариабельности приводит смещение рамки считывания в (D)-сегменте.
Также к увеличению числа вариантов приводит неточная локализация разрывов цепей ДНК V-, (D) – и J-сегментов при рекомбинации генов, а также дополнительных мутаций.
В конечном счете, по некоторым данным, разнообразие антигенраспознающих участков достигает для В-клеточных рецепторов 1012–1017, для T-клеточных рецепторов – 1012–1019 вариантов. Поистине головокружительное количество комбинаций!
При этом изменения вносятся только в распознающий (вариабельный) участок рецептора, а часть, передающая сигнал внутрь клетки (консервативная), не меняется. Таким образом, самые разные чужеродные антигены, связываясь с антигенраспознающим рецептором, запускают один и тот же сигнальный путь активации В- или Т-лимфоцитов – в отличие от лигандов системы врожденного иммунитета, которые, связываясь с разными рецепторами, запускают разные (хотя и пересекающиеся) сигнальные пути.
Стратегия приобретенного иммунитета сколь проста, столь и расточительна. Невозможно предсказать, с каким именно патогеном доведется встретиться тому или иному организму, но если синтезировать миллионы различных рецепторов, способных связывать миллионы разных антигенов, то среди них с достаточно высокой вероятностью найдется хотя бы один для каждого случайного микроорганизма. Таким образом, основной характеристикой адаптивного иммунитета является разнообразие репертуара Т-клеточных и В-клеточных рецепторов.