7. Хирург Томас Гибсон вместе с зоологом из Оксфорда Питером Медаваром пересадил на поврежденные участки маленькие кусочки кожи ее брата. К сожалению, пересаженные ткани быстро отторглись, оставив на ранах женщины мертвые лоскуты кожи. Попытку повторили, но отторжение произошло еще быстрее. Произведя биопсию образцов пересаженной кожи и проанализировав проникшие в них клетки, Медавар и Гибсон начали понимать, что за отторжение кожи отвечает иммунная система – точнее, иммунные клетки, которые позднее были идентифицированы как Т-клетки. Медавар заявил, что “чужое” распознается иммунной системой организма при участии Т-клеток8.
Медавар знал о работах британского иммунолога Питера Горера и американского генетика Кларенса Кука Литтла, которые независимо друг от друга пересаживали ткани мышам. Если донор и реципиент происходили из одной линии, пересаженные ткани (обычно опухолевые) “признавались” и росли, но опухолевая ткань мыши из другой линии отторгалась иммунной системой. (У Литтла был маниакальный и всепоглощающий интерес к “генетической чистоте”. Он выводил инбредные линии мышей для экспериментов по трансплантации – а это ключ к пониманию Т-клеточной толерантности. Еще он разводил экспериментальных собак и имел собственный выводок такс. Вероятно, те же инстинкты сделали его ярым приверженцем евгеники, что подмочило его репутацию как ученого[106].)
Но какие факторы отвечают за совместимость (или толерантность) – за распознавание “своего” и “чужого”? В поисках спокойного места вдали от еженедельных университетских дискуссий по поводу совместимости и пересадки опухолей Кларенс Литтл в 1929 году основал “Лабораторию Джексона” на участке земли площадью сорок акров на берегу Атлантического океана в Бар-Харборе, штате Мэн. Здесь он мог спокойно разводить тысячи мышей. Из окна открывался потрясающий вид: долгими летними вечерами кампус был залит волшебным светом Северной Атлантики. А вот исследования в области пересадки тканей оставались неупорядоченными – неразрешимая биологическая загадка с сотнями запутанных и переплетенных наблюдений. Литтлу это казалось бессмыслицей.
Массово пересаживая опухоли между мышами разных линий, Литтл понял, что в отторжении пересаженной ткани иммунной системой задействован не один ген, а несколько. В начале 1930-х годов Лаборатория Джексона стала центром притяжения для исследователей, занятых поисками загадочных генов совместимости, ответственных за распознавание “своего” и “чужого”. Для участия в трансплантационных исследованиях Литтл пригласил в лабораторию молодого ученого Джорджа Снелла, выпускника Дартмутского колледжа и Гарвардского университета. Он скрещивал мышей, поколение за поколением, выводя животных, которые либо принимали, либо отторгали пересаженную ткань. Снелл был немногословным затворником, холодным, как океанская вода, и чрезвычайно упорным: однажды, когда при пожаре в лаборатории погибла вся колония мышей, которых скрещивали на протяжении как минимум четырнадцати поколений, он лишь отряхнул свой лабораторный халат и принялся скрещивать мышей заново.
Селективное скрещивание с параллельной проверкой толерантности к “своему” и “чужому” принесло плоды. Снелл создал множество “иммунных близнецов” – мышей с полностью совместимыми тканями. Если пересадить кожу или другую ткань от одной такой мыши ее собрату, ткань будет принята как своя собственная. Но еще важнее, что в результате скрещиваний были получены две линии почти идентичных в генетическом плане мышей, которые тем не менее отторгали ткани друг друга.
Снелл использовал этих животных для изучения генетики “своего” и “чужого”9.[107] К концу 1930-х годов, основываясь на работе Горера, он постепенно нашел группу генов, ответственных за толерантность. Он назвал их Н-генами – генами гистосовместимости (histo означает “ткань”, а “совместимость” указывает на возможность принятия чужой ткани в качестве своей). Снелл понял, что версии этих Н-генов определяют иммунологические границы “своего”. Если у организмов одинаковые Н-гены, можно пересадить ткань одного из них другому. Если Н-гены разные, пересаженная ткань будет отторгнута.
На протяжении следующих десятилетий у мышей были обнаружены новые гены гистосовместимости, и все они оказались “упакованы” рядком на 17-й хромосоме (у человека эти гены в основном располагаются на 6-й хромосоме). Возможно, самый значительный прорыв в исследованиях произошел после установления функции этих генов. Выяснилось, что большинство из них кодируют функциональные молекулы ГКГС – те самые молекулы, что помогают Т-клеткам распознавать мишени.
Давайте сделаем небольшое отступление. В иммунологии, как и в любой науке, случаются моменты грандиозного просветления, когда казавшиеся разрозненными наблюдения и необъяснимые явления складываются в единое и понятное механистическое представление. Как организм узнает собственные клетки? Дело в том, что каждая клетка тела синтезирует набор белков гистосовместимости (Н2), которые отличаются от белков чужих клеток. Когда в ваше тело встраивают кожу или костный мозг из другого организма, Т-клетки воспринимают его белки ГКГС в качестве чужеродных молекул (“не своих”) и отторгают внедрившиеся клетки.
Какие гены кодируют белки, отличающие “свое” от “чужого”? Те самые, которые обнаружили и назвали генами Н2 Снелл и Горер. У человека есть несколько главных, “классических” генов гистосовместимости и, вероятно, еще много других, среди которых как минимум три (или больше) однозначно связаны с совместимостью или отторжением пересаженных тканей. Один ген, называемый HLA-A, существует более чем в тысяче вариантов, среди которых есть распространенные, а есть очень редкие. Один вариант каждый из нас наследует от матери, другой – от отца. Второй ген, HLA-B, тоже имеет тысячи вариантов. Можете себе представить, что количество сочетаний лишь этих двух вариабельных генов невообразимо велико. Вероятность того, что этот “штрихкод” у вас окажется таким же, как у постороннего человека, которого вы случайно встретили в баре, исчезающе мала (и это дополнительная причина, чтобы с ним или с ней не сходиться).
А что делают эти белки, когда не занимаются отторжением пересаженных тканей или чужеродных клеток? Ведь это, совершенно очевидно, искусственное явление, по крайней мере у человека (возможно, это не так у губок или других организмов). Как показали Ален Таунсенд и другие ученые, главная задача этих белков заключается в обеспечении иммунного ответа при анализе внутреннего содержимого клеток и обнаружении вирусной инфекции.
Короче говоря, молекулы Н2 (или HLA) выполняют две связанные функции. Они представляют пептиды Т-клеткам, чтобы те обнаружили инфекцию и других захватчиков и вызвали иммунный ответ. А кроме того, они служат определяющим фактором для распознавания различий между клетками разных индивидуумов и тем самым определяют границы организма. Таким образом, за отторжение чужеродных тканей (вероятно, важное для примитивных организмов) и распознавание захватчиков (важное для сложных многоклеточных организмов) отвечает одна и та же система. И обе функции опираются на способность Т-клеток распознавать пептидный комплекс ГКГС (измененное “свое”).
Теперь давайте рассмотрим другую часть загадки – вопрос о “слегка измененной” собственной материи. Как я упоминал выше, Т-клетки используют молекулы ГКГС для узнавания “своего” и отторжения “чужого”. Но как они узнают, происходит ли пептид, представленный на собственной молекуле ГКГС, из нормальной клетки (иными словами, является частью нормального клеточного набора пептидов) или принадлежит чужеземному захватчику, такому как встроившийся вирус, который проник в клетку и “стал своим”? Я много говорю о войне: Kampf — нападение на патогенов с помощью токсичных веществ, отторжение пересаженных тканей. А что можно рассказать о мире? Почему наши иммунные клетки, нагруженные токсичными веществами и нацеленные на отмщение, не оборачиваются против нас же самих?
Явление самотолерантности ставило иммунологов в тупик. В начале 1940-х годов в Мэдисоне, штате Висконсин, генетик и сын фермера-молочника Рэй Оуэн поставил эксперимент, в концептуальном плане противоположный эксперименту Питера Медавара. Медавар пытался понять явление отторжения, или непереносимости чужого материала. Почему иммунная система сестры отвергала кожу брата? Оуэн поставил вопрос иначе: почему Т-клетки не воюют с хозяйским телом?10 Как они приобретают к нему толерантность?
Из жизни на ферме Оуэн знал, что коровы иногда приносят телят-близнецов, зачатых от двух разных быков: гернзейская корова может носить двойню, зачатую от гернзейского и герефорд-ского быков, если оба оплодотворили корову в один и тот же фертильный период. Такая двойня имеет одну плаценту, но у них разные красные кровяные клетки с разными антигенами. Обычно гернзейские коровы отторгают кровь герефордских коров. Однако Оуэн обнаружил, что в тех редких случаях, когда у близнецов кровеносные системы в плаценте объединяются, между ними не происходит отторжения. Как будто плацента обучала иммунную систему одного животного “толерантности” по отношению к клеткам другого.
На идею Оуэна почти не обратили внимания. Однако в 1960-е годы, когда иммунологи начали всерьез размышлять на тему толерантности, о его результатах вспомнили. При развитии эмбриона происходит какой-то контакт с антигеном, который заставляет иммунную систему воспринимать его в качестве “своего” и не атаковать клетки, выставляющие его на своей поверхности. В книге “Свое и чужое”, опубликованной в 1969 году, Макфарлейн Бёрнет (на тот момент уже удостоенный Нобелевской премии за создание клональной теории антител) выдвинул новую теорию для объяснения наблюдений Оуэна. Отдавая должное экспериментам Оуэна, Бёрнет писал: “Чтобы антигенная детерминанта воспринималась в качестве чужеродной, требуется, чтобы ее не было в теле