Odporność wrodzona i nabyta

W swojej pracy naukowej skupiam się na mysim modelu stwardnienia rozsianego (EAE) i na jego przykładzie postaram się wyjaśnić, skąd się biorą wspomniane we wstępie problemy. Zacznijmy od samej choroby, o której większość z nas coś słyszała. Stwardnienie rozsiane (SM) po raz pierwszy zostało rozpoznane w drugiej połowie XIX wieku przez Jeana-Martina Charcota. Z czasem coraz lepiej poznawano i opisywano kolejne wystąpienia tego schorzenia, a także badano biologiczne mechanizmy leżące u jego podłoża. Bardzo szybko zaobserwowano ogniska zapalne w tkance nerwowej. W tym samym miejscu następuje niszczenie mieliny – białka, które otacza wypustki komórek nerwowych, chroni je przed uszkodzeniem i ułatwia przewodzenie sygnału.

Rozwój nauki i immunologii pozwolił wskazać komórki układu odpornościowego, których udział w „ataku” na mielinę był najistotniejszy. To limfocyty T, teoretycznie jedne z najsprytniejszych i najlepiej się dostosowujących leukocytów naszego organizmu. Nim wyposażyła nas w nie ewolucja, posiadaliśmy jedynie odporność wrodzoną, taką która u wszystkich kręgowców działa podobnie, niezależnie od tego gdzie żyjemy, ile razy i na co chorowaliśmy, z jakimi patogenami mieliśmy kontakt. Te komórki zawsze reagują na to samo: nie rozpoznają grypy szczepu AH1N1 albo bakterii laseczki wąglika, za to dostrzegają, że w organizmie jest bakteria gram dodatnia lub wirus i będą zwalczały intruza jak każdą inną bakterię gram dodatnią czy każdego innego wirusa. Bez wdawania się w szczegóły. Za to limfocyty należą do odporności nabytej, to komórki, które są w stanie uczyć się i zmieniać. Po pierwszym spotkaniu z nowym patogenem zapamiętują go i przy kolejnym kontakcie mogą odpowiedzieć znacznie szybciej. Do tego nie atakują utartym schematem, stale szukają nowych zmiennych, innych białek lub fragmentów zarazków, które mogłyby wykorzystać. W ten sposób mamy oddzielną populację limfocytów zwalczających wirusa grypy, a zupełnie inną dla odry, a nawet różne dla tego samego patogenu, skierowane przeciwko innym jego częściom.

System działa bardzo skutecznie. Niestety niekiedy zbyt skutecznie. Zdarza się, że w czasie zapalenia limfocyty rozpoznają białko patogenu, które jest bardzo, bardzo podobne do naszego, ludzkiego. Komórki te będą reagowały na obecność danej cząsteczki, dopóki jej nie zwalczą – najpierw intruza atakującego organizm, a potem, jeśli się pomylą, także i nas samych (podkreślam, że rozpoznają bardzo, bardzo podobny do naszego fragment). To jest stan patologiczny prowadzący do chorób autoimmunizacyjnych, m.in. stwardnienia rozsianego i niszczenia mieliny.

Limfocyty są kluczowymi graczami

Jako że to schorzenie jest ważnym czynnikiem socjologicznym i ekonomicznym, niezbędne się stało badanie jego mechanizmów i szukanie terapii. Pierwszy model zwierzęcy (EAE) powstał w latach 20.-30. XX wieku i polegał na wielokrotnym podawaniu jednorodnej mieszaniny z fragmentów układu nerwowego. Substancją, która znacznie ułatwiała i ujednolicała indukowanie u zwierząt EAE – eksperymentalnego alergicznego zapalenia mózgu – był Adiuwant Freunda. Już sama nazwa wskazuje na różnicę względem stwardnienia rozsianego: u ludzi wystąpienie choroby jest spontaniczne, zaś w przypadku zwierząt konieczne jest jej wywołanie. To główny powód naszej nikłej wiedzy o etiologii schorzenia. Istnieją czynniki zwiększające ryzyko zachorowania, takie jak palenie papierosów czy zarażenie wirusem Epsteina-Barr, także podłoże genetyczne ma znaczenie i szansa wystąpienie SM u osoby spokrewnionej z chorym wzrasta o około 5%. Jednak te dane, opracowane głównie dzięki statystyce i analizie genetycznej osób już dotkniętych tym schorzeniem, to zaledwie czubek góry lodowej, większość mechanizmów nadal pozostaje ukryta. Jest to bardzo poważne ograniczenie: model nie pozwala na szukanie sposobów zapobiegania stwardnienia rozsianego, a „jedynie” leczenia osób, u których pojawiły się objawy.

Uważny czytelnik mógł też zauważyć jeszcze jedną różnicę między EAE a SM wynikającą ze sposobu indukowania tego pierwszego. Na początku – w niektórych przypadkach nadal się stosuje to rozwiązanie – do wywołania reakcji zapalnej używano całych fragmentów układu nerwowego. Pamiętajmy, że w tamtym czasie biologia nie była jeszcze na tyle zaawansowana, by izolować same komórki nerwowe lub ich fragmenty. W tkance nerwowej poza neuronami znajduje się też wiele wspierających ich pracę komórek, np. astrocyty czy mikroglej. Nie biorą one udziału w przewodzeniu sygnału, jednak są istotnym elementem systemu tworzącym środowisko sprzyjające uwalnianiu impulsów nerwowych i neuroprzekaźników. Podanie całego koktajlu zainicjuje reakcję ze strony układu odpornościowego, ale na wszystkie składniki. W przypadku choroby u człowieka cała odpowiedź immunologiczna skierowana jest tylko przeciwko jednemu konkretnemu białku – mielinie. To mielina i komórki ją produkujące są celowo niszczone przez limfocyty. Już samo to upośledza pracę neuronów i czyni je podatnymi na uszkodzenie. Reszta strat wynika z toczącego się stanu zapalnego, w którym m.in. intensywnie produkowane wolne rodniki (te same, które odpowiadają m.in. za starzenie naszej skóry lub uszkodzenie DNA) niszczą wszystko w swoim otoczeniu. W przypadku tego prostego modelu astrocyty są tak samo zwalczane jak mielina, nic nie działa wybiórczo. Jednak początkowe badania prowadzone na zwierzętach z EAE dały nam pierwsze istotne odpowiedzi: że to limfocyty są kluczowymi graczami oraz że następuje przerwanie bariery krew – mózg. To były kamienie milowe dla zrozumienia mechanizmu SM.

Różne modele EAE

Wraz z postępami prac pojawiła się nowa idea – zamiast podawać zwierzętom fragmenty układu nerwowego, lepiej wykorzystać agresywne limfocyty. Od jednego zwierzęcia ze znanym nam EAE pobierano krew, izolowano odpowiednie leukocyty (co jest możliwe dzięki receptorom, które są jak znaczniki mówiące o tym, jaka to komórka, czy jest aktywna i związana ze stanem zapalnym) i przeszczepiano zdrowemu biorcy. W tym wypadku objawy choroby pojawiają się dużo szybciej i obserwujemy znacznie ostrzejszy przebieg. Chociaż pozwala to na ustalenie wpływu zaangażowanych w niszczenie mieliny limfocytów na inne komórki układu odpornościowego, ocenę ewentualnej skuteczności leków w hamowaniu ich aktywności, to i ten model ma swoje wady. Najważniejszą jest fakt, że po kilku tygodniach dochodzi do samowyleczenia. Aby temu zapobiec, należałoby podawać kolejne grupy limfocytów, jednak to także nie jest wiernym odwzorowaniem stwardnienia rozsianego. Niemniej ten model najczęściej służy do badań nad tzw. rzutami i rolą limfocytów, a wyniesione z niego lekcje pomogły w opracowaniu także obecnie stosowanych terapii.

Dzisiejsi naukowcy mają do wyboru jeszcze inne modele EAE, np. związane z hodowlą zwierząt transgenicznych. Tworzony jest organizm ze zmienionym DNA, np. niezdolny to budowania jakiegoś bardzo ważnego dla neuronów białka. Dzięki tym manipulacjom uzyskujemy samorzutne pojawienie się objawów lub uniemożliwiamy hamowanie stanu zapalnego. Czy to dobre rozwiązanie? I tak, i nie. Manipulacja genetyczna, dokonywana często na etapie zarodka, związana jest ze zmianą w genie we wszystkich komórkach zwierzęcia. Jako biolog mam swoje ograniczenia – dobrze wiem, jak brak tego genu, i w konsekwencji białka, wpłynie na układ nerwowy. Jednak nie wgłębiałam się nigdy w jego znaczenie dla nerek lub serca. Dlatego przy takich organizmach i analizie wyników trzeba być bardzo czujnym, bo uzyskany efekt może być spowodowany wieloma zmiennymi ogólnoustrojowymi. Dlaczego to dobre rozwiązanie? Bo to jedyny sposób, byśmy mieli wgląd w te pierwsze etapy schorzenia, a to ogromnie ważne.

Ostatnim modelem, jaki chciałabym omówić, jest EAE, w którym zamiast fragmentów całego układu nerwowego podajemy konkretne białko. W chwili obecnej firmy komercyjne produkują np. MOG (myelin oligodendrocyte protein ) lub MBP (myelin basic protein ), które mogą posłużyć do indukcji choroby. Odpowiedź układu odpornościowego jest wtedy skoncentrowana na właściwym białku, nie całym koktajlu. Ma to swoje plusy: indukcja jest niezwykle powtarzalna, podobna we wszystkich zakątkach świata i naukowcy bez problemu mogą porównać swoje wyniki badań i się do nich wzajemnie odnosić. Jednak w tym wypadku okazuje się, że trzeba wziąć pod uwagę gatunek, na jakim pracujemy. U szczura laboratoryjnego EAE przyjmuje formę progresywną, czyli objawy postępują stale. Najczęściej występującym u ludzi typem stwardnienia rozsianego jest rzutowo-remisyjny, w którym po zaostrzeniu objawów następuje faza wyciszenia. Niestety nie sposób jej uzyskać u tych zwierząt, udaje się to tylko u niektórych szczepów myszy. Nad tą zagadką głowi się obecnie wielu naukowców, a ich praca może nam w przyszłości odpowiedzieć na pytanie, od czego zależy wystąpienie tej, a nie innej postaci SM. Jak widać ta wada modelu okazuje się także jego zaletą.

Postęp zawdzięczamy zwierzętom

Modele do badań nad stwardnieniem nie są doskonałe, jednak opracowywane są kolejne, coraz bliższe ludzkiemu pierwowzorowi. Niemniej z każdego pokazanego przeze mnie przykładu naukowcy wyciągnęli ogromną wiedzę o chorobie. Nie każdy wynik da się przenieść z tytułowej myszy na człowieka, jednak różnimy się od naszych braci mniejszych, co widać na pierwszy rzut oka. Tak czy inaczej postęp w dziedzinie hamowania stanu zapalnego w układzie nerwowym zawdzięczamy właśnie modelom zwierzęcym. Chociaż każdy z osobna skupia się na innym aspekcie choroby, to jednak zebrane razem i krytycznie analizowane potrafią wskazać nowe obszary badań i szanse na znalezienie najważniejszej odpowiedzi: jak zapobiec stwardnieniu rozsianemu.

Z czasem zrozumiano, że wiele schorzeń można zaliczyć do jednej grupy chorób autoimmunizacyjnych, w których to nasz własny układ odpornościowy jest zbyt gorliwy i zwalcza nas samych. Odkrycie to pozwoliło też na pojawienie się nieśmiałej nadziei, nadal obecnej wśród naukowców, że jeśli dość dobrze poznamy mechanizm i sposób, w jaki można go modulować, to stworzenie jednej terapii, skutecznej w wielu schorzeniach, będzie możliwe. Trzymajcie kciuki.