Dlaczego układ odpornościowy nie atakuje komórek własnego organizmu?

Układ odpornościowy służy do ochrony organizmu przed wszelkiego rodzaju obcymi najeźdźcami, Do wykonania swego zadania wytwarza on wiele rodzajów komórek, z których najważniejsze są limfocyty B i T (litery oznaczają odpowiednio szpik kostny bone marrow, i grasicę thymus, gdzie wytwarzane są te komórki). Komórki te mają na swej zewnętrznej powierzchni struktury zwane receptorami, działające jak klucze pasujące do zamków na cząsteczkach atakujących organizmów. To rozpoznanie cząsteczkowe jest głównym elementem odpowiedzi odpornościowej.

W normalnych warunkach każda komórka organizmu prezentuje na swojej powierzchni fragmenty białek, przenoszonych tam przez inne wyspecjalizowane cząsteczki. Te eksponowane białka odgrywają w organizmie taką samą rolę, jak hasło w wojsku. Przechodzące obok limfocyty T wyczuwają te białka i pozostawiają komórkę w spokoju. Mówimy, że limfocyt T „rozpoznaje swoich”. Choroby autoimmunizacyjne, takie jak stwardnienie rozsiane czy reumatoidalne zapalenie stawów, występują wtedy, gdy szwankuje system rozpoznawania hasła i układ odpornościowy zaczyna atakować zdrową tkankę.

Jednym z największych problemów immunologii stało się poznanie, w jaki dokładnie sposób układ odpornościowy rozpoznaje „swoich” – na przykład dlaczego atakuje komórki przeszczepionej wątroby, a pozostawia w spokoju własną wątrobę pacjenta?

Układ odpornościowy wytwarza miliardy różnych receptorów, a odpowiedź odpornościowa jest wyzwalana wtedy, gdy jeden z nich pasuje do cząsteczki intruza. Ta różnorodność molekularnych kluczy tworzona jest zasadniczo przez przypadkowe mieszanie fragmentów białek, tak więc jest wysoce nieprawdopodobne, by układ odpornościowy nie wytworzył limfocytów T, mogących atakować komórki gospodarza. Jednak testuje on komórki T, zanim uwalniane są one z grasicy do organizmu. Ponieważ grasica składa się, jak każda tkanka, z komórek, każdy limfocyt T, którego klucz pasuje do zamka jej komórki, zwiąże się nieuchronnie z najbliższą komórką. Gdy to się stanie, komórka T przestaje rosnąć i w końcu ginie. Stąd dojrzałe limfocyty T, które opuszczają grasicę, nie reagują z komórkami własnego organizmu.

Nie wiemy dokładnie, dlaczego limfocyty T i B, wyselekcjonowane pod kątem zdolności ignorowania własnych komórek, nagle zaczynają je atakować. Jedna z popularnych teorii głosi, że wirusy, usiłujące wtargnąć do wnętrza komórek, przedstawiają układowi odpornościowemu cząsteczki naśladujące białka gospodarza. Proces ten mógłby przygotowywać układ do atakowania każdej komórki noszącej podobne antygeny, nawet komórki własnej.

Jak to się często zdarza we współczesnej medycynie, postępowanie z chorobami autoimmunizacyjnymi wymaga szczegółowego zrozumienia tego, co dzieje się na poziomie molekularnym. Przykładem może być stwardnienie rozsiane (SM – sclerosis multiplex), gdzie limfocyty T i B atakują osłonki otaczające włókna nerwowe w mózgu i rdzeniu kręgowym. Najpierw jeden zespół cząsteczek błony komórkowej limfocytów T przyczepia się do odpowiednich cząsteczek ścian naczyń krwionośnych, wyzwalając produkcję białek, powodujących powstanie w ściance naczynia małego otworu. To pozwala przejść limfocytom T przez ścianę naczynia krwionośnego do mózgu. Tutaj napotykają one na powierzchni komórek nerwowych cząsteczki wyzwalające i zapoczątkowują odpowiedź odpornościową. W wyniku tego inne komórki układu odpornościowego, jak również same limfocyty T, zaczynają współpracować w niszczeniu osłonek wokół wypustek komórek nerwowych.

Zrozumienie podstawowych procesów zaangażowanych na poziomie molekularnym w rozwój choroby pozwoliło naukowcom rozpocząć wielokierunkowy atak na stwardnienie rozsiane. Pomysł opiera się zasadniczo na podzieleniu na etapy łańcucha zdarzeń naszkicowanego powyżej i znalezieniu cząsteczki, która będzie blokowała każdy z nich. Jedną z technik jest zastosowanie leków wstrzymujących procesy dostarczania fragmentów białek na powierzchnię komórek nerwowych. Pierwsza uznana terapia SM (w 1993 roku) polegała na zastosowaniu leku zwanego interferonem beta, który zapobiega wytwarzaniu cząsteczek przenoszących te białka. Bez tych nosicieli na powierzchnię komórki nie dostają się żadne białka, które byłyby antygenem rozpoznawanym przez komórki T i rozwój choroby zostaje zatrzymany.

Inne strategie, znajdujące się właśnie na etapie badań, blokowałyby proces chorobowy w innych miejscach. Na przykład naukowcy pracują nad wytworzeniem cząsteczek-pułapek, które dołączałyby się do cząsteczek zwykle dostarczających białka do powierzchni komórki, uniemożliwiając tym cząsteczkom prezentowanie antygenów aktywizujących limfocyty T. Inna metoda polega na poszukiwaniu substancji uniemożliwiających komórkom T przyklejenie się do ścian naczyń krwionośnych przez zajmowanie „lepkich miejsc” w limfocytach T lub na ścianach naczyń. Wyobraźmy sobie tę strategię jako przykrywanie fragmentów „rzepu” albo na limfocycie T, albo na naczyniu krwionośnym – fragmentów, które w przeciwnym razie zlepiłyby się ze sobą. Możemy również próbować wytworzyć przeciwciała atakujące niektóre z cząsteczek uszkadzających osłonkę nerwu.

Ta długa lista możliwości ilustruje drogę, jaką prawdopodobnie podążać będzie medycyna w przyszłości. Najpierw zrozumiemy podstawowe działanie procesu chorobowego na poziomie cząsteczkowym, następnie poszukamy odpowiednich strategii molekularnych dążących do jego zablokowania. Skoncentrowałem się tutaj na stwardnieniu rozsianym, lecz spodziewam się, że strategia ta w przyszłości dotyczyć będzie wielu schorzeń.