Причины возникновения аллергии

Ирина Баранская

Что такое аллергия — болезнь или защитная реакция организма, выработанная веками? У учёных мнения расходятся, и, видимо, именно поэтому лекарство, которое бы раз и навсегда избавило нас от неприятных симптомов, пока ещё не найдено. Мы предлагаем вам статью с интересными фактами и исследованиями, которые проливают свет на эту проблему.

Madalena Pestana/flickr.com

Madalena Pestana/flickr.com

У меня никогда не было ярко выраженной врождённой аллергии на что-то. Один раз лет в шесть меня обсыпало из-за того, что я объелась клубникой — это всё, что я могу рассказать о своих аллергических реакциях. У некоторых моих знакомых аллергические реакции на цветение определённых растений (тополиный пух) появились уже в зрелом возрасте, а некоторых аллергия перестала беспокоить после 13 лет.

Почему это происходит, как от этого уберечься, возможно ли этого избежать и что делать, если это наследственное?

Аллерги́я (др.-греч. ἄλλος — другой, иной, чужой + ἔργον — воздействие) — сверхчувствительность иммунной системы организма при повторных воздействиях аллергена на ранее сенсибилизированный этим аллергеном организм.

Как возникает аллергия непонятно до сих пор

Учёные до сих пор не пришли к общему знаменателю и не могут точно сказать, откуда берётся аллергия, но количество людей, страдающих от той или иной её формы, растёт. Среди аллергенов: латекс, золото, пыльца (особенно амброзия, амарант и куколь обыкновенный), пенициллин, яд насекомых, арахис, папайя, укусы медуз, духи, яйца, фекалии домашних клещей, пекан, лосось, говядина и никель.

Стоит только этим веществам запустить цепную реакцию, как ваш организм посылает свой ответ с довольно широким диапазоном реакций — от досадной сыпи до смертельного исхода. Появляется сыпь, распухают губы, может начаться озноб, закладывает нос и жжёт в глазах. Пищевая аллергия может вызвать рвоту или диарею. У очень невезучего меньшинства аллергия может вылиться в потенциально смертельную реакцию, известную как анафилактический шок.

Лекарства есть, но ни одно из них не может навсегда избавить от аллергии. Антигистаминные препараты убирают симптомы, но при этом вызывают сонливость и другие не очень приятные побочные эффекты. Есть препараты, которые действительно спасают жизнь, но их нужно принимать очень долго, а некоторые виды аллергии лечатся только комплексными методами, то есть одним вариантом лекарства явно не обойдёшься.

Учёные смогут найти лекарство, которое раз и навсегда избавит нас от аллергии, только в том случае, если поймут основные причины возникновения этого заболевания. Но пока они расшифровали этот процесс лишь частично.

Аллергия — это не биологическая ошибка, а наша защита

Именно этот фундаментальный вопрос волнует Руслана Меджитова, учёного, который за последние 20 лет сделал несколько фундаментальных открытий, связанных с иммунной системой, и удостоился нескольких серьёзных наград, в том числе и 4 миллиона евро от Else Kröner Fresenius Award.

На данный момент Меджитов изучает вопрос, который может совершить революцию в иммунологии: почему мы страдаем от аллергии? Точного ответа на этот вопрос пока ни у кого нет.

Есть теория, согласной которой аллергия — это реакция на яд паразитических червей, живущих в нашем организме. В более развитых и почти стерильных странах, где такое встречается редко, не привыкшая к такому иммунная система даёт более резкий, массированный удар в ответ. То есть ребёнок из какой-нибудь развивающейся страны, который живёт чуть ли не в хижине и спокойно ест немытые фрукты, может даже не знать, что такое аллергия, в то время как дети, родители которых постоянно всё протирают санитайзерами и по два раза в день моют полы к квартире, имеют целый букет «Этого нам нельзя! У нас на это аллергия!».

Меджитов считает, что это неправильно и что аллергия — это не просто биологическая ошибка.

Аллергия — это защита от вредных химических веществ. Защита, которая помогала нашим предкам десятки миллионов лет и помогает нам до сих пор.

Он признаёт, что его теория достаточно противоречива, но он уверен, что история докажет его правоту.

Но иногда наша имунная система нам вредит

Целители Древнего мира многое знали об аллергии. Три тысячи лет назад китайские врачи описали «аллергическое растение», которое вызывало насморк осенью.

Также существует доказательство того, что египетский фараон Менес умер от укуса осы в 2641 году до нашей эры.

Что для одного — еда, для другого — яд.

Лукреций,
римский философ

И только чуть более 100 лет назад учёные поняли, что такие разные симптомы могут быть головами одной гидры.

Исследователи обнаружили, что многие заболевания вызваны бактериями и возбудителями, и наша иммунная система борется с этими нарушителями — целая армия клеток, которые могут высвобождать смертельные химические вещества и чётко нацеленные антитела.

Также было установлено, что, кроме защиты, иммунная система может наносить вред.

В начале XX века французские учёные Шарль Рише (Charles Richet) и Поль Портье (Paul Portier) изучали влияние токсинов на организм. Они вводили небольшие дозы яда морских анемон собакам и затем ждали ещё несколько недель перед тем, как ввести следующую порцию. В результате собаки получали анафилактический шок и умирали. Вместо того чтобы защитить животных, иммунная система делала их более чувствительными к этому яду.

Другие исследователи замечали, что некоторые лекарственные препараты вызвали сыпь и другие симптомы. И эта чувствительность развивалась по нарастающей — реакция, обратная защите от инфекционных заболеваний, которую предоставляют организму антитела.

Австрийский врач Клеменс фон Пирке (Clemens von Pirquet) занимался изучением того, может ли организм изменить реакцию тела на поступающие вещества. Для описания этой работы он придумал слово «аллергия», соединив греческие слова alos (другие) и ergon (работа).

Для иммунной системы аллергический процесс — штука понятная

В последующие десятилетия учёные обнаружили, что молекулярные этапы этих реакций были удивительно похожи. Процесс запускался, когда аллерген оказывался на поверхности тела — кожа, глаза, носовой проход, горло, дыхательные пути или кишечник. Эти поверхности наполнены иммунными клетками, которые выполняют роль пограничников.

Когда «пограничник» сталкивается с аллергеном, он поглощает и уничтожает непрошеных гостей, а затем дополняет его поверхность фрагментами вещества. Затем клетка локализует некоторые лимфатические ткани, и эти фрагменты передаются другим иммунным клеткам, которые вырабатывают особые антитела, известные как иммуноглобулин Е или IgE.

Эти антитела вызовут ответную реакцию, если вновь наткнутся на аллерген. Реакция начнётся сразу же после того, как антитела активизируют компоненты иммунной системы — тучные клетки, которые вызывают целый шквал химических веществ.

Некоторые из этих веществ могут зацепить нервы, вызывая зуд и кашель. Иногда начинает продуцироваться слизь, а контактирование с этими веществами дыхательных путей может вызвать проблемы с дыханием.

Эта картина рисовалась учёными в течение последнего столетия, но она отвечает только на вопрос «Как?», но совсем не объясняет, почему мы страдаем от аллергии. И это удивительно, так как ответ на этот вопрос достаточно ясен для большинства звеньев иммунной системы.

Наши предки столкнулись с воздействием патогенных организмов, а естественный отбор оставил мутации, которые помогали им отражать эти атаки. И эти мутации до сих пор накапливаются для того, чтобы и мы могли дать достойный отпор.

Увидеть то, как естественный отбор мог создать аллергию, было труднее всего. Сильная аллергическая реакция на самые безобидные вещи вряд ли входила в систему выживания наших предков.

Также аллергия бывает довольно странно избирательной.

Не все люди склонны к аллергии, и только некоторые вещества являются аллергенами. Иногда у людей появляется аллергия в уже довольно взрослом возрасте, а иногда детская аллергия исчезает без следа (у нас говорят «переросли»).

Связь между этими паразитами и аллергией

На протяжении десятилетий никто толком не мог понять, для чего вообще нужен IgE. Он не показывал никаких особых способностей, которые могли бы остановить вирус или бактерию. Это, скорее, похоже на то, что мы эволюционировали для того, чтобы один особый вид антител доставлял нам огромные неприятности.

Первая подсказка пришла к нам в 1964 году.

Паразитолог Бриджит Огилви (Bridget Ogilvie) исследовала, как иммунная система реагирует на паразитических червей. Она заметила, что организм крыс, заражённых червями, начинал производить в большом количестве то, что впоследствии получило название IgE. Последующие исследования показали, что эти антитела давали сигнал иммунной системе атаковать и уничтожать червей.

Паразитические черви представляют серьёзную угрозу не только для крыс, но и для человека.

К примеру, нематоды могут оттягивать кровь из кишечника. Печёночные двуустки могут повредить ткань печени и вызывают рак, а ленточные черви могут стать причиной кисты в мозге. Более 20% людей носят в себе этих паразитов, и большинство из них живут в странах с низким уровнем дохода.

В 1980-х годах группа учёных энергично выступала за связь между этими паразитами и аллергией. Возможно, наши предки развили способность организма распознавать белки на поверхности червей и отвечать выработкой антител IgE. Антитела, встроенные клетками иммунной системы в кожу и кишечник, быстро реагировали, как только любой из этих паразитов пытался проникнуть в организм.

У организма есть примерно час на то, чтобы приблизить шансы этого паразита на выживание к нулю, считает Дэвид Данн (David Dunne), паразитолог из Кембриджского университета.

Согласно теории паразитов, белок паразитических червей по своей форме схож с другими молекулами, с которыми наш организм сталкивается в повседневной жизни. В результате этого, если мы сталкиваемся с безобидными веществами, форма которых похожа на форму белка паразитов, наш организм поднимает тревогу и защита работает вхолостую. Аллергия в этом случае является просто неприятным побочным эффектом.

Во время прохождения практики Меджитов изучал теорию червей, но спустя 10 лет у него начали появляться сомнения. По его словам, в этой теории не было смысла, поэтому он занялся разработкой своей собственной.

В основном он думал о том, как наши тела воспринимают окружающий мир. Мы можем распознать образцы фотонов с помощью наших глаз и модель вибрации воздуха с помощью наших ушей.

Согласно теории Меджитова, иммунная система — это ещё одна система распознавания образов, которая распознаёт молекулярные подписи вместо света и звука.

Подтверждение своей теории Меджитов нашёл в работе Чарльза Джейнуэя (Charles Janeway), иммунолога из Йельского университета (1989 год).

Передовая иммунной системы и слишком бурная реакция на захватчиков

В то же время Джейнуэй считал, что у антител есть один большой недостаток: требуется несколько дней для того, чтобы иммунная система выработала свой ответ на агрессивные действия нового захватчика. Он предположил, что у иммунной системы может быть другая линия обороны, которая срабатывает быстрее. Возможно, она может использовать систему распознавания образов для того, чтобы быстрее обнаружить бактерии и вирусы и быстрее приступить к ликвидации проблемы.

После обращения Меджитова к Джейнуэю учёные начали работать над проблемой вместе. Вскоре они обнаружили новый класс сенсоров на поверхности определённых типов иммунных клеток.

Столкнувшись с захватчиками, сенсор обхватывает нарушителя и включает химический сигнал тревоги, который помогает другим иммунным клеткам найти и убить патогены. Это был быстрый и точный способ распознавания и устранения бактериальных захватчиков.

Так они открыли новые рецепторы, известные сейчас как толл-подобные рецепторы, которые показали новое измерение в иммунной защите и которые были провозглашены основополагающим принципом иммунологии. Это также помогло решить медицинскую проблему.

Инфекции иногда приводят к катастрофическому воспалению по всему телу — сепсису. Только в одних Соединённых Штатах это наносит удар по миллионам людей ежегодно. Половина из них умирает.

В течение многих лет учёные считали, что бактериальные токсины могут привести к сбоям в работе иммунной системы, но сепсис — это лишь преувеличенная реакция иммунной защиты от бактерий и других захватчиков. Вместо того чтобы действовать локально, она включает линию защиты во всём теле. Септический шок — результат того, что эти механизмы защиты активируются гораздо сильнее, чем на самом деле требует ситуация. Результат — смерть.

Домашняя система сигнализации для организма, которая избавляется от аллергенов

Несмотря на то, что изначально Меджитов занимался наукой не для того, чтобы лечить людей, сделанные им открытия позволяют врачам по-новому взглянуть на механизмы, которые запускают сепсис, и таким образом найти соответствующее лечение, которое будет нацелено на устранение реальной причины этого заболевания — чрезмерной реакции толл-подобных рецепторов.

Меджитов пошёл дальше. Раз у иммунной системы есть специальные рецепторы для бактерий и других нарушителей, возможно, у неё есть и ещё неизвестные нам рецепторы и для других врагов? Вот тогда он начал думать о паразитических червях, IgE и аллергии. И когда он думал об этом, что-то не складывалось.

Действительно, иммунная система запускает выработку IgE, когда сталкивается с паразитическими червями. Но некоторые исследования показывают, что на самом деле IgE не является главным оружием против этой проблемы.

Учёные наблюдали мышей, которые не могут вырабатывать IgE, но при этом животные по-прежнему могли строить защиту от паразитических червей. Меджитов довольно скептически относился к идее, что аллергены притворялись белками паразитов. Большое количество аллергенов, таких как никель или пенициллин, не имеет никаких возможных аналогов в молекулярной биологии паразита.

Чем больше Меджитов думал об аллергенах, тем менее важной казалась ему их структура. Возможно то, что их связывает, не их структура, а их действия?

Мы знаем, что очень часто аллергены приводят к физическим повреждениям. Они срывают открытые клетки, раздражают мембраны, разрывают белки в клочья. Возможно, аллергены наносят такой большой вред, что нам нужно от них защищаться?

Если подумать обо всех основных симптомах аллергии — заложенный красный нос, слёзы, чихание, кашель, зуд, диарея и рвота, — все эти явления имеют один общий знаменатель. Они все подобны взрыву! Аллергия — это стратегия избавления тела от аллергенов!

Оказалось, что эта идея уже давно всплывает на поверхность различных теорий, но каждый раз её топят снова и снова. Еще в 1991 году эволюционный биолог Марджи Профе (Margie Profet) утверждала, что аллергия боролась с токсинами. Но иммунологи отклонили эту идею, возможно, потому что Профе была аутсайдером.

Меджитов с двумя своими учениками Ноа Палмом (Noah Palm) и Рейчел Розенштейн (Rachel Rosenstein) опубликовал свою теорию в Nature в 2012 году. Затем он начал её тестирование. Сначала он проверил связь между повреждениями и аллергией.

Меджитов и его коллеги ввели мыши PLA2, аллерген, найденный в пчелином яде (он разрывает клеточные мембраны). Как Меджитов и предсказывал, иммунная система совсем не реагировала конкретно на PLA2. И только когда PLA2 повредила открытые клетки, организм начал выработку IgE.

В другом предположении Меджитова говорилось, что эти антитела будут защищать мышей, а не просто делать их больными. Для того чтобы это проверить, он и его коллеги сделали вторую инъекцию PLA2, но на этот раз доза была гораздо больше.

И если на первую дозу реакция у животных практически отсутствовала, то после второй резко поднялась температура тела, вплоть до летального исхода. Но у некоторых мышей по не совсем понятным причинам выстроилась определённая аллергическая реакция, и их тело запомнило и уменьшило воздействие PLA2.

На другом конце страны другой учёный проделывал эксперимент, который в результате ещё больше подтвердил теорию Меджитова.

Стивен Галли (Stephen Galli), заведующий кафедрой патологии в Стэндфордском медицинском университете, провёл годы, изучая тучные клетки, загадочные иммунные клетки, которые могут убить людей в результате аллергической реакции. Он предполагал, что на самом деле эти тучные клетки могут помочь телу. К примеру, в 2006 году он и его коллеги обнаружили, что тучные клетки уничтожают токсин, найденный в змеином яде.

Это открытие заставило Галли задуматься о том же, о чём думал и Меджитов — что аллергия может быть на самом деле защитой.

Тучные клетки

Тучные клетки. Designua/Shutterstock

Галли и его коллеги провели те же опыты с мышами и пчелиным ядом. И когда они ввели мышам, которые никогда ранее не сталкивались с этим видом яда, антитела IgE, оказалось, что их организм получил такую же защиту от потенциально смертельной дозы яда, как и организм мышей, подверженных действию этого токсина.

До сих пор, несмотря на все эксперименты, без ответа остаются многие вопросы. Каким именно образом повреждения, вызванные пчелиным ядом, приводят к защитному ответу IgE и каким образом IgE защитил мышей? Это именно те вопросы, над которыми в данный момент работает Меджитов и его команда. По их мнению, основная проблема — это тучные клетки и механизм их работы.

Джейми Каллен (Jaime Cullen) изучал то, как антитела IgE фиксируют тучные клетки и делают так, что те становятся чувствительными или (в некоторых случаях) гиперчувствительными к аллергенам.

Меджитов предсказал, что этот эксперимент покажет, что определение аллергенов работает как домашняя система сигнализации. Для того чтобы понять, что в ваш дом забрался вор, совсем не обязательно видеть его лицо — об этом вам расскажет и разбитое окно. Повреждения, вызванные аллергеном, пробуждают иммунную систему, которая собирает молекулы в непосредственной близости и вырабатывает антитела к ним. Теперь нарушитель идентифицирован и в следующий раз с ним будет гораздо проще справиться.

Аллергия кажется гораздо более логичной с точки зрения эволюции, когда рассматривается в виде домашней системы сигнализации. Токсичные химические вещества, вне зависимости от их источника (ядовитые животные или растения), уже давно были угрозой здоровью человека. Аллергия должна была защищать наших предков, вымывая эти вещества из организма. И тот дискомфорт, которые в результате всего этого ощущали наши предки, возможно, заставлял их переезжать в более безопасные места.

Преимуществ у аллергии больше, чем недостатков

Как и многие адаптационные механизмы, аллергия не является совершенной. Она снижает наши шансы умереть от токсинов, но всё равно не убирает этот риск полностью. Иногда из-за слишком резкой реакции аллергия может убить, как это уже было в опытах над собаками и мышами. Но всё же преимущества аллергии перевешивают недостатки.

Этот баланс сместился с появлением новых синтетических веществ. Они подвергают нас воздействию более широкого круга соединений, которые потенциально могут привести к повреждениям и вызвать аллергическую реакцию. Наши предки могли избежать аллергии, просто перейдя на другую сторону леса, но мы не можем так легко избавиться от некоторых веществ.

Но Данн скептически относится к теории Меджитова. Он считает, что тот слишком недооценивает то количество белков, которое они находят на поверхности паразитических червей. Белков, которые могли бы замаскироваться под огромное количество аллергенов из современного мира.

В следующие несколько лет Меджитов надеется убедить скептиков при помощи результатов других экспериментов. И это, возможно, приведёт к революции в том, как мы относимся к аллергии. И начнёт он с аллергии на пыльцу. Меджитов не надеется на быструю победу своей теории. Пока он просто радуется тому, что ему удаётся изменить отношение людей к аллергическим реакциям и они перестают воспринимать это как болезнь.

Ты чихаешь, и это хорошо, потому что таким образом ты себя защищаешь. Эволюцию совершенно не волнует, как ты себя при этом чувствуешь.

Mosaicscience.com
Igor Manannikov
2015-04-19 16:08:34
Хороший лонгрид, дает общее представление о проблеме.
hevgen
2015-04-24 16:35:15
Хорошая теория. Но для меня наиболее странным в ней является следующее: почему реакция бывает слишком большой. И это ведь не сбой, насколько я понимаю. Даже "слабого" аллергика большая доза аллергена может сразу убить или сделать его недееспособным, т.е. поставить его жизнь под угрозу. Представьте первобытного охотника, который что-то съел и перестал видеть/слышать из-за слез и соплей. Странноватое поведение для "сигнализации"... Перефразируя автора получается "Эволюцию совершенно не волнует умрешь ты или нет."