Чому ми страждаємо від алергій

Алергічні реакції на все – від пилку рослин до арахісу – псують життя мільйонам людей. Але чому наш організм так реагує на, здавалося б, нешкідливі подразники? Оглядач BBC Future спробував розібратися в цьому питанні.

Кожен алергік має власну історію про те, як він дізнався, що його імунна система божеволіє, коли якась молекула потрапляє до організму. І таких історій – безліч.

В одних тільки Сполучених Штатах понад 18 мільйонів людей страждають на сінну лихоманку, а мільйони дітей мають харчові алергії. Різні види алергій дедалі швидше поширюються й в інших країнах.

Найпоширеніші алергени включають латекс, золото, пилок рослин (амброзія, пажитниця і щириця є особливо небезпечними), пеніцилін, отруту комах, арахіс, папайю, опіки від медуз, парфуми, яйця, фекалії домашніх кліщів, горіхи пекан, сьомгу, яловичину та нікель. Але цей список далеко неповний.

Якщо ці речовини спричинять алергію, реакція організму може бути від неприємних дратівливих симптомів до летального кінця. Може з’явитися висип або набряк губ. Сінна лихоманка викликає нежить і печіння в очах; харчова алергія може виявлятися в блювоті та проносі. А в тих, кому пощастило найменш, алергія може викликати потенційно смертельну реакцію, відому як анафілактичний шок.

Обсяг негативних симптомів величезний, але варіанти лікування – обмежені. Деякі препарати, приміром, "ЕпіПен", рятують життя, але довгострокове лікування алергії на цвіль або щорічних нападів сінної лихоманки рідко дає позитивні результати. Антигістамінні препарати полегшують симптоми, але часто викликають сонливість, як й деякі інші способи лікування.

Ми могли би мати більш ефективні ліки, якби вчені розуміли природу алергії. Але її важко визначити, оскільки причин алергічних реакцій існує шалена безліч. Клітини збуджуються, хімічні речовини вивільняються, організм подає найрізноманітніші сигнали. І за цією складною біохімічною реакцією ховається головне питання – звідки взагалі з'явилась алергія?

Невдала захисна реакція

"Саме це мені й подобається, – зазначив нещодавно Руслан Меджитов. – Ця проблема – складна, фундаментальна і геть невивчена".

Ми проходжуємось його лабораторією, що розташована на верхньому поверсі Центру медичних досліджень і освіти імені Вільяма Анліяна в Єльській школі медицини. Доктори наук і аспіранти, які входять до його команди, ледве протискаються між величезних баків із киснем та інкубаторів з імунними клітинами.

"У нас тут безлад, але це творчий безлад", – каже вчений, знизуючи плечима.

Безлад у лабораторії Меджитова, дійсно, надзвичайно продуктивний. За останні 20 років він зробив фундаментальні відкриття в галузі імунної системи, за які отримав низку важливих нагород. У 2014 році він став першим лауреатом премії імені Ельзе Кренер Фрезеніус і отримав чотири мільйони євро.

І хоча він поки що не отримав Нобелівську премію, багато його колег вважають, що він на неї заслуговує. У 2011 році 26 провідних імунологів світу опублікували у журналі Nature відкритий лист із протестом, що дослідження Меджитова не отримало потрібної уваги від Нобелівського комітету.

Зараз професор Меджитов звернувся до проблеми, яка може назавжди змінити імунологію: чому взагалі ми маємо алергії? Точної відповіді не існує, але одна з провідних теорій припускає, що алергія може бути невдалою захисною реакцією організму на паразитів. У мешканців розвинених країн, де такі інфекції зараз зустрічаються рідко, імунна система починає надмірно реагувати на цілком безпечні речі. В результаті ми отримуємо купу неприємних симптомів.

Професор Меджитов із цим не погоджується. Алергія – це не просто біологічна помилка. Це важливий захист від шкідливих хімічних речовин – захист, який служив нашим предкам десятки мільйонів років тому і який продовжує робити це і сьогодні. Це суперечлива теорія, визнає вчений. Але він також упевнений, що час доведе його правоту.

"Думаю, що дослідники ходитимуть по колу, поки існує великий опір цій ідеї, – зазначає він. – Але згодом всі зрозуміють, наскільки це очевидно".

Імунні реакції

Лікарі стародавнього світу знали про алергію. Три тисячі років тому китайські лікарі описували "рослинну лихоманку", яка викликає нежить восени. Існують свідчення, що єгипетський фараон Менес помер від укусу оси в 2641 році до нашої ери. Два з половиною тисячоліття потому, римський філософ Лукрецій писав: "Що є їжею для одного, для іншого – отрута".

Але лише трохи більше сторіччя тому вчені зрозуміли, що ці різноманітні симптоми – насправді голови однієї і тієї ж гідри. На той час вчені вже знали, що причиною багатьох хвороб є бактерії та інші збудники, і що наш організм бореться з цими загарбниками за допомогою імунної системи – армії клітин, що випускають смертельні хімічні речовини і антитіла, які точно вражають свою ціль. Пізніше вчені також зрозуміли, що імунна система може й заподіювати шкоду.

На початку XX століття французькі вчені Шарль Ріше і Поль Портьє досліджували, як токсини впливають на організм. Вони вводили собакам невеликі дози отрути морської анемони, а через тиждень, якщо собака виживав, вводили ще одну, меншу дозу. Впродовж кількох хвилин собаки вмирали від шоку. Замість того щоб захистити організм тварини від шкідливої речовини, виявилося, що імунна система робила його більш чутливим.

Інші дослідники виявили, що деякі медичні препарати викликають висипи та інші симптоми. І чутливість зростає із збільшенням обсягу препарату, що виявляється протилежним до того, як реагують антитіла на інфекційні захворювання.

Австрійський лікар Клеменс фон Пірке задався питанням, як речовини, потрапляючи до організму, можуть змінювати його реакції. Для опису такої реакції він вигадав слово "алергія" –від грецьких слів аllos "інший" і ergon "робота".

У наступні десятиліття вчені виявили, що молекулярні етапи цих реакцій дивно схожі. Процес починається, коли алерген потрапляє на одну з поверхонь тіла: шкіру, очі, носовий хід, рот, дихальні шляхи або кишечник.

Ці поверхні вкриті імунними клітинами, які діють як прикордонні вартові. Коли вартовий стикається з алергеном, то спочатку поглинає і знищує загарбника, а потім прикрашає його зовні фрагментами деяких речовин. Наступним кроком клітина розміщує фрагменти лімфатичної тканини на інші імунні клітини, які продукують особливі антитіла у формі виделки, відомі як імуноглобулін Е або IgE.

Дивно вибіркова реакція

Якщо ці антитіла знову зустрінуться з алергеном, вони викличуть реакцію. Реакція починається, коли антитіло активує компонент імунної системи, відомий як мастоціт або тучна клітина, яка потім вибухає потоком хімічних речовин. Деякі з цих речовин чіпляються до нервів, викликаючи свербіж або кашель. Іноді виробляється слиз. М'язи дихальних шляхів можуть скорочуватися, що ускладнює дихання.

Цей процес, відтворений у лабораторіях впродовж минулого сторіччя, відповів на запитання, як з’являється алергія, проте залишив без відповіді питання, чому вона виникає. І це дивно, оскільки відповідь на це запитання міститься в самій імунній системі. Наші пращури постійно зазнавали нападів патогенних мікроорганізмів.

Природа обирала такі мутації, що допомагали організму відбивати атаки. Мутації накопичувалися, і в результаті утворилась складна захисна система, яку ми маємо сьогодні.

Набагато складніше зрозуміти, як алергія могла виникнути в процесі природного відбору. Бурхлива імунна реакція на практично нешкідливі речі навряд чи сприяла виживанню наших предків. Алергія має також дивно вибіркову дію. До алергічних реакцій схильні лише деякі представники людського роду, і тільки окремі речовини стають алергенами.

Іноді алергія розвивається у старшому віці, а в інших випадках, навпаки, зникають дитячі алергії. Десятиліттями ніхто не міг зрозуміти, що таке імуноглобулін IgE. Він не зупиняє віруси або бактерії. Здається, в нашому організмі розвився один особливий вид антитіл, лише для того, щоб докучати нам.

Перша підказка з’явилася у 1964 році. Паразитолог Бріджит Огілві досліджувала, як імунна система реагує на паразитичних черв'яків, і помітила, що в організмі щурів, заражених глистами, виробляється велика кількість антитіл, які пізніше отримують назву IgE. Подальші дослідження показали, що антитіла подають імунній системі сигнал, що потрібно починати знищення черв'яків.

Небезпечні протеїни

У 1980-ті роки кілька вчених наполегливо доводили взаємозв'язок між паразитами і алергіями. Ймовірно, у наших предків в процесі еволюції розвинулася здатність розпізнавати білки (протеїни) на поверхні черв'яків і реагувати на них виробленням антитіл IgE.

Антитіла активують клітини імунної системи на шкірі і в кишечнику, щоб якомога швидше зупинити спробу паразита проникнути в організм. "У нашому розпорядженні є приблизно година часу, щоб рішуче відреагувати і знизити шанси паразитів на виживання", – пояснює професор Девід Данн, паразитолог і імунолог з Кембриджського університету.

Білки паразитів мають схожу форму з іншими молекулами, з якими ми постійно стикаємося в житті. І тому в більшості випадків реакція імунної системи виявляється безглуздою.

"Алергія – це ніщо інше як невдалий побічний ефект захисту від паразитів", – додає професор Данн.

Дослідження професора Меджитова спростували цю ідею. Це правда, що коли імунна система виявляє черв'яків-паразитів, вона виробляє IgE. Однак IgE не грає такої вже істотної ролі в боротьбі з чужорідними організмами.

Так, приміром, вчені за допомогою генної інженерії вивели мишей, які не здатні виробляти IgE, і виявили, що такі тварини як і раніше могли захищатися від паразитів.

Меджитов також скептично ставився й до ідеї, що алергени імітують білки паразитів. У молекулярній будові багатьох алергенів, як-от нікель або пеніцилін, немає можливих аналогів протеїнам паразитів.

Тоді дослідник спробував наблизитись до рішення проблеми з іншого боку. "Якщо задуматися, всі основні симптоми алергічних реакцій – нежить, сльози, чхання, кашель, свербіж, блювання, діарея – мають щось спільне", – зазначив Меджитов.

Можливо, алергія є стратегією організму, спрямованою на позбавлення від алергенів, почав міркувати вчений.

У співавторстві з двома своїми учнями Ноємом Палмом і Рейчел Розенстайн, Меджитов опублікував статтю з викладом своєї теорії в журналі Nature в 2012 році. А потім почав перевіряти її дослідним шляхом.

Сигнал тривоги для організму

Низка експериментів, проведених Русланом Меджитовив та іншими вченими, показала, що виявлення алергенів в організмі нагадує роботу охоронної сигналізації.

"Система охорони виявляє грабіжника не тому, що впізнає його обличчя, а тому що реагує на розбите вікно", – вчений. Шкода, заподіяна алергеном, збуджує імунну систему, яка збирає молекули, що знаходяться поблизу, і виробляє до них антитіла.

Алергію легше зрозуміти з точки зору еволюції, якщо розглядати їх як своєрідну систему охоронної сигналізації. Токсичні хімічні речовини з отруйних рослин і тварин завжди загрожували здоров'ю людини.

Алергічні реакції забезпечували захист, вимиваючи ці речовини з організму. А той дискомфорт, який наші предки відчували від дії алергенів, змушував їх перебиратися в безпечніші куточки середовища.

Як й інші механізми адаптації, алергії не були досконалими. Вони знижували шанси померти від токсинів, але не усували інші ризики. Іноді імунна система могла сплутати нешкідливого молекулярного "перехожого" із "грабіжником". Але в цілому, на думку професора Меджитова, користь від алергії переважила її недоліки.

Втім, зі зростанням сучасного західного стилю життя цей баланс почав зміщуватися. Створюючи багато синтетичних хімічних речовин, ми наражаємось на вплив багатьох хімічних з'єднань, які потенційно можуть завдати шкоди нашому організму і тому викликають алергічні реакції.

Наші предки могли б уникнути алергенів, переселившись на інший бік лісу, але ми, на жаль, не можемо вчинити так само. "До того ж в цьому конкретному випадку, щоб змінити середовище, нам довелось би припинити жити в приміщеннях", – пояснює Меджитов.

Розуміння завдань, які виконує алергія, призведе до кардинальних змін у підходах до її лікування.

"Один з висновків нашої теорії полягає в тому, що будь-яка спроба повністю блокувати алергічну захист – це погана ідея", – відзначає Меджитов.

Замість цього алергологам варто було б з'ясувати, чому у певної кількості людей захисні реакції організму призводять до надмірної чутливості. "Це схоже на ситуацію з болем, – продовжує дослідник. – Помірний біль – це благо. Сильний – біда. А повна відсутність болю може мати смертельні наслідки".

А поки Руслан Меджитов бажає переконати людей не ставитися до алергій, як до хвороби, незважаючи на всі страждання, які вони заподіюють. "Ви чхаєте, щоб захистити себе. А те, що вам не подобається чхати, це просто невезіння, – додає він, злегка знизуючи плечима. – Еволюція не надто переймається вашими почуттями".

<italic>Прочитати <bold><link type="page"><caption> оригінал</caption><url href="http://www.bbc.com/future/story/20150409-why-do-we-have-allergies" platform="highweb"/></link></bold> цієї статті англійською мовою ви можете на сайті <bold><link type="page"><caption> BBC Future</caption><url href="http://www.bbc.com/future" platform="highweb"/></link></bold></italic>.