Механічні сили регулюють активність імунітету в легких.
Для імунної системи важливо не тільки вчасно розпізнати інфекцію, а й вчасно зупинитися. Запальна реакція, яка розвивається під час бойових дій проти бактерій тощо, шкодить не тільки патогенам і зараженим клітинам, а й здоровим тканинам.
Імунітет має цілу систему власних противаг, спеціальних клітин і сигнальних молекул, які служать внутрішніми прискорювачами і внутрішніми гальмами, і силу імунної відповіді залежить від балансу між ними. Але і прискорювачі, і гальма потрібно включати своєчасно - іншими словами, імунітет повинен прислухатися до якихось зовнішніх сигналів, і це не тільки наявність або відсутність патогена. Наприклад, якщо потрібно зрозуміти, чи не час пригальмувати запальну реакцію, то тут варто оцінити зміни в рівні кисню, в рівні поживних речовин та інші подібні параметри.
Дослідники з Єля і ряду інших наукових центрів США, Німеччини описують в Nature ще один механізм, який допомагає імунітету регулювати самого себе. Механізм цей працює при легкових інфекціях, і пов'язаний він з механічними силами. Деякі імунні клітини, наприклад, моноцити і макрофаги, в силу своїх занять зобов'язані точно відчувати механічні стиснення і розтягнення - ці клітини блукають у пошуках патогенів і постійно протискуються з кровоносних судин в навколишні тканини і назад.
Разом з тим легені самі відчувають постійні розтягнення і стиснення - тому що вони дихають. І якщо легені захворіють, якщо в них через запалення з'явиться набряк, це, очевидно, позначиться на тому, як змінюються механічні сили в них.
У багатьох наших клітин є механічний сенсор - мембранний білок Piezo1. Він працює як іонний канал, який пропускає іони кальцію в клітку. Під дією механічних сил, що діють на клітинну мембрану, білок відкриває іонам шлях всередину клітини, де вони запускають різні ланцюжки молекулярних сигналів. Від Piezo1, наприклад, залежить доля епітеліальних клітин: якщо їх занадто багато, якщо вони занадто сильно тиснуть один на одного, Piezo1 понуждає їх до самогубства.
Щоб зрозуміти, чи грає Piezo1 якусь роль у роботі імунних клітин, дослідники відключали ген Piezo1 у моноцитів і макрофагів, після чого піддавали їх періодичним змінам тиску - подібно до того, як це відбувається в легких. Виявилося, що Piezo1 потрібен для активації запальних генів.
Під мінливим тиском білок впускав у клітини кальцій, який стимулював виділення гормону ендотеліну. Гормон зв'язувався з зовнішніми клітинними рецепторами, які сиділи або на тій же клітці, яка його насинтезувала, або на сусідній. Після того, як ендотеліновий рецептор зв'язався з ендотеліном, у клітинне ядро вирушав спеціальний білок, який і активував гена запалення.
Експерименти на мишах з пневмонією показали, що у тварин з імунними клітинами, позбавленими Piezo1, імунна відповідь на інфекцію виходить більш слабкою. Зокрема, в легких у таких мишей менше запальних сигналів і менше нейтрофілів, у яких є цілий набір антимікробних засобів. Як наслідок, у мишей з відключеним Piezo1 в легких було більше мікробів, і вони швидше поширювалися з легких в інші органи. Тобто виходить така схема: одні імунні клітини під дією тиску, що регулярно змінюється, виділяють спеціальний гормон, завдяки якому в тканину з інфекцією приходять інші клітини, з більш потужною антибактеріальною зброєю.
З іншого боку, миші, у яких в імунних клітинах не працював механічний сенсор Piezo1, не хворіли легким фіброзом. Так називають розростання сполучної тканини, через що орган не може виконувати свої функції так, як треба. Легкі з фіброзом, наприклад, втрачають в еластичності, як наслідок, в них погіршується потік повітря.
Розростання сполучної тканини виникає якраз при невпевнено активному імунітеті, коли в орган проникає занадто багато занадто активних імунних клітин. У мишей з непрацюючим імуноклітинним Piezo1 імунітет просто не міг бути занадто активним, тому і фіброзу у них не виникало.
Тут, звичайно, виникає багато питань. Наприклад, як було сказано, імунні клітини реагували на механічний тиск, який регулярно змінюється, проте величина тиску на них ніяк не позначалася. Але тиск в легких весь час змінюється, легкі весь час дихають. Як імунні клітини дізнаються, що в легких з'явилася інфекція? Швидше за все, тут справа не тільки в білці Piezo1 - імунітет ніколи не судить про хворобу тільки за одним сигналом, і Piezo1 тут необхідний, але недостатній.
Але не варто і забувати, що в легких постійно з'являються якісь бактерії - дихаємо-то ми не стерильним повітрям - і імунні клітини, очевидно, повинні постійно бути частково насторожі, щоб вчасно видаляти небезпечних мікробів, поки ті не довели до масштабної хвороби. Нарешті, було б цікаво дізнатися, чи працює вся ця система активації з Piezo1 в інших органах. Але в будь-якому випадку отримані результати показують, як ще можна керувати імунітетом, у разі потреби підвищуючи або знижуючи його активність.
Взагалі ж механічні сили відіграють набагато більшу роль у житті наших клітин, ніж ми, можливо, звикли думати. Так, два роки тому ми писали про те, що Т-лімфоцит (знову імунітет) з більшою готовністю нападе на ракову клітку, якщо на нього в прямому сенсі слова натиснути. А минулого року в журналі PNAS виходила стаття, в якій говорилося, що механічні сили керують активністю генів під час розвитку ембріона.