Человек редактированный, или Биомедицина будущего

Мы поговорили только об одном варианте «генетического лекарства», в котором используется система геномного редактирования. С тех пор на мышиных моделях было проведено много экспериментов и по использованию геномного редактирования для лечения инфекционных заболеваний (таких, например, как СПИД, вирусный гепатит В, поражения вирусом папилломы человека), заболеваний опорно-двигательного аппарата (миодистрофия Дюшенна), зрения и многих других.
  
Генетическое редактирование иммунной системы
 
Работа по геномному редактированию у мышей, о которой мы говорили, была опубликована в 2014 году, но прошло всего года два, и эта технология была впервые испытана на человеке. Но это, опять-таки, касалось только изменения генетического текста в некоторых соматических клетках взрослого организма. Авторы работы, китайские ученые, на этот раз выбрали заболевание из области онкологии. С помощью системы геномного редактирования CRISPR/Cas9 они решили изменить определенный ген в клетках крови больных раком легких таким образом, чтобы лимфоциты могли уничтожать опухолевые клетки. Но для того, чтобы этот небольшой технологический эксперимент состоялся, множество ученых во всем мире работали не один десяток лет, стараясь понять, почему иммунная система человека позволяет появляться опухоли. В итоге оказалось, что опухолевые клетки сами блокируют иммунный ответ. За открытие данного явления и способа преодоления такой блокировки американскому исследователю Джеймсу Эллисону и его японскому коллеге Тасуку Хондзё была вручена Нобелевская премия по медицине в 2018 году. Чем же так примечательно это открытие?
Мы уже обсуждали в главе 4 принцип работы иммунной системы человека. Как вы помните, встреча с ослабленным патогеном или его частью — антигеном — приводит к иммунному ответу и формированию иммунологической памяти. Если патоген проникнет в организм в следующий раз, то эти клетки иммунной системы быстро организуют эффективный отпор, помня ранее встреченный антиген. Так происходит с теми лимфоцитами, которые нашли свою мишень, то есть соответствующий антиген. Однако миллионы других рецепторов — «ключей», не нашедших свою «замочную скважину», — погибают вместе со своими носителями-лимфоцитами, так как в данный момент они оказались ненужными. Однако им на смену генерируется новый пул разнообразных В- или Т-клеток. Каждый Т-лимфоцит, чей рецептор случайно распознал какой-то патоген, получает право на жизнь, активируется и дает клоны.
Считается, что одну из главных ролей в противоопухолевом ответе играют Т-лимфоциты, которые, непосредственно распознавая опухолевую клетку и связываясь с ней, должны ее уничтожить. Почему же так происходит не всегда и опухолевые клетки избегают надзора со стороны иммунной системы? Увы, антигены есть у всех клеток, они имеются не только на патогенах, но и на любой клетке нашего собственного организма. И конечно же, сгенерированный иммунной системой случайный набор вариантов Т-лимфоцитов с их, как говорят, «репертуаром» клеточных рецепторов будет распознавать и собственные клетки. А вот это как раз нам совсем не нужно! Ведь если лимфоцит распознает собственные клетки, это приведет к возникновению аутоиммунитета — явления, охватывающего большой класс тяжелых болезней, называемых аутоиммунными заболеваниями, когда иммунная система организма уничтожает его собственные здоровые клетки и ткани.
И природой мудро придумано, как избежать возникновения аутоиммунного ответа. Для этого на поверхности Т-клетки имеется «нобелевский лауреат» — особый рецептор под названием PD1 (programmed [cell] death, или программируемая [клеточная] смерть). В названии заложена его функция. Если Т-лимфоцит может случайно распознать клетку нашей собственной ткани, то ничего страшного не произойдет, для блокирования этого имеется ответная часть для «нобелевского лауреата» PD1 — так называемый PD1-лиганд. Если при взаимодействии PD1-лиганд связывается с PD1-рецептором, то Т-лимфоцит получает сигнал на программируемую смерть. Таким образом осуществляется обратная связь с иммунной системой, которая случайным образом сгенерировала вариант распознавания своей ткани, своего антигена.
 
Так и должно происходить в норме, но мы знаем, что порой аутоиммунитет все-таки развивается. Далеко не все системы совершенны, и возможен сбой: например, если Т-лимфоцит по каким-то причинам не распознает на поверхности клетки PD1-лиганд, возникает аутоиммунное заболевание.
К сожалению, бывают случаи, когда нормальная клетка организма ошибается и становится трансформированной клеткой. В результате у нее появляются шансы сформировать опухоль.
Считается, что для того, чтобы клетка стала трансформированной, в ней должны произойти от трех до семи генетических изменений, приводящих к тому, чтобы она стала активно делиться, перестала реагировать на внешние сигналы, стала эгоистичной и бессмертной. Таким образом, опухолевая клетка претерпевает долгую эволюцию, прежде чем сформировать опухолевую ткань.
Но ведь когда-то она была нормальной клеткой организма, и многие черты нормальной клетки у нее остались. В частности, на поверхности большинства опухолевых клеток остался PD1-лиганд. И вот представьте себе: к трансформированной клетке подходит Т-лимфоцит и распознает опухолевый антиген. Как бы хорошо было, чтобы наш лимфоцит немедленно активировался, начал делиться и убивать все опухолевые клетки, в которых этот антиген сидит. Увы, этого не происходит, ведь на каждой из опухолевых клеток находится PD1-лиганд. Он связывается с PD1-рецептором на поверхности Т-клетки и говорит этому лимфоциту: «Не тронь, погибни!»
И вот тут мы подошли к ответу на вопрос, за что была дана Нобелевская премия: за открытие иммунологических «тормозов» в виде молекул PD1 и CTLA4 и возможность использования этого явления для терапии рака. Оказалось, что можно сделать генно-инженерным путем рекомбинантное антитело, которое будет связываться с PD1-рецептором и предотвращать его взаимодействие с PD1-лиганд ом клетки. Это примерно то же самое, как если бы мы на Т-лимфоцит надели чехол — мы его изолировали. Теперь Т-клетка связывается с опухолевым антигеном, но не получает сигнала погибнуть, поскольку PD1-рецепторы изолированы, а получает сигнал на размножение и начинает убивать опухолевые клетки в организме. Эти противоопухолевые средства, направленные на так называемые контрольные точки иммунитета, появились в последние шесть-семь лет и оказались эффективными в лечении ряда онкологических заболеваний, существенно изменив качество жизни многих пациентов.
На этом примере видно, с одной стороны, как непросто устроено все в природе, а с другой — какие возможности дает человеку детальное знание функционирования очень специализированных клеток организма — Т-лимфоцитов крови. Мы уже говорили, что кровь — весьма удобная ткань, с которой медицина уже давно и успешно работает. Можно даже выделить из крови персональные Т-лимфоциты, чем и решили воспользоваться китайские ученые.
Они взяли у пациентов, страдающих раком легких, Т-клетки — это довольно простая процедура под названием лимфоцитоферез, когда кровь просто прокачивается через специальный аппарат, в котором клетки крови разделяются, и можно безопасно выделить тот или иной тип лимфоцитов. Затем с помощью технологии геномного редактирования CR1SPR/Cas9 инактивировали у них PD1-рецепторы и ввели лимфоциты обратно. Теперь уже не требовалось вводить какие-то антитела пациентам, потому что у них часть Т-лимфоцитов фактически не имела PD1-рецепторов. Такой генетически отредактированный Т-лимфоцит распознавать опухолевый антиген сможет, а сигнала на самоуничтожение через PD1-рецептор не получит, и эти Т-клетки будут атаковать опухоль.
Это очень хороший пример, когда подвергается редактированию, а в данной работе — инактивируется определенный ген взрослого организма, находящийся в нужных клетках, в нашем случае в Т-лимфоцитах. Это необходимо потому, что экспрессия (то есть нормальное проявление гена) в данной ситуации мешает борьбе организма с опухолью. Однако надо понимать, что только часть Т-клеток станет обладать противоопухолевым действием, остальные по-прежнему будут нести на себе этот рецептор.