Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

Эти и другие изменения в иммунной системе приводят к низкой устойчивости к новым для организма заболеваниям. Например, сезонные эпидемии гриппа, вызванные новыми штаммами вируса, представляют серьезную опасность для пожилых людей. В то же время иммунная память уменьшается медленнее. Если штамм вируса гриппа уже вызывал эпидемию несколько десятилетий назад, пожилые люди благодаря их иммунной памяти могут пострадать даже меньше, чем молодые [123].

Возрастные изменения в иммунной системе часто рассматриваются как следствие накопления повреждений, то есть как проявление энтропического старения (см. главу 3). На самом деле эти изменения могут быть эволюционно выгодным механизмом, стратегией адаптивной смерти, которая помогает целенаправленно удалить особей, инфицированных хроническими патогенами. Этот аргумент может быть расширен, поскольку адаптивная смерть является лишь одним из способов ограничения передачи патогенов.

Эволюция способна создавать другие физиологические или поведенческие механизмы для предотвращения распространения заболевания. Если, как мы выяснили выше, болезнь, заражающая более старое животное, с большей вероятностью является хронической, то более старым хозяевам следует вкладывать больше энергии в механизмы предотвращения дальнейшей передачи этой болезни. Возможно, более тяжелые симптомы заболеваний, испытываемые старыми животными, являются частью адаптивной стратегии по ограничению распространения болезни? Например, апатия и снижение аппетита могут привести к социальной изоляции пожилой зараженной особи, тем самым уменьшая количество инфекционных контактов. Если это так, то старое животное должно заражать других с меньшей эффективностью, чем молодое, зараженное тем же патогеном.

Чтобы сформулировать эту гипотезу более точно, нам нужно прояснить фундаментальное различие между резистентностью и толерантностью к инфекционным заболеваниям.

Резистентность, или устойчивость, — это способность организма предотвратить репликацию патогена. Если мы инфицируем высокорезистентного хозяина, количество производимых и выделяемых им во внешнюю среду (секретируемых) инфекционных частиц будет меньше, чем у хозяина с низкой резистентностью. Напротив, толерантность к инфекциям означает снижение остроты симптомов. Толерантные носители демонстрируют незначительные симптомы независимо от количества инфекционных частиц.

Рис. 33. Резистентность и толерантность.

Эти два термина описывают свойства иммунной системы. Резистентность соответствует способности иммунной системы подавлять размножение патогена. Симптомы у зараженной особи могут быть сильными или слабыми — к понятию резистентности это не относится. Напротив, толерантность — это характеристика симптомов болезни. Если симптомы сильные, то толерантность к этой инфекции считается низкой, если слабые — то высокой. Интенсивность размножения патогена при измерении толерантности не играет большой роли. Обычно резистентность и толерантность коррелируют друг с другом, то есть если иммунная система способна контролировать размножение патогена, то симптомы при этом слабые, и наоборот. Однако в некоторых случаях эти два параметра могут изменяться независимо, например, если сильные симптомы появляются при попадании патогена в чувствительный орган, такой как головной мозг, то симптомы могут быть очень сильными, даже если размножение подавлено.

Как правило, толерантность и резистентность связаны друг с другом. Резистентные хозяева производят меньше частиц, а также имеют более мягкие симптомы. Однако в некоторых случаях резистентность и толерантность могут изменяться независимо друг от друга. Иногда носители могут содержать большое количество инфекционных частиц и не проявлять при этом видимых симптомов. Например, летучие мыши толерантны ко многим вирусным инфекциям — они могут иметь большое количество вирусов в крови и распространять заболевания, не демонстрируя явных признаков болезни. Эта черта делает летучих мышей естественным резервуаром для вируса Эбола, коронавирусов и многих других вирусных заболеваний. Противовирусный сигнальный белок — интерферон, который активируется у других млекопитающих в ответ на инфекцию, активен у летучих мышей постоянно, вероятно тем самым объясняя механизм их уникальной стратегии взаимодействия с вирусами.

С другой стороны, снижение толерантности иногда наблюдается без изменения резистентности. Например, иммунная система может слишком остро реагировать на инфекцию или другой раздражитель, повреждая или убивая организм. Это явление, называемое цитокиновый шторм, связано с чрезмерной выработкой сигнальных молекул цитокинов, таких как интерфероны. Эти молекулы обычно активируют клеточные механизмы противовирусной защиты и сообщают иммунным клеткам о возникших проблемах. Некоторые из этих молекул производятся самими иммунными клетками, помогая им координировать свои действия.

Но иногда избыток цитокинов может привести к коме или смерти организма. Обычно этот механизм рассматривается как эволюционно невыгодная, ошибочная реакция иммунного ответа. Однако в свете гипотезы адаптивной смерти цитокиновый шторм может быть хорошим кандидатом на роль направленного механизма самоубийства. Важно заметить, что пожилые люди более склонны к развитию цитокинового шторма, чем молодые.

Итак, давайте сформулируем эволюционную гипотезу возрастных изменений иммунитета в терминах резистентности и толерантности. Организмы пытаются отличить тяжелые хронические инфекции от легких или излечимых. Если пожилая особь сталкивается с патогеном, с которым она никогда раньше не встречалась, вероятность того, что патоген вызовет хроническое стерилизующее заболевание, выше, чем если бы этот контакт состоялся в более молодом возрасте. Поэтому старые животные инвестируют больше ресурсов в ограничение передачи патогенов.

Стратегии, направленные на сокращение распространения заболеваний, могут включать адаптивную смерть (феноптоз), усиление социальной изоляции или дорогостоящие расходы на подавление инфекции. Таким образом, теория контроля патогенов предсказывает наличие иммунных механизмов, которые эволюционировали, чтобы ограничивать передачу патогенов родственникам, возможно, в ущерб здоровью самой особи. За счет этого происходит снижение передачи инфекций более старыми носителями, что может сопровождаться снижением толерантности и более тяжелыми симптомами. Напротив, резистентность не должна падать, она может даже увеличиваться за счет инвестиций дополнительных ресурсов в иммунный ответ. Тестирование этих предсказаний является одним из способов проверки гипотезы контроля патогенов.

48 Инволю́ция (от лат. involutio — свёртывание, завиток) — обратное развитие, движение назад.

49 Каждый Т-лимфоцит способен реагировать только на один белок-антиген. Сначала иммунная система производит миллиарды разных лимфоцитов, каждый из которых распознает только один антиген. Потом те лимфоциты, которые распознают собственные белки организма, отбраковываются: если этот процесс дает сбой, то иммунная система будет убивать собственные клетки, и возникнет аутоиммунное заболевание. Отобранные клетки циркулируют в крови и лимфе, ожидая встречи с их собственным, уникальным антигеном. Эти клетки называются наивными Т-лимфоцитами, а их главная роль — реагировать на новые патогены. Если наивная Т-клетка сталкивается с тем уникальным антигеном, на который она способна реагировать, то она активируется и начинает делиться. Часть из ее потомков превращается в эффекторные Т-лимфоциты, которые активно убивают зараженные клетки организма, имеющие на поверхности тот самый антиген, который распознает эта конкретная линия Т-клеток. Другая часть становится Т-клетками памяти, которые будут десятилетиями сохраняться в организме и отвечать за долгосрочное поддержание иммунной защиты.

Краткое содержание части 5

В этой части мы узнали, что инфекционные заболевания могут быть эволюционным фактором, определяющим продолжительность жизни, и описали возможные сценарии селекции. Мы пришли к выводу, что хронические стерилизующие инфекции могут являться основной