Циркадные ритмы управляют иммунной системой человека

Исследователи Университета Женевы изучали активацию иммунной системы человека и ее колебания в течение дня. Она достигает пика своей активности незадолго до того, как человек просыпается. Результаты, о которых сказано в журнале Nature Immunology, говорят о том, что время суток, вероятно, следует принимать во внимание при введении вакцин или иммунотерапии против большинства видов рака, чтобы повысить их эффективность.

Циркадные ритмы, регулирующие большую часть физиологических процессов в живых организмах – одни из наиболее фундаментальных биологических механизмов. Расшифровывая механизмы миграции клеток, лежащие в основе иммунного ответа, ученые из Женевского университета (UNIGE) в Швейцарии и Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Германии доказали, что активация иммунной системы регулируется в соответствии со временем суток. Миграция иммунных клеток из кожи в лимфатические узлы колеблется в течение 24 часов. Иммунная деятельность достигает пика во время отдыха, до возобновления упражнений – в полдень для мышей, ведущих ночной образ жизни, и рано утром для людей. 

В отличие от врожденной иммунной системы, которая реагирует мгновенно, но не прицельно, приобретенный иммунитет вырабатывает долгосрочную реакцию, специфичную для каждого инфекционного агента.

«Приобретенному иммунитету требуются недели, чтобы сформировать ответ, специфичный для данного патогена. Эта реакция длится очень долго благодаря механизму клеточной памяти. Обычно это механизм, действующий на протяжении всей вакцинации, например, против вируса», — говорит Кристоф Шейерманн (Christoph Scheiermann), профессор отделения патологии и иммунологии Женевского центра (GCIR) в Школе медицины UNIGE, который руководил этим анализом. 

Чтобы узнать, как циркадные ритмы влияют на активацию иммунной системы, исследователи изучили миграцию дендритных клеток (клеток иммунной системы) из пор и кожи в лимфатическую систему. Расположенные во многих периферических органах, включая кожу, дендритные клетки мигрируют по лимфатическим сосудам в лимфатические узлы, где презентируются антигены, вызывающие иммунный ответ против поступающего патогена.

Ученые сначала наблюдали миграционную способность  дендритных клеток у диких мышей, а затем у мышей без функциональных внутренних часов. Чтобы миграция клеток происходила точно, не только дендритные клетки, но и клетки лимфатических сосудов должны реагировать на циркадный ритм. В связи с этим циркадные часы должны быть функциональны по обе стороны механизма: внутри клетки и за ее пределами. В противном случае пиков активности не будет, и иммунная система будет постоянно работать в замедленном режиме.

Затем исследователи повторили свой эксперимент на человеческих порах и клетках кожи, взятых у больных в совершенно разное время суток. Они обнаружили довольно много молекул, в частности хемокинов, которые участвуют в миграционном процессе и экспрессия которых регулируется циркадными часами. 

Стимулирование иммунной системы в благоприятное время 

Дополнительные данные также указывают на то, что если иммунная система стимулируется в разное время дня, появляются одни и те же колебания с пиком по утрам. Почему иммунная система управляется колебательным ритмом? Исследователи объясняют, что циркадные ритмы работают как система энергосбережения, позволяющая наилучшим образом использовать источники энергии в соответствии с, вероятно, самыми быстрыми потребностями. Может ли это быть способом для иммунной системы быть начеку в периоды наибольшего риска – контакта с патогенами из-за приема пищи и / или социальных взаимодействий? Можем ли мы быть более восприимчивыми к патогенам ночью и вечером? Пока мы не можем знать. 

Однако значение циркадного ритма для иммунной системы просто необходимо выявить, и он вполне может иметь определяющее значение как для профилактической вакцинации, так и для проведения противоопухолевой терапии или лечения аутоиммунных заболеваний. Команда Кристофа Шейерманна теперь более подробно исследует самую первую стадию иммунного ответа, когда патоген или вакцина попадает в организм.

Текст: Анна Цой

Circadian clocks guide dendritic cells into skin lymphatics by Holtkamp, S.J., Ince, L.M., Barnoud, C. et al. in Natural Immunolog. Published October 2021.

DOI: 10.1038/s41590-021-01040-x