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.

 Credit: Rensselaer Polytechnic Institute

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

За вечернюю агрессию отвечают циркадные ритмы

Команда ученых из университета Копенгагена подтвердила предположение, что за вечернее повышение беспокойства у пожилых людей ответственны циркадные ритмы. Помимо этого, они нашли способ, как отредактировать…

Как нерегулярное питание нарушает циркадные ритмы

Реалии таковы, что планирование правильного питания в течение дня для многих из нас – роскошь, которую может себе позволить далеко не каждый. Всё больше и…

Печень и кожа имеют собственные циркадные ритмы

Способна ли ваша печень чувствовать, когда вы до поздней ночи смотрите телевизор или зависаете в гаджетах? Ученые из Калифорнийского Университета совместно с коллегами из Института…

Полмиллиона за циркадные ритмы

В этом году престижная премия Грубера в области нейронаук уходит в руки исследователя Медицинского института Говарда Хьюза Джозефа Такахаши (Joseph S. Takahashi). Он получает 500 000…

Генетические отличия «сов» от «жаворонков» расширили в полтора десятка раз

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications и представляющее полногеномный анализ большого количества пациентов, расширило список известных локусов, которые вовлечены в циркадные ритмы с 24 до…

Еда в неправильное время вредит здоровью

Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Cell, показало: важно не только то, что вы едите, но и когда вы едите. Особенно это пригодится людям,…

Клетки сетчатки помогут избавиться от джет-лага

Эдинбургские учёные смогли сделать ещё один важный шаг к преодолению джет-лага. Им удалось найти в сетчатке популяцию клеток, отправляющих напрямую в мозг информацию, управляющую циркадными…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 133: нейронный Оле-Лукойе

Несколько лет назад выяснили, что заставляет наш мозг погружаться в сон и просыпаться. Исследование, проведённое командой из Оксфорда и опубликованное в Nature в 2016 году,…

Нейронауки для всех. Детали: ядра гипоталамуса

Структура мозга настолько сложна и состоит из такого большого числа компонентов, что порой небольшие группы находящихся рядом нейронов могут иметь разные функции. Так и с…