Содержание
Международная группа исследователей из Орхусского университета показала, как на молекулярном уровне работает главный виновник аллергических реакций — антитело IgE, а заодно предложила способ блокировать тяжёлую аллергию на пчелиный яд с помощью крошечных антител, полученных от ламы. Обе работы вышли в журналах Allergy и Nature Communications, и вместе они складываются в довольно редкую для науки картину: фундаментальное открытие и прикладное решение появились почти одновременно.
Антитело которое запускает весь процесс
Аллергия — это ошибка иммунитета. Организм принимает безобидную пыльцу, орех или белок из слюны насекомого за угрозу и выстраивает против него защиту. Главным инструментом этой защиты становится иммуноглобулин E, или IgE.
Молекулы IgE садятся на поверхность тучных клеток и базофилов через специальный рецептор FcεRI. Когда аллерген появляется снова, он сшивает соседние IgE — и клетка мгновенно выбрасывает гистамин и другие сигнальные вещества. Отсюда и знакомая картина: зуд, насморк, отёк, в тяжёлых случаях — анафилаксия.
До сих пор у учёных не было полной трёхмерной картины того, как именно выглядит целая молекула IgE, сидящая на рецепторе. Были отдельные фрагменты, были модели, но сборки целиком не хватало.
Что увидели в новой структуре
Группа учёных показала структуру всей молекулы IgE в комплексе с её рецептором. И здесь оказался сюрприз. Принято было считать её довольно гибкой конструкцией — чем-то вроде двух подвижных «рук», свободно болтающихся над поверхностью клетки и хватающих аллерген откуда придётся. Новая работа говорит, что это упрощение. Молекула организована строже: её форма задаёт геометрию, в которой аллерген вообще может быть распознан. Иначе говоря, не любое связывание запускает реакцию — нужно попасть в нужную ориентацию.
Это важно по одной практической причине. Если понять, какие именно расположения IgE на поверхности клетки ведут к её активации, становится понятнее, куда бить лекарством.
Пчелиный яд и белок Api m 1
Параллельно та же лаборатория, но уже в связке с другой группой учёных, взялась за конкретную клиническую задачу — аллергию на яд медоносной пчелы.
Главный аллерген пчелиного яда известен давно — это фосфолипаза A2, обозначаемая как Api m 1. На неё реагирует подавляющее большинство пациентов с аллергией на укусы пчёл. Белок интересен ещё и тем, что он ферментативно активен: именно Api m 1 во многом отвечает за боль и воспаление в месте укуса, разрушая мембранные липиды.
Есть и ещё одна неприятная деталь. Api m 1 склонен образовывать димеры — пары молекул. А это значит, что даже одного типа IgE-антител, сидящих на тучной клетке, хватит, чтобы сшить соседние рецепторы и запустить выброс гистамина. Такой димер работает как маленький детонатор.
Наноантитела из ламы
Чтобы обезвредить Api m 1, исследователи воспользовались необычным биологическим материалом — антителами верблюдовых. У лам, верблюдов и альпак часть антител устроена проще, чем у человека: они состоят только из тяжёлых цепей. От такого антитела можно отрезать совсем маленький связывающий домен размером около 15 килодальтон. Это и есть наноантитело.
Ламу иммунизировали нативным Api m 1, из её крови построили библиотеку вариантов и с помощью фагового дисплея отобрали наноантитела с высоким сродством к аллергену. Два лучших кандидата — AM1-1 и AM1-4 — оказались особенно интересными: они связываются с разными, не перекрывающимися участками молекулы.
Когда исследователи получили кристаллические структуры комплексов Api m 1 с этими наноантителами, выяснилась ещё одна приятная вещь. Наноантитело AM1-1 «садится» прямо в каталитический карман фосфолипазы — то есть туда, где белок режет липиды. Получилась двойная блокировка: и IgE пациента уже не может дотянуться до своего эпитопа, и сам фермент перестаёт работать. В лабораторных тестах на субстрате BODIPY активность Api m 1 в присутствии AM1-1 заметно падала.
Моно- и биспецифические блокаторы
Дальше наноантитела пришили к константной части человеческого IgG1 — так получились полноценные гибридные антитела для введения пациентам. Сделали два варианта: моноспецифический (с одним и тем же наноантителом на обоих плечах) и биспецифический (AM1-1 и AM1-4 вместе).
Биспецифический оказался явно сильнее. В пробах крови от пациентов с аллергией на пчелиный яд он заметно снижал активацию эффекторных клеток — модели RBL-SX38 с человеческим рецептором FcεRI. Активацию измеряли по выбросу бета-гексозаминидазы, стандартному маркеру дегрануляции.
Мышиная модель анафилаксии подтвердила результат уже на уровне живого организма: предварительное введение биспецифического антитела защищало животных от системной реакции на Api m 1.
Пассивная иммунотерапия против многолетних курсов
Сегодняшний стандарт лечения тяжёлой аллергии на пчелиный яд — специфическая иммунотерапия (ASIT). Пациенту годами вводят возрастающие дозы аллергена, чтобы приучить иммунитет не реагировать. Метод работает, но долог, требует дисциплины и сам способен вызывать побочные реакции вплоть до той же анафилаксии.
Подход с наноантителами устроен иначе. Это не обучение иммунитета, а временная броня. Готовое антитело вводят пациенту, оно перехватывает аллерген до того, как до него доберётся собственный IgE, и какое-то время держит защиту. Период полужизни IgG у человека — 20–30 дней, а сезон активных укусов пчёл в Европе длится около трёх-четырёх месяцев. То есть одной-двух инъекций в теории может хватить на весь рискованный период. Речь не о том, чтобы широко подавить весь иммунитет, а о том, чтобы точечно закрыть самый важный аллерген. И если он действительно определяет бо́льшую часть реакций — этого достаточно.
Почему маленький размер имеет значение
Наноантитела ценят не только за размер. У них вытянутая форма и длинная петля CDR3, поэтому они умеют забираться в щели и карманы белков, куда обычные антитела просто не помещаются. Активный центр фосфолипазы — как раз такой карман.
Есть и техническое преимущество. Из одного домена легко собирать конструкторы: два наноантитела против разных эпитопов, три, фьюжн с Fc-частью человеческого иммуноглобулина. Для классических антител это гораздо сложнее.
Отдельный сюжет — африканизированные пчёлы, так называемые «пчёлы-убийцы», которые расширяют ареал в Америке. Их яд по составу близок к европейскому, и главный аллерген тот же. Значит, препарат, работающий против Api m 1, в принципе должен подходить и для защиты от их укусов тоже.
Размышления
Исследователи не скрывают, что до клиники дорога неблизкая. Эффект блокирования в пробах крови разных пациентов варьирует — у кого-то IgE направлен преимущественно против Api m 1, а у кого-то заметную роль играют и другие компоненты яда, вроде гиалуронидазы Api m 2 или Api m 10. Для таких пациентов одного биспецифического антитела может не хватить, и придётся собирать коктейль.
Кроме того, мышиная модель анафилаксии — это всё-таки модель. Доказательство в крови пациентов и на животных — не то же самое, что клинические испытания на людях. Патентная заявка уже подана, но от неё до аптечной полки обычно проходят годы.
Тем не менее, связка двух работ выглядит логично. Сначала структурная биология объясняет, как именно IgE сидит на клетке и распознаёт аллерген. Потом инженерия антител использует это знание, чтобы точечно перехватить самый опасный аллерген пчелиного яда ещё до того, как иммунная система успеет на него отреагировать.
