Модели на мышах продвинули наше понимание иммунной функции и болезней во многих отношениях, но они не смогли объяснить естественное разнообразие иммунных реакций человека. В результате информация, полученная в лаборатории, может быть потеряна при переводе. В своем последнем исследовании исследователи из Института аллергии и иммунологии Ла-Хойя разработали новый подход к моделированию иммунных вариаций человека в лаборатории, который преодолевает ограничения традиционных моделей на мышах.
«Иммунологи полагаются на инбредных мышей, которых содержат в стерильной среде, но люди живут не так. В любой конкретной человеческой популяции у вас есть естественная вариация человеческих иммунных реакций», - говорит исследователь с докторской степенью и первый автор Конрад Бушер., M. D. «Главный вопрос заключается в том, как нам преодолеть образовавшийся разрыв между скамейкой и прикроватной тумбочкой? Учет естественного разнообразия может быть простым инструментом для улучшения переноса результатов иммунологических исследований с мышей на людей».
Публикация в выпуске Nature Communications от 24 июля 2017 г., профессор Клаус Лей, доктор медицинских наук, который руководил исследованием, и его команда идентифицируют генные маркеры, которые напрямую коррелируют с исходом воспалительных и злокачественных заболеваний у людей, в том числе выживаемость при остеосаркоме, меланоме, хроническом лимфолейкозе (ХЛЛ), лимфоме Беркитта и крупноклеточном раке легкого. Их результаты подчеркивают, что учет иммунного разнообразия является критическим фактором для повышения успешности прогнозирования исходов заболеваний на основе измерений иммунных клеток.
Традиционно исследователи полагались на инбредные штаммы мышей, чтобы получить представление о сложном мире болезней человека, одновременно уменьшая так называемый экспериментальный шум. «Если вы возьмете черную, коричневую или белую мышь, каждая из них даст вам разные ответы в одном и том же анализе. Например, если вы их вакцинируете, их ответы будут разными, что создает много экспериментального шума», - говорит Лей. «Однако, когда вы думаете о пациентах или даже о здоровых людях, мы все разные».
Чтобы извлечь из этих различий ценную информацию, исследователи LJI активно использовали экспериментальный шум. Вместо анализа одной линии инбредных мышей Бушер обратился к панели разнообразия гибридных мышей (HDMP). Панель была разработана соавтором Алдонсом Дж. Лусисом, доктором философии, профессором факультетов медицины, генетики человека, микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
HDMP представляет собой панель из примерно 100 различных инбредных линий мышей, которые отражают широту генетического и иммунологического разнообразия человеческой популяции. «Вы можете думать о панели как о сотне разных пациентов или здоровых людей», - объясняет Бушер.
Buscher, Lusis, Ley и другие изучали естественные вариации в характере активации абдоминальных макрофагов, универсальных членов иммунной системы. Профессиональные фагоциты, они очищают изношенные клетки и клеточный мусор; обследуйте поверхности тканей на наличие чужеродных агентов; поглощают бактерии и раковые клетки; усилить или успокоить воспаление и задействовать других членов иммунной системы.
Макрофаги, выделенные из 83 различных линий мышей из HDMP, подвергались воздействию липополисахарида (LPS), основного компонента внешней стенки грамотрицательных бактерий, для оценки их реакции на сильное воспаление. Грамотрицательные бактерии являются причиной широкого спектра различных заболеваний, включая пищевые отравления, холеру, туберкулез и пародонтит, среди многих других.
По сути, когда иммунная система сталкивается с грамотрицательными бактериями, она может справиться с ситуацией двумя способами: либо она очень злится и пытается убить бактерии, либо она может отгородить их стеной. попытаться жить с этим», - объясняет Лей. «Обе стратегии сопряжены с определенным риском, но долгая история эволюции гарантировала, что мыши и люди могут выжить при любой стратегии».
ЛПС-индуцированные реакции макрофагов, проанализированных в рамках исследования, охватывали весь спектр - от очень агрессивных (ЛПС+) до очень толерантных (ЛПС-) в зависимости от штамма мыши. Это обозначение LPS+ и LPS- связано с обозначением M1 и M2, введенным Чарльзом Д. Миллсом, другим соавтором исследования. Затем исследователи спросили, какие гены были активны во время каждого типа ответа, чтобы определить сигнатуры генов, которые коррелируют с реакцией на ЛПС. Затем Лей и его команда проверили эти сигнатуры генов в различных наборах данных об экспрессии генов человека и обнаружили, что они сильно коррелируют с исходами болезней человека.
Например, макрофаги, выделенные из здоровых суставов, были обогащены генами толерантности к ЛПС, тогда как макрофаги от пациентов с ревматоидным артритом были сильно смещены в сторону ЛПС-агрессивных. То же самое относится и к макрофагам, обнаруженным в почках здоровых людей, по сравнению с больными красной волчанкой.
Поскольку было известно, что мыши и люди с агрессивным фенотипом лучше борются с раком, хотя они более восприимчивы к сердечно-сосудистым заболеваниям, ученые специально задались вопросом, может ли уровень чувствительности к ЛПС предсказать выживаемость опухоли. Проанализировав данные 18 000 биопсий 39 различных типов опухолей, они обнаружили, что сигнатура гена LPS+ сильно коррелирует с выживаемостью, в то время как сигнатура LPS-гена коррелирует со смертью от рака. Картина была значимой для многих различных типов рака, включая остеосаркому, меланому, хронический лимфоцитарный лейкоз, лимфому Беркитта и крупноклеточную карциному легкого.
Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (HL115232, HL28481 и HL30568) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (BU3247/1-1).