В начале 20-го века аллергия была относительно редким заболеванием. Сегодня же она относится к наиболее часто встречающимся болезнями. Ограниченный промежуток времени, в течение которого произошло увеличение аллергических заболеваний, говорит против чисто генетически обоснованного увеличения аллергий; за несколько поколений человеческий геном не мог так сильно измениться.
Изменения же окружающей среды оказываются поэтому объяснением, вызывающим все больший интерес.
Риск заболеть аллергией определяется различными факторами окружающей среды. Дети, растущие вместе со своими братьями и сестрами, менее часто страдают аллергиями, чем дети из небольших семей.
Итальянские рекруты, серопозитивные на гепатит А, меньше страдали аллергиями, чем их сероотрицательные коллеги. Эти наблюдения перекликаются с гигиенической гипотезой, выдвинутой Strachan в проходившей дискуссии в 1989 году; эта гипотеза утверждает, что снижение экспозиции к микробам, что происходит в нашей западной цивилизации, благоприятствует возникновению аллергий.
Крестьянские дети и аллергии
Влияние факторов окружающей среды может быть продемонстрирован и в другом контексте: в одном из исследований детей в Швейцарии было показано, что дети из крестьянских семей в три раза меньше страдают сенной аллергией, контрольная группа состояла не из городских детей, а из детей того же возраста, которые росли не в крестьянских хозяйствах. Также обнаружилась своего рода взаимосвязь доза-действие: дети родителей занимающихся все время сельским хозяйством имели меньший риск проявления атопической сенсибилизации, чем дети родителей занимающихся сельских хозяйствам не все время. Это наблюдение, что крестьян-ские дети меньше страдают аллергиями с тех пор нашло подтверждения во многих исследования из различных стран и континентов.
Чтобы более подробно изучить это наблюдение исследовательские группы из Швейцарии, Мюнхена и Зальцбурга, которые впервые описали этот крестьянский эффект, создали исследовательсккую группу ALEX (akkergies and endotoxin). Более 900 детей из сельских местностей были включены в проводимое исследование ALEX. "Эффект крестьянского хозяйства" был подтвержден в этом большом исследование: по сравнению с контрольной группой риск крестьянского ребенка заболеть сенным насморком оказался в 3 раза меньше (Odds-Ratio 0,35), Odds-Ratio что ребенок в течение последних 12 месяцев имел приступ астмы составлял 0,3, риск специфической сенсибилизации (определялся по IgE против наиболее часто встречающихся аллергенов) 0,6. На следующем этапе исследования авторы изучили какие воздействия, которым ребенок подвергался на крестьянском подворье, коррелировали с защитой от аллергии.
Употребление молока сразу же с собственного подворья, а также нахождение в хлеве оказались основными защитными факторами. Оба из них обеспечивали особую защиту детей, когда экспозиция к ним осуществлялась на первом году жизни. Эти данные поднимали вопрос, можно ли объяснить защищенность крестьянских детей от аллергий пониженной экспозицией к микробам или микробным частичкам. Фактически уже ранее было показано, что дети на крестьянских подворьях в большей степени подвергались воздействию более высоких концентраций эндотоксина, чем не крестьянские дети.
Эндотоксин (липополисахарид, LPS) является составлной частью грам-положительных бактерий. В ALEX-исследовании были измерены концентрации эндотоксина в жилых помещениях, где пребывал ребенок, например матрасах. Оказалось, что риск например заболевания аллергической астмой, был тем меньше, чем выше была концентрация эндотоксина в среде обитания этих детей. Также риск заболевания сенным насморком оказывался явно меньше с увеличением экспозиции к эндотоксину. Не на каждую форму астму это оказывало благоприятный эффект: риск заболевания не аллергической астмой возрастал с увеличением экспозиции к эндотоксину. В окружающей среде естественно наряду с эндотоксином имеются и другие еще более многочисленные микробные компоненты, вопрос играет ли сам по себе эндотоксин особо важную роль или он является маркером микробной нагрузки остается открытым.
В эпидемиологических исследованиях удалось продемонстрировать четкую взаимосвязь между экспозицией к микробным компонентам, особенно эндотоксина, и защитой от аллергии.
Иммунологические механизмы лежащие в основе этой защиты однако остаются невыясненными. Особый интерес вызывает вопрос могут ли микробы или микробные компоненты, которые естественно обретаются в окружающей среде, вообще оказывать влияние на детскую иммунную систему, без того чтобы дети заболевали инфекциями. В рамках исследования ALEX мы изучили возможные влияния на врожденную иммунную систему (innate immune system).
Врожденный и приобретенный иммуннитет
Люди и млекопитающиеся обладают двумя остовами иммунной системы: под действием приобретенной иммунной системы (adaptive immune system) после распознавания чужого антигена происходит клональная экспансия антигенспецифических Т и В-лимфоцитов и образование антиген-специфических антител.
Класс образуемых антител (IgG, IgA, IgE) среди прочего определяется клетками Т-хелперами (Th) и их цитокинами; Th2-клетки способствуют образованию вызывающими аллергию IgE-антител, тогда как Th1-клетки через секрцию интерлейкинов, например, интерлейкина-12, действуют скорее провоспалительно и антиаллергически.
Первая линия защиты от инфекции создается не приобретенной, но скорее врожденной иммунной системой (innate immune system): фагоциты и другие клетки, например эпителиальные, распознают микробов как чужеродных и опасных. При этом специфические эволюционно законсервированные рецепторы на поверхности клеток млекопитающих распознают молекулы микробов. Микробные структуры получили название PAMP (pathogen-associated molecular patterns), а рецепторы на поверхности клеток млекопитающих PRR (pattern recognition receptors). Примерами PAMP могут служить липополисахариды, липотейхоиновые кислоты, бактериальные липоп-ртеины и другие.
Даже дрозофила обладает врожденной иммунной системой. При этом активация Toll, PRR дрозофилы, через каскад внутриклеточных сигнальных молекул приводит к индукции антимикробной реакции. Этот путь законсерирован у млекопитающихся. У людей имеется целое семейство Toll-like рецепторов (TLR). В настоящее время известно 10 TLR.Различные TLR имеют различную специфичность. На пример, TLR2 прежде всего распознает компоненты грам-позитивных бактерий, тогда как TLR4 распознает эндотоксин. Наряду с TLR и другие молекулы участвуют в распознавании патогенов. Молекула CD14 в основном выделяемая моноцитами и макрофагами служит в качестве ко-рецептора LPS. Не только Toll-like рецепторы сохранились от дрозофилы до человека, но также и подключающийся путь проведения сигналов оказывается гомологичным. Распознание микробной молекулы Toll-like рецептором приводит к активации клетки через NfkB. Как и у дрозофилы у млекопитающихся вырабатываются антимикробно действующие пептиды. Кроме того вызывается воспалительная реакция с секрецией провоспалительных цитокинов.
Влияние оказываемое на врожденную иммунную систему микробами окружающей среды
Чтобы выяснить, оказывают ли влияние микробы и их компоненты находящиеся в окружающей среде на врожденную иммунною систему детей, мы сравнили экспрессии TLR2< TLR4 и CD14 в лейкоцитах крестьянских детей и некрестьянских детей. Методически мы определяли экспрессию гена с помощью количественного PCR. Мы обнаружили, что крестьянские дети усиленно выделяли TLR2 и CD14, в отношении TLR4 не было выявлено никаких различий. Именно такой результат (состояние) получают, когда in vitro обрабатывают лейкоциты эндотоксином. Микробные компоненты, такие например, как эндотоксин, обнаруживаемый в высоких концентрациях в среде обитания крестьянских детей, также определено влияет на врожденную иммунную систему этих детей.
Иммунологические механизмы гигиенической гипотезы
Врожденная и приобретенная иммунные системы не являются 2 полностью независимо друг от друга оперирующими системами; скорее ответ врожденной иммунной системы влияет на иммунную реакцию приобретенной иммунной системы. При этом считается, что воспалительная реакция врожденной иммунной системы, особенно секреция интерлейкина-12, способствует Th1-реакции приобретенной иммунной системы и при этом препятствует развитию аллергий. Это было постулировано как механизм, лежащий в основе защищающего от аллергии эффекта в контексте гигиенической гипотезы. Различные заболевания иммунной системы протекают с дисбалансом реакции Т-хелперов клеток. Аллергиям способствует Th2 реакция, воспалительные заболевания, такие как болезнь Крона или сахарный диабет, неравновесием иммунного ответа в пользу Th1 реакции.
У детей, участвующих в исследовании ALEX, после рестимуляции клеток крови in vitro эндотоксином также определялись цитокины. Суть гипотезы состоит в том, что иммунная система детей, которые в повседневной жизни подвержены высоким концентрациям эндотоксина, стимулируется и при этом в крови происходит увеличение количеств провоспалительных цитокинов. Это ведет к усиленному образованию Th1-клеток, что в свою очередь может объяснить противоаллергический эффект у крестьянских детей. В исследовании ALEX было выявлено противоположное ожидаемому: чем выше концентрация эндотоксина в окружении детей, тем меньше оказывались уровни цитокинов интерферон-g, интерферон-10, тумор некротизирующий фактор а и интерлейкин-12.
Эти данные оказались ошеломляющими и вызвали многочисленные дискуссии. Эти результаты определенно не противоречили гигиенической гипотезе: гигиеническая гипотеза постулировала взаимосвязь между экспозицией к микробам и защитой от аллергии; наряду со многими другими исследованиями в самых различных контекстах и эти крестьянские исследования подтвердили эту взаимосвязь. Иммунологические механизмы лежащие в основе этого феномена, в действительности оказалось не так просто ограничить влиянием на равновесие Th1-Th2. На первый взгляд это может показаться неожиданным. С другой стороны, стоит обратить внимание, что увеличенная экспозиция к микробам ассоциирует не только с защитой от аллергии. С усилением индустриализации, гигиена и снижение инфекций произошло увеличение наряду с аллергиями классических "Th1-заболеваний" таких как Morbus Crohn и Diabetes mellitus. Чтобы лучше понять взаимосвязи между экспозицией к микробам, врожденной иммунной системой и иммунологическими заболеваниями, следует заниматься поисками объясняющей модели, выходящей за рамки Th1-Th2 догмы.
Следует осторожно подходить к трансляции наблюдений из исследований крестьян в рекомендации по профилактике аллергий, до тех пор пока не будут хорошо изучены лежащие в основе этого механизмы. Так, например, на основании результатов ALEX исследования грудным детям на первом году жизни естественно дается не натуральное молоко пастеризированное или не пастеризированное. Это касается также рекомендаций обществ педиатрии (Грудное вскармливание или соответствующий возрасту адаптировнный молочный продукт, при риске аллергии гидролизированный).
Мы также установли, что увеличение аллергий за последние 100 лет нельзя объяснить изменениями человеческого генома, и продемонстрировали значение факторов окружающей среды в возникновении аллергий.
Это однако не означает, что генетика не имеет значения для понимания возникновения аллергий. Наоборот, полиморфизмы в генах, ответственных за распознавание и последующее активирование клеток, оказывают существенное влияние на реакцию хозяина. Полиморфизм в гене CD14 ассоциирует с уровнем в сыворотке IgE, полимфорфизмы TLR2 и TLR4 протекают с изменением иммунной реакции на стафиллококки или LPS.
Многое говорит о том, что даже при возникновении аллергий взаимодейсвтия факторов окружающей среды, таких например как микробы с генетическим материалом, на который попадают факторы окружающей среды, определяют возникновение и течение заболевания.