Сафари по коже. Удивительная жизнь органа, который у всех на виду

Лиман Монти

У дермы в арсенале множество инструментов, и мы продолжаем обнаруживать новые. В 2017 году исследователи из Кембриджского университета и Каролинского института в Швеции выяснили, что кожа мышей и, возможно, человеческая тоже, помогает контролировать кровяное давление. Кожа содержит белки под названием «факторы, индуцируемые гипоксией» (HIFs), которые влияют на сокращение и расширение – и, соответственно, на сопротивляемость – кровеносных сосудов дермы. Если коже не хватает кислорода, эти белки вызывают срочный десятиминутный подъем кровяного давления и частоты сердечных сокращений, за которым следует падение и возвращение в норму в течение сорока восьми часов [30] . Девять из десяти случаев высокого кровяного давления у людей случаются по неизвестным причинам [31] , но иногда ответ может быть в коже.

30

Cowburn, A. S., Macias, D., Summers, C., Chilvers, E. R. and Johnson, R. S., ‘Cardiovascular adaptation to hypoxia and the role of peripheral resistance’, eLife, 6, 2017

31

Carretero, O.A. and Oparil, S., ‘Essential hypertension: part I: definition and etiology’, Circulation, 101(3), 2000, pp. 329–335

Из

всего разнообразия рабочих клеток, населяющих «город» дермы, самые впечатляющие, пожалуй, иммунные клетки. Кожа на постоянной основе подвергается бомбардировке бесчисленными микроорганизмами, поэтому неудивительно, что она имеет грозное вооружение из разных видов специализированных иммунных клеток. Хотя большинство иммунных клеток кожи располагается в дерме или в ней же собирается на битву, они полагаются на стражей, которые обитают в верхнем слое эпидермиса и предупреждают о приближении чужаков. Эти стражи носят имя клеток Лангерганса [32] : их открыл в 1868 году немецкий биолог Пауль Лангерганс в нежном возрасте двадцати одного года. Когда потенциально опасные бактерии начинают просачиваться сквозь эпидермис, клетки Лангерганса обнаруживают вторжение [33] . Затем они поглощают маленькие молекулы бактерий и расщепляют их на еще более мелкие части. Эти крохотные фрагменты называются эпитопы [34] и у каждого вида бактерий они уникальны. Затем клетки Лангерганса помещают эти бактериальные эпитопы на свою поверхность, как штрих-коды.

32

Подтип дендритных клеток, содержащийся в эпителиальных тканях и названный в честь Пауля Лангерганса, открывшего их в 1868 г.

33

Langerhans P. ‘"Uber die Nerven der menschlichen Haut’, Archiv f"ur pathologische Anatomie und Physiologie und f"ur klinische Medicin, 44(2–3), 1868, pp. 325–37

34

Часть макромолекулы антигена, которая распознается иммунной системой.

Дальше происходит нечто невероятное. Клетки Лангерганса, удерживая захваченный бактериальный штрих-код, отправляются в дальнее путешествие от кожи к лимфоузлам. С помощью серии невероятно сложных взаимодействий, многие из которых мы еще не поняли, клетки Лангерганса показывают Т-клеткам «сводку с фронта» – где именно на коже происходит битва и с каким именно врагом. Т-клетки передают сигнал другим клеткам и организуют общий иммунный ответ любому вторжению [35] .

35

Pasparakis, M., Haase, I. and Nestle, F. O., ‘Mechanisms regulating skin immunity and inflammation’, Nature Reviews Immunology, 14(5), 2014, pp. 289–301

Еще более примечательное свойство этого ответа – то, что многие Т-клетки, например, B-клетки, производящие антитела, «запоминают» виды бактерий и, если в будущем этот вид бактерий снова прорвет оборону кожи, с ним можно будет справиться быстрее.

ИМУННЫЕ КЛЕТКИ

Еще один пример такого сложного, скоординированного точечного удара иммунной системы – это зудящая, болезненная сыпь, которую вызывает ядовитый плющ. Когда лист ядовитого плюща контактирует с кожей, он оставляет на ней крохотные молекулы масла под названием урушиол [36] , которые начинают просачиваться сквозь эпидермис глубже в дерму. Некоторые молекулы связываются с белками, находящимися на поверхности клеток кожи. Так сложилось, что у большинства людей иммунная система распознает эти специфические соединения белков и масла как опасные чужеродные микробы. Клетки Лангерганса проводят ту же операцию, что и с забором бактериальных белков, захватывая молекулы соединения белка и масла, переносят его к лимфоузлам в глубине организма и представляют Т-клеткам. Когда кожа впервые контактирует с ядовитым плющом, аллергическая реакция не проявляется, но организм уже взбудоражен и готов к действию. При следующем контакте этого участка кожи с растением Т-клетки организма организуют полномасштабную атаку, ошибочно считая, что произошло бактериальное вторжение. Поднятые по тревоге Т-клетки разрушают и клетки Лангерганса, содержащие молекулы урушиола, и окружающие их здоровые клетки кожи, запуская воспаление, которое вызывает такие же симптомы, как реакция кожи на инфекцию – зуд, раздражение и волдыри.

36

Органический маслянистый токсин, обнаруженный в растениях семейства Сумаховые (манго, фисташковые). Вызывает аллергическую кожную реакцию при контакте, известную как «урушиоловый контактный дерматит».

Иммунная система кожи содержит много других видов оружия, каждый из которых реагирует на определенную ситуацию, чтобы уберечь нас от опасности. Наша дерма полна шарообразных, покрытых пятнам клеток, которые называются тучные клетки. Они – противопехотные мины нашей кожи, под завязку набитые мощными молекулами, самый заметный из которых – гистамин. Он вызывает симптомы воспаления и аллергии. Если хотите поэкспериментировать, поцарапайте кожу на кисти ногтем или острым предметом, например, карандашом. Произойдут три вещи. Сначала в течение нескольких секунд появится красная линия. Ее появление вызвано

тем, что тучные клетки выпускают в окружающую их среду содержимое, и гистамин расширяет маленькие кровеносные сосуды дермы, чтобы увеличить приток крови к поврежденной области. Затем, через минуту или две, покраснение распространится шире, вокруг границ царапины. Это называется аксонный рефлекс, при котором гистамин активирует нервные окончания, в свою очередь отправляющие сигналы к спинному мозгу и обратно к коже. Эти сигналы велят еще большему количеству сосудов в коже вокруг повреждения немедленно расшириться. Наконец, вокруг изначальной красной линии появляется припухлость. Это происходит из-за того, что расширение кровеносных сосудов повышает их проницаемость и плазма крови (жидкость, в которой плавают клетки крови) вытекает из сосудов в окружающие ткани. Это вызывает отек, который практически всегда сопровождается воспалением. Воспаление как ответ на повреждение играет очень важную роль в борьбе против ран и заражения – делая доступными все пути к пораженному участку, кожа позволяет иммунной системе быстрее определить, чем именно вызвано повреждение.

Во время одной особенно скучной лекции в медицинском университете один из моих друзей предложил мне поучаствовать в необычной игре. Мы могли писать на его коже, всего лишь слабо нажимая на нее кончиком карандаша. Обычно это заканчивалось игрой в крестики-нолики. Опухшие следы от нашей писанины могли исчезать больше чем за час, потому что у него был дермографизм (в буквальном переводе с греческого – «кожепись»), вызванный избытком гистамина, выделяемого тучными клетками. Такая избыточная реакция встречается у 5 процентов населения по всему миру, но ее причина на данный момент не ясна [37] .

37

Mlynek, A., Vieira dos Santos, R., Ardelean, E., Weller, K., Magerl, M., Church, M. K. and Maurer, M., ‘A novel, simple, validated and reproducible instrument for assessing provocation threshold levels in patients with symptomatic dermographism’, Clinical and Experimental Dermatology, 38(4), 2013, pp. 60–66

Наша иммунная система – это одна из самых быстро развивающихся областей науки, и кожа – это потрясающая лаборатория. Постоянно открываются новые виды взаимодействия и даже новые виды клеток. В лаборатории кожной иммунологии Оксфордского университета мне довелось изучать роль иммунных клеток кожи под названием «врожденные лимфоидные клетки». Эти клетки были неизвестны до 2010-х годов [38] . В последние годы манипуляции иммунитетом с использованием биологии – виды терапии, задействующие определенные иммунные клетки – поставили дерматологию с ног на голову. Например, чешуйчатые образования при псориазе – это результат избыточного роста эпидермиса, вызванного сбоем иммунной системы. Для кого-то эти участки кожи – просто зудящая неприятность, но в серьезных случаях они могут сильно влиять на качество жизни. Новые биологические виды лечения привели к уменьшению проявлений болезни у 75 % пациентов. С развитием новых лекарств и подбором лечения соответственно генетическому коду это число становится еще выше и очень похоже, что сильный псориаз вскоре останется в прошлом.

38

Salimi, M., Barlow, J. L., Saunders, S. P., Xue, L., Gutowska-Owsiak, D., Wang, X., Huang, L. C., Johnson, D., Scanlon, S. T., McKenzie, A. N. and Fallon, P. G., and Ogg, G., ‘A role for IL- 25 and IL- 33–driven type-2 innate lymphoid cells in atopic dermatitis’, Journal of Experimental Medicine, 210(13), 2013, pp. 2939–50

Наши эпидермис и дерма очень разные, но при этом тесно связаны. Оба с помощью толстых, похожих на шурупы молекул белка привязаны к тонкой «базальной мембране», которая их разделяет. Слои пересекаются с помощью неровной поверхности, и дерма прорастает в эпидермис с помощью рядов выступов. Эти выступы ярче всего выражены на кончиках пальцев рук и ног, где они образуют спирали нашей индивидуальности – отпечатки пальцев. Посмотрите на подушечку своего большого пальца, приглядитесь к хребтам и долинам, которые составляют ее ландшафт. Если вы не принадлежите к одной из четырех семей с адерматоглифией (генетическое отсутствие отпечатков пальцев), то вы увидите один или несколько из трех основных узоров: завиток – круглая спиральная форма, петля, которая начинается с одной стороны пальца, закручивается и возвращается на эту же сторону, и дуга, которая поднимается с одной стороны, изгибается вверх и заканчивается на другой стороне.

Отпечатки пальцев формируются в утробе и создаются с участием как генов, так и случайных факторов. Взгляд на отпечатки пальцев близких родственников указывает на генетическую составляющую – общий рисунок будет похож на ваш. Но даже если узор в общих чертах может казаться одинаковым, его мелкие части настолько уникальны, что различаются даже у идентичных близнецов. Но есть ли у отпечатков смысл? Устоявшееся мнение, что они позволяют крепче держаться за предметы, было оспорено исследованиями, которые показали, что выступы на самом деле уменьшают трение между пальцами и другими поверхностями [39] .

39

Warman, P. H. and Ennos, A. R., ‘Fingerprints are unlikely to increase the friction of primate fingerpads’, Journal of Experimental Biology, 212(13), 2009, pp. 2016–22

ОТПЕЧАТКИ ПАЛЬЦЕВ

Другое предположение заключается в том, что они увеличивают тактильную чувствительность кожи. Также в этих областях сложнее натереть мозоли, поэтому они могут играть роль в снижении трения. Но в настоящее время функция отличительного знака нашей кожи все еще остается такой же загадочной, как и его индивидуальность. Но что мы точно знаем, так это то, что независимо от того, как растут наши пальцы, отпечатки остаются неизменными от рождения до смерти.