Научный вклад доктора медицинских наук, профессора, академика РАН Валерия Александровича Черешнева, внесённый в результате фундаментальных, экспериментальных и клинических исследований им лично и в соавторстве по изучению иммунофизиологических и иммунопатофизиологических механизмов развития инфекционной и неинфекционной патологии
Академик В.А. Черешнев — известный российский ученый, специалист в области иммунобиологии, патофизиологии и экологии, труды которого внесли весомый вклад в развитие фундаментальных и прикладных аспектов иммунофизиологии, регуляции функций иммунной системы, расшифровки роли иммунных механизмов патогенеза ряда наиболее распространенных заболеваний сердечно-сосудистой системы, опухолевой природы, хронических воспалительных процессов.
Основные направления научных исследований В.А. Черешнева – экология и иммунитет, иммунофизиология, иммунные механизмы воспаления, стресса, сердечно-сосудистой патологии, опухолевого роста, глазных болезней, ВИЧ-инфекция.
Им сформулированы и обоснованы научные положения, ставшие основой нового направления в изучении комбинированных радиационных поражений; создана экспериментальная модель комбинированной радиационно-механической закрытой травмы груди, обоснованы принципы ее моделирования; проведены комплексные клинико-экспериментальные исследования функциональных систем кровообращения, дыхания, крови, иммунитета; выделено три стадии в динамике комбинированного поражения; установлены основные закономерности клиники и патогенеза комбинированной радиационно-механической закрытой травмы груди; показано положительное действие кровезаменителя гельвисола, радиопротекторов и их сочетаний на исходы этой тяжелейшей формы травмы; доказана возможность экстраполяции результатов экспериментальных исследований патогенеза, лечения, прогнозирования и исходов повреждений груди в клинику как в мирное время, так и во фронтовых условиях, при применении ядерного оружия. Не случайно В.А. Черешнев стал одним из авторов руководств по изучению комбинированных радиационных поражений (1982, 1989, 1994), а книга «Иммунология комбинированных радиационных поражений», написанная в соавторстве с Н.Н. Кеворковым, К.В. Шмагелем, А.А. Ярилиным (1997), стала настольной для многих радиобиологов и иммунологов.
Как уже было указано, В.А. Черешневым не только обоснована концепция системного подхода к изучению экологической иммунологии, но и создана первая в нашей стране лаборатория с аналогичным названием в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. Совместно с сотрудниками этой лаборатории им установлены основные закономерности нарушений иммунного гомеостаза при воздействии на организм различных дисстрессорных факторов: механических, радиационных, химических, биологических; описаны механизмы развития вторичных, экологически обусловленных иммунодефицитных состояний; разработаны схемы их иммунопрофилактики и коррекции с применением комплекса иммуномодуляторных, адаптогенных препаратов и естественных природных факторов, в частности спелеотерапии в калийном руднике. Так, применение в течение года комплекса лечебных мероприятий (направленная и избирательная, назначаемая строго индивидуально, в зависимости от степени выраженности вторичного иммунодефицитного состояния иммунокоррекция) почти в 6 раз снижает заболеваемость в группе длительно и часто болеющих детей младшего возраста.
Группой ученых (Агаджанян Н.А., Аптикаева О.И., Гамбурцев А.Г., Грачев В.А., Жалковский Е.А., Летников Ф.А., Расторгуев В.Н., Сидоров П.И., Юдахин Ф.Н.) во главе с академиком РАН В.А. Черешневым обоснована необходимость и актуальность осуществления системного экологического мониторинга (СЭМ) в трех окружающих средах – природной, антропогенной и социальной с целью улучшения здоровья и качества жизни человека. Разработка СЭМ выполнена в результате многолетних (1990-2005 гг.) междисциплинарных научных исследований, в том числе по ГНТП «Глобальные изменения природной среды и климата». Такая постановка проблемы и разработка темы предприняты впервые. Проведен сопоставительный анализ множеств временных рядов, характеризующих процессы в биосфере, и рядов медицинских показателей. Составлен свод данных, отражающих закономерности динамики процессов в биосфере. Выявлены некоторые связи этих процессов. Предложено новое научное направление «Синергетика среды обитания человека» и продемонстрированы свойства этой среды – нелинейность, способность к самоорганизации и хаотизации. Рассмотрены данные по влиянию загрязнений окружающей среды на заболеваемость населения Севера России. Предложены системы поддержания гомеостаза организма и механизмы адаптации. Получила обоснование концепция и методология СЭМ как приоритета национальной безопасности и устойчивого развития страны, что нашло отражение при работе над Экологической доктриной РФ. Разработана технология геоинформационных систем в реализации СЭМ. Предложена модель возникновения и снятия психологического стресса в условиях боевых действий с вариантами лечебно-реабилитационных маршрутов. В рамках социальной экологии зависимых форм поведения предложены концепция генеза зависимости от психоактивных веществ и стратегии развития наркологической превентологии. По свидетельству ведущих ученых работа носит фундаментальный характер и имеет большое практическое значение. Ряд разработок используется в практике. За данные исследования этой группой ученых была получена премия Правительства Российской Федерации, в 2006 году.
Вопросам иммунологических аспектов энтеровирусной инфекции центральной нервной системы, механизмов, используемых энтеровирусами для противодействия реакциям врожденного иммунитета, в том числе манипулирование экспрессией микро РНК и использование феномена аутофагии для репликации и распространения в организме хозяина посвящены исследования, проведенные под руководством В.А. Черешнева совместно с Я.Б. Бейкиным и Ю.Г. Лагеревой. В результате проведенного анализа иммуногенетических ассоциаций аллельных вариантов генов HLA I (HLA-A,B, Cw) и II класса (DRB1,DQA1,DQB1) с развитием энтеровирусных менингитов выявлен гаплотип-провокатор HLA-DRB1*01:01; DQBG1*05:01б с высокой степенью вероятности связанный с чувствительностью к энтеровирусной инфекции с серозным менингитом. С помощью метода внутриклеточного окрашивания цитокинов и проточноцитометрического анализа цереброспинальной жидкости впервые определены субпопуляции Т-эффекторов, участвующих в контроле энтеровирусной инфекции центральной нервной системы: CD4+T-‘эффекторы/клетки памяти Тh1- и Th2-типа, а также СD8+ эффекторные Т-лимфоциты/клетки памяти. Полученные результаты внесли важный вклад в изучение иммунологических детерминант чувствительности к нейроинфекциям с позиций возрастных, ассоциированных с полом и полиморфизмом HLA особенностей иммунного ответа.
Результаты исследований нашли отражение в монографии «Иммунологические аспекты энтеровирусной инфекции центральной нервной системы» (2018).
Валерием Александровичем Черешневым (совместно с А.А. Моровой) обоснована концепция патогенеза ряда соматических болезней млекопитающих, возникновение которых связано с нарушением экологически зависимой цепи "макроорганизм-бактерии-вирусы", утратой в ней под действием антропогенного прессинга и лекарственных препаратов среднего звена – симбионтных бактерий и формированием вирусоносительства. На этом фоне доминирующими становятся заболевания вирусной природы, число которых увеличивается и, скорее всего, будет нарастать и в дальнейшем. Итогом этих исследований стала монография «Биологические законы и жизнеспособность человека», написанная совместно с А.А. Моровой, И.Н. Рямзиной (2000).
Валерий Александрович уделял и уделяет серьезное внимание вопросам иммунологии репродукции.
Гормональный контроль иммунных реакций беременной женщины, толерантность матери к антигенам отцовского происхождения, участие продуктов фетоплацентарного комплекса в регуляции процесса адаптации женского организма к длительному вынашиванию плода – вот узловые точки его научного поиска. Вместе с тем эта работа не носит чисто фундаментального характера. В 1990-е гг. под руководством академика В.А. Черешнева на базе медсанчасти № 41 г. Глазова Удмуртской Республики был проведен массовый скрининг беременных женщин, основанный на определении в материнской крови уровня гестационных белков и гормонов. В результате кропотливых исследований к настоящему времени разработаны нормы содержания альфа-фетопротеина, трофобластического бета 1-гликопротеина, плацентарного лактогена, неконъюгированного эстриола для каждой недели физиологической беременности на протяжении всего гестационного периода. Это позволило на основании лабораторных данных сформулировать прогностические критерии неблагоприятного развития беременности: угрозы ее прерывания, наступления преждевременных и запоздалых родов, внутриутробной задержки развития плода, гестоза. резус несовместимости. По инициативе В.А. Черешнева сотрудниками лаборатории экологической иммунологии Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН совместно с отделом здравоохранения при администрации Пермской области была издана серия методических рекомендаций для акушеров-гинекологов по проведению исследования продуктов фетоплацентарного комплекса у беременных.
Существенным вкладом в развитие физиологии иммунной системы явились совместные работы академика В.А. Черешнева и доктора медицинских наук К.В. Шмагеля по изучению иммунитета в период нормального развития беременности. Известно, что во время физиологической гестации развивается постепенное ослабление реакций Т-клеточного иммунитета. Исследователям удалось показать, что этот феномен носит регуляторный характер: у беременных женщин повышается порог чувствительности Т-лимфоцитов к пролиферативному сигналу. В то же время их стимуляция высокими концентрациями митогена вызывает реакцию, сопоставимую с активностью Т-клеток небеременных женщин. Этот факт имеет существенное значение, так как свидетельствует о том, что подавление иммунных реакций может быть отменено в любой момент в случае угрозы здоровью матери (например, при развитии инфекционного процесса). Кроме того, возникает вопрос о субстанциях, присутствующих в организме беременной, которые могут обеспечивать угнетение иммунных реакций. Такой вопрос перед учеными вставал и раньше. В 1980-е гг. было установлено, что многие белки и гормоны беременности проявляют в системах in vitro иммуносупрессивные свойства. Однако многочисленные попытки клинических иммунологов доказать прямую зависимость между гестационными изменениями иммунной системы матери и присутствием в ее организме конкретных продуктов фетоплацентарного комплекса, как правило, заканчивались безуспешно. В результате исследований В.А. Черешнева с сотрудниками удалось не только показать, что различные субстанции плодового и плацентарного происхождения in vivo осуществляют тотальный контроль иммунологических реакций при беременности, но и вскрыть причины предшествующих неудач других исследователей.
Стандартный подход предшественников заключался в следующем. Обычно после тестирования параметров функционирования иммунной системы беременной женщины и определения концентраций в ее крови белков и гормонов фетоплацентарного комплекса исследователи приступали к выполнению корреляционного анализа. Однако этот вид анализа имеет существенное ограничение. Он может быть использован лишь при оценке прямолинейных зависимостей. В.А. Черешневым, с соавторами был использован иной подход к решению этой проблемы. Предварительно выполненная оценка взаимосвязей между содержанием продуктов "зоны беременности" в материнской крови и показателями, характеризующими функциональную активность иммунной системы беременной, обнаружила их выраженный волнообразный характер. Проведенный в дальнейшем многофакторный дисперсионный анализ не только дал высоко достоверные доказательства влияния in vivo различных субстанций фетоплацентарного комплекса на функциональную активность иммунокомпетентных клеток, но также позволил установить их взаимодействие в реализации этого влияния.
Теоретически важной является разработанная авторами концепция о компенсации функционально подавленных при беременности реакций адаптивного иммунитета через активацию материнских механизмов врожденного иммунитета. Так, в течение гестационного периода существенно возрастает численность нейтрофильных лейкоцитов в крови беременной, увеличивается их поглотительная и бактерицидная активность, возрастает литический потенциал системы комплемента. В этой связи большой интерес представляют открытые В.А. Черешневым и К.В. Шмагелем разнонаправленные эффекты одного из основных плацентарных белков - трофобластического бета1-гликопротеина. С одной стороны, тот протеин подавляет митоген-индуцированные реакции Т-лимфоцитов, снижает относительное содержание Т- и В-клеток в материнской крови, с другой, вызывает повышение численности циркулирующих нейтрофилов, усиливает их поглотительную и бактерицидную активность. Эти и другие данные, свидетельствующие о важной роли продуктов фетоплацентарного комплекса в адаптации иммунной системы женщины к беременности, представлены в ряде оригинальных и обзорных статей, опубликованных в престижных научных журналах. Важными вехами, обобщающими исследования в области иммунологии репродукции, явились две монографии В.А. Черешнева, написанные в соавторстве с сотрудниками лаборатории экологической иммунологии Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН: «Гормоны репродукции в регуляции процессов иммунитета» (1993) и «Иммунитет беременной женщины» (2003).
Под руководством В.А. Черешнева разработаны в эксперименте, апробированы и внедрены в клиническую практику принципы иммунокоррекции при различных иммунодефицитных состояниях, сопровождающих развитие или лежащих в основе патогенеза ряда патологических процессов, в том числе воспалительных, аутоиммунных, онкологических страданий. Исследовано более 10 отечественных иммуномодуляторов, включая альфа-фетопротеин (АФП), полиоксидоний, миелопид и ряд других. Доказаны высокая эффективность включения иммуномодуляторов в терапию различных заболеваний и желательность их комплексного, а не избирательного применения. Назначение того или иного иммунокорректора и тем более их комплекса должно обосновываться как наличием у больного клинических и лабораторных признаков вторичного иммунодефицитного состояния, так и выраженностью симптоматики, и присутствием признаков комбинированного поражения различных звеньев иммунной системы пациента. Именно в последнем случае целесообразно включение в терапию (параллельно или последовательно) ряда иммунокорректоров, относительно избирательно воздействующих на различные звенья системы иммунитета.
В.А. Черешневым обосновано рассмотрение иерархических взаимоотношений в системе понятий "иммунокоррекция", "иммунопрофилактика", "иммунотерапия" и "иммунореабилитация". По его мнению, под "иммунопрофилактикой" следует понимать проведение комплекса иммуномодулирующей либо неспецифической терапии, включающей и немедикаментозные воздействия, у пациентов с нарушенной функцией иммунной системы, но без клинических признаков иммунопатологического состояния. При этом целью профилактических мероприятий является не только нормализация лабораторных показателей, но и предотвращение возможного возникновения клинических проявлений вторичного иммунодефицитного состояния. В свою очередь, иммунотерапия подразумевает изолированную по симптомную терапию иммуномодуляторами (активаторами иммунной системы или иммунодепрессантами), а также использование этих медикаментозных средств в комплексном лечении различной патологии с наличием клинико-лабораторных признаков иммунопатологического состояния. Под "иммунореабилитацией" понимается проведение комплексной посимптомной иммунотерапии или других реабилитационных мероприятий, направленных на устранение остаточных явлений иммунопатологического состояния, в том числе у пациентов, получавших иммунотерапию в острой фазе заболевания. Наконец, понятие "иммунокоррекции" является наиболее общим, включающим профилактику, терапию и реабилитацию нарушений иммунной системы у больных, страдающих различными формами иммунопатологических состояний и реконвалесцентов. Эти и ряд других смежных теоретических вопросов послужили основанием для возникновения нового научного направления – "иммунореабилитологии", раздела клинической медицины, изучающего условия, механизмы и средства восстановления функций иммунной системы, способствующиго выздоровлению больного.
В плане продолжения изучения иммунорегуляторной роли белков фетоплацентарного комплекса под руководством академика В.А. Черешнева и доктора медицинских наук С.Ю. Родионова в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермском государственном медицинском академии, Институте иммунологии и физиологии УрО РАН и ЗАО «Институт новых медицинских технологий» было проведено всестороннее исследование свойств альфа-фетопротеина. Было показано ранее неизвестное свойство этого белка подавлять индуцированную патологическим процессом пролиферацию разного типа клеток, инициировать их включение в процессы апоптоза, вызывая таким образом их гибель у человека и животных. В результате исследований влияния АФП на опухолевый процесс на моделях злокачественных опухолей в условиях in vitro установлено: АФП в диапазоне доз от 153 до 1250 мкг/мл оказывал выраженное цитотоксическое воздействие на клетки мышиной мастоцитомы Р-815, препятствовал синтезу ДНК клеток эритромиелолейкоза К-562 человека в дозах 1250, 625 и 306 мкг/мл и синтезу РНК клеток эритромиелолейкоза в дозах 640, 320 и 80 мкг/мл, а также снижал синтез белка в клетках эритромиелолейкоза человека К-562 в дозах 640, 320 и JL60 мкг/мл.
Весьма важным и перспективным представляется использование лекарственного препарата, полученного на основе человеческого АФП, при лечении ряда заболеваний, протекающих с различными иммунологическими нарушениями. Препарат человеческого АФП получен в рамках темы 82/1 ГКНТ РФ «Создание новых лекарственных средств методами химического и биологического синтеза» и разрешен к применению ГФК РФ (решение от 27.02.97) под названием «Альфетин» (приказ МЗ № 129 от 15.09.99). Однако, в связи с новым постановлением ВОЗ (Экспертный комитет по стандартизации биологических веществ в 2001 г. издал «Указания по методике инактивации и удалению вирусов, предназначенных для гарантирования безопасности от вирусов продуктов плазмы крови человека»), был разработан более технологически совершенный препарат «Профеталь».
В результате предварительных исследований установлено, что парентеральное применение препарата АФП в дозах 1-6 мкг/кг не вызывало токсических, аллергических, анафилактогенных, гипертермических, гипо- и гипертонических состояний, не отмечено раздражающее действие препарата на стенки сосудов и мягкие ткани, а также иные побочные эффекты. По решению фармацевтического государственного комитета МЗТФ проводились клинические испытания препарата АФП, который включали в схему традиционней терапии.
При бронхиальной астме и пневмокониозах под влиянием АФП у больных отмечается значительное улучшение вентиляционных показателей легких, что связано с нормализацией простагландинового обмена, и, как следствие, снятие бронхоспастических явлений. Параллельно происходят снижение исходно повышенных концентраций IL-1|3, IL-4, общего IgE, С-реактивного протеина, числа мононуклеаров, эозинофилов и нормализация уровня СБЗ-позитивных лимфоцитов, т.е. блокируются аллергические реакции 1-го, 3-го, 4-го типов.
При инфильтративном туберкулезе легких иммуномодулирующий эффект АФП заключается в угнетении избыточного антителообразования (уменьшении гиперпродукции IgG) и нормализующем влиянии на Т-клеточное звено иммунитета. Отмечены десенсибилизирующий и противовоспалительный эффекты АФП, что свидетельствует о целесообразности назначения препаратов АФП в активной фазе инфильтративного туберкулеза легких не только для коррекции Т-иммунодефицита, но и для устранения избыточной сенсибилизации и неспецифического компонента воспаления. На основании позитивных сдвигов фосфолипидного спектра сыворотки крови установлен мембранопротекторный эффект АФП.
При аутоиммунном тиреоидите препараты АФП в комплексе лечебных мероприятий способствуют снижению уровня антител против тиреопероксидазы, восстанавливают исходно сниженный уровень Т-лимфоцитов (CD3+), увеличивают содержание CDs-позитивных клеток, повышают исходно сниженный уровень IgA, снижают повышенный уровень IgM и IgG, увеличивают продукцию эндогенного тироксина и трийодтиронина.
При хронических гепатитах использование препаратов АФП способствует улучшению свертывающей системы крови, снижению уровня общего и прямого билирубина, трансаминаз, а-амилазы, IgG, а также улучшению функциональных проб печени (сулемовой, тимоловой). Перечисленные эффекты обусловлены тем, что регенерация поврежденных гепатоцитов протекает при участии АФП, синтезирующегося в печени и влияющего на продукцию альбумина. При неспецифическом язвенном колите и болезни Крона использование изучаемых препаратов способствует уменьшению воспалительно-пролиферативных процессов в слизистой оболочке кишечника, позволяет снизить дозы применяемых кортикостероидных гормонов.
У пострадавших с термической травмой включение в комплекс терапевтических мероприятий препаратов АФП позволяет снизить уровень интенсивности гиперэргических реакций и воспалительных явлений, что создает более благоприятный фон для последующих трансплантаций.
В онкологии использование препаратов АФП обосновано экспериментально in vitro и in vivo на культурах опухолевых клеток и перевивных моделях через торможение синтеза РНК, ДНК и белка. Выявлены противометастатический и радиопротекторный эффекты АФП. Клинически установлено противоопухолевое влияние препарата АФП при умеренно и высокодифференцированных злокачественных опухолях через реализацию механизмов апоптоза и деблокирования экранирующих опухолевые клетки антител. Данная разработка представляется перспективной, так как препарат, с одной стороны, показал высокую клиническую эффективность, а с другой, выгодно отличается от ныне существующих иммуносупрессоров (глюкокортикоидных гормонов, цитастатиков, циклоспорина А) почти полным отсутствием токсичности, побочных эффектов и физиологичностью воздействия на клетки организма. Полученные результаты позволили установить предположительный механизм противоопухолевого действия АФП, реализуемый через блокаду процессов репликации, транскрипции и отмену феномена "экранирующих антител", злокачественно перерожденных клеток.
Международной ассоциацией авторов научных открытий в 2003 г. зарегистрировано открытие № 245 «Свойства альфа-фетопротеина подавлять индуцированную патологическим процессом пролиферацию различного типа клеток и вызывать их гибель у человека и животных» (В.А. Черешнев, С.Ю. Родионов, Н.В. Васильев). Итоги исследования АФП обобщены В.А. Черешневым в монографии «Альфа-фетопротеин» в соавторстве с С.Ю. Родионовым, В.А. Черкасовым, Н.Н. Малютиной, О.А. Орловым (2004).
В «екатеринбургский период» Валерий Александрович продолжил исследования иммунных механизмов воспаления, стресса, сердечно-сосудистой патологии, опухолей, глазных болезней, СПИДа.
В.А. Черешневым с сотрудниками сформулированы и обоснованы ключевые положения нового научного направления – иммунофизиологии. Иммунная система наряду с нервной и эндокринной рассматривается в качестве регулирующей физиологические функции в норме и при адаптации организма к действию экстремальных факторов (Черешнев В.А., Юшков Б.Г., Климин В.Т., Лебедева Е.В. Иммунофизиология. 2002). Показано изменение функционального состояния отдельных компонентов иммунной системы при действии факторов, не приводящих к сдвигам в антигенном составе организма. Установлены связи между тучными клетками и тромбоцитопоэзом, а также эозинофильным ростком. Показана роль продуктов тучных клеток – гепарина, гистамина, гликозаминогликанов – в регуляции адаптивных реакций организма. Дана сравнительная характеристика нервной, эндокринной и иммунной регуляторных систем. Прослежена связь между ними в регуляции физиологических функций и отмечена роль нейро-эндокринно-иммунной системы в обеспечении жизнедеятельности организма, его взаимодействия с внешней средой, а также в поддержании гомеостаза. На примере регенерации поврежденных тканей и системы крови показано участие макрофагов, тучных клеток и тромбоцитов в регуляции репаративной регенерации. Доказано участие макрофагов в формировании морфогенетической функции лимфоцитов. Обосновано применение иммуномодуляторов для регуляции и коррекции физиологических функций организма. Предложен метод получения аутотрансплантатов для протезирования сосудов. Впервые обоснована органо-тканевая биоинженерия на основе использования генетической программы развития воспаления.
Одним из основных научных направлений Института иммунологии и физиологии УрО РАН стала проблема системного воспаления. В серии статей В.А. Черешнев совместно с доктором медицинских наук, профессором Е.Ю. Гусевым сформулировали принципиально новую концепцию системного воспаления как типового патологического процесса и его клинического выражения – синдрома системной воспалительной реакции. Установлена связь между генерализацией базовых воспалительных механизмов и развитием тяжелых осложнений в клинике критических ситуаций. Предложены новые критерии прогноза и динамики развития синдрома системной воспалительной реакции. Научная новизна исследований подтверждена монографией, патентами, статьями в авторитетных журналах. С целью практической реализации полученных результатов были созданы и апробированы компьютерные программы прогноза и диагностики наиболее тяжёлых осложнений системного воспаления. Одна из этих разработок – «Способ создания единого информационного пространства для практического врача» – была удостоена серебряной медали VII Международного салона промышленной собственности «Архимед-2004» в Москве. Кроме того, исследования по критериям оценки тяжести системного воспаления при иммуноассоциированных заболеваниях, в частности, при ожоговой болезни, вошли фрагментом в большую комплексную работу совместно с коллективами сотрудников НМИЦ хирургии им. А.В. Вишневского и Воронежского государственного медицинского университета (Ревишвили А.Ш., Алексеев А.А., Земсков В.М., Козлова М.Н., Лютов А.Г., Глухов А.А., Земсков А.М.), которая была удостоена премии Правительства РФ в 2020г.: «за разработку и реализацию инновационных технологий в диагностике и комплексном лечении хирургических иммуноассоциированных заболеваний».
На основе анализа ряда исследований и собственных разработок В.А. Черешнев продолжил развитие концепции аутоиммунной регуляции гомеостаза. Установлено, что обнаружение в организме аутореактивных Т-клеточных рецепторов и циркулирующих аутоантител еще не говорит о наличии патологического процесса. Лишь превышение определенного уровня их концентрации свидетельствует о развитии аутоиммунного заболевания. Если их количество не достигает критического уровня, то это является отражением индивидуальных особенностей антигенного состава организма и молекулярной уникальности иммунной системы, выполняющей существенную роль в поддержании постоянства внутренней среды организма в заданных (нормальных) пределах
Под эгидой программы Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» В.А. Черешнев сформировал коллектив российских и зарубежных специалистов в области физиологии, иммунологии, патофизиологии, вирусологии, инфектологии и математического моделирования, совместными действиями которого разработаны фундаментальные аспекты реализации интегративного подхода к многомасштабному анализу иммунопатофизиологических механизмов, определяющих течение ВИЧ-инфекции.
ВИЧ-инфекция представляет собой сложную биологическую систему динамически взаимодействующих иммунологических, физиологических и вирусологических процессов. До настоящего времени ВИЧ-инфекция остаётся неизлечимым инфекционным заболеванием, распространение которого приняло пандемический характер. В России на сегодняшний день носителями ВИЧ-инфекции являются уже более одного миллиона человек.
Фундаментальные и клинические исследования закономерностей развития ВИЧ-инфекции, проводимые академиком В.А. Черешневым и профессором М.В. Черешневой совместно с коллективом пермских сотрудников ИЭГМ профессорами К.В. Шмагелем, Т.В. Гавриловой, докторами медицинских наук Н.Г. Шмагель, и биологических наук Е.В. Сайдаковой, позволили установить молекулярно-биологические особенности вирусной репликации, роль различных гуморальных и клеточных факторов, специфических нарушений в иммунном гомеостазе, но оказались недостаточными для решения задач, связанных с полноценным лечением ВИЧ/СПИД и восстановлением иммунной системы; одним из направлений стало исследование состояния органа зрения у ВИЧ-инфицированных лиц.
По мнению В.А. Черешнева и профессора Г.А. Бочарова, дальнейшее изучение системы «ВИЧ-организм» связано с развитием новых интегративных подходов с применением математических моделей для решения задач описания, прогнозирования и управления процессами, определяющими динамику, терапию и исход ВИЧ-инфекции.
Проведен цикл работ по математическому моделированию ВИЧ-инфекции в Екатеринбурге (Институт иммунологии и физиологии УрО РАН), в Москве (Институт вычислительной математики РАН), Новосибирске (Научный центр вирусологии и биотехнологий «Вектор», Институт цитологии и генетики СО РАН, Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН). Эти учреждения координируют свои исследования, публикуют совместные научные работы. В частности, издана коллективная монография «Введение в задачи моделирования и управления динамикой ВИЧ-инфекции», 2016 (В.А. Черешнев, Г.А. Бочаров, А.В. Ким, С.И. Бажан, И.А. Гайнова, А.Н. Красовский, Н.Г. Шмагель, А.В. Иванов, М.А. Софронов, Р.М. Третьяков). В этих работах очерчен круг основных проблем, в исследовании которых математическое моделирование играет важнейшую роль: от разработки оптимальных стратегий лечения до учёта персонифицированной терапии.
Группой пермских ученых из ИЭГМ УрО РАН (академиком Черешневым В.А., докторами наук Шмагель К.В, Шмагель Н.Г., Сайдаковой Е.В., кандидатом наук Королевской Л.Б.) проведены совместные исследования с группой американских коллег, возглавляемых Майклом Ледерманом (Западный резервный университет Кейза; Кливленд, штат Огайо США), одним из ведущих в мире специалистов в области ВИЧ-инфекции.
Установлено, что ключевым фактором в развитии иммунодефицита при ВИЧ-инфекции является иммунная активация, уровень которой позволяет предсказать скорость развития заболевания более точно, чем другие параметры. Уже на ранних стадиях развития инфекции иммунные клетки, в том числе CD4+ Т-лимфоциты различной специфичности, активируются в ответ на микробы и их продукты, поступающие в организм через поврежденный ВИЧ-инфекцией кишечный барьер. И хотя в дальнейшем терапия, называемая высоко активная ретровирусная терапия (ВААРТ), способствует восстановлению кишечного барьера, микробная транслокация продолжается. ВААРТ снижает вирусную нагрузку ВИЧ, чем способствует восстановлению размера пула CD4+ Т-лимфоцитов. Вместе с тем, до 30 % ВИЧ-инфицированных больных, приверженных терапии, вопреки низкой вирусной нагрузке оказываются неспособны к регенерации пула CD4+ Т-лимфоцитов. У этих пациентов, называемых иммунологическими неответчиками, количество CD4+ Т-клеток остается настолько низким, что больные оказываются подвержены высокому риску развития СПИД-ассоциированных и СПИД-неассоциированных заболеваний и смерти. Причины, по которым у части больных CD4+ Т-клетки памяти не делятся и не регенерируют, в настоящее время неизвестны. В результате проведенных исследований было установлено, что у ВИЧ-позитивных иммунологических неответчиков изменен микробиом кишечника: увеличено представительство микробов-производителей пара-крезол сульфата. Из-за нарушения целостности кишечного барьера у иммунологических неответчиков (ИН) пара-крезол сульфат попадает в зоны, находящиеся под надзором иммунной системы. Взаимодействуя с иммуноцитами, пара-крезол сульфат негативно влияет на митохондрии CD4+ Т-клеток памяти, снижая пролиферативную способность лимфоцитов и увеличивая их склонность к апоптозу. Сделан вывод, что у ВИЧ-инфицированных больных, продукты жизнедеятельности кишечной флоры, такие как пара-крезол сульфат, могут снижать регенераторный потенциал CD4+ Т-лимфоцитов.
При анализе клеток CD4+ T –клеток памяти у ИН обнаружено подавление экспрессии генов, вовлеченных в регуляцию клеточного дыхания и снижение мембранного потенциала митохондрий, а также значительное угнетение синтетических процессов в клетках памяти. Регуляторные Т-лимфоциты, способные предотвратить гибельное деление клеток памяти, тоже оказались функционально истощены. Обнадеживающие результаты получены при попытке скорректировать ситуацию. Авторами установлено, что внешние стимулы, такие как, интерлейкин-15, могут нормализовать состояние митохондрий и вернуть индуцированным регуляторным Т-лимфоцитам способность к делению, что стимулирует к разработке новых препаратов, способных восстановить функции СД4 Т-клеток у ВИЧ-инфицированных иммунологических неответчиков.
В последние годы ряд авторов исследуют влияние неблагоприятных экологических факторов (химические, физические), оказывающих влияние на иммунную и нейроэндокринную системы, что может приводить к нарушениям в работе как непосредственно регуляторных систем, так и регулируемых ими органов, и всего организма человека и может проявляться развитием различных патологий. Разработка данной темы началась авторским коллективом, под руководством В.А. Черешнева, на рубеже конца 2000-х – начала 2010-х годов. По итогам исследования в 2016 году выпущена монография Н.В. Зайцевой, Д.В. Ланиным, и В.А. Черешневым «Иммунная и нейроэндокринная регуляция в условиях воздействия химических факторов различного генеза». В 2022 году эти авторы получили премию памяти митрополита Макария за цикл работ по теме «Иммунная и нейроэндокринная регуляция в условиях воздействия факторов среды обитания различного генеза». Позже была расширена область научного поиска, ряд исследований посвящено влиянию биологических факторов среды обитания человека, которые является в настоящее время достаточно актуальными, в частности, пандемия новой коронавирусной инфекции.
Совместно с С.Б. Оникиенко, доктором медицинских наук, сотрудником Военно-медицинской академии и ООО «Центр Передовых Радиационных Медицинских и Биологических Технологий», г. Санкт-Петербурга проведены исследования по разработке стратегий борьбы с COVID-19 на основе рекомбинантных защитных белков клеточного стресса, мобилизации эндогенных белков теплового шока (БТШ70), применения эфферентных терапевтических технологий, применения интерферирующего с коронавирусом лечебного вируса Сендай, а также использования инновационных лазерных технологий и подогретых гелий-кислородных дыхательных смесей. Выявлено оппозитное действие этих вирусов на механизмы противовирусной интерфероновой защиты: коронавирус ее подавляет, а вирус Сендай, наоборот активирует. Для повышения эффективности онколитической виротерапии разработана инновационная технология – лазерные адъюванты вакцин. Лазерное облучение запускает механизмы клеточного стресса и способствует выходу из клеток кожи защитного белка теплового шока-70 (БТШ70) с последующей активацией дендритных клеток кожи, которые доставляют вирус Сендай в клетки-мишени и способствует его репликации в этих клетках. Разработка новых компактных лазеров импульсно-периодического действия является перспективным направлением развития технологии «лазерных адъювантов вакцин», которые повышают иммуногенность вакцин, многократно повышают эффективность профилактических вакцин от биопатогенов: вируса гриппа, гепатита В, герпеса.
К настоящему времени окончательно сформировалось представление о единой нейро-иммуно-эндокринной регулирующей системе организма. При этом роль нервного и эндокринного звеньев исследуется давно и хорошо изучена. В то время значение иммунного звена для поддержания гомеостаза находится на этапе активного исследования. Во многом это связано с тем, что до сих пор не определены показатели иммунной системы, которые можно отнести к физиологическим константам, для чего необходимо провести сравнительный их анализ у различных видов животных, сопоставить с общепризнанными константами, характеризующими нервную, иммунную, эндокринную системы, обменные процессы в организме, определить диапазоны их колебаний, при выходе за пределы которых можно говорить о патологии. Ответы на эти вопросы представлены в монографиях, написанных в соавторстве с Б.Г. Юшковым «Понятия нормы в физиологии и патологии» (2016) и «Понятие нормы в физиологии и патофизиологии. Физиологические константы лабораторных животных» (Б.Г. Юшков, Е.А. Корнева, В.А. Черешнев. 2021). В представленных публикациях авторы продолжают изучение иммуно-физиологических механизмов главных патологических процессов, в частности, воспаления, и различных видов опухолей. Особое внимание уделено исследованию классического, локального, канонического воспаления и системного генерализованного воспалительного процесса при ВИЧ-, COVID-19 инфекциях, сепсисе. При этом исследуется широкий спектр показателей нейро-эндокрино-иммунологических реакций от врожденного и адаптивного иммунитета, цитокинового и гормонального профиля, пептидов, клеточных и гуморальных факторов системы крови, до широкого спектра показателей регенерации. Установлено, что в процессах репаративной регенерации одно из ведущих мест занимают тромбоциты, принимающие участие в ее регуляции на всех этапах процесса восстановления структуры поврежденной ткани. Выявлены особенности реакции соединительной ткани иммунопривилегированных органов на повреждение.
Признание регулирующей функции иммунной системы ставит вопрос о специфичности ее действия на клетки мишени. С этих позиций особый интерес представляет система крови. В совместных работах с Юшковым Б.Г., Климиным В.Г., Брилиант С.А., Арташян О.С., Храмцовой Ю.С., Тюменцевой Н.В. установлено, что там иммунная система участвует в регуляции эритропоэза и адаптации системы крови к экстремальным воздействиям путем эритродиереза и через морфогенетическую функцию лимфоцитов. Однако трудно объяснить повышение разрушения эритроцитов в первые минуты и часы действия гипоксии старением клеток. При использовании в качестве маркеров различных изоформ гемоглобина показано, что эритроциты представлены несколькими различными популяциями клеток, отличающихся по структурным характеристикам пигмента и лиганд-связывающей способности, соотношение между которыми меняется при экстремальных воздействиях именно через разрушение отдельных видов эритроцитов.
Сформировано представление о системе гемоглобинов как сложной гетерогенной системе различных изоформ гемоглобина, которая наряду с транспортом газов, также вместе с иммунной системой, участвует в регуляции функций путем выделения физиологических пептидов и занимает весомое место в реакциях защиты и адаптации.
Большой цикл экспериментальных и клинических исследований по изучению атеросклероза В. А. Черешневым проведён совместно с А.В. Туевым и В.Ю. Мишлановым и опубликован в монографии: «Атеросклероз: новое в патогенезе, диагностике и лечении» (2018), в которой обосновывается лейкоцитарно-липопротеиновая теория развития атеросклероза. В основу её положены представления о новой функциональной активности нейтрофилов. Эта функция получила название липидвысвобождающей способности лейкоцитов и совпадает с белоксинтезирующей функцией клеток, связывающих холестерин. Установлена роль нарушений этой функции, а также механизм процессинга пептидных молекул в патогенезе различных клинических форм атеросклероза. Итогом многолетней работы стали новые лабораторные технологии, разработанная тактика применения новых методов диагностики для решения практических задач и применения медикаментозной коррекции и нейтрализации новых факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний и методика медикаментозного удаления атероматозных бляшек.
В последнее десятилетие (с 2012) В.А. Черешнев с сотрудниками большое внимание уделяет первичным иммунодефицитам (ПИД) или врождённым ошибкам иммунитета (ВОИ). В длительных клинических наблюдениях совместно с И.А. Тузанкиной и М.А. Болковым установлено, что ВОИ является одной из основных причин детской инвалидности и смертности, отражающих демографическое состояние населения. В настоящее время ВОИ среди детей в Свердловской области встречаются с определённой частотой. У 20 % таких детей установлен диагноз грибково-бактериального сепсиса с летальными исходами, у 33 % – генерализированная вирусная инфекция, распираторные инфекции – у 26 % умерших детей. Поэтому остаётся очень важным поиск новых лабораторных и клинических инструментов ранней диагностики и лечения ВОИ.
В результате проведённых работ выявлены новые генетические формы ВОИ у детей и определены их фенотипические проявления: агаммаглобулинемия, врождённые пороки сердца, морфофункциональные изменения тимуса, неврологические проявления, лицевой дисморфизм. Установлено, что наиболее простым и перспективным методом раннего выявление ВОИ у таких детей является определение маркеров TREC и KPEC в сочетании с рядом клинических критериев.
Проведён мониторинг детей с ВОИ с высоким риском летальных исходов. Выявлена самая частая генетическая форма ВОИ; ее распространённость среди детского населения в Свердловской области составила 1:9895.
С помощью биоинформационного анализа дифференцированных экспрессий генов выявлены генетические маркеры развития ряда тяжёлых патологий, включая аутоиммунные, воспалительные заболевания, иммунодефициты. Реализация эффектов генетических изменений происходит через активацию ключевых метаболических и иммунологических сигнальных путей.
В настоящее время пришло понимание о необходимости значительного расширения генетических исследований, накопления данных о геноме человека в целом и в отдельных генах, их совокупности и взаимодействии.
Для решения названных задач необходимо создание в Екатеринбурге «Центра генетики человека», который полностью вписывается в контекст стратегии развития России и Национальные проекты.