Характер начальных взаимоотношений вно и вич с клетками иммунной системы 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Характер начальных взаимоотношений вно и вич с клетками иммунной системы



Методология исследования

Раз в медицинских кругах существует твердая уверенность в том, что с ВИЧ/СПИД-пандемией можно покончить вакцинацией, «как когда-то с натуральной оспой», то сначала мы сравним инфекционные процессы, вызываемые ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) и вирусом натуральной оспы (ВНО) по крайней мере, в той их части, когда на проникший в организм человека вирус еще могут влиять иммунные ответы, инициированные предшествующей вакцинацией. Затем мы сопоставим антигенные детерминанты этих вирусов, рассматриваемые учеными как пригодные для конструирования вакцин, и иммунные ответы на них. Кратко разберем, как эти ответы влияют на течение эпидемических процессов, вызванных ВИЧ и ВНО. После чего вернемся к опыту борьбы с натуральной оспой и посмотрим, насколько он применим для противодействия ВИЧ/СПИД-пандемии. Далее попробуем выявить тупики, образовавшиеся в представлениях об инфекционных и эпидемических процессах; и проанализируем наиболее распространенные учебные пособия, используемые для подготовки российских врачей, т.е. попытаемся взглянуть на рассматриваемые в статье феномены взаимодействия ВИЧ с клетками иммунной системы человека глазами врача, получившего образование в российской высшей школе.

Характер начальных взаимоотношений ВНО и ВИЧ с клетками иммунной системы

Начальные взаимоотношения вирусов со своими хозяевами предопределяют дальнейшее течение инфекционного и, соответственно, эпидемического процесса.

Вирус натуральной оспы. ВНО относится к громадному семейству ортопоксвирусов, представители которого вызывают инфекционные процессы практически у всех позвоночных организмов (Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998). ВНО среди людей распространяется воздушно-капельным путем. В организме человека он предварительно накапливается в альвеолярных макрофагах, затем по лимфатическим путям проникает в лимфатические узлы, где происходит его репликация. Ортопоксвирусы в отношении фагоцитирующих клеток ведут себя как паразитические организмы и используют их для своего размножения. Разрушившиеся фагоцитирующие клетки становятся источником вируса, а через 2—3 суток его обнаруживают уже в крови (первичная виремия), костном мозге, печени и селезенке.

В пробах крови больного натуральной оспой в этот период инфекционного процесса можно обнаружить как инфицированные, так и не инфицированные лейкоциты, но в основном репликация ВНО происходит в моноцитах/макрофагах. Лимфоциты остаются неинфицированными, они сохраняют свою функцию, хотя при этом и наблюдается выраженная лимфопения. Вирус распространяется из лимфатических узлов фагоцитирующими клетками крови по внутренним органам через выносящие (эфферентные) лимфатические сосуды. Затем вирус проникает в эпителий кожи и слизистых, где начинается его репликация. Появляются энантемы и экзантемы, инфицирование которых вторичной микрофлорой определяет эволюцию кожных элементов из везикул в пустулы. Количество вируса через 4—5 суток уже превышает емкость ретикуло-эндотелиальной системы, и он вновь проникает в кровяное русло (рис. 1).

Рис. 1. Генерализация ортопоксивурусов на примере вируса эктромелии у мышей (по Fenner F., 1948)

Процесс осуществляется благодаря макрофагам. Вирус ведет себя как их паразит, и быстро размножается. Он не поддерживается в макрофагах в качестве эндосимбионта, а активно их разрушает, затем попадает в кровь, где «встречается» со специфическими антителами.

Вторичная виремия обычно соответствует началу клинической манифестации болезни. Специфические антитела выявляются в крови на седьмые сутки после инфицирования, и их максимальный уровень достигается на 14 сутки. Уже на 10-е сутки болезни заразность больного для окружающих резко снижается. Через 4 недели от начала болезни вирус невозможно выделить из отделяемого носоглотки и из мочи реконвалесцента. У выживших людей развивается стерильный иммунитет. Более подробно о патогенезе ВНО см. в работах Esteban D. J., Buller R. M., 2005; McFadden G., 2004; Маренниковой С. С., Щелкунова С. Н., 1998; Mark R. L. et al., 1991.

Способность к паразитическому размножению в макрофагах имеет однозначное значение для оценки патогенности ортопоксвирусов. Например, LD50 вируса эктромелии с инактивированным геном р28, ответственным за его репликацию в фагоцитирующих клетках, увеличивается, по крайней мере, в 106 раз, а вирусная нагрузка в печени и селезенке дефектного штамма вируса в 1000 раз меньше, чем у исходного (Senkevich T. G. еt al., 1994).

Интенсивная репликация ВНО в макрофагах сопровождается явлением, которое из-за его неблагоприятного исхода, назвали «цитокиновым штормом» («cytokine storm»). Оно проявляется каскадной активацией и выбросом инфицированными макрофагами значительных количеств различных лимфокинов (monocyte chemoattractant protein 1, macrophage inflammatory protein 1бета, IFN-гамма, IL-6 и др.) и развитием клиники токсемии и шока, приводящих больного к смерти (Jahrling P. B. et al., 2004).

По данным R. Xu et al. (2004), для освобождения организма от ортопоксвирусов, необходимо участие в иммунных ответах CD4+ T-клеток — субпопуляция Т-клеток, оказывающая помощь В-клеткам в продукции специфических антител; и MHC класса II — эти молекулы локализованы на поверхности макрофагов и обеспечивают включение в иммунный ответ CD4 T-клеток. В ответах на острую инфекцию, вирусоспецифические антитела наиболее эффективно освобождают организм от вируса. Вирус разрушается по различным механизмам, предполагающим участие таких антител. Во-первых, антитела могут непосредственно связывать вирус, вызывая его агрегацию и препятствуя адсорбции и интернализации в клетках. Во-вторых, они могут связывать вирус, вызывая его разрушение с помощью комплемента или опсонизации, а затем посредством фагоцитоза. Антитела могут связывать инфицированные клетки хозяина, вызывая цитотоксические реакции со стороны клеток-киллеров и др.

Информацию о важной роли гуморального звена иммунитета в патогенезе ВНО можно найти и в старых работах. По данным A. Downie et al. (1958), геморрагическая форма натуральной оспы с летальным исходом развивалась у людей с врожденными дефектами иммунной системы, проявившимися отсутствием антител в ответ на вакцинацию против натуральной оспы. При инфицировании таких больных ВНО, у них развивалась выраженная виремия, вирус в высоких титрах обнаруживали в фарингеальном тракте.

Вирус иммунодефицита человека. ВИЧ принадлежит к семейству ретровирусов (Retroviridae) — сложных РНК-геномных вирусов, образующих с помощью обратной транскриптазы ДНК-копию генома. Для включения вируса в это семейство обязательны следующие признаки:

1) наличие липидной оболочки и сердцевины (core) и характерная морфология, на основании которой их делят на типы В, С и D;

2) наличие обратной транскриптазы внутри вириона;

3) геном в виде однонитевой линейной РНК, которая образует комплекс, состоящий из двух идентичных субъединиц (т.е. они представляют собой диплоидные организмы, каждый их вирион содержит две идентичные цепи РНК размером от 8 тыс. до 10 тыс. нуклеотидов, соединенные вблизи своих 5'-концов);

4) репликация через стадию образования двунитевого ДНК-провируса, соответствующего по длине одной из субъединиц геномной РНК;

5) интеграция ДНК-провируса с клеточным геномом и осуществление транскрипции клеточной РНК-полимеразой (после интеграции ретровирусная ДНК реплицируется как часть клеточной ДНК), созревание вириона путем почкования на клеточных мембранах (Альштейн А.Д., 1982).

ВИЧ — экзогенный ретровирус, т.е. он способен размножаться в клетке с формированием инфекционной частицы и передаваться как между клетками, так и многоклеточными хозяевами. Однако в отличие от ВНО, он не представляет для клетки что-то новое. Геном человека на 45 % состоит из ретроэлементов (эндогенных ретровирусов, ретротранспозонов и их производных), кодирующих обратную транскриптазу и перемещаются по геному через образование РНК-транскрипта. Более подробно об эндогенных ретроэлементах см. в работе N. Bannert и R. Kurth (2004). По приведенным ими данным получается, что структуры подобные ВИЧ, и есть геном человека.

В организм человека ВИЧ попадает как эволюционно сложившимися путями для передачи ретровирусов — половым (т. е. через слизистую оболочку полового пути) и через плаценту от матери к плоду; так и артификационными (искусственными) путями, не встречающимися при естественном распространении ретровирусов — через кровь ВИЧ-инфицированых людей и посредством инъекций ВИЧ-инфицированных наркотиков. В отличие от ВНО, ВИЧ распространяется по организму человека не только фагоцитирующими клетками, но Т- и В-клетками, тромбоцитами и эритроцитами (Horakova E. et al., 2004).

Другие принципиально важные отличия ВИЧ-инфекции от натуральной оспы включают участие в процессе генерализации ВИЧ клеток иммунной системы, отвечающих за Т- и В-клеточные ответы, ВИЧ-специфических антител и факторов, традиционно относимых учеными к системе врожденного иммунитета (innate immune system; см. ниже). Продолжительность самого процесса генерализации ВИЧ ограничена не ответными реакциями иммунной системы (как при генерализации ВНО), а продолжительностью жизни инфицированного человека. Стерильного иммунитета при ВИЧ-инфекции никогда не наступает. Во-первых, ВИЧ постоянно поддерживается и реплицируется в фагоцитирующих клетках (Trujillo R. et al., 2007). Во-вторых, отдельные активированные инфицированные Т-клетки «переживают» инфекцию и становятся длительно живущими латентными носителями вируса. Их реактивация дефектными частицами ВИЧ и другими факторами вновь приводит к активной репликации вируса (Finzi D. еt al., 2006).

И, наконец, иммунная система человека сама поддерживает существование способных к инфекции вирионов ВИЧ посредством системы белков AID/APOBEC Т-хелперов и макрофагов, в чем ее никак не заподозришь при натуральной оспе. Ген APOBEC 3G (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G) кодирует белок, который упаковывается в ретровирусные частицы, где дезаминирует цитозин на урацил в минус цепи вирусной ДНК в процессе обратной транскрипции. В результате чего в плюс цепи кДНК гуанозин заменяется аденином и репликация ВИЧ останавливается. Этот механизм распространяется только на ВИЧ, лишенные гена белка Vif (фактор инфекционности вируса), и не влияет на продукцию вируса с полноценным Vif. Ген APOBEC 3G функционирует одинаковым образом как в Т-клетках-хелперах, так и в макрофагах (Conticello S. G. et. al., 2005; Wahl S. et al., 2006; Cullen B. G., 2006). По своей сути этот странный механизм компенсирует ошибки в гене vif, допущенные обратной транскриптазой при синтезе ДНК на матрице РНК.

Теперь более внимательно присмотримся к взаимоотношениям ВИЧ с макрофагами. В отличие о ВНО, ВИЧ поражает различные клетки человека, но два типа являются критическими для развития ВИЧ-инфекции — это T-лимфоциты-хелперы и макрофаги. ВИЧ избирательно поражает именно специфичные к ВИЧ Т-хелперы. Такие клетки у инфицированных ВИЧ индивидуумов на всех стадиях болезни содержат больше ДНК ВИЧ, чем CD4+ T-клетки с другой специфичностью (DouekD. C. et al., 2002 ). Если Т-хелперы постепенно устраняются из крови самим вирусом, то макрофаги, наоборот, приобретают устойчивость к апоптозу и используются ВИЧ до самой гибели больного СПИДом. Еще в 1994 г. Stevenson M. и Gendelman H. E. пришли к выводу, что именно макрофаги играют центральную роль в прогрессировании ВИЧ-инфекции (рис. 2).

Рис. 2. Роль макрофагов в генерализации ВИЧ-инфекции

Вирус приникает в организм человека как в составе макрофагов, так и с тканевыми жидкостями в виде свободных частиц. В начальном периоде инфекции ВИЧ не разрушает макрофаги и поддерживается у части из них в качестве эндосимбионта. Макрофаги распространяют ВИЧ по тканям и органам. От моноцитов вирус передается к взаимодействующим с ними Т-хелперами. В этом процессе Т-хелперы активируются через представление антигена главным комплексом гистосовместимости макрофагов, но постепенно их функция ослабевает и макрофаги выходят из под «контроля» Т- и В-клеточной системы иммунитета (Stevenson M., Gendelman H.E., 1994).

Поведение макрофагов, вышедших из под контроля Т- и В-клеточной системы иммунитета, мало похоже на то, что приписывается им учебниками по иммунологии и представлениям о фагоцитозе, сложившимся еще со времен И. И. Мечникова. Трафаретным является представление о том, что макрофаги относятся к системе врожденного иммунитета, и основное их предназначение — удаление из крови микроорганизмов, опухолевых клеток, иммунных комплексов, презентация антигенов лимфоцитам и т.п. (см., например, работы Б. И. Кузника, 2004; А. С. Ройта с соавт., 2000; В. Г. Галактионова, 1998; Воробьева с соавт., 1994). Приведенные выше данные показывают активное участие макрофагов в поддержании и распространении ВИЧ в организме человека, но никак не «удаление» ВИЧ из организма человека. А так как макрофаги и другие фагоцитирующие клетки позвоночных — это эволюционные потомки простейших одноклеточных организмов, существовавших еще до образования многоклеточной жизни (Купер Э., 1980), то можно предположить, что их отношения с ретровирусами сложились еще в архее (более подробно см. в моей монографии: Супотницкий М. В., 2007).

В плане развития работ по установлению природного резервуара ВИЧ, интерес представляет еще и взаимодействие ВИЧ с макрофагами не только посредством хемокиновых рецепторов, но и маннозных, что более характерно для взаимоотношений паразитов почвенных и водных простейших со своими хозяевами (Allen P. G., Dawidowicz E. A., 1990; Zhantao Yang et al., 1997). Причем в последнем случае он ведет себя как эндосимбионт, т. е. не интегрируется с геномом макрофага и не реплицируется (рис. 3).

Рис. 3. Модели проникновения ВИЧ-1 в макрофаги/микроглию

Неинфекционный путь HIV-1 (правая схема) — в присутствии маннозного рецептора (MR), богатые маннозой карбонгидраты gp120 инициируют проникновение вируса в макрофаг. Этот путь проявляет себя презентацией антигенов вируса через CD1b -антиген, и индуцирует клеточное звено иммунитета.

Инфекционный путь HIV-1 (левая схема) регулируется через протеин/протеиновое взаимодействие между gp120 ВИЧ-1 и клеточными белковыми рецепторами, сгруппированными с корецепторами.

Точечные линии относятся к путям, предполагаемым для Т-клеток. Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролин-обогащенная тирозин киназа-2; SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеин киназа (Wahl S. et al., 2006).

Среди компонентов мембраны макрофагов в качестве кандидатов в кофакторы, позволяющих gp120 или gp41 ВИЧ взаимодействовать с этими клетками, помимо маннозных рецепторов, уже описаны протеогликаны гепарин-сульфата (heparan sulfate proteoglycans), такие как синдекан (syndecan); цистеин-богатый рецептор-мусорщик (cysteine-rich scavenger receptor), gp340; эластаза лейкоцитов человека (human leukocyte elastase), локализованная на клеточной поверхности и др.

В зависимости от обстоятельств каждая из этих молекул (вместе или по отдельности с другими), может присоединять и концентрировать ВИЧ на поверхности макрофага, обеспечивать ему слияние с клеточной мембраной и/или влиять на его внутриклеточное «благополучие» посредством сигнальной трансдукции. S. Wahl et al. (2006), исследовавшие возможные клеточные механизмы торможения репликации ВИЧ, которые могли бы рассматриваться как «защищающие клетку от вируса», не нашли убедительных доказательств их наличия.

В отличие от ВНО, ВИЧ не разрушает макрофаг, а использует его для длительного существования в макроорганизме. После взаимодействия с макрофагом, он индуцирует сигнально-трандукционные акты, приводящие к транскрипции генов хозяина. Эти ответы, как правило, скоротечные и клетка возвращается к покоящемуся фенотипу («resting» phenotype) в течение 24–48 часов. Если взаимоотношения ВИЧ с макрофагом начали складываться по инфекционному пути (см. рис. 3), то в этих временных пределах вирус начинает свой жизненный цикл. Между 5 и 10 сутками после инфицирования макрофага, начинается активная продукция ВИЧ. Ее максимум достигается на 14 сутки (для сравнения — у человека, инфицированного ВНО, к этому времени уже развивается стерильный иммунитет). В макрофаге у ВИЧ экспрессируются гены, важные не только для его собственной репликации, но и способны эффективно оказывать влияние на функцию клетки-хозяина (рис. 5).

Рис. 5. Механизмы контроля со стороны ВИЧ над внутриклеточными процессами макрофагов

Белки ВИЧ Vpr, Vpu, Vif и Nef, в дополнение к Tat-регуляторному белку, влияют на сигнальную трансдукцию, генную экспрессию и белковый синтез клетки. Сокращения: Sp1 (specificity protein-1) — специфичный белок-1; GR (glucocorticoid receptor) — глюкокортикоидный рецептор; QA (quinolinic acid) — квинолиновая кислота; TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) — TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд; iNOS (inducible nitric oxide synthase) — индуцибельная окись-азота синтетаза; MR (mannose receptor) — маннозный рецептор; STAT (signal transducer and activator of transcription) — сигнальный преобразователь и активатор транскрипции; AP-1 (activated protein-1) — активированный белок-1; HCK (hematopoietic cell kinase) — гематопоэтическая клеточная киназа; FcR (Fc receptor) — Fc-рецептор; p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A — циклин-зависимый ингибитор киназы 1А) (Wahl S. et al., 2003).

Гены сигнальной трансдукции наиболее активно экспрессируются ВИЧ-инфицированным макрофагом в 1-е и 14-е сутки; пики экспрессии генов транскрипции, клеточного цикла и апоптоза приходятся на 1-е сутки и на 7–14; гены метаболических процессов, цитокинов и хемокинов наиболее активны в 1-е сутки после инфицирования (Vazquez N. et al., 2005).

Многокомпонентные инфекционные процессы. Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительная чувствительность к оппортунистическим инфекциям. По мере прогрессирования болезни, обычно тогда когда количество хелперных Т-лимфоцитов становится меньше 400 — 200 на мм3, у ВИЧ-инфицированных пациентов развиваются инфекционные процессы, называемые СПИД-ассоциируемыми.

Наиболее чувствительными к ослаблению иммунной защиты организма являются вирус герпеса зостер (опоясывающий лишай), грибок кандида (молочница), вирус Эпштейна-Барра (волосатая лейкоплакия полости рта), туберкулезная палочка (стадия пре-СПИДа). На фоне прогрессирующего паралича иммунной системы (ранняя стадия СПИДа) активируются пневмоцисты, гистоплазмы, кокцидии, криптококки, токсоплазмы, вирус простого герпеса, криптоспоры. Терминальная стадия СПИДа (число Т-хелперов падает до минимума) сопровождается активацией цитомегаловируса и атипичных микобактерий — предвестников фатального исхода (Милз Д., Мазур Г., 1990).

Но у многих исследователей ВИЧ/СПИД-пандемии вызывает недоумение то обстоятельство, что нет логики в «подборе» перечня СПИД-ассоциируемых инфекций. Их возбудители таксономически крайне неоднородны, отсутствуют видимые признаки сходства в жизненных циклах и экологии. Иными словами, между условно-патогенными паразитами и СПИД-ассоциируемыми инфекциями нет обязательной обусловленности (см. работу Лысенко А.Я. с соавт., 1996). Отсутствие ожидаемой «логики» или «обусловленности» СПИД-ассоциируемых инфекций все же указывает на возможность определенной специфичности в подборе их возбудителей. Вот только два примера, отражающих надклеточный уровень взаимодействия ВИЧ и возбудителей других инфекционных болезней.

Сурфактантный белок A (SP-A), присутствующий в бронхоальвеолярной жидкости ВИЧ-инфицированных людей, усиливает прикрепление Mycobacterium tuberculosis к альвеолярным макрофагам, провоцируя туберкулезную инфекцию (Downing J. P. et al., 1995). Этот процесс на стадии «преСПИДа» не связан с ослаблением иммунной системы, так как инфицирование человека туберкулезной палочкой обычно происходит еще до истощения Т-хелперов (Downing J. P. et al., 1995). M. tuberculosis и их белки, в свою очередь, способны активировать репликацию ВИЧ в макрофагах (ToossiZ. et al., 1997). Развитие туберкулезной инфекции усиливает репликацию ВИЧ и, соответственно, увеличивает вирусную нагрузку в крови ВИЧ-инфицированных пациентов. По данным Goletti D. еt al. (1996), она возрастает от 5 до 160 раз в период острой фазы туберкулеза.

Для возбудителя другой СПИД-индикаторной инфекции — Mycobacterium avium, известны, по крайней мере, три таких фактора. Первый, это интерлейкин 6 (IL-6). Его повышенный синтез у ВИЧ-инфицированных людей резко увеличивает чувствительность макрофагов к M. avium. Второй — гликопротеин gp120 самого ВИЧ. Он усиливает размножение M. avium в альвеолярных макрофагах, — заражение человека этой микобактерией становится специфическим и неизбежным (Denis M., 1994a). Третий, это Tat-белок ВИЧ, трансактиватор транскрипции вируса (transactivator of transcription), обеспечивающий усиление репликации вируса и регулирующий экспрессию клеточных генов. Он с высокой аффинностью присоединяется к M. avium посредством интегрина (integrin alpha 5 beta 1), присутствующего на поверхности микобактериальной клетки. В результате у M. аvium значительно возрастает инфективность в отношении альвеолярных макрофагов человека (Denis M., 1994b).

Клеточный уровень таких взаимодействий так же еще только начинает изучаться, но уже имеются примеры специфичности взаимодействия ВИЧ и возбудителей ВИЧ-индикаторных инфекций. Например, по данным S. Wahl et al. (2003), M. avium активирует основной транскрипционный активатор воспалительных цитокинов, NF- к B (nuclear factor к B) и увеличение экспрессии CCR5 и цитокинов. Оба фактора стимулируют репликацию ВИЧ у инфицированного макрофага, и восприимчивость неинфицированного макрофага к этому вирусу (рис. 6).

Рис. 6. Один из механизмов индукции благоприятных для ВИЧ факторов в макрофагах, инфицированных M. avium

Микобактерия активирует NF- к B, экспрессию CCR5, синтез хемокинов и цитокинов; и подавляет апоптоз. В результате у макрофага повышается восприимчивость к ВИЧ, а в ВИЧ-инфицированных макрофагах вирус активно размножается. Образование бактериальных скоплений в макрофаге вызывает у людей гранулематозоподобные поражения, наполненные мультиядерными гигантскими клетками (multinucleated giant cells; MNGC), активированными макрофагами и заново рекрутированными мононуклеарными клетками (Wahl S. M. et al., 2000).

Обнаружены и более сложные механизмы активации экзогенных ретровирусов возбудителями оппортунистических инфекций. Например, экспрессия генов ВИЧ, регулируемая посредством LTR, может быть трансактивирована регуляторными генами многих ДНК-вирусов, обычно инфицирующих людей. Среди них вирус простого герперса первого и второго типов, цитомегаловирусы, герпес-вирус 6, вирус гепатита В (Urnovitz H. B., Murphy W. H., 1996).

Имеются доказательства специфичности процессов взаимодействия экзогенных ретровирусов и эндогенных ретроэлементов, т.е. на уровне генома человека. Например, эндогенные ретровирусы и ретроэлементы усиливают инфекционный процесс, вызванный экзогенным ретровирусом. H. B. Urnovitz и W. H. Murphy (1996) описали ВИЧ-инфицированного пациента, чья иммунная система, благодаря активности эндогенного ретровируса млекопитающих типа С, находилась в хронически активированном состоянии. В результате прогрессирование ВИЧ-инфекции шло очень стремительно.

Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы способны к комплементации нарушенных функций экзогенных ретровирусов. Отдельные HERV-K (эндогенные ретровирусы человека) имеют транскрипционно активные открытые рамки считывания и кодируют собственную протеазу, идентичную протеазе ВИЧ. Протеаза HERV-K может комплементировать функцию протеазы ВИЧ у ВИЧ-инфицированных пациентов, подвергнутых лечению ингибиторами протеаз, и тем самым значительно снизить эффективность таких препаратов (Padow M. еt al., 2000).

Экзогенные ретровирусы в свою очередь могут активизировать эндогенные ретровирусы и ретроэлементы. J. J. Goedert et al. (1999) показали усиление экспрессии генов эндогеного ретровируса K10 (HERV-K10) у ВИЧ-инфицированных людей и больных СПИДом. И, соответственно, повышение риска развития у них тестикулярного рака (testicular cancer). ВИЧ индуцирует появление вирусных частиц HERV-K(HML-2) в сыворотке человека (Contreras-Galindo R. et al., 2006). Пока неизвестно, способна ли ВИЧ-инфекция стимулировать горизонтальный перенос HERV-K(HML-2) между людьми, но такую возможность нельзя исключать.

Таким образом, иммунная система легко распознает и ВИЧ, и ВНО, об этом свидетельствуют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунные реакции. Ответы иммунной системы на оба вируса весьма эффективны, но прямо противоположны по содержанию:

1. ВНО вызывает инфекционный монопроцесс, имеющий циклическое течение. На начальном этапе инфекции он ведет себя как облигатный паразит макрофагальных клеток, имеет короткий цикл размножения, разрушает клетку и в течение первых двух суток с момента проникновения в организм человека становится доступным как для антител, так и клонов лимфоцитов, несущих иммунологическую память об антигене, использованном для вакцинации. Сохранение Т- и В-клеточных звеньев иммунитета формирует полноценные гуморальные и клеточные ответы на вирус, способствующие его полной элиминации из организма, инфекционный процесс прекращается. Поэтому ВНО меняет хозяина на 8–10 сутки от начала болезни, но так как люди, перенесшие натуральную оспу, формируют иммунную прослойку, препятствующую дальнейшему распространению вируса, вызываемый им эпидемический процесс ограничивается, т. е. носит циклический характер.

2. На начальном этапе инфекции ВИЧ взаимодействует с клетками иммунной системы более сложно, чем ВНО. Он колонизирует как макрофаги, так и Т-клетки-хелперы и устанавливает контроль над их генетическим аппаратом. Вирус блокирует апоптоз макрофага и интегрируется с геномом Т-хелпера, поэтому его персистирование по макроорганизму не может контролироваться специфическими антителами, как это происходит в отношении ВНО. В зависимости от рецепторов, посредством которых ВИЧ взаимодействует с макрофагом, он вступает с ним либо в симбиотические отношения, либо начинает размножаться. Оба этих процесса идут одновременно и усиливают диссеминацию ВИЧ (механизмы этого процесса мы рассмотрим в следующей главе). Инфекционный процесс постоянно усложняется, к моменту смерти больного он представляет уже комплекс нециклических инфекционных процессов, в которых участвуют не только ВИЧ и возбудители СПИД-ассоциируемых инфекций, но и эндогенные ретровирусы генома человека. Так как ВИЧ передается в основном половым путем, а иммунная система человека неспособна ограничить размножение вируса и сформировать иммунную прослойку среди населения, как это имеет место в отношении ВНО, то вызванный им эпидемический процесс носит необратимый нециклический характер.

А. Две проекции белка L1 на ленточной диаграмме. Фронтальный вид (верхнее изображение) показывает расположение спиралей на одной стороне молекулы, на другой стороне изображены параллельные бета-складки, сформированные непараллельными бетацепями, соединенными через петлю и тремя дисульфидными связями. Нижняя проекция показывает бета3, бета4 и альфа5, упакованные вблизи центра молекулы. Обозначены спирали (альфа1-альфа5), N-конец (N), и С-конец (С).

Б. Вверху показан димер L1. Взаимодействие двух L1 молекул происходит через края бета-складок. Нижнее изображение показывает L1 со стороны бета-складок (темная область). L1 – это крупная консервативная белковая молекула-мономер с несколькими конформационными эпитопами, презентируется иммунным клеткам в виде хоорошо им заметного димера (Su Hua-Poo, 2005).

По данным H. Su et al. (2005), L1 играет основную роль в «созревании» вирионов ортопоксвирусов. На заключительной стадии морфогенеза вируса образуются так называемые внутриклеточные созревающие вирионы (intracellular mature virions, IMVs), которые имеют липидные мембраны и представляют собой уже способные к инфекции формы вируса. Большинство IMV высвобождаются из фагоцитирующей клетки после ее лизиса. Некоторые из них могут транспортироваться через клеточную мембрану хозяина до лизиса клетки. После чего они остаются присоединенными к ее наружной поверхности или отделяются от нее уже как внеклеточный оболочечный вирус (extracellular enveloped virus, EEV). Главную роль в передаче вируса от одного хозяина к другому играет его IMV-форма. L1 представляет собой миристиолированный оболоченый белок (myristoylated envelope protein), состоящий из 250 аминокислотных остатков. Он экспрессируется на поверхности IMV-формы вируса. Его C-гидрофобный сегмент погружен в вирусную мембрану, но консервативная часть L1, включающая 185 аминокислотных остатков, локализуется в цитоплазме клетки-хозяина. В области N-конца белка формируется гидрофобная «каверна», необходимая для сборки вириона. После лизиса клетки этот эктодомен экспонируется Т- и В-клеткам иммунной системы, и вызывает сильный ответ с их стороны. Следовательно, ключевая роль белка L1 в морфогенезе вируса предопределяет его консервативность как антигена. Поэтому другого варианта поддержания в популяциях человека, кроме как эстафетной смены хозяина воздущно-капельным путем, у ВНО нет.

Вакцинация обычно предупреждает заражение ВНО в течение, по меньшей мере, 5-10 лет. При развитии болезни ее симптомы у вакцинированных лиц менее выражены, чем у невакцинированных. Так как специфические антитела считаются «первой линией обороны» против вторжения возбудителей инфекционных болезней, их обычно выявляют для оценки иммунной защиты индивидуума. По данным Gallwitz S. et al. (2003), использовавших ферментативный иммуноанализ для поиска антител к вирусу вакцины у лиц, вакцинированных 30-60 лет назад, их можно обнаружить у 65% обследуемых, вакцинированных однократно; и у 80 % обследуемых, вакцинированных два раза и более. Crotty S. et al. (2003) продемонстрировали присутствие у лиц, вакцинированных более 50 лет назад, В-клеток памяти, специфических к вирусу вакцины. Количество таких клеток после вакцинации снижается течение нескольких лет до уровня, представляющего примерно десятую часть от достигнутого максимума. Далее количество противооспенных антител (0,1% от общего количества IgG+ B-клеток) не меняется практически на протяжении всей оставшейся жизни вакцинированного. Этим объясняется выраженная антительная реакция на противооспенную ревакцинацию. В опытах Frey S.E. et al. (2003) вакцинация ранее вакцинированных лиц давала очень хороший результат даже при десятикратном разведении вакцины. Теперь, когда мы получили представление об антигенных детерминантах ВНО, нам проще будет понять, почему антигенные детерминанты ВИЧ не могут быть использованы для конструирования ВИЧ-вакцин.

Антигенные детерминанты ВИЧ. В-клеточные ответы на ВИЧ-инфекцию, многообразны. У людей, инфицированных ВИЧ, обнаруживают антитела к его структурным (p17, p24, gp4l, gpl20) и регуляторным белкам (vif, nef, RT), а также аутоантитела. Основным изотипом синтезируемых антител является IgGI (более подробно см. у J. E. Bovis, K. James, 1992; и у Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001). Основной антигенный раздражитель системы Т- и В-иммунитета, это оболочечный шип (spike) ВИЧ. Он состоит из тримера гетеродимеров (trimer of heterodimers), сформированных двумя гликопротеинами, gp120 и gp41. Гликопротеин gp120 представляет собой высоко гликозилированный белок, приблизительно половина массы которого составляют карбонгидраты, присоединенные к N-концу молекулы (Poignard P. et al., 2001). Анализ последовательностей различных изолятов ВИЧ позволил установить у gp120 вариабельные (V1-V5) и консервативные (С1-С5) регионы (рис. 8).

Рис. 8. Топография поверхности вириона ВИЧ-1

Оболочечные гликопротеины (gp120/gp41) изображены как тетрамерные олигомеры. Карбонгидратный комплекс, включающий преимущественно олигоманнозу, изображен в виде «облака» вокруг гликопротеина. Показано антитело (IgG), нейтрализующее ВИЧ. Оно не может взаимодействовать с gp120/gp41, потому что гликопротеин экранирован карбонгидратным комплексом. В то же время сайт связывания с рецептором CD4 Т-лимфоцитов остается открытым (Nara P.L. et al., 1991).

Гликопротеины имеют рецепторный сайт для CD4-молекулы, определяющей тропизм ВИЧ к CD4 Т-клетки; и второй сайт — связывающий вирус с хемокиновыми корецепторами, обычно с CCR5 и CXCR4. Поверхность кора gp120 закрыта карбонгидратами, а большая часть оставшейся не экранированной молекулы вовлечена во взаимодействие с gp41 или с другими единицами gp120 в трехмерном шипообразном выступе оболочки. Относительно консервативный сайт связывания с CD4 «заглублен» и малодоступен для антител. Консервативный корецепторный сайт является наиболее недоступным для антител даже на мономерном gp120. Роль gp120 в инфекционном процессе в основном заключается в связывании вируса с клетками-мишенями и обеспечении ему тесного соприкосновения с мембранами таких клеток. Трансмембранный белок gp41 играет ключевую роль на этой стадии взаимодействия вируса и клетки, так как он вызывает слияние вируса с мембраной клетки-мишени и доставляет генетический материал в ядро клетки. Этот белок относительно консервативен, но большая часть его поверхности скрыта от антител, распознающих шипообразные выступы оболочки (Zwick M. B. et al., 2004).

Вариабельные последовательности оболочки ВИЧ концентрируются в оболочечных петлях (V1 — V4), которые и являются главными целями для нейтрализующих антительных ответов иммунной системы человека. В оболочку ВИЧ входят также несколько белков человека. Но их роль как антигенов, незначительна.

Антитела с широким нейтрализующим действием. Здесь я сразу поясню, что в специальной литературе под ВИЧ-нейтрализующими антителами обычно понимаются те, которые нейтрализуют вирус в условиях in vitro. В условиях in vivo их действие очень сложно опосредовано, так как функция связывания с антигеном у антител не единственная. Более древней у них является эффекторная функция, т. е. способность передавать сигналы между клетками, взаимодействуя со специфическими рецепторами на их поверхности (например, известны антитела-агонисты рецепторов DR4 или DR5, вызывающие апоптоз раковых клеток; см. C. Odoux et al., 2002). К эффекторным функциям относится и способность антител, связываясь с антигеном активировать каскад протеолитических реакций, осуществляемых системой комплемента (более подробно об эффекторных функциях антител см. в работе А. Ройта с соавт., 2000). К этим аспектам проблемы я вернусь ниже, а пока нам надо условится о том, что в «чистом виде» феномен нейтрализации антителами ВИЧ или любого другого микроорганизма встречается только в эксперименте в условиях in vitro, т.е. «в пробирке».

Длительные исследования В-клеточных ответов на ВИЧ показали, что у людей появляются антитела, нейтрализующие доминирующий вариант вируса, но как только их уровень достигает определенного порога, селекционируется вариант вируса, способный избегать их нейтрализующее действие (Burton D.R. et al., 2005). Скорость появления как ВИЧ-нейтрализующих антител, так и избегающих их вирусов, сильно варьируют у разных лиц, однако сам цикл многократно повторяется на протяжении жизни ВИЧ-инфицированного и больного СПИДом человека (Frost S. et al., 2005).

Антитела, способные распознавать сразу несколько штаммов ВИЧ (антитела с широким нейтрализующим действием), появляются медленно и только у отдельных индивидуумов. Но так как их рассматривают уже в течение двух десятилетий в качестве средства для лечения и профилактики ВИЧ-инфекции, то локализация эпитопов на оболочке ВИЧ, вызывающих такие ответы, хорошо изучена (рис. 9).

Рис. 9. Локализация на оболочечных гликопротеинах ВИЧ/SIV эпитопов для антител с «широким нейтрализующим действием»

Верхняя панель (А) показывает динамику титров нейтрализующих антител на ВИЧ IIIB (круги, закрашенные черным цветом), RF (черные квадраты) и 6- и 16-недельные вирусные изоляты из лимфоцитов этих животных (круги с точкой в центре и круги без точек, соответственно).

На нижней панели (Б) показаны иммунные ответы животных, предварительно иммунизированных gp120 IIIB. Символы те же, что и на А (Nara P. et al., 1991).

 

Они показывают следующее: во-первых, у иммунизирова



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2021-12-07; просмотров: 23; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.14.80.45 (0.069 с.)