А. Трехосевая модель вращения и белкового фолдинга v3-домена, уменьшающих валентность его взаимодействия со специфическим антителом. V3-связывающий сайт показан штриховкой (nara P. Et AL. , 1991).

Б. Схематическое расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI-C5) и вариабельных петель (V1-V5) на примере последовательности штамма ВИЧ SF162. Показаны позиции и типы потенциальных N-связанных сайтов гликозилирования (символы снаружи цепи), треугольниками обозначены участки, по которым ледяная уксусная кислота (glacial acetic acid) расщепляет gp120 на три фрагмента (10, 35 и 74 kDa); стрелками снаружи V3-петли показаны аминокислоты, вовлеченные в корецепторное связывание, а звездочками обозначены аминокислоты, участвующие в связывании с CD4; кД - килодальтон (McCaffrey R.A. et al., 2004).

Подобный феномен нейтрализационной резистентности ранее был описан для близкородственных ВИЧ ретровирусов — вируса кошачьей лейкемии (Nicolaisen-Strouss K. et al., 1987); и вируса висны, поражающего ЦНС овец (Stanley J. S., 1987).

Позже было установлено, что конформационные эпитопы gp120 нарушаются и в результате изменений в первичной структуре gp41. Однако у таких мутантов ВИЧ оставались прежними способность связываться с рецепторами-мишенями и инфекционность (см. в работе V. Kalia et al., 2005). Антигенные вариации функционально нейтрализуемых эпитопов могут изменять клеточный тропизм ВИЧ; его антигенные свойства и вирулентность. P. Nara et al. (1991) считают, что данный механизм лежит в основе способности ВИЧ приобретать тропность то к макрофагам, то к В- и Т-клеткам. Макрофаготропные варианты ВИЧ (M-tropic или R5) предпочтительно нацеливаются на CC-хемокиновый корецептор 5 (CCR5)-экспрессирующих клеток. Т-тропные варианты ВИЧ (T-tropic или X4) используют для проникновения в клетку CXC-хемокиновый корецептор 4 (CXCR4). Бывают варианты вируса с двойной тропностью (dual-tropic isolates). X4-варианты ВИЧ начинают преобладать над М-тропными вариантами в конце асимптоматического ВИЧ-инфекции (Hankarra R. et al., 1999). Этот процесс не случаен. Наиболее опасны такие варианты вируса для Т-клеток. Элиминация Т-тропными ВИЧ Т-клеток-хелперов облегчает существование ВИЧ-инфицированных макрофагов, и, соответственно, самого ВИЧ, так как Т-клетки-хелперы выступают в роли организаторов многосторонних процессов, направленных на уничтожение инфицированных макрофагов.

Феномен первичного антигенного греха (original antigenic sin, OAS) при ВИЧ-инфекции. Суть феномена в следующем. В большинстве случаев антиген представляет собой несколько эпитопов и поэтому он индуцирует синтез химически гетерогенных антител, различающихся своей специфичностью. Однако если клональность антигена ограничена, в его селекцию могут вмешиваться факторы хозяина. Отдельные карбонгидратные антигены, антигены со структурной и функциональной гомологией, индуцируют мало отличающиеся иммунные ответы (Briles D. E., Davie J. M., 1980). Но иммунная система позвоночного организма, иммунизированного одной такой антигенной детерминантой (первой) и позже экспонированная к другому антигену (второму), имеющему структурное сходство с первой детерминантой, отвечает не на вторую, а на первую. Этот феномен и называется «первичным антигенным грехом» (OAS).

Феномен OAS впервые описан на примере иммунных ответов у людей на вируса гриппа (Francis T., 1953) и различных представителей тога-, парамикс- и энтеровирусов (Fenner F. et al., 1974). При ВИЧ-инфекции он обнаружен P. Nara et al. (1991). Перечень иммунологических и физико-химических характеристик патогенов и их антигенных детерминант, способных вызывать OAS-подобный феномен, обнаруженных и предполагаемых для gp120 ВИЧ, приведен в табл. 1.

Таблица 1

Иммунологические и физико-химические характеристики патогенов и иммуногенных детерминант, способных вызывать OAS-подобный феномен, обнаруженные для gp120 ВИЧ*

Характеристики	gp120 ВИЧ
Ограниченность антигенных эпитопов	Да
Большое количество карбонгидратов, экранирующих эпитопы; и/или ограниченные иммунодоминантные эпитопы	Да
Перекрестно-реактивные детерминанты у семейств малосвязанных патогенов	Да
Излишняя и олигомерная презентация эпитопов иммунной системе	Да
Незначительные различия в аминокислотных последовательностях или в форме антигена и гомологичных белков хозяина (генетическая рестрикция)	Да
Анамнестический ответ, наступающий вслед за введением гетерологичного антигена	Да
Рекуррентная инфекция или бустинг вирусами или антигенами, увеличивающие гуморальный иммунный ответ к первоначальному инфекционному агенту или антигену	Да
Пул длительно живущих клеток В-памяти	Да
Олигоклональный сывороточный профиль	Да
Преобладание клонально-производных В-клеток и популяций антител, специфичных для эпитопа	?

* По P. Nara et al. (1991).

P. Nara et al. (1991) «вышли» на феномен OAS при ВИЧ-инфекции, случайно. Первоначальной целью их экспериментов было расширение иммунного ответа на ВИЧ-вакцину на основе gp120 таким образом, чтобы нейтрализации антителами подвергались вирусы различного географического происхождения. Введя экспериментальным животным gp120, полученный из штамма ВИЧ-1 IIIB, они исследовали кинетику, напряженность и продолжительность штаммо-специфического иммунного ответа. Через 175 суток они начали вторую серию опытов по иммунизации животных gp120 штамма ВИЧ-1 RF, имеющего другое географическое происхождение. После примирующей иммунизации (7 – 14 суток) исследователи неожиданно для себя, так как они основывались «на представлениях о штаммоспецифическом гуморальном ответе на ВИЧ», обнаружили рост титров антител к gp120 штамма IIIB. Проведенный этими авторами ретроспективный анализ научной литературы показал, что феномен OAS уже был описан для других ретровирусных инфекций, в частности, вызываемых вирусом висны у овец (Narayan O. et al., 1978) и вирусом инфекционной анемии у лошадей (Kono Y. et al., 1971). На основе собственных данных и данных, накопленных в научной литературе, они предложили следующую модель OAS-феномена при ВИЧ-инфекции у людей (рис. 11).

Рис. 11. Модель феномена «первичного антигенного греха» при ВИЧ-инфекции у людей, вызванного презентацией иммунной системе V3-домена gp120

Заштрихованная область, обозначенная как V1 (не путать с названием антигенного домена), соответствует вирусной нагрузке, образовавшейся в результате первичной клональной экспансии инфицирующего вирусного генома. Тесно связанные с ним варианты, способные избегать нейтрализующие антитела, обозначены как V2. Индукция последующих антительных нейтрализующих ответов показана на нижних двух панелях. Нейтрализующие антитела появляются вследствие индукции V3-специфических клонов В-клеток, которые продолжают экспансию из-за перекрестной реактивации близкими вариантами вируса, т.е. V2 (Nara P. et al., 1991).

Эта модель объясняет крайнюю неэффективность гуморального иммунного ответа на ВИЧ, если, конечно, понимать термин «иммунный» буквально, как «защищенный от всех антигенно чужеродных веществ» (см., например, учебник В. Г. Галактионова, 2005).

P. Nara et al. (1991) получили любопытные данные по развитию ВИЧ-инфекции и гуморальных иммунных ответов у шимпанзе, уже иммунизированных вакциной на основе gp120 IIIB (рис. 12).

 

Рис. 12. Влияние gp120 IIIB-иммунизации на последующие ответы системы В-клеточного иммунитета на ВИЧ

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 иммунизированных животных ВИЧ-инфекция все же развивается, но иммунная реакция на ВИЧ у них наступает быстрее и развивается более интенсивно; во-вторых, иммунная реакция на введение 6- и 16-недельных штаммов ВИЧ, имитирующих изменчивость вируса во время инфекционного процесса, развивается менее интенсивно, чем в контроле. При этом проявляется феномен OAS по отношению к штамму ВИЧ, gp120 которого был использован для иммунизации. Следовательно, сходство иммунных ответов на введение ВИЧ-вакцины и противооспенной вакцины (вирус вакцины) только вешнее — и на ту, и на другую образуются антитела. В деталях эти процессы различаются до такой степени, что становятся антиподами.

Комплемент и ВИЧ. Антитела к ВИЧ синтезируются клонами В-клеток почти до самой смерти больного СПИДом. В-клетки, в отличие от Т-клеток, менее подвержены инфицированию ВИЧ. На первый взгляд их роль в инфекционном процессе пассивная — они всего лишь связывают вирусные частицы на своей поверхности посредством рецептора комплемента CD21 и тем самым играют роль внеклеточного резервуара ВИЧ. Да еще В-клетки синтезируют бесполезные антитела, которые вроде бы должны нейтрализовать ВИЧ, но из-за «коварства» последнего не могут выполнить это свое предназначение. Попробуем понять роль комплемента и антител к ВИЧ в вызванном им инфекционном процессе.

В соответствии с представлениями о роли иммунной системы в защите макроорганизма от патогенных микроорганизмов, сложившихся в начале ХХ столетия, и до сегодняшнего дня кочующих из учебника в учебник (см., например, Воробьев А. А., 1994), комплемент должен контролировать ВИЧ-инфекцию. Тем более что процесс развивается медленно, не сопровождается симптомами шока (как, например, это происходит при натуральной оспе или чуме). Но, как оказалось, плазма крови человека усиливает инфекционность ВИЧ. По данным S. Wu et al. (1995), в условиях in vitro все четыре выделенных ими штамма ВИЧ, инкубированные с плазмой крови неинфицированного ВИЧ человека, увеличивали свою инфекционность от 3 до 30 раз в отношении мононуклеарных клеток и моноцит-производных макрофагов. В более детальных исследованиях C. Pinter et al. (1995) установлено непосредственое связывание СI-домена gp120 ВИЧ (см. рис. 10) с фактором Н комплемента (синтезируется макрофагом) и увеличение формирования синтиция CD4-зависимым образом. Далее исследователями показано участие фактора Н (негативный регулятор активности комплемента) и еще какого-то неизвестного фактора крови в защите ВИЧ и инфицированных им клеток от лизиса. Такая функция комплемента при ВИЧ инфекции противоречит тому, что пишут о ней в классических руководствах по иммунологии. Например, А. Ройт с соавт. (2000) относят комплемент к системе врожденного иммунитета, способного распознавать «своих» и «чужих» и вызывать опсонизацию микроорганизмов, активацию фагоцитирующих клеток и лизис клеток мишеней. Это действительно так и происходит, когда система комплемента реагирует на ортопоксвирусы. Оба, классический и альтернативный пути активации комплемента, усиливают нейтрализацию вируса вакцины антителами в условиях in vitro; и ускоряют процесс освобождения организма от вируса в условиях in vivo (см. обзорную работу R. M. L. Buller, G. J. Palumbo, 1991). Получается, что для системы комплемента человека ВИЧ является «своим», а ВНО «чужим».

Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement, ADE) при ВИЧ-инфекции. Антитела — связующее звено приобретенного иммунитета с врожденным, т.е., комплементом (классический путь активации комплемента). Но для ВИЧ-инфекции их «связь» проявляется еще одним феноменом, не афишируемым имитаторами разработки ВИЧ-вакцин. Это так называемый феномен антителозависимого усиления инфекции (ADE). Суть феномена заключается в следующем — вирусспецифические антитела усиливают проникновение вируса в фагоцитирующие клетки и в отдельных случаях его репликацию в этих клетках посредством взаимодействия с рецептором Fc и/или рецепторами комплемента. Fc-рецептор (FcR) экспрессируется фагоцитирующими клетками для взаимодействия с иммуноглобулином G (Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Поэтому феномен наблюдается в двух формах: а) комплемент-опосредованное антителозависимое усиление инфекции (complement-mediated ADE; C-ADE); и б) независящее от комплемента и связанное с Fc-рецептором усиление инфекции (Fc-receptor-mediated ADE; FcR-ADE). Феномен ADE изучается с 1980-х гг. на примере вирусных инфекций (Porterfield J. S., 1986). Для ВИЧ он показан W. E. Robinson et al. (1988) и J. Homsy et al. (1989).

Наиболее важным эпитопом для развития C-ADE является иммунодоминантный регион gp41. Развитие FcR-ADE происходит благодаря антителам к V3-петле gp120 (Fust G., 1997).

G. Fust (1997) кратко суммировал клиническое значение феномена ADE у ВИЧ-инфицированных людей — это прогрессирование ВИЧ-инфекции; и облегчение переноса вируса от матери к плоду. Иммунной системой человека «подстраховывается» передача ВИЧ от матери к плоду. Его транспорт через синцитиотрофобластный слой плаценты осуществляется с помощью антител к gp120 и gp41 по обоим механизмам осуществления феномена антителозависимого усиления инфекции.

Инфекционно-эволюционные качели при ВИЧ-инфекции. Исследование деталей инфекционного процесса, вызванного ВИЧ, позволяет установить еще один феномен. По данным А. Takeda et al. (1988), в условиях in vitro добавление к клеткам моноцитов сыворотки ВИЧ-инфицированных людей в субнейтрализующих концентрациях, значительно усиливает репликацию вируса. Высокие же концентрации такой сыворотки показывают вируснейтрализующую активность. Следовательно, ВИЧ не удается «увильнуть» от специфических антител до того момента, когда под их давлением селекционируется вариант вируса, «избегающий» таких антител. Но в отличие от антител к ВНО, они не блокируют его инфекционность, а усиливают ее. Поэтому у антител к ВИЧ двоякая роль в инфекционном процессе — в низких титрах они способствуют повышению инфекционности вируса в отношении фагоцитирующих клеток; в высоких способствуют эволюции вируса. И с каждым новым серовариантом вируса цикл повторяется. Результатом работы такого механизма является распространение ВИЧ по фагоцитирующим клеткам и постепенное доминирование X4-вариантов ВИЧ, наиболее опасных для Т-клеток (см. «Антигенные детерминанты ВИЧ»).

Итак, сравнение антигенных детерминант ВНО и ВИЧ и иммунных ответов на них, показало следующее:

1. Иммунная система человека воспринимает ВНО и другие ортопоксвирусы как антигенно-чужеродные объекты и элиминирует их из организма. Роль основной антигенной детерминанты у вирусов данного семейства играет консервативный белок L1, участвующий в морфогенезе вирусной частицы. Это крупный миристиолированный оболочечный белок, экспрессирующийся на поверхности внутриклеточных созревающих вирионов возбудителя натуральной оспы (IMV-форма вируса). Его консервативная часть формирует гидрофобную «каверну», необходимую для сборки вириона, поэтому он не может подвергаться конформационным изменениям и маскироваться полисахаридными «экранами». После лизиса клетки L1 экспонируется функционально неповрежденным Т- и В-клеткам иммунной системы и вызывает полноценные гуморальные и клеточные ответы на ВНО.

2. Иммунная система человека не только не воспринимает ВИЧ как антигенно-чужеродный объект, но и способствует его размножению, эволюции и распространению по человеческим популяциям. Причины данного явления кроются в совместной эволюционной истории ретровирусов и многоклеточных организмов и нуждаются в исследовании. Основные консервативные домены оболочечных белков интактных частиц ВИЧ относятся к структурам, связывающимся с рецепторами и корецепторами на поверхности макрофагов и Т-хелперов. Они либо экранированы карбонгидратными группами, либо «заглублены» и малодоступны для антител. Роль основной антигенной детерминанты у ВИЧ играет консервативный домен V3 гликопротеина gp120, однако антитела к нему усиливают проникновение вируса в фагоцитирующие клетки посредством взаимодействия с рецептором Fc. Благодаря феномену антитело-зависимого усиления инфекции, антитела к V3 и к некоторым другим «антигенам» способствуют прогрессированию ВИЧ-инфекции и переносу вируса от матери к плоду. Иммунизация приматов оболочечными белками ВИЧ сопровождается феноменом «первичного антигенного греха» и не предотвращает развитие ВИЧ-инфекции.