Эволюционная патология

Существуют разные определения инфекционного процесса, от обтекаемо-универсальных, типа: «Инфекционный процесс — процесс взаимодействия организмов возбудителя и хозяина (человека, животного), проявляющийся клинически выраженным заболеванием или носительством» (Черкасский Б. Л., 2001); до более конкретных, например: «Под инфекционным процессом понимается совокупность патологических изменений в организме, возникающих под воздействием патогенных микроорганизмов в определенных условиях внешней среды и при наличии защитных реакций организма на это воздействие» (Гавришева Н. А., Антонова Т. В., 1999). Предположим, что они оба правильны, и наша задача сводится только к установлению частности — что же тогда инфекционная болезнь? При некотором различии в определениях авторы соглашаются друг с другом в том, что «инфекционная болезнь чаще всего протекает циклически, ее развитие проходит через ряд периодов: инкубационный, продромальный, нарастания симптомов, разгара болезни, угасания клинических проявлений болезни, выздоровления (реконвалесценции)». Но эта схема не соблюдается для инфекционного процесса, вызванного ВИЧ. И чтобы понять, почему это происходит, нам нужно сравнить этот инфекционный процесс с тем, который наиболее укладывается в схему, приведенную вышеуказанными авторами. Наиболее близким к нему и показательным будет инфекционный процесс, вызванный ВНО и другими ортопоксвирусами.

3.1. Циклические инфекционные (моно)процессы

Генерализация поксвирусной инфекции. Антигенная детерминанта ВНО. Иммунные ответы на ВНО. Трансмиссионный потенциал ВНО. Продолжительность противооспенного иммунитета.

ВНО легко обнаруживается иммунной системой человека. Он индуцирует полный спектр клеточно-опосредованных и гуморальных иммунных ответных реакций. Заболевший начинает активно выделять вирус в первую неделю от начала болезни, когда происходит вскрытие оспенных элементов на слизистой ротовой полости, зева и глотки. Количество же антител, нейтрализующих инфекционность вируса, достигает своего максимума между 12 и 15 днями болезни. Но уже на 10-е сутки болезни заразность больного для окружающих резко снижается. Через 4 недели от начала болезни вирус уже невозможно выделить из отделяемого носоглотки и из мочи реконвалесцента. Выздоровление у заболевших людей полное (Маренникова С. С., Щелкунов С. Н., 1998). Таким образом, во взаимоотношениях ВНО с организмом человека просматривается определенная стратегия паразитизма. Попробуем понять, из чего она складывается.

Генерализация поксвирусной инфекции. С 1940-х гг. наиболее адекватной моделью инфекционного процесса, вызываемого ВНО у человека, считается эктромелия мышей (Mark R. L. et al., 1991; Fenner F., 1948). Возбудитель болезни (Ectromelia virus, EV) относится к семейству Orthopoxvirus. Ортопоксвирусы консервативны. Они имеют более чем 90 % гомологии в центральном 100-Кд регионе генома (Esteban D. J., Buller R. M., 2005). Сходство патогенезов болезней, вызываемых ВНО и EV, включает быстрое размножение вируса при его низкой инфицирующей дозе, сходство цитокиновых ответов на вирус и сходные кожные поражения на последней стадии болезни, включающие орофарингеальную секрецию вируса, критическую для его трансмиссии (Chaudhri G. et al., 2006). Генерализация вируса эктромелии изучена в деталях (рис. 43).

Процесс генерализации возбудителя болезни осуществляется благодаря макрофагам. Вирус ведет себя как их паразит и быстро размножается. В отличие от ВИЧ (см. раздел 3.2) он не поддерживается в макрофагах в качестве эндосимбионта, а активно их разрушает, затем попадает в кровь, где может «встретиться» со специфическими антителами.

Первыми клетками, вступающими в контакт с поксвирусами, являются полиморфоядерные лейкоциты (макрофаги и моноциты). За счет градиента продуцируемых ими хемоаттрактантов они «притягивают» другие фагоцитирующие клетки и запускают каскад самых разнообразных реакций, которые «в сумме» рассматриваются учеными как «иммунные».

В составе макрофагов и моноцитов вирус достигает дренажных лимфатических узлов примерно через 8 час. 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 можно обнаружить как инфицированные, так и неинфицированные лейкоциты, но в основном репликация ВНО происходит в моноцитах/макрофагах, тогда как Т-лимфоциты остаются неинфицированными, но при этом наблюдается выраженная лимфопения. Вирус распространяется из лимфатических узлов фагоцитирущими клетками крови по внутренним органам через выносящие (эфферентные) лимфатические сосуды. Процесс напоминает показанный на рис. 28 для возбудителя сибирской язвы, но, естественно, без участия бактериальных факторов вирулентности. 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. Вторичная виремия обычно соответствует началу клинической манифестации болезни. При всех формах эктромелии у мышей и натуральной оспы у людей, развиваются паренхиматозные изменения во внутренних органах. Циркулирующие в крови специфические антитела выявляются уже на седьмые сутки после инфицирования человека ВНО, и их максимальный уровень достигается на 14 сутки. Одновременно с нарастанием количества специфических антител, происходит снижение количества вируса в тканях (более подробно об этих процессах 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).

Считается, что в основе патогенеза поксвирусных инфекций лежит способность вирусов к интерференции с защитными иммунными механизмами макроорганизма (Stanford M. et al., 2007). По крайней мере, это так выглядит, если смотреть на процессы взаимодействия осповирусов со своими многоклеточными хозяевами с точки зрения, предполагающей их совместную эволюцию. Особое значение учеными придается антихемокиновой стратегии ортопоксвирусов, заключающейся в блокировании вирусными белками хемокиновой активности клеток иммунной системы хозяина. Но судя по древности хемокиновых белков, система взаимоотношений посредством сигнальных молекул между прокариотами (в том числе, вирусами) и эукариотами сложилась еще в архее, т. е. до образования многоклеточной жизни. Поэтому такая стратегия не оригинальна для ортопоксвирусов; применительно к фагоцитирующим клеткам она используется большинством ДНК-вирусов. Стратегия включает синтез инфицированными фагоцитирующими клетками вирусных гомологов хемокинов или хемокиновых рецепторов и других белков, связывающих хемокины, синтезируемые неинфицированными фагоцитирующими клетками (рис. 44; табл. 12).

^{А — экспрессия вирусных гомологов хемокинов, рецепторов хемокинов и хемокинсвязывающих белков; B — частный случай антихемокиновой стратегии — ингибирование миграции созревающих дендритных клеток (DC). Вирусные хемокинсвязывающие белки интерферируют с хемокинами CCL3 и CCL5. Несозревшие DC экспрессируют воспалительные хемокиновые рецепторы (CCR1, CXCR1) и мигрируют в инфицированные ткани в ответ на такие хемокины, как CCL3 и CCL5. Созревшие DC экспрессируют CCR7 и CXCR4 и мигрируют во вторичные лимфоидные органы в ответ на CCL19 и CXCL12, где они представляют антиген «наивным» T-клеткам. Цифровые обозначения: 1 — вирусный хемокин (антагонист); 2 — вирусный хемокин (агонист); 3 —хемокиновый рецептор; 4 — рецептор вирусного хемокина; 5 — сигнальная трансдукция и биологический эффект; 6 — клеточная миграция (Alcami A., 2007).}

_{Иммуномодулирующее действие | Variola major[17] | Variola minor | Комментарии}

IFN-альфа/бета ингибитор | B20R | D9R | Не проверено

IFN-гамма ингибитор | B9R | H9R | Ингибирование человеческого IFN-гамма

eIF2альфа мимикрия | C3L | D3L | Не проверено

dsRNA-BP | E3L | C3L | Не проверено

Ингибитор фактора некроза опухолей | G2R | G2R | Не проверено

Ингибитор NF- к B | P1L | P1L | Не проверено

TLR сигнальный ингибитор | A52R | A56R | Не проверено

IL-18-связывающий белок | D5L | B6L | Ингибитор человеческого IL-18

Хемокин-связывающие белки | G3R | A46L | G3R ингибирует у людей хемокины CC

Фактор роста вирусов | G3R | B3R | Связывает и активирует человеческий EGF-R (erbB1)

Ингибитор комплемента /SPICE | D12L | B18L | Ингибирует каскад комплемента у людей

GM — CSF/IL-2 ингибитор | A46R | A49L | Не проверено

Семафорин | A42R | A45R | Не проверено

Серпины | B13R, B25R, C2L | D14R, D2R | Не проверено

Поскольку функции хемокиновых рецепторов, посредством которых вирус взаимодействует с клеткой, различаются, то воздействие на них вирусными белками на уровне макроорганизма приводит к разным, и даже, противоположным эффектам. Это и истощение локальной хемокиновой активности; и индукция межклеточных сигналов, усиливающих вирусную репликацию; и стимуляция миграции инфицированных клеток, либо, наоборот, нейтрализация их способности к миграции. Но рассмотрение тонкостей антихемокиновых стратегий вирусов не входит в задачу данной работы (подробно с антихемокиновыми стратегиями ортопоксвирусов в организме млекопитающих можно ознакомиться по публикациям Stanford M. et al., 2007; Alcami A., 2007; Smith S. A., Kotwal G.J., 2002; Маренниковой С. С. и Щелкунова С. Н., 1998). Тем более что с ними нет полной ясности, свидетельствующей о том, что антихемокиновая стратегия ВНО в организме человека сформировалась в результате их коэволюции. Так G. McFadden (2004) обратил внимание исследователей на то, что маловирулентный ортопоксвирус, возбудитель оспоподобной болезни — аластрима (alastrim), мало уступает собственно ВНО по числу генов белков, ингибиторов иммунных ответных реакций макроорганизма (см. табл. 12). Поэтому он усомнился в правильности общепринятого понимания механизмов, благодаря которым ВНО вызывает смертельную болезнь.

В связи с его "сомнениями" выскажу и свое. ВНО имеет большое количество «выключенных» генов вирулентности. Особенно это бросается в глаза при сравнении его генома с геномами маловирулентных ортопоксвирусов, поражающих грызунов (см. в работе Маренниковой С. С., Щелкунова С. Н., 1998). Пока можно констатировать то, что только 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). Недавно у белка, синтезируемого ВНО и способного связывать рецептор фактора некроза опухолей, обнаружили домен, инициирующий рекрутинг макрофагов к поверхности слизистых и кожи, в месте внедрения вируса (Alejo A. et al., 2006).

Инфицирование ВИЧ всегда кончается смертью больного, количество же смертельных исходов при натуральной оспе сильно варьирует во время разных эпидемий и в различных группах населения. Поэтому интерес представляют реакции макроорганизма на заведомо смертельные дозы ВНО. Патогенез натуральной оспы при инфицировании такими дозами вируса изучали Jahrling P.B. et al. (2004) на обезьянах. Общей реакцией макроорганизма на проникновение вируса является рост количества фагоцитирующих клеток — моноцитов, чем позже наступает пик лейкоцитоза, тем дольше живет инфицированное животное. ВНО высевается из моноцитов и смывов из носоглотки уже на вторые сутки после инфицирования, хотя еще его не удается выделить из плазмы.

Через 2–3 суток у инфицированных приматов уже можно наблюдать отчетливо выраженные кожные поражения (везикулы и пустулы). Количество кожных поражений зависит от инфицирующей дозы. Вирусная репликация 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 (рис. 45).

^{А. общее количество белых клеток крови; Б. общее количество тромбоцитов; В. инфекционные титры вируса в смывах из гортани; Г. кожные поражения как функция дозы вируса (штамм India): 3 — 500 поражений; 2 — 50–500; 1–5–50 поражений; Д. концентрация IL-8 в пикограммах на мл (пкг/мл); Е. концентрация monocyte chemoattractant protein в пкг/мл; Ж. концентрация воспалительного белка макрофагов (macrophage inflammatory protein) в пкг/мл; З. среднее количество IFN-гамма в пкг/мл в сыворотке обезьян, инфицированных штаммами India 7124 и Harper (109 pfu). По Jahrling P.B. et al. (2004).}

Через 2–3 суток после инфицирования ВНО у животных развивалась коагулопатия, проявившаяся геморрагическими высыпаниями в грудной и брюшной полостях и в передней камере глаза. Электронная микроскопия демонстрировала репликацию вируса в большинстве тканей внутренних органов обезьян и, особенно, в лимфатических узлах и селезенке. Фибриновые отложения и тромбы ассоциировались с выраженным размножением вируса в макрофагах. Т-лимфоцитозависимые области лимфоидной ткани обычно выглядели истощенными, тогда как макрофаги, моноциты, клетки эндотелия активно продуцировали вирус. Гибель Т-лимфоцитов происходила в результате неспецифического апоптоза (bystander apoptotic), инициированного инфицированными макрофагами. У единственного выжившего животного развился стерильный иммунитет.

Антигенная детерминанта поксвирусов. Основной антигенной детерминантой поксвирусов и мишенью для протективных антител является консервативный белок L1 (другое название L1R). У вируса вакцины, вируса оспы обезьян и ВНО этот белок различается отдельными аминокислотами. Антитела к L1 способны блокировать инвазию ортопоквирусов в клетки. Поэтому он рассматривается учеными в качестве кандидата на включение в перспективные противооспенные вакцины (рис. 46).

^{А. Две проекции белка 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 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 оболочечный 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 позвоночных организмов, кроме зависящей от многих случайностей эстафетной смены хозяина, у ортопоксвирусов нет.

Иммунные ответы. ВНО и другие ортопоксвирусы представляют собой очень благодарный для иммунолога объект исследования, так как иммунные реакции на них у позвоночных организмов всегда укладываются в представления об иммунитете и инфекции, сложившиеся еще в начале ХХ столетия. В таких исследованиях иммунологу открывается обширное поле деятельности по детализации прописных истин из старых учебников, поэтому я не буду повторяться. Отмечу лишь некоторые уточнения, появившиеся в последние годы на волне успехов трансгенной инженерии и имеющие отношение к цели данной работы.

По данным R. Xu et al. (2004), для освобождения организма от вируса вакцины необходимо участие в иммунных ответах CD4+ T-клеток (субпопуляция Т-клеток, оказывающая помощь В-клеткам в продукции специфических антител) и MHC класса II (локализованы на поверхности макрофагов и обеспечивают включение в иммунный ответ CD4 T-клеток). Мыши, дефектные по В-клеткам (синтезируют и секретируют специфические антитела), так же как и мыши, истощенные по CD4, неспособны освободиться от вируса и погибают. Они оказались неспособны переключаться на IgG (высокоаффинный и количественно доминирующий иммуноглобулин) — или IgM (низкоаффинный иммуноглобулин, преобладающий во внутрисосудистом пуле иммуноглобулинов в начале инфекционного процесса) — ответы. В ответах на острую инфекцию, вирусоспецифические антитела наиболее эффективно освобождают организм от вируса. Вирус разрушается по различным механизмам, предполагающим участие специфических 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.

Истощение Т-клеток CD8 (цитотоксические клетки, способные убивать другие клетки, к антигенам которых они примированы) посредством моноклональных антител или генного нокаута, сказывалось незначительно на развитии инфекционного процесса. В антивирусной функции CD8 T-клеток много неясного. Spriggs et al. (1992) показали, что трансгенные мыши, утратившие CD8 T-клетки, способны также как и мыши в контроле, пережить инфицирование большими дозами вируса эктромелии. Но у таких трансгенных мышей синтезировалось меньше вирусоспецифических IgG, что предполагает участие активированных CD8 T-клеток в освобождении организма от вируса. R. Xu et al. (2004) показали способность мышей, дефектных по MHC класса II(_/_), и инфицированных сублетальными дозами вируса вакцины, выживать и полностью освобождаться от вируса при наличии активных CD8+ T-клеток. Их данные показывают участие CD8+ T-клеток в снижении смертности экспериментальных животных, инфицированных вирусом вакцины, однако детали этого процесса пока не ясны. Мыши с таким генетическим дефектом имели значительно меньшее по сравнению с нормой количество CD8+ T-клеток, и во время инфекции у них развивались обширные некротические повреждения в кортексе надпочечников, характерные для инфекционного процесса, вызванного вирусом вакцины.

По данным G. Chaudhri et al. (2006), именно B-клетки играют ключевую роль в освобождении организма мыши от вируса эктромелии. При дефиците В-клеток и при наличии CD8 T-клеточных ответов животные неизбежно погибают от прогрессирующей инфекции. Любопытно то, что в их опытах введение животным, дефицитным по В-клеткам, «наивных» B-клеток или специфической к вирусу эктромелии сыворотки, позволяло добиться стерильного иммунитета.

Информацию о важной роли гуморального звена иммунитета в противодействии ВНО можно найти и в старых работах. По данным A. Downie et al. (1958), геморрагическая форма натуральной оспы с летальным исходом развивалась при отсутствии у заболевшего нейтрализующих антител после предшествующей вакцинации. У таких больных развивалась выраженная виремия, вирус в высоких титрах обнаруживали в фарингеальном тракте.

Полученные на трансгенных животных данные свидетельствуют в пользу того, что ортопоксвирусные инфекции не контролируются реликтовой системой иммунитета. Уничтожение таких вирусов осуществляется сложившейся уже в позвоночных организмах системой гуморального и клеточного иммунитета с преимущественной ролью В-лимфоцитов. Благодаря хорошей «заметности» и ранней презентации Т- и В-клеткам антигенов ортопоксвирусов, одновременно являющихся критическими для их морфогенеза, специфические антитела обладают выраженным протективным действием.

Трансмиссионный потенциал ВНО. Способность ВНО передаваться от человека к человеку в иммунокомпетентных популяциях, весьма ограничена. По данным V. Bhatnagar et al. (2006), обобщивших статистическую информацию по 51 вспышке «завозной» натуральной оспы, зарегистрированной в Европе и Северной Америке в период после 1945 г., в среднем каждая такая вспышка ограничивалась четырьмя случаями болезни с одним летальным исходом. Количество передач (генераций) ВНО от заболевшего человека к здоровому, редко превышало 3; а 30 % заносных вспышек вообще не сопровождалась передачами ВНО от человека к человеку. Такую неспособность оспы к быстрому распространению в популяциях людей нельзя объяснить только предварительными массовыми вакцинациями. Например, вспышка натуральной оспы среди невакцинированного населения Abakaliki (Нигерия) в 1967 г. ограничилась всего 31 случаем болезни (Eichner M., Dietz K., 2003). В свете этих данных невозможно понять, каким образом жестокая пандемия натуральной оспы 1870–1874 гг. вспыхнула практически одновременно на нескольких континентах, если не предполагать наличие первичного природного резервуара для ВНО среди простейших. В Европе натуральная оспа во время пандемии 1870–1874 гг. не «обращала внимания» даже на двукратную противооспенную вакцинацию населения отдельных городов (детали распространения натуральной оспы в ту пандемию см. в книге Бразоля Л. Е., 1875).

Продолжительность противооспенного иммунитета. Вакцинация обычно предупреждает заражение ВНО в течение, по меньшей мере, 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, специфических к вирусу вакцины В-клеток памяти. Количество таких клеток после вакцинации снижается в 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.

В эволюционном аспекте проблемы инфекционных болезней инфекционный процесс в многоклеточных организмах представляет собой попытку микроорганизмов установить с фагоцитирующими клетками взаимоотношения, существовавшие между ними до формирования многоклеточной жизни. Такие взаимоотношения могут развиваться сразу как паразитические (оротопоксвирусы, возбудители чумы или сибирской язвы) либо начинаться с симбиоза (возбудители бруцеллеза, туберкулеза, проказы). В медицинском аспекте проблемы инфекционный процесс — это процесс диссеминации фагоцитирующими клетками микроорганизмов по органам и тканям, сопровождающийся выбросом молекул межклеточного общения (хемокинов и лимфокинов) в количествах, значительно превышающих физиологическую норму, и, соответственно, проявляющийся развитием патологических реакций (т. е. болезни). Его продолжительность лимитируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системой хозяина, сформировавшейся уже в процессе эволюции позвоночных организмов. При рассмотрении инфекционного процесса данного типа речь идет не о конкретном количестве суток, в течение которых начинается и прекращается инфекционный процесс, а о способности клеточной и гуморальной иммунной системы его контролировать. Например, при туберкулезе средний инкубационный период составляет 5–10 недель. У иммунокомпетентного человека клеточный иммунный ответ на гематогенную диссеминацию возбудителя болезни возникает через 2–10 недель, что останавливает его размножение. У переболевших туберкулезом людей остается относительная невосприимчивость к повторному заражению туберкулезной палочкой. Для инфекционной болезни, развивающейся вследствие инфекционного процесса, лимитируемого клеточной и гуморальной иммунной системой, характерны следующие периоды: инкубационный, продромальный, нарастания симптомов, разгара болезни, угасания клинических проявлений болезни, выздоровления (реконвалесценции) с формированием стерильного иммунитета. Поэтому такие инфекционные процессы я предлагаю назвать циклическими инфекционными процессами. Обычно они представляют собой монопроцессы, т. е. вызываются одним микроорганизмом.

На примере инфекционных процессов, вызванных ВНО и другими отопоксвирусами, мы видим, что до достижения гуморальной и клеточной иммунной системой определенного максимума реакции, строгий антропоноз (зооноз) должен сменить своего хозяина, чтобы сохраниться как биологический вид. В нашем восприятии времени ВНО меняет хозяина на 8–10 сутки от начала болезни. Эта же норма реакции определяет клинические проявления болезни, вызванной случайными для позвоночного хозяина паразитами фагоцитирующих клеток (возбудители чумы, туляремии, мелиоидоза, сибирской язвы; см. подглаву 2.2). Но их поддержание в природе не зависит от сохранения жизни такому хозяину. Отсюда низкие инфицирующие дозы, высокая смертность среди заболевших людей (животных) и попытки использования таких микроорганизмов в качестве агентов биологического оружия. Поэтому та патогенность (вирулентность) микроорганизма, которая характеризуется в нашем восприятии времени быстрым инкубационным периодом и непродолжительной болезнью, завершающейся либо гибелью организма, либо его выздоровлением, — это проявление определенной стратегии паразитизма микроорганизма в многоклеточном хозяине. Условно назовем ее первой стратегией паразитизма, или стратегией мора. Антропонозному (зоонозному) паразиту стратегия первого типа дает преимущества в высокоплотных популяциях хозяина.

3.2. Нециклические инфекционные процессы

Генерализация ВИЧ. Трансмиссионный потенциал ВИЧ. Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции. Антигенные детерминанты ВИЧ. Антитела с широким нейтрализующим действием. Антигенные свойства V3-домена gp120 ВИЧ. Первичный антигенный грех (original antigenic sin, OAS). Комплемент. Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement, ADE; immune enhancement of disease) при ВИЧ-инфекции. Инфекционно-эволюционные качели. Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции.

Изучение циклических инфекционных процессов, начавшееся в конце XIX столетия, сформировало определенные стереотипы мышления у эпидемиологов и инфекционистов. Основным является убеждение в том, что любой инфекционный процесс должен завершаться и оставлять хотя бы кратковременный иммунитет, т. е. невосприимчивость переболевшего организма к повторному инфицированию этим же микроорганизмом. И, на первый взгляд, вроде бы так оно и происходит в отношении ВИЧ-инфекции. Иммунная система распознает ВИЧ, циркулирующий в кровеносном русле, также легко, как и ВНО, об этом свидетельствуют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунные ответные реакции. Однако торможения ВИЧ-инфекции не происходит.

Генерализация ВИЧ. 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 доноров и посредством инъекций ВИЧ-инфицированных наркотиков. У вируса существуют и другие возможности передачи, появляющиеся в высокоплотных популяциях ВИЧ-инфицированных людей в отдельных географических регионах, но их мы рассмотрим в главе 4. 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 "Комплемент" и "Феномен антителозависимого усиления инфекции»). Продолжительность самого процесса генерализации ВИЧ ограничена не ответными реакциями иммунной системы (как при генерализации ВНО), а продолжительностью жизни инфицированного человека. И, наконец, иммунная система человека сама поддерживает существование способных к инфекции вирионов ВИЧ (см. подглаву 2.3 " Белки AID/APOBEC" и "TRIM5альфа"), в чем ее никак не заподозришь при натуральной оспе.

Первыми в контакт с ВИЧ вступают фагоцитирующие клетки. Они доставляют ВИЧ в лимфоидную ткань, где он инфицирует Т-хелперы (лимфоциты CD4). В воспаленных лимфоузлах повышается количество молекул межклеточной адгезии и сосудисто-клеточных адгезивных молекул, «привлекающих» в лимфатические узлы лимфоциты, циркулирующие в кровяном русле (также в основном Т-хелперы). «Взаимоотношения» ВИЧ с макрофагами более подробно будут рассмотрены в подглаве 3.3.

ВИЧ может инфицировать как быстро делящиеся клетки, так и клетки, подвергшиеся конечной дифференцировке, такие как макрофаги, и не делящиеся лимфоциты CD4. Когда ВИЧ проникает в покоящуюся CD4 T-клетку, он подвергается в ее цитоплазме обратной транскрипции, но преинтеграционный комплекс (preintegration complex, PIC) быстро деградирует и клетка «излечивается» от вируса. Это происходит в том случае, если клетка не будет предварительно активирована. В основном в клетке преобладает неактивная и лабильная форма ДНК ВИЧ, и только около 1 % всех покоящихся CD4 Т-клеток инфицированного индивидуума содержат интегрировавшуюся с ее геномом ДНК ВИЧ, т. е. провирус. Для того чтобы ВИЧ начал реплицироваться, CD4 T-клетки, несущие PIC, должны быть активированы. В этом случае PIC импортируется в ядро клетки, и жизненный цикл ВИЧ возобновляется. Клетка начинает продуцировать вирусное потомство (детали этого процесса см. в работе Roth M. J. et al., 1989). Благодаря наличию белка слияния gp41 вирус инициирует слияние инфицированных и неинфицированных Т-клеток и образование обширных синтициальных структур, сходных по своему строению с синцитиотрофобластным слоем участка плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода; и с домногоклеточными формами жизни, называемыми эдиакарской фауной (см. подглаву 2.3).

Процесс обратной транскрипции сопровождается большим количеством ошибок. Все молекулы вирусной РНК реплицируют через ассиметричную транскрипцию с одной цепи, исключающую большинство корректирующих механизмов, характерных для репликации ДНК. В результате появляется большое количество разных вариантов вируса, что учеными воспринимается в качестве некой «уловки» вируса, не желающего, чтобы против него создали вакцину. Для ВИЧ этот феномен оборачивается тем, что большинство его частиц выходят из клетки дефектными, не способными к самостоятельной репликации. Однако блокирования инфекции не происходит по следующим причинам.

Дефектные вирусные геномы способны генерировать инфекционно компетентные вирусные частицы благодаря комплементации и/или рекомбинации с другими дефектными геномами, присутствующими в геноме инфицированных клеток во множестве копий провирусной ДНК. Между дефектными вирусными геномами возможны негенетические взаимодействия (nongenetic interactions), которые включают фенотипическое смешивание (phenotypic mixing), генотипическое смешивание (genotypic mixing), интерференцию (interference) и комплементацию (complementation). В саму вирусную частицу клеткой упаковываются два вирусных генома. Клетка, содержащая множество копий провирусной ДНК, может продуцировать вирусные частицы, содержащие РНК-геномы одной провирусной ДНК (гомотипичные вирионы) или РНК-геномы от разных провирусов (гетеротипичные вирионы). Эта модель предполагает генерацию рекомбинантов между ретровирусами, которые дают недефектную провирусную ДНК (Inoue M. et al., 1991).

Дефектный ВИЧ, попадая в межклеточное пространство, становится идеальным антигеном для активации CD4 T-клеток. Активированные CD4 Т-клетки начинают делиться и осуществляют клональную экспансию. В таком состоянии они становятся высокочувствительными к инфицированию экзогенными ВИЧ. В них же происходит устранение вирусов, дефектных по гену белка Vif (фактор инфекционности вируса) (см. подглаву 2.3 «Белки AID/APOBEC»).

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 (Douek D. C. et al., 2002). Стерильного иммунитета, как при инфекции, вызванной ВНО, при ВИЧ-инфекции не наступает. Во-первых, ВИЧ 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).

Высокая скорость мутаций при обратной транскрипции и высокая скорость репликации ВИЧ дают не только большое количество дефектных вирусов, но и генерируют большое количество их вариантов. Особенно этот процесс дает о себе знать после сероконверсии и перехода болезни в асимптоматическую стадию, и, что крайне важно еще осмыслить, он не носит случайный характер, так как в его осуществлении принимает активное участие Т- и В-клеточная составляющая иммунной системы человека.

R. Hankarra et al. (1999) у ВИЧ-инфицированных пациентов, так называемых умеренных прогрессоров (moderate progressors), в пределах асимптоматической стадии ВИЧ-инфекции выделяют три фазы дивергенции и три фазы роста разнообразия ВИЧ. Под дивергенцией (divergence) эти авторы понимают различия между нуклеотидной последовательностью исходного вируса и последовательностью вируса, полученного от ВИЧ-инфицированного человека через какое-то время после инфицирования. Под разнообразием (diversity) — различия в нуклеотидных последовательностях ВИЧ в данной временной точке.

На ранней фазе инфекции развиваются оба процесса; промежуточная фаза характеризуется непрерывным увеличением дивергенции ВИЧ, но стабилизацией или даже снижением его разнообразия; поздняя фаза проявляется снижением темпа или даже стабилизацией процессов дивергенции и формирования разнообразия вируса (рис. 47).

Клинические стадии ВИЧ-инфекции, динамика CD4+ и CD8+ T-клеток и нагрузки вирусной РНК в плазме. (b) Эволюция вирусных последовательностей в пределах асимптоматического периода ВИЧ-инфекции. Диаметры кругов приблизительно соответствуют разнообразию (diversity) вирусной популяции от сероконверсии (первый круг). Вертикальное смещение кругов показывает степень дивергенции вирусной популяции (divergence) от предкового штамма (founder strain). Затенения соответствуют пропорции вирусной популяции, представленной X4-генотипом. Вертикальные линии (начиная с левой стороны схемы) соответствуют: окончанию стадии острой инфекции; пику вирусного разнообразия; стабилизации дивергенции от предкового штамма; развитию СПИДа.(c) Характерные изменения вирусной эволюции во время асимптоматического периода ВИЧ-инфекции, разделенные на три фазы (см. в тексте).

К росту генетического разнообразия ВИЧ причастна иммунная система человека. По данным Zhang H. et al. (2005) увеличение генетического разнообразия вируса субтипа С у детей зависит от антител с широким нейтрализующим действием. Чем выше титр таких антител, тем больше на данный момент времени вирусы различаются между собой (об антителах с широким нейтрализующим действием при ВИЧ-инфекции см. ниже).

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). Вне контекста представлений о роли ретровирусов в эволюции клеточных форм жизни (см. подглаву 1.1) процесс накопления разных вариантов ВИЧ выглядит случайным, как проявление некой способности ВИЧ «постоянно меняться».

Присмотримся к X4-вариантам ВИЧ, появляющимся вполне закономерно в период ранней и в начале промежуточной фазы дивергенции (роста разнообразия) ВИЧ (см. рис. 47). CXCR4-корецептор (см. табл. 9) представлен на миелоидных клетках, Т- и В-клетках, макрофагах, эпителиальных, эндотелиальных и дендритных клетках (Bleul C. et al., 1997; Chensue S. W., 2001; Белоцкий С. М., Авталион З. З., 2006). 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. В этом положении нет противоречий с тем фактом, что в Т-клетках происходит устранение ВИЧ, дефектных по гену белка Vif (см. подглаву 2.3. «Белки AID/APOBEC»). Во-первых, процесс растянут во времени (см. рис. 47); во-вторых, макрофаги сами имеют систему, аналогичную APOBEC Т-лимфоцитов.

Следовательно, мы вновь сталкиваемся с событиями, начавшимися еще в Архее — с поддержанием ретровирусов одноклеточными формами жизни (см. ниже «Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции»). В масштабе времени, воспринимаемом нами, он проявляется снижением эффективности высокоактивной антиретровирусной терапии (highly active antiretroviral therapy, HAART). Появление CXCR4-вариантов ВИЧ у некоторых пациентов может быть ускорено нерациональной антиретровирусной терапией. Например, после монотерапии 64 ВИЧ-инфицированных пациентов в течение 10 суток антагонистом корецептора CCR5, маравиром (maraviroc, MVC, UK-427857), у двух из них к концу курса лечения были обнаружены CXCR4-варианты ВИЧ на фоне снижения вирусной нагрузки. Авторы работы считают, что эти варианты ВИЧ уже присутствовали у пациентов в незначительных количествах, селективное давление маравира на CCR5-тропные клоны вируса создало им преимущества (Westby M. et al., 2006).

В начале поздней фазы дивергенции (роста разнообразия) количество X4-вариантов ВИЧ начинает снижаться. Эта фаза проявляется нарушением гомеостаза Т-клеток. Количество CD4+ T-клеток снижается до уровня <200 клеток/мм³, появляются симптомы выраженного поражения клеточной системы иммунитета, болезнь переходит в стадию СПИДа. Теперь разнообразие вариантов вируса идет на убыль, так как иммунная система истощена и уже не способна раскручивать маховик его эволюции.

Трансмиссионный потенциал ВИЧ. Трансмиссионный потенциал ВИЧ трудно сопоставить с трансмиссионным потенциалом ВНО в конкретных цифрах лиц, инфицированных от одного ВИЧ-положительного пациента, как это сделано в предыдущей подглаве для ВНО. Инфекционный и эпидемический процессы при ВИЧ-инфекции носят нециклический характер и фактически необратимы (эпидемический процесс для микроорганизмов, использующих стратегию паразитизма второго типа — см. подглаву 4.2). К тому же они происходят в других, несравнимо больших временных и территориальных масштабах. Поэтому эпидемические цепочки, по которым распространяется ВИЧ, ограничены лишь количеством людей, живущих на данной территории.

Вирусная нагрузка при ВИЧ-инфекции характеризуется растянутой U-образной кривой (см. рис. 47). Наибольшая она в начале инфекции, когда ВИЧ размножается только за счет ресурсов реликтовой иммунной системы и вне контроля со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. В этот короткий период вирусная нагрузка мало различается у ВИЧ-инфицированных пациентов, их трансмиссионный потенциал (т. е. способность передавать вирус половым партнерам) максимален (Fraser C. et al., 2007). В отсутствие антиретровирусной терапии, через несколько месяцев, виремия достигает постоянного уровня (стадия асимптоматической инфекции) — который сильно различается от больного к больному (Ледерман М. С. соавт., 2004). Но с появлением X4-вариантов ВИЧ количество вирусных частиц в крови начинает медленно расти. Вирус появляется во все новых и новых клетках и тканях (макрофаги, почки, костный мозг и др.), трансмиссионный потенциал ВИЧ-инфицированного пациента вновь растет.

Весьма любопытен результат контроля над ВИЧ со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. На первый взгляд кажется, что иммунная система просто не выдерживает неравной борьбы с вирусом. И хотя ясно, что пациенты с большей вирусной нагрузкой более инфекционны, чем пациенты с низкой, и прогноз течения их болезни хуже, тем не менее не они обладают наибольшим трансмиссионным потенциалом. По данным C. Fraser et al. (2007), вирусная нагрузка, проявляющаяся максимальным трансмиссионным потенциалом, соответствует 4.52 log₁₀ копий вируса на мл крови, что составляет среднюю величину от максимально возможной. Индивидуумы с высокой вирусной нагрузкой в действительности бывают способными к эффективной передаче вируса лишь короткое время, с низкой — не обладают такой способностью. И только у лиц с промежуточной вирусной нагрузкой вклад в поддержание эпидемических цепочек наиболее значителен, так это связано с длительным периодом асимптоматического течения инфекции. Получается, что контроль со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека направлен на максимальное распространение ВИЧ среди людей.

Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции. Кратко они обобщены в табл. 13.

_{Иммунная система | Нарушения}

Реликтовая иммунная система

Антигенпредставляющие клетки (моноциты и дендритные клетки) | Сниженная стимуляция пролиферации Т-лимфоцитов после презентации антигена

— "- | Снижение экспрессии молекул HLA-DR

— "- | Нарушение синтеза цитокинов

Фагоциты | Снижение разрушения старых эритроцитов в селезенке

— "- | Снижение экспрессии Fc-рецепторов

— "- | Снижение способности к хемотаксису

— "- | Снижение способности к уничтожению фагоцитированных возбудителей |

— "- Снижение продукции кислородных радикалов

Нейтрофилы | Нейтропения

— "- | Сниженная или повышенная способность к хемотаксису

— "- | Снижение антистафилококковой активности

— "- | Снижение или повышение фагоцитоза

— "- | Изменение соотношения рецепторов и молекул адгезии на клеточной мембране

Система клеточного иммунитета

Т-лимфоциты | Снижение абсолютного числа лимфоцитов CD4 (Т-хелперов)

— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 (цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-супрессоров)

— "- | Снижение соотношения T-хелперов (CD4) и T-супрессоров (CD8)

— "- | Снижение числа девственных лимфоцитов (лимфоцитов CD45RA/CD62L)

— "- | Повышение относительного содержания клеток памяти (лимфоцитов CD45RO)

— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 со сниженной способностью к пролиферации (фенотип CD28 — CD95 +)

— "- | Повышение числа активированных лимфоцитов CD8 (лимфоциты с фенотипом CD38/HLA-DR)

— "- | Снижение пролиферации лимфоцитов в ответ на стимуляцию антигенами и митогенами

— "- | Нарушение синтеза цитокинов (см. ниже)

NK-клетки | Снижение числа NK-клеток (фенотип CD16/CD56)

— "- | Снижение цитотоксической активности NK-клеток

Система гуморального иммунитета

B-лимфоциты | Снижение числа плазматических клеток (CD23/CD62L; CD21^)

— "- | Поликлональная активация B-лимфоцитов

— "- | Нарастание спонтанной секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами

— "- | Снижение секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами после стимуляции

— "- | Нарастание уровней IgG, IgA, IgM

— "- | Снижение синтеза специфических антител

— "- | Снижение синтеза антител в ответ на вакцинацию против гепатита B, Haemophilus influenzae типа B, кори, гриппа

— "- | Снижение титра уже имевшихся антител против дифтерии, столбняка, кори и Candida spp.

Цитокины | Снижение продукции ИЛ-2, интерферона гамма

— "- | Снижение продукции ИЛ-12

— "- | Снижение продукции интерферона альфа

— "- | Нарастание продукции ИЛ- 1бета, ИЛ-6 и фактора некроза опухолей альфа

— "- | Нарастание продукции ИЛ-10, трансформирующего фактора роста бета

Эта сводка отражает только сложность взаимодействия ВИЧ с клетками иммунной системы человека, и не более того. Перечисленные «нарушения» имеют разную природу и растянуты во времени на весь период болезни. Подробно о них можно прочитать в обстоятельных работах J. E. Bovis, K. James, 1992; Лысенко А. Я. с соавт., 1996; K. T. Copeland, Heeney, 1996; Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001. Свою задачу я вижу в понимании их эволюционного смысла (см. ниже). Но сначала рассмотрим частный случай проявления ВИЧ-инфекции — образование «нейтрализующих антител». Их протективное действие — один из стереотипов восприятия учеными любых инфекционных процессов, сложившийся в начале прошлого века и дающий возможность бесконечно имитировать разработку 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, конечно, оболочечный шип (spike) ВИЧ. Он состоит из тримера гетеродимеров (trimer of heterodimers), сформированных двумя гликопротеинами, gp120 и gp41. Гликопротеин gp120 представляет собой высокогликозилированный 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. 48).

^{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-клеткам; и второй сайт, связывающий вирус с хемокиновыми корецепторами, обычно с CCR5 и CXCR4. Поверхность кора gp120 закрыта карбонгидратами, а большая часть оставшейся неэкранированной молекулы вовлечена во взаимодействие с gp41 или с другими единицами gp120 в трехмерном шипообразном выступе оболочки. Относительно консервативный сайт связывания с CD4 «заглублен» и трудно доступен для антител. Консервативный корецепторный сайт является наиболее недоступным для антител 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 (более подробно об их участии в инфекционном процессе см. в подглаве 3.3).

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. Odoux C. 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 Ройта А. с соавт., 2000). К этим аспектам рассматриваемой 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.

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 (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. 49).

^{Модель шипа оболочки вируса основана на структуре gp120 с тремя мономерами гликопротеина; gp41 показан на схеме в виде ножки из трех трубочек (Burton D. R. et al., 2005).}

Эпитоп для мАТ b12. Антитело распознает CD4-связывающий сайт на поверхности вируса. Хотя такие мАТ способны распознавать мономерный gp120, они его «не находят» на поверхности вируса, где он организован в тример.

Эпитоп для мАТ CD4i. Антитело распознает корецепторный связывающий сайт на gp120. Этот рецептор предназначен для интеграции ВИЧ с корецепторами хемокинов CCR5 и CXCR4. Fab-фрагмент такого антитела, изолированный из фаговой библиотеки, показал нейтрализующую активность против нескольких первично выделенных штаммов ВИЧ-1. Однако интактные антитела (IgG) не оказывают такое действие на ВИЧ.

Гликаны на «безмолвной» поверхности gp120. Исследования структуры кора gp120 показали локализацию N-гликанов на одной поверхности белка (Wyatt R. et al., 1998). Плотность карбонгидратного щита такова, что он защищает вирус от взаимодействия с антителами (см. рис. 47 и 48). Такая структура на поверхности gp120 была названа «безмолвной поверхностью» (silent face), что означает ее невосприятие системой Т- и В-иммунитета. Недавно было показано, что мАТ2G12 с высокой афинностью все же распознает этот пептидогликан (Scanlan C. N. et al., 2002). Был обнаружен ранее не охарактеризованный тип антитела, в котором два Fab-фрагмента IgG собраны в сцепленный VH-димерный домен. Экстраординарная конфигурация этого антитела обеспечивает обширное пространственное соответствие двух классических связывающих сайтов (VL–VH) и одного ранее не охактеризованного димерного межповерхностного региона (VH-VH) для мультивалентного взаимодействия с консервативным кластером олигоманнозы на gp120. Следовательно, хотя индивидуальные олигоманнозные цепи являются однородными, кластер олигоманнозы может рассматриваться как неоднородный. В настоящее время неизвестно, как часто возникают антитела такого типа у ВИЧ-инфицированных людей. По мнению D.R. Burton et al. (2005), это происходит весьма редко.

Мембрано-проксимальный внешний регион gp41 (membrane-proximal external region of gp41; MPER gp41). Большая часть поверхности gp41 скрыта от антител, за исключением региона, непосредственно прилежащего к вирусной мембране — MPER (Zwick M. B. et al., 2002). Уже описаны два типа человеческих мАТ — 2F5 и 4E10, распознающие эпитопы в этой области. Все попытки показать протективный эффект антител к пептидам, соответствующим этим эпитопам, оказались неудачными. Эти результаты предполагают, что антитела вовлекаются в распознание последовательностей пептидов gp41 в специальном контексте, таком как их близость к вирусной мембране. MPER богаты триптофаном, благодаря которому может возникать конформационное взаимодействие этого региона gp41 с вирусной мембраной.

Эпитопы петли V3 gp120. V3-петля gp120 у разных изолятов ВИЧ варьирует по аминокислотным последовательностям. Но корона петли имеет относительно консервативный мотив GPGR или GPGQ, играющий важную роль при связывании вируса с корецептором (Hartley O. et al., 2005). До 90 % нейтрализующих антител к ВИЧ, циркулирующих в крови ВИЧ-инфицированного человека, специфичны к V3 (Profy A. T. et al., 1990). Этот эпитоп является единственным у ВИЧ, для которого показано доминирующее участие в развитии гуморального иммунного ответа как при естественной и при искусственной инфекции, так и после введения экспериментальному животному ВИЧ-вакцины на основе оболочечных белков вируса. Следовательно, его, как и белок L1 для ВНО, можно считать основной антигенной детерминантой для ВИЧ. Ниже мы остановимся на антигенных свойствах V3-домена gp120 более подробно.

Антигенные свойства V3-домена gp120. Хотя он расположен в гипервариабельном регионе gp120 (т. е. с частыми аминокислотными заменами в первичной структуре этого участка молекулы), детальный аминокислотный анализ V3-домена сотен изолятов ВИЧ продемонстрировал его консервативность (LaRosa G. J. et al., 1990; Wolf T. F. et al., 1990). Домен играет важную роль в процессе проникновения ВИЧ в клетку. Корецепторы CCR5 и CXCR4 посредством V3-домена gp120 катализируют слияние вируса с мембраной клетки-мишени (Berger E.A. et al., 1999). Скорее всего, этим механизмом и поддерживается его «консервативность». Но с иммунологической точки зрения V3-домен оказался более сложным явлением, чем простой линейный эпитоп с такой же аминокислотной последовательностью. Изучение мутантов ВИЧ, избегающих нейтрализации антителами (neutralization escape mutants, NEN) в условиях in vitro, показало большое количество замен аминокислот молекулы gp120 как впереди, так и позади V3 (Wei X. et al., 2003). Исследование серийных изолятов ВИЧ-1 у людей и экспериментально инфицированных шимпанзе позволило выявить любопытную закономерность. Ранние NEN ВИЧ появлялись de novo у шимпанзе перед сероконверсией! Исследования возможности нейтрализации вируса сывороткой, полученной в это же время, обнаружили низкий титр нейтрализующих антител в отношении штамма ВИЧ, использованного для инфицирования шимпанзе. Полный сиквиенс-анализ gp120 у 8-, 16- и 32-недельных изолятов ВИЧ обнаружил множественные аминокислотные замены в доменах С IV и V4, и, что оказалось сюрпризом для исследователей, полную консервацию V3. NEN, выделенные от шимпанзе, в 8-32 раза более резистентны к V3-штаммоспецифическим мАТ и к V3-штаммоспецифической поликлональной сыворотке (Nara P. et al., 1991). Сходные результаты были получены при острой сероконверсии у людей (Albert J. et al., 1990).

P. Nara et al. (1990, 1991) предложили шарнирно-сгибающую модель V3-домена, объясняющую данные по дистанционной конформационной нестабильности V3-домена применительно к NEN, полученным от шимпанзе. R. A. McCaffrey et al. (2004) представили в виде схемы расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI–C5) и вариабельных петель (V1-V5) (рис. 50).

^{Содержит эпитопы для штаммоспецифических нейтрализующих антител и определяет клеточный тропизм вируса. 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, вызывающего лейкемию у кошек (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).

Специфичность V3-сайта может изменяться с помощью энзиматического гидролиза поверхностными клеточными эктопептидазами (рис. 51).

^{V3-петля показана (слева) с известными на 1991 г. сайтами для нейтрализующих мАТ (9284; 05бета; 110,5) и сайтом, рассекаемым протеолитическими ферментами (Nara P. et al., 1991).}

V3-домен рассекается клеточными эндопептидазами на два фрагмента — 70 и 50 kD и утрачивает способность связываться с V3-специфическими мАТ (Clements G. J. et al., 1991). 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.

Первичный антигенный грех при ВИЧ-инфекции (original antigenic sin, OAS). Этот очень интересный иммунологический феномен почему-то не нашел должного освещения в отечественной научной литературе. Возможно, отсутствие интереса к нему со стороны специалистов связано с тем, что применительно к ВИЧ он «ставит крест» на любых попытках создать ВИЧ-вакцину. Возможно, он просто неинтересен ученым, привыкшим к пониманию иммунных реакций по их схематическому изображению в учебниках.

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 вирусы 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. 14.

_{Характеристики | gp 120 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 |?

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 ими 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. 52).

^{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 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. 53).

^{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 внешнее — и на ту, и на другую образуются антитела. В деталях эти процессы различаются до такой степени, что становятся антиподами.

Комплемент. 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 ("ВИЧ постоянно меняется") 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, сложившимися в начале ХХ столетия и до сегодняшнего дня кочующими из учебника в учебник, 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. 50) с фактором Н комплемента (негативный регулятор активности комплемента, синтезируется макрофагом) и увеличение формирования синтиция CD4-зависимым образом. Далее исследователями показано участие фактора Н 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; immune enhancement of disease) при ВИЧ-инфекции. Антитела — связующее звено приобретенного иммунитета с комплементом (классический путь активации комплемента). Для ВИЧ-инфекции их «связь» проявляется феноменом 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 фагоцитирующих клеток. Fc-рецептор (FcR) экспрессируется фагоцитирующими клетками для взаимодействия с иммуноглобулином G (Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Поэтому феномен наблюдается в двух вариантах: 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).

Как правило, специалисты с медицинским образованием плохо знакомы с данным феноменом. Его описание не включается в учебники для медицинских ВУЗов. Поэтому здесь мы его рассмотрим более широко, чем это необходимо для понимания течения ВИЧ-инфекции.

Любой вирусный антиген содержит несколько эпитопов, и на каждый из них иммунная система может вырабатывать антитела. Поэтому сыворотка пациента с развившимся инфекционным процессом содержит смесь антител:

а) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни в присутствии комплемента;

б) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни без комплемента;

в) усиливающих инфекционный процесс посредством увеличения адгезии возбудителя инфекционной болезни к фагоцитирующим клеткам через FcR (для клеток, содержащих FcR; феномен FcR-ADE);

г) усиливающих инфекционный процесс FcR-независимым образом, однако зависимым от комплемента (и его рецептора; феномен C-ADE) — для клеток, содержащих рецепторы комплемента;

д) усиливающих активацию вирусных белков путем изменения их конформации;

е) супрессирующих антивирусные ответы клетки на транскрипционном уровне;

ж) оказывающих токсическое воздействие на клетку.

Репертуар этих антител варьирует в зависимости от вируса, состояния иммунной системы и стадии инфекционного процесса (Takada A., Kawaoka Y., 2003).

Для того чтобы антитело могло нейтрализовать вирус, оно должно блокировать ключевую функцию белка вирусной оболочки, например, связывание вируса с рецептором-мишенью, его способность к слиянию с клеткой и т. п. (рис. 54, А); либо вызвать его лизис или опсонизацию путем активации классического пути комплемента. Но когда конформация комплекса антитело-вирусный белок позволяет Fc-фрагментам антител взаимодействовать с Fc-рецептором, то антитела образуют мост между вирусом и Fc-рецептором на поверхности фагоцитирующей клетки, облегчая оболочечному вирусу взаимодействие со специфическим рецептором на ее поверхности (рис. 55, А и рис. 54, В). Безоболочечным вирусам (non-enveloped viruses), образовавшим комплекс с антителом, способным взаимодействовать с Fc-рецептором, специфические рецепторы на поверхности клетки-мишени не требуются (Takada A., Kawaoka Y., 2003).

^{А. Нейтрализация вируса специфическими антителами. Если большинство функциональных сайтов вирусных белков блокировано антителами (левая панель), то при высоких концентрациях антител проникновение вируса в клетку ингибируется независимо от типа антител (нижняя правая панель). Б. Повышение инфекционности вируса специфическими антителами. Когда Fc-фрагмент нейтрализующего антитела оказывается способным связываться с FcR или C1q (левая панель), антитела могут усиливать инфективность вируса (virus infectivity) в субнейтрализующих концентрациях, при которых свободные вирусные белки могут вызывать проникновение вируса в клетку (нижняя правая панель). При высоких концентрациях нейтрализующих антител, связывание вируса с клетками происходит посредством Fc-фрагмента нейтрализующего антитела. C1q — субъединица белка комплемента С1. В составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела (за основу взята схема Takada A., Kawaoka Y., 2003).}

Подобным же образом С1 (компонент комплемента; его субъединица C1q имеет рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела) может связывать Fc-фрагмент антитела, инициируя классический путь активации комплемента, в результате чего активируется компонент комплемента С3, ковалентно (!) связывающийся или с антителом или с поверхностью вирусной частицы (рис. 55, В).

^{А. Взаимодействие между антителом и FcR.В. Фрагмент С3 комплемента (компонент комплемента, после присоединения которого весь этот комплекс приобретает способность прилипать к различным частицам и клеткам) и рецептор комплемента (complement receptor; CR) промотируют присоединение вируса к клетке. С. Белки комплемента С1q и С1qR промотируют присоединение вируса к клетке (в составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела).D. Антитела взаимодействуют с рецептор-связывающим сайтом вирусного белка и индуцируют его конформационные изменения, облегчающие слияние вируса с мембраной. Е. Вирусы, получившие возможность реплицироваться в данной клетке посредством ADE, супрессируют антивирусные ответы со стороны антивирусных генов клетки (по Takada A., Kawaoka Y., 2003).}

Образовавшийся комплекс способен взаимодействовать с рецепторами комплемента на поверхности клетки посредством С3, усиливая взаимодействие вируса с клеткой. Альтернативно C1q-субъединица непосредственно может перекрестно связывать вирусный белок и C1q-рецепторы (C1qR) на поверхности фагоцитирующих клеток (см. рис. 55, С). Все перечисленные эффекты находятся в зависимости от концентрации антител (см. рис. 54).

Феномен ADE впервые описан R. A. Hawkes в 1964 г., обнаружившим повышение продукции различных флавивирусов (японского энцефалита, энцефалита долины Мюррей и др.) в клетках куриного эмбриона, впервые экспонированных к вирусам, находящимся в среде с низким содержанием специфических антител. Несколько лет эти данные считались исследователями артефактом, но потом они были многократно подтверждены в различных лабораториях (Porterfield J. S., 1986; Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Систематически феномен ADE изучается с 1980-х гг. Для ВИЧ он показан W. E. Robinson et al. (1988) и J. Homsy et al. (1989). На рис. 55 показаны возможные механизмы развития феномена ADE для вирусных инфекций.

Общие особенности вирусов, вызывающих феномен ADE, следующие: а) обычно такие вирусы реплицируются в макрофагах; б) они индуцируют продукцию большого количества антител с плохой способностью к нейтрализации гомологичных вирусов; в) способны к персистентной инфекции, характеризующейся продолжительной виремией (Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). В основном этот феномен проявляется в ответ на образование антител изотипа IgG1 (Henchal E. A. et al., 1985). У людей имеются три типа рецепторов Fc, которые связывают человеческие IgG: FcyRI, FcyRII и FcyRIII (CD16). FcyRI наиболее представлен на моноцитах/макрофагах человека, и он связывает IgG с наибольшей авидностью. Поэтому ему принадлежит «лидерство» среди других рецепторов макрофагов в реализации феномена ADE (Cancel S. M., Kyoung-Jin Y., 2002).

Наиболее важным эпитопом оболочечного белка ВИЧ для развития C-ADE у ВИЧ-инфицированных людей является иммунодоминантный регион gp41. Развитие FcR-ADE происходит благодаря антителам к V3-петле gp120 (Fust G., 1997). У ВИЧ-инфицированных людей соблюдается определенная очередность проявления вариантов развития ADE. На ранней стадии инфекции феномен реализуется через V3-петлю gp120 (по типу FcR-ADE), по типу C-ADE феномен начинает проявляться перед клиническим прогрессированием ВИЧ-инфекции (Thomas H. I. et al., 1996).

G. Fust (1997) кратко суммировал клиническое значение феномена ADE для ВИЧ — это прогрессирование инфекции; и облегчение переноса вируса от матери к плоду (см. подглаву 2.3 «Сборка» многоклеточных организмов»).

Любопытны исследования результатов вакцинации против вирусов, персистирование которых в организме человека или животного сопровождается феноменом ADE. В подробной сводке S. M. Tirado и K. S. Yoon (2003), обобщивших результаты вакцинации животных против вирусов Денге, респираторного синтициального вируса, вируса лейкоза кошачьих, вируса Алеутской болезни норок, отдельных лентивирусов, приводятся экспериментальные доказательства увеличения восприимчивости животных к инфицированию тем вирусом, против которого их иммунизировали.

Инфекционная анемия лошадей. Это лентивирусная инфекция лошадей, проявляющаяся синдромами лихорадки, анорексии, анемии и имеющая возвратное циклическое течение в первый год после инфицирования. В последующем болезнь приобретает асимптоматическое течение, или у животного развивается сидром хронической слабости. С целью моделирования стратегий вакцинации против ВИЧ были проведены исследования по оценке эффективности вакцин против вируса инфекционной анемии лошадей (equine infectious anemia virus, EIAV) (Issel C. J. et al., 1992; Wang S. Z. et al., 1994). Они показали серьезное обострение болезни у вакцинированных лошадей и пони, как следствие присутствия антител, индуцированных введением вакцины. C. Isel at al. (1992) использовали виремию как критерий тяжести болезни и продемонстрировали, что инактивированная цельновирионная вакцина не может предотвратить развитие виремии у животного, которому введен вирулентный штамм вируса. Такая вакцина не смогла предотвратить развитие клинических симптомов болезни у пони, инфицированных EIAV. В экспериментах по заражению гетерологичным штаммом вируса животных, вакцинированных высокоочищенным оболочечным гликопротеином вируса, не удавалось ни предотвратить виремию, ни развитие клинических симптомов болезни. В последующем S. Wang et al. (1994) провели масштабные эксперименты на пони и лошадях по оценке защитной эффективности рекомбинантной вакцины, полученной на основе поверхностного гликопротеина EIAV. Результаты экспериментов показали усиление инфекции у всех предварительно вакцинированных животных.

Иммунодефицит кошек. Ретровирус (feline immunodeficiency virus, FIV), возбудитель этой болезни, так же как и вирус инфекционной анемии лошадей, рассматривался в 1990-х гг. учеными в качестве модели для моделирования исследований эффективности вакцинации против ВИЧ (Bendinelli M. et al., 1995; Jarrett O. et al., 1990). После инфицирования FIV, у кошек, вакцинированных оболочечным рекомбинантным белком вируса, виремия обнаруживалась даже раньше, чем у невакцинированных животных (Radkowski M.T. et al., 1993). В сходных исследованиях с различными рекомбинантными FIV-вакцинами было установлено, что в крови животных в ответ на вакцинацию обнаруживаются антитела к оболочечному белку (env) вируса, плохо нейтрализующие вирус в условиях in vitro. У вакцинированных животных вирусная нагрузка была значительно большей, чем у невакцинированных (Baldinotti F.D. et al., 1994; Huisman W. et al., 1998). M.J. Hosie et al. (1992) продемонстрировали усиление клинических признаков болезни у кошек при росте титров антител к коровому белку (core protein) FIV.

Инфекционно-эволюционные качели. 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 (см. «Антигенные детерминанты ВИЧ»). 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 (об их роли в генерализации ВИЧ-инфекции см. подглаву 2.2 «Ретровирусы» и рис. 35); в высоких способствуют эволюции вируса. И с каждым новым серовариантом вируса цикл повторяется. Результатом работы такого механизма является массивное распространение ВИЧ по фагоцитирующим клеткам, имеющим на своей поверхности рецептор CXCR4. Я предлагаю назвать этот феномен «инфекционно-эволюционными качелями».

Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции. Разумеется, сами ретровирусы смысл в своих «действиях» не ищут; и данный процесс не направляется энтелехией — конечной причиной или целью в понимании Аристотеля. Для ВИЧ размножение в Т-лимфоцитах-хелперах — решение задачи собственного «бессмертия» на уровне клеток отдельной ткани. Такая возможность появилась у него случайно, благодаря тому, что первыми инфицируются макрофаги, а Т-хелперы «по долгу службы» обязаны вступать с ними в тесные контакты для распознания иммуногенных комплексов (антиген+молекулы II класса МНС) на поверхности макрофага. Но элиминация Т-хелперов ослабляет координирующую роль в иммунных ответах, присущую этим клеткам. Если рассматривать фагоцитирующие клетки макроорганизма как элемент «реликтовой иммунной системы» (см. подглаву 2.3), то утрата ими способности участвовать в клеточном и гуморальном ответах (см. табл. 13) для макроорганизма является проявлением морфо-физиологического регресса, идущего в направлении «утраты структур и функций без замены новыми». Для иммунной системы человека утрата контроля над фагоцитирующими клетками означает откат на 600 млн лет назад к иммунной системе первых многоклеточных организмов. Сами фагоцитирующие клетки «возвращаются» в состояние, занимаемое ими в иммунной системе примитивных многоклеточных животных, — т. е. мусорщиков. Следовательно, ВИЧ запускает процесс, противоположный тому, который в ходе эволюции привел к усложнению многоклеточных организмов. Тем самым запускаются сразу несколько эволюционных процессов: 1) среди паразитов фагоцитирующих организмов (к ним мы еще вернемся ниже; см. подглаву 4.2.3 «Возвращение оспы»); 2) и самого вида Homo sapiens (см. главы 1 и 4.3). Для нас же этот «эволюционный смысл» в том восприятии времени, которое нам доступно на бытовом уровне, проявляется инфекционным процессом.

Ответы иммунной системы человека на ВНО и ВИЧ эффективны, но прямо противоположны по содержанию. В отличие от ВНО, пролиферация ВИЧ не контролируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы. Наоборот, иммунная система как бы отделяется от человека и помогает вирусу расширить свой ареал за счет фагоцитирующих клеток. Если рассматривать этот процесс в доступном нам ощущении времени, т. е. как инфекционный процесс, то по аналогии можно прийти к выводу о существовании паразитов, способных реализовывать стратегию, при которой продолжительность болезни хозяина будет ограничена только продолжительностью его жизни. Назовем ее второй стратегией паразитизма, или стратегией депопуляции. Вызываемый таким паразитом инфекционный процесс не блокируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы. Поэтому он не носит циклический характер, не предполагает периода угасания клинических проявлений болезни и выздоровления больного (реконвалесценции). Передача паразита между хозяевами происходит всегда реализуемым путем — половым, без которого вид не может размножаться. Такая стратегия дает преимущества паразиту среди особей малочисленных популяций хозяев, обитающих на обширных территориях.

Отдельные инфекционные процессы, продолжительность которых не ограничивается действием иммунной системы, уже описаны как медленные инфекции. Но чтобы понятийно отделить их от инфекционных процессов, описанных в предыдущей подглаве (т. е. циклического типа), целесообразно ввести термин «нециклический инфекционный процесс». Отнесение инфекционного процесса к этому типу будет указывать на неучастие Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы в их ограничении и снимет неопределенность, существующую в применении к продолжительности инфекционного процесса прилагательных «быстро» или «медленно». Нециклический характер может приобрести течение инфекционной болезни, вызванной микроорганизмом, использующим стратегию паразитизма первого типа, если нормальное функционирование клеточной и гуморальной иммунной системы будет нарушено каким-либо физическим (ионизирующее излучение), химическим (цитостатические препараты) или биологическим фактором (ВИЧ-инфекция, микоплазмы и др.). К ним относятся также и те, возбудители которых распространяются по нервным волокнам (бешенство, подострый склерозирующий панэнцефалит, прогрессирующий краснушный панэнцефалит и др.).

3.3. Многокомпонентные нециклические инфекционные процессы

Надклеточный уровень. Клеточный уровень. Уровень генома.

Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительнаячувствительность к оппортунистическим инфекциям. По мере прогрессирования болезни у ВИЧ-инфицированных пациентов развиваются инфекционные процессы, называемые СПИД-ассоциируемыми. Они и становятся основной причиной смерти больного СПИДом. Прослеживаются как минимум три уровня взаимодействия возбудителей оппортунистических инфекций, ВИЧ и клеток иммунной системы.

Надклеточный уровень. Изучен наиболее детально. Развитие оппортунистических инфекций при ВИЧ-инфекции формально «привязано» к количеству в крови Т-хелперов. У здоровых людей в 1 мм³содержится около 1000 таких клеток. У ВИЧ-инфицированных их число постепенно падает (см. рис. 47). Когда хелперных Т-лимфоцитов становится меньше 400–200 на мм³, появляются первые инфекционные болезни — обычно неопасные, но беспокоящие больных инфекции кожных покровов и слизистых оболочек.

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. Поздняя стадия СПИДа (число Т-хелперов падает до минимума) сопровождается активацией цитомегаловируса и атипичных микобактерий — предвестников фатального исхода болезни (Милз Д., Мазур Г., 1990).

А. Я. Лысенко с соавт (1996) выделяют следующие особенности течения инфекций у лиц с приобретенным иммунодефицитом (табл. 15):

1) инфекции имеют тенденцию протекать с опасной для жизни пациента остротой;

2) имеют тенденцию к диссеминации возбудителя с обнаружением его в эктопических органах и тканях;

3) слабую податливость специфической терапии с тенденцией к множественным рецедивам, что особенно характерно для пневмоцистоза, токсоплазмоза, криптоспоридоза, атипичных микобактериозов и др;

4) слабый иммунный ответ на оппортунистического возбудителя.

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 несколько примеров.

Сурфактантный белок A (SP-A), присутствующий в бронхоальвеолярной жидкости ВИЧ-инфицированных людей, усиливает прикрепление M. tuberculosis к альвеолярным макрофагам, провоцируя туберкулезную инфекцию. 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 (Toossi Z. 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 — M. avium — известны, по крайней мере, три таких фактора. Первый, этоинтерлейкин 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., 1994а). Третий — этоTat-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).

_{Вид возбудителя | Здоровые | С иммунологической дисфункцией | С приобретенным иммунодефицитом, в том числе вызванным ВИЧ}

Cryptosporidium spp. | В подавляющем большинстве случаев — бессимптомное носительство | Преходящая самокупирующая диарея | Персистирующая водянистая диарея, диссеминация (холангит: холецистит, реактивный панкреатит, пневмония)

Toxoplasma gondii | У 99 % — бессимптомное носительство, около 1 % лимфоаденопатия | Лимфаденопатия, хроническая инфекция с органными поражениями, в том числе ЦНС | Менингеальные знаки, двигательные расстройства (очаговая дистония, гемибаллизм), пневмония, хориоретинит

Pneumocystis carinii | В подавляющем большинстве случаев — бессимптомное носительство | Интерстициальная пневмония | Рецидивирующая интерстициальная пневмония, | кавернизация легких, | диссеминация с эктопическими поражениями | (кожи, костей, сетчатки, щитовидной железы, кишечника, гепатобилиарной сисемы, КМ)

Isospora belli | Носительство или кратковременная самокупирующаяся диарея | Хроническая диарея с признаками мальабсорбации | Хроническая рецидивирующая диарея с диссеминацией возбудителя в лимфатические узлы

Leishmania infantum | У взрослых — латентная инфекция | Лихорадка, гепато- и спленомегалия, панцитопения, иммуносупрессия | Диссеминация с эктопическими поражениями (легочные инфильтраты, плевральные выпоты, эзофагогастродуоденит, поражение гепатобилиарной системы, кожные поражения). | Характерно: часто нет спленомегалии, отсутствуют специфические антитела в сыворотке

Acanthamoeba spp. | Носительство | Изъязвление роговицы, гранулематозный энцефалит | Энцефалит, некротическая пневмония, панникулиты

Blastocystis nominis | Носительство | Легкая самокупирующаяся диарея | Хроническая рецидивирующая диарея

Strongyloides stercoralis | В 50 % случаев бессимптомно, линейная крапивница, бронхообструктивный синдром, легкая диарея, эозинофилия | Гиперинвазивный и диссеминированный с присоединением бактериальной инфекции с септицемией, эозинофилия, парез кишечника | Чаще всего диссеминированный стронгулоидоз: истощение, хроническая диарея: асцит, пневмония, нефрит, менингит, хроническая линейная крапивница

Sarcoptes scabiei | Чесоточные ходы, зуд | Диссеминированная инвазия с тяжелыми кожными поражениями | Диссеминированная инвазия, может служить ко-фактором сепсиса с летальным исходом

Candida albicans | В подавляющем большинстве случаев носительство | Стоматит, эзофагит, хронический гранулематозный кандидоз кожи, диссеминированный (кандидемия, кандидоз ЦНС, гломерулонефрит, эндофтальмит, эндокардит, холецистит, гепатит) | Стоматит, эзофагит, вагинит, кандидоз кожи, пневмония, очень редко кандидоз ЦНС

Cryptococcus neoformans | Чаще всего — бессимптомно, реже — менингит, острый бронхит | Острый менингоэнцефалит, лихорадка, фунгемия, криптококкома кожи, остеомиелит, целлюлит, спондилит | Подострый менингоэнцефалит, диссеминированная инфекция (миокардит, медиастенит, плеврит, интерстициальная пневмония, тиреоидит, панкреатит, нефрит, эндофтальмит)

Histoplasma capsulatum | В большинстве случаев — бессимптомно, 1 % — острый диссеминированный | Хронический легочный или хронический прогрессирующий диссеминированный гистоплазмоз | Диссеминированный гистоплазмоз (истощение, лихорадка, гепатоспленомегалия, панцитопения, ДВС синдром, поражение кожи, менингит, хориоретинит)

Coccidioides immitis | В 50 % случаев — бессимптомно, | в 0.2-10 % — абсцессы кожи, мягких тканей, л/узлов, костей, бронхопневмония | Пневмония, лихорадка, лимфаденопатия, менингит, кардиомиопатия, спондилит | Чаще всего кокцидиоидный “сепсис” — пневмония, абсцессы мозга, мягких тканей, кожи, почек, гепатит, панкреатит, поражение КМ, селезенки

Cytomegalovirus hominis | В подавляющем большинстве случаев — носительство | Пневмония, гепатит, стоматит, эзофагит: “мононуклеозоподобный” синдром, виремия, анемия, тромбоцитопения | Интерстициальная пневмония, стоматит, эзофагит, колит, проктит, менингоээнцефалит, полирадикуломиелит, адреналит хориоретинит, нефрит

Herpes simplex | Практически всегда — носительство, редко — гингивостоматит, локальные везикулярные высыпания на коже | Стоматит, эзофагит, гепатит, пневмония, распространенные везикулярные высыпания на коже, часто рецидивирующего характера | Стоматит, эзофагит, ретинит, менингоэнцефалит, пневмания, проктосигмоидит, перианатальный герпес, диссеминированное поражение кожи, гепатит, нечасто — генерализованная герпетическая инфекция

Mycobacterium avium complex | Носительство | Хронический легочный, вялотекущий процесс | Хроническая диарея, гепатоспленомегалия, лимфаденопатия, бактериемия, колит, поражение лимфоузлов (часто мезентериальных), редко — поражение легких

Mycobacterium tuberculosis | Чаще всего — носительство, реже — туберкулез бронхов, очаговый, инфильтративный процесс в легких, разрешающийся полностью после адекватной терапии | Очаговый, инфильтративный, склонность к развитию каверн, миллиарный туберкулез, довольно часто внелегочные формы (кости, ЦНС) | Неблагоприятно протекающий, ранее приобретенный туберкулез, торпидность к общепринятой терапии, отрицательная кожная проба с туберкулином, часто туберкулез легких протекает по типу диффузной интерстициальной пневмонии, нередко внелегочные формы (поражение селезенки, лимфоузлов, почек, костей, кишечника, менингоэнцефалит)

Salmonella spp. | Очень часто носительство, редко — диарея, рвота, лихорадка, обезвоживание | Пневмония, нефрит, гастроэнтероколит, септицемия, септикопиемия | Практически всегда генерализованная форма, редко — гастроэнтероколит

Клеточный уровень. ВИЧ поражает различные клетки человека, но два типа являются критическими для развития ВИЧ-инфекции — это T-лимфоциты-хелперы и макрофаги. Если первые постепенно устраняются из крови самим вирусом, то вторые, наоборот, приобретают устойчивость к апоптозу и используются им до самой гибели больного СПИДом. Еще в 1994 г. Stevenson M. и Gendelman H. E. на основе собственных наблюдений пришли к выводу, что макрофаги играют центральную роль в прогрессировании ВИЧ-инфекции и ее клинических проявлений (рис. 56).

^{Вирус приникает в организм человека как в составе макрофагов, так и с тканевыми жидкостями в виде свободных частиц. Макрофаги распространяют ВИЧ по тканям и органам (современную модель повреждения и смерти нейронов под воздействием ВИЧ-инфекции см. на рис. 34) и непосредственно передают его Т-клеткам-хелперам. В этом процессе Т-хелперы активируются через представление антигена главным комплексом гистосовместимости макрофагов. Вирус от моноцитов передается к взаимодействующим с ними Т-хелперами. Активация макрофагов происходит через опортунистическую инфекцию и стимуляцию иммунной системы (Stevenson M., Gendelman H.E., 1994).}

Поведение макрофагов, вышедших из под контроля Т- и В-клеточной системы, мало похоже на то, что приписывается им учебниками по иммунологии. По «законченным» представлениям их авторов о роли иммунной системы в инфекционном процессе, макрофаги относятся к врожденной системе иммунитета человека. Основное предназначение макрофага — 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). В подглаве 2.2 я уже обращал внимание исследователей на то, что ВИЧ взаимодействует с макрофагами не только посредством хемокиновых рецепторов, но и маннозных, что более характерно для взаимоотношений паразитов почвенных и водных простейших. Причем в последнем случае он ведет себя как эндосимбионт, т. е. не интегрируется с геномом макрофага и не реплицируется. Но и те хемокиновые рецепторы на поверхности макрофагов, с которыми взаимодействует ВИЧ, очень древние, из времен одноклеточной жизни, так как принадлежат хемокинам C–X-C и C–C подклассов.

По данным S. Wahl et al. (2006), клеточная поверхность и внутриклеточные протеины макрофагов оказались весьма эффективными на различных этапах жизненного цикла лентивирусов. И хотя многие из них «подражают» таковым у CD4+ T-клеток, этими авторами получены доказательства существования у макрофагов хорошо отлаженных индивидуальных механизмов, позволяющих ВИЧ более эффективно колонизировать макрофаги, чем Т-клетки-хелперы. Например, в дополнение к хемокиновому рецептору CD4 и корецептору CCR5 Т-клеток-хэлперов, наружная мембрана макрофагов содержит белок аннексин II (annexin II), облегчающий ранние этапы проникновения ВИЧ в клетку. Связывание ВИЧ с макрофагами осуществляется более просто, чем с Т-клетками-хэлперами, так как для этого он может использовать значительно большее количество поверхностных молекул клетки, а не только рецептор CD4 (рис. 57).

^{В дополнение к каноническим рецепторным структурам типа CD4 и CCR5/CXCR4, мембрана макрофага имеет дополнительные молекулярные структуры, позволяющие вирусу эффективно узнавать макрофаг, присоединяться к его наружной поверхности и проникать вовнутрь клетки. Они могут также играть важную роль в сигнальных клеточных актах, лежащих в основе жизненного цикла вируса. Взаимодействие гликопротеина gp120 ВИЧ с CCR5 приводит к сигнальной трансдукции, активирующей PI-3K (PI — ингибитор протеазы). PI-3K, в свою очередь, активирует серин/треонин протеинкиназу (serine/threonine protein kinase, AKT). Далее запускается каскад реакций фосфорилирования, формирующих связи между транскрипционными актами. Аннексин (annexin II, Ann II) — это кальцийсвязывающий белок [calcium (Ca++)-binding protein], он взаимодействует с фосфатидилсерином (phosphatidylserine) Env ВИЧ и участвует в актин-цитоскелетных перестановках (actin cytoskeletal rearrangement) и в транспорте вируса вовнутрь макрофага. Актин и аннексин II «вовлекают» вирус в эндосомальный компартамен, где он чувствует себя «как дома». В «узнавании» ВИЧ также участвуют маннозный рецептор макрофага (macrophage mannose receptors, MMR), gp340, CD63, галактозилцереброзид (galactosylcerebroside, GalCer) и синдекан (syndecan, Syn). Точечные линии относятся к путям, предполагаемым для Т-клеток. Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролин-обогащенная тирозинкиназа-2; SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеинкиназа (Wahl S. et al., 2006).}

Среди компонентов мембраны макрофагов в качестве кандидатов в кофакторы, позволяющих gp120 или gp41 ВИЧ взаимодействовать с этими клетками, уже описаны протеогликаны гепарин-сульфата (heparan sulfate proteoglycans), такие как синдекан (syndecan); цистеин-богатый рецептор-мусорщик (cysteine-rich scavenger receptor), gp340; маннозный рецептор, эластаза лейкоцитов человека (human leukocyte elastase), локализованная в клеточной поверхности и др. (табл. 16).

_{Лиганды оболочки ВИЧ | Кофакторы мембраны макрофага}

gp 120 | Синдекан, GalCer, MMR (CD 206), Gp -340, сульфат гепарина, DC — SIGN (CD 209), PDI

gp41 | Эластаза

PS | Аннексин II

ICAM-3 | DC-SIGN (CD209)

ICAM-1 (CD54) | LFA-1

MHC–I/MHC–II | CD4

CD28 | CD80*[22]

CD44 | HA*

CD62L | Карбонгидраты: sLEX, GlyCAM1

? | CD63

CD86 | CD28*

CD40 | CD40*

CD36, CD55, CD63, CD 81 |?

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 «благополучие» посредством сигнальной трансдукции. ВИЧ — облигатный паразит, имеющий ограниченный репертуар генов и генных продуктов, весьма эффективно использует ресурсы макрофага для своего существования и размножения. 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.

Выделенные из крови моноциты конститутивно экспрессируют CD4 и CCR5 с вариабельным уровнем CXCR4 (Wahl S. M. et al., 1999). После дифференциации в макрофаги количество корецепторов на их поверхности увеличивается — их чувствительность к ВИЧ возрастает. Еще на поверхности слизистых инфицированный макрофаг может «случайно столкнуться» с миелоидными производными дендритных клеток (myeloid-derived dendritic cells, DC), которые, благодаря экспрессии DC-специфических межклеточных адгезионных молекул SIGN, могут «запустить» репликацию ВИЧ еще до проникновения макрофага в лимфоидную ткань (Geijtenbeek T. B. et al., 2000; Baribaud F. et al., 2001).

После взаимодействия ВИЧ с макрофагом он индуцирует сигнально-трандукционные акты, приводящие к транскрипции генов. Эти ответы, как правило, скоротечные и клетка возвращается к покоящемуся фенотипу («resting» phenotype) в течение 24–48 ч. В этих пределах времени вирус начинает свой жизненный цикл. Между 5 и 10 сутками после инфицирования макрофага, начинается активная продукция ВИЧ. Ее максимум достигается на 14 сутки. В макрофаге у ВИЧ экспрессируются гены, важные не только для его собственной репликации, но и способны эффективно оказывать влияние на функцию клетки-хозяина (рис. 58).

^{Белки ВИЧ Vpr, Vpu, Vif и Nef, в дополнение к Tat-регуляторному белку, влияют на сигнальную трансдукцию, генную экспрессию и белковый синтез. 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). Среди генов клеточного цикла N. Vazquez et al. (2005) выделяют ген p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A/p21) — классический ингибитор G1-фазы клеточного цикла. Он наиболее активно экспрессируется ВИЧ-инфицированным макрофагом. Вирусный белок R (Vpr) независимо регулирует экспрессию p21. «Лечение» макрофагов p21-антисмысловыми олигонуклеотидами или малыми интерферирующими РНК (small interfering RNAs) тормозит репликацию ВИЧ. Эти данные показывают, что p21 является основным стимулятором жизненного цикла ВИЧ в макрофагальной клетке.

Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительная чувствительность к оппортунистическим инфекциям. Макрофаги, полученные от ВИЧ-инфицированных пациентов с такими инфекциями, содержат значительное количество вирусных частиц. Этот феномен сказывается на эффективности активной ретровирусной терапии и является основной причиной смерти больных СПИДом.

S. Wahl et al. (2003) исследовали причины повышения такой восприимчивости на примере Mycobacterium avium — бактерии, неспособной вызывать инфекционный процесс у иммунокомпетентного человека. В организм иммунокомпромиссного пациента M. avium проникает через слизистую поверхность, активно размножается в макрофагах и ими же диссеминируется.

S. Wahl et al. (2003) наблюдали воздействие бактерий на макрофаги в условиях in vitro, когда на них не действуют цитокины Т-клеток. M. avium активирует основной транскрипционный активатор воспалительных цитокинов, NF-кB (nuclear factor кB), и увеличение экспрессии CCR5 и цитокинов. Оба фактора стимулируют репликацию ВИЧ у инфицированного макрофага, и восприимчивость неинфицированного макрофага к этому вирусу (рис. 59).

^{Микобактерия активирует NF-kB, 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).}

Макрофаги, инфицированные M. avium, интенсивно секретируют хемокины MCP-1 и MIP-1. По данным H. Hale-Donze et al. (2002), с этими хемокинами связана способность макрофагов к диссеминации микобактериальной инфекции в новом хозяине. Также MCP-1 и MIP-1 повышают их восприимчивость к ВИЧ. Особо хочу здесь отметить то, что на этом примере мы вновь видим участие в диссеминации микроорганизмов фагоцитирующими клетками человека, прежде всего хемокинов группы СС, сформировавшейся до появления позвоночных организмов (см. работу Najakshin A. M. et al., 1999; и рис. 38). Индукция цитокинов, специализирующихся в многоклеточных организмах на воспалительных реакциях, поддерживает ВИЧ в состоянии активной репликации и обеспечивает работу механизма, посредством которого оппортунистическая инфекция функционирует как кофактор, повышающий экспрессию генов ВИЧ и утяжеляющий течение ВИЧ-инфекции.

На раннем этапе взаимодействия M. avium с макрофагом активируется Toll-подобный рецептор-2 (Toll-like receptor 2), что проявляется фосфорилированием p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase — митоген-активированная протеин киназа) и активацией серии транскрипционных факторов, ведущих к изменению экспрессии генов макрофага. Посредством транскриптомного анализа было показано, что M. avium, также как и ВИЧ (см. Vazquez N. et al., 2005), увеличивает количество p21, ингибитора G1-фазы клеточного цикла в клетке, который облегчает ее инфицирование ВИЧ. В дальнейшем происходит быстрое и масштабное нарастание экспрессии генов цитокинов TNF-альфа и IL-lбета.

M. avium может не только облегчить свое проникновение и выживание в макрофагальных внутриклеточных вакуолях, но и обрывать любое возможное противодействие ВИЧ со стороны клетки. В дальнейшем экспрессии подвергаются гены IL-10 и других иммуносупрессивных молекул, которые подавляют антибактериальные и противовирусные ответы хозяина (Greenwell-Wild T. et al., 2002).

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 типа, цитомегаловирусы, герпес-вирус 6, вирус гепатита В (Urnovitz H. B., Murphy W. H., 1996).

Клинические и экспериментальные данные показывают, что человеческий герпес-вирус 6А (human herpesvirus 6A; HHV-6A) — цитопатический Т-лимфотропный ДНК-вирус и этиологический агент roseola infantum способствует прогрессированию СПИДа совместно с ВИЧ. Этот вирус повышает патогенность ВИЧ по нескольким механизмам: активизацией LTR ВИЧ; индукцией CD4-экспрессии; повышением чувствительности к ВИЧ обычно мало восприимчивых к нему клеток, таких как CD8+ T-клетки и NK-клетки; переключением тропности ВИЧ с рецептора CCR5 на рецептор CXCR4 (см. рис. 47); и др. В опытах по совместному инфицированию обезьян (Macaca nemestrina) вирусом иммунодефицита обезьян (simian immunodeficiency virus, SIV) и HHV-6A было обнаружено быстрое нарастание количества частиц SIV в плазме крови, ассоциированное со скоротечным проявлением клиники болезни и последующей сероконверсией. В то же время животные, инфицированные только HHV-6A, не имели длительных патологических последствий (рис. 60).

^{На фотографиях A и Б показаны результаты окрашивания гистологических препаратов гематоксилинэозином (hematoxylineosin). На фотографиях В и Г показаны результаты гибридизации in situ SIV РНК тех же разрезов лимфатических узлов. Стрелки показывают увеличенные лимфоидные фолликулы с реагирующими (reactive) герминальными центрами (A и Б), и специфический SIV РНК-гибридизационный сигнал соответствующих герминальных центров (В и Г). В ткани животного, инфицированного только SIV (А и Г), общая архитектура лимфатического узла сохранена, лимфоидные фолликулы едва видны в субкапсулярной области. Низкий уровень SIV РНК. В ткани животного, инфицированного SIVsmE660 и HHV-6AGS (Б и Г), гистологическая архитектура лимфатического узла значительно «сглажена» за счет выраженной фолликулярной гиперплазии и сливающихся между собой герминальных центров. Интенсивный сигнал SIV РНК в субкапсулярной области и глубоко расположенных фолликулах (Lusso P. et al., 2007).}

Следовательно, хотя ВИЧ-инфекция и лежит в основе повышения чувствительности макрофагов к оппортунистическим патогенам, их действие друг на друга взаимное и специфическое, оппотунистические патогены промотируют ВИЧ по механизму обратной связи.

Уровень генома. Предположения о связи между собой процессов, в которых участвуют экзогенные ретровирусы и эндогенные ретроэлементы, появились в начале 1990-х гг. Однако трудности их изучения обусловлены не только недостаточным развитием соответствующей методологии. В привычном для человека масштабе времени не всегда возможно определение пределов таких процессов в эволюционной истории его как вида Homo sapiens. Пока «максимальным разрешением» таких исследований является жизнь конкретного человека. В этом масштабе времени нециклические процессы, в основе которых лежитвзаимодействие эндогенных ретровирусов и ретроэлементов с экзогенными ретровирусами, могут, как минимум, протекать в следующих четырех вариантах.

1. 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.

2. Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы участвуют в комплементации нарушенных функций экзогенных ретровирусов. Отдельные HERV-K 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).

3. Экзогенные ретровирусы активизируют 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; 2007).

По данным Contreras-Galindo R. et al. (2007) РНК HERV-K(HML-2) встречается в крови ВИЧ-инфицированных пациентов почти всегда, в 95,33 % исследуемых образов, но отсутствует в крови неинфицированных ВИЧ людей. Ранее Contreras-Galindo R. et al. (2006), исследовав на нагрузку по РНК HERV-K кровь 20 ВИЧ-инфицированных пациентов, принимавших высокоактивную ретровирусную терапию (HAART), обнаружили, что титры такой РНК всегда значительно повышены у пациентов с несупрессированной HAART (non-suppressive HAART), т. е. у тех из них, у которых такая терапия не дает эффекта в субоптимальных дозах. У пациентов, у которых HAART давала положительный эффект, повышения титров РНК HERV-K, не обнаруживалось. В описанных случаях имеет место активизация ВИЧ HERV-K, те, в свою очередь, снижают эффективность HAART.

В качестве активаторов HERV могут выступить не только экзогенные ретровирусы, например, ВИЧ. По крайней мере, в клеточных линиях, инфицированных вирусом гриппа A/WSN/33 или вирусом герпеса первого типа, удавалось достичь аберрантной экспрессии HERV семейства W (Nellaker С. et al., 2006).

Пока неизвестно, способны ли передаваться горизонтально между людьми HERV, активизировавшиеся благодаря ВИЧ или другой инфекции, Но такую возможность нельзя исключать, и, несомненно, это очень интересная тема будущих исследований взаимоотношений экзогенных и эндогенных ретровирусов человека.

4. Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы тормозят инфекционный процесс, вызванный экзогенным ретровирусом. Экспрессия Fv1, gag-последовательности эндогенных ретровирусов мышей, гомологичных семейству HERV–L, блокирует отдельные штаммы вируса лейкемии мышей. Каким образом это происходит, неясно (Bannert N., Kurth R., 2004). Патологические состояния, в основе которых лежит автономная деятельность эндогенных ретровирусов и ретроэлементов, описаны в подглаве 4.4.

При ВИЧ-инфекции клеточная и гуморальная составляющие иммунной системы постепенно перестают контролировать реликтовую иммунную систему, и фагоцитирующие клетки начинают играть в инфекционном процессе ту же роль «мусорщиков», которую они играли у первых многоклеточных животных. Между такими клетками и их паразитами восстанавливаются связи, отношения и даже иерархия, существовавшие у них в архее. На уровне макроорганизма они проявляются десятками нециклических инфекционных процессов, называемых СПИД-ассоциируемыми, и активизацией эндогенных ретроэлементов.

Так как взаимодействие возбудителей СПИД-ассоциируемыми инфекций, ВИЧ и клеток иммунной системы носит специфический характер на надклеточном, клеточном и генетическом уровнях, я предлагаю выделить такие процессы в отдельную группу — многокомпонентные нециклические инфекционные процессы. Их сложность, по мере ослабления контроля клеточной и гуморальной иммунной системы над реликтовой иммунной системой, нарастает; и они начинают поддерживать себя сами по различным дублирующим специфическим механизмам. Например, белок SP-A, присутствующий в бронхоальвеолярной жидкости ВИЧ-инфицированных людей, усиливает прикрепление M. tuberculosis к альвеолярным макрофагам; CDKN1A/p21 — классический ингибитор G1-фазы клеточного цикла индуцируется как ВИЧ, так микобактериями, но одновременно он является стимулятором жизненного цикла и ВИЧ, и микобактерий в макрофагальной клетке; индукция M. avium основного транскрипционного активатора воспалительных цитокинов, NF-кB, ведет к увеличению экспрессии CCR5 и цитокинов, стимулирующих репликацию ВИЧ; экспрессия генов ВИЧ, регулируемая посредством LTR, может быть трансактивирована регуляторными генами многих ДНК-вирусов; они же способны повысить чувствительность к ВИЧ у CD8+ T-клеток и NK-клеток; «переключить» тропность ВИЧ с корецептора CCR5 на корецептор CXCR4. ВИЧ после утраты иммунной системой человека Т- и В-клеточной функции переходит в разряд «равного среди равных» формирующегося паразитоценоза первых многоклеточных организмов. Отдельные нециклические инфекции могут развиваться как комплекс инфекционных болезней и болезней, традиционно не относимых к инфекционным (онкологические, аутоиммунные и др.).