CC BY
313
Вакцинация в современном мире
Ю.З. Гендон
НИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова РАМН, Москва
Пандемии гриппа: факты и предложения
В ОБЗОРЕ ПРИВЕДЕНЫ ДАННЫЕ О ПАНДЕМИЯХ ГРИППА В 1918, 1957, 1968, 1977 ГГ. И СВОЙСТВАХ ШТАММОВ ВИРУСА, ВЫЗВАВШИХ ИХ. ОБСУЖДАЮТСЯ МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПАНДЕМИЧЕСКИХ ШТАММОВ ВИРУСОВ ГРИППА, В ТОМ ЧИСЛЕ МУТАЦИЙ, ПРИВОДЯЩИХ К ПОВЫШЕНИЮ ВИРУЛЕНТНОСТИ, А ТАКЖЕ ВОЗМОЖНОСТЬ УЧАСТИЯ ПРОЦЕССА РЕАССОРТАЦИИ ВИРУСОВ ГРИППА ЧЕЛОВЕКА И ПТИЦ В ВОЗНИКНОВЕНИИ ПАНДЕМИЧЕСКИХ ШТАММОВ. РАССМАТРИВАЮТСЯ МЕХАНИЗМЫ ПРЕВРАЩЕНИЯ СЛАБОВИРУЛЕНТНЫХ ВИРУСОВ ГРИППА В ВЫСОКОВИРУЛЕНТНЫЕ, СПОСОБНЫЕ ИНДУЦИРОВАТЬ ЭПИЗООТИИ. ОБСУЖДАЮТСЯ ГЕНЫ И БЕЛКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВИДОВУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ ВИРУСОВ ГРИППА ПТИЦ, А ТАКЖЕ ВОЗМОЖНОЕ ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПАНДЕМИИ ГРИППА Н5N1. ВЫСКАЗЫВАЕТСЯ МНЕНИЕ О МАЛОЙ ВЕРОЯТНОСТИ ТАКОГО СОБЫТИЯ.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ГРИПП, ПАНДЕМИЯ.
Контактная информация:
Гендон Юрий Захарович,
доктор медицинских наук, профессор,
академик Европейской академии наук,
консультант ВОЗ
Адрес: 109088, Москва,
ул. 1-я Дубровская, д. 15,
тел. (495) 674-81-45
Статья поступила 05.11.2007 г.,
принята к печати 24.07.2008 г.
Известно, что антигенная специфичность вирусов гриппа весьма изменчива, что обусловлено двумя механизмами. Первый из них — так называемый антигенный дрейф, при котором за счет мутаций, преимущественно в антигенных участках (доменах) гемагглютинина, происходит некоторое, но не полное, изменение антигенной специфичности гемагглютинина, позволяющее этому белку «ускользать» от части антител, образовавшихся к прежде циркулировавшему штамму вируса гриппа. Такие изменения наблюдают практически каждый год, в связи с этим ВОЗ на основании изучения тысяч штаммов вирусов гриппа, выделенных от заболевших гриппом, выявляет варианты вируса и рекомендует их для приготовления гриппозных вакцин на следующий эпидемический сезон. Тем не менее люди, переболевшие гриппом в предыдущем эпидемическом сезоне, сохраняют определенный уровень иммунитета и к новым дрейфовым вариантам вируса гриппа того же серотипа. Второй механизм обусловлен способностью вирусов гриппа, геном которых состоит из 8 достаточно независимых фрагментов РНК, представляющих 8 генов этого вируса, к реассортации, то есть обмену генами при совместном размножении двух штаммов вируса, в том числе относящихся к разным серотипам. В этом случае при замене гена, кодирующего гемагглютинин одного серотипа на другой, возникает вариант, существенно отличающийся по антигенной специфичности. При эпидемиях, вызванных дрейфовыми вариантами в пределах одного и того же серотипа, обычно заболевают приблизительно 10% населения, но при смене гемагглютинина одного серотипа на другой возникают пандемические штаммы вируса, приводящие к заболеванию гриппом 40-60% населения. Тем не менее при определенных мутациях могут возникать высоковирулентные штаммы вируса гриппа даже в пределах одного и того же циркулирующего серотипа, как это наблюдали при некоторых эпизоотиях гриппа птиц (см. ниже). Кроме того, возвращение определенного серотипа вируса гриппа человека через 60-70 лет после прекращения его циркуляции, когда у большинства населения моложе 60-70 лет иммунитет к нему отсутствует, также может привести к возникновению пандемии. Анализ заболеваемости и распространенности гриппа позволил выявить пандемии этого заболевания начиная с XVII века [1]. Первая пандемия гриппа, начавшаяся в России весной 1729 г., распространилась в страны Европы и
14
Yu.Z. Gendon
I.I. Mechnikov Vaccine and Sera Research Institute, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Influenza pandemic: facts and suggestions
THE REVIEW HIGHLIGHTS DATA ON THE INFLUENZA PANDEMIC IN 1918, 1957, 1968, 1977 AND VIRUS STRAIN PROPERTIES, WHICH CAUSED THEM. THE AUTHOR CONSIDERS GENESIS MECHANISMS OF THE PANDEMIC FLU STRAINS, INCLUDING MUTATIONS, RESULTING INTO THE INCREASE OF VIRULENCE, AS WELL AS AN OPPORTUNITY FOR THE PROCESS OF THE HUMAN AND BIRD FLU REASSORTION TO TAKE PART IN THE GENESIS O FTHE PANDEMIC STRAINS. THE AUTHOR ALSO EXAMINES THE MECHANISMS FOR TURNING LOW VIRULENT FLU VIRUSES INTO HIGH VIRULENT ONES ABLE TO INDUCE EPIZOOTIC OUTBREAKS. THE WORK DISCUSSES GENES AND PROTEINS, DEFINING SPECIFIC CHARACTER OF THE AVIAN FLU VIRUSES AND PROBABLE H5N1 FLU PANDEMIC APPEARANCE. THE AUTHOR THINKS IT QUITE UNLIKELY FOR SUCH AN EVENT TO OCCUR.
KEY WORDS: FLU, PANDEMIC.
Америки. Эта пандемия имела две волны, при этом вторая была наиболее серьезной. Следующая пандемия гриппа также возникла в XVIII веке (1781-1782) и началась осенью в России и, возможно, в Китае, и вновь вызвала две волны заболевания гриппом в странах Европы, Америки и Азии. Пандемия гриппа 1830-1832 гг. началась зимой в Китае, распространилась в Европу, Азию и Америку и имела две волны, причем вторая волна вновь была наиболее тяжелой. Пандемия гриппа 1889-1892 гг. началась в России, охватила все страны и имела три волны, наиболее тяжелой была вторая волна [3]. Пандемию 1900 г. наблюдали в странах Европы, Америки и Австралии. Пандемия 1918-1919 гг., начавшаяся весной 1918 г. в США и Китае, поразила страны всех континентов, и вновь наиболее тяжелой была вторая волна. Пандемия 1957-1958 гг. началась в Китае, охватила все страны, так же, как и пандемия 1968-1969 гг. Последнюю пандемию гриппа наблюдали в 1977-1978 гг., началась она в Китае и России и оказалась наименее тяжелой.
Анализ смертности от гриппа и его осложнений при пандемиях, возникших в конце XIX — начале XX века, показал, что она была весьма высокой. Во время пандемии 1889-1892 гг. от гриппа умерли приблизительно 6 млн человек, при пандемии 1900 г. — 2 млн, а во время наиболее тяжелой пандемии 1918-1919 гг. — 50 млн или более. Количество умерших во время пандемии 1957-1958 гг. оценивают в 4 млн человек, пандемии 1968-1969 гг. — 2 млн; при пандемии 1977-1978 гг. смертность была низкой [1, 3]. Поскольку вирус гриппа человека был открыт только в 1933 г., выделить и охарактеризовать вирусы, вызвавшие пандемии 1889 и 1900 гг., не представлялось возможным. Тем не менее ретроспективный анализ антител в сыворотках крови людей, живших в конце XIX — начале XX веков, позволил высказать предположение, что пандемию 1889 г. вызвал вирус серотипа А/Н2, пандемию 1900 г. — А/Н3 [3]. Для четырех пандемий XX века удалось точно идентифицировать возбудителя. Пандемию 1918 г. вызвал вирус гриппа А/Н^1, 1957 г. — АД^2, 1968 г. — A/H3N2, 1977 г. — А/Н^1.
Во время пандемии 1918 г. вирус гриппа выделен не был, однако ретроспективный анализ антител в сыворотках людей, живших во время этой пандемии, показал, что он относится к серотипу Н^1 [4]. В XXI веке удалось подробно исследовать возбудителя этой пандемии, поскольку в телах людей, умерших от гриппа в 1918 г., были обнаружены участки генома (РНК) вируса. Таким путем удалось выявить все 8 генов вируса гриппа, определить последовательность нуклеотидов в этих генах и с помощью генной инженерии восстановить вирус и исследовать его патогенность. Исследования, проведенные в лаборатории Таубен-бергера, показали, что гемагглютинин Н1 этого вируса сходен, но не идентичен гемагглютинину ни одного из 16 серотипов вирусов гриппа птиц, циркулирующих в настоящее время. Более того, этот гемагглютинин отличался и от гемагглютинина вируса гриппа птиц, который циркулировал до начала пандемии 1918 г. [3]. Полностью реконструированный штамм вируса гриппа 1918 г. оказался высоковирулентным для мышей, причем реассортанты, содержащие гены, кодирующие гемагглютинин и нейрами-нидазу вируса 1918 г., а все остальные гены обычных эпидемических штаммов вируса гриппа человека, сохраняли высокую вирулентность для мышей [3]. Даже реассортант, который содержал только ген гемагглютинина вируса 1918 г., а остальные 7 генов вируса гриппа человека, сохранял высокую вирулентность для мышей, вызывая патологические изменения в легких, сходные с теми, которые наблюдали у людей, умерших во время пандемии 1918 г. [5]. Отсюда был
сделан вывод, что высокая вирулентность пандемического штамма вируса гриппа Н^1 1918 г. обусловлена, главным образом, особенностью его гемагглютинина.
Анализ последовательности нуклеотидов и аминокислот в гемагглютинине, нейраминидазе и белке NS вируса 1918 г. не выявил мутаций, в том числе в участке расщепления гем-агглютинина, которые могли бы объяснить высокую вирулентность этого вируса. Однако при анализе гемагглютинина было выявлено отсутствие полисахарида в одном из обычно гликозилированных сайтов гемагглютинина [3]. Было высказано предположение, что гликозилированные участки пептида, расположенные около места расщепления гемагглютинина на две молекулы (НА1 и НА2) могут влиять на процесс расщепления, который очень важен для образования инфекционных вирионов вируса гриппа, поскольку вирионы, содержащие нерасщепленный гемагглютинин, не обладают инфекционностью [6, 7]. Такого рода мутации могут быть причиной перехода невирулентных штаммов вируса гриппа в высоковирулентные.
Изучение генов полимеразного комплекса штамма 1918 г., включающего белки РА, РВ1 и РВ2, выявило отличия от полимеразного комплекса вирусов грипп птиц по 10 аминокислотам [3].
По мнению авторов из лаборатории Таубенбергера, тщательно изучивших вирус гриппа 1918 г., этот пандемический вирус Н^1 не возник путем реассортации с вирусом гриппа птиц непосредственно перед началом пандемии, но, скорее всего, прошел длительный путь эволюции [3]. Важно отметить, что анализ смертности во время пандемии 1918 г. показал, что 99% случаев смертельных исходов приходилось на людей моложе 65 лет, в основном на людей в возрасте 20-40 лет [3, 5]. На основании этих данных было высказано предположение, что люди старше 65 лет имели определенный уровень иммунитета к вирусу гриппа Н1 1918 г. в результате контакта 65 лет назад с вирусом Н1, имевшим антигенное сходство с пандемическим штаммом 1918 г. [8].
В отношении пандемических штаммов вируса гриппа, вызвавших пандемии 1957-1958 и 1968-1969 гг., было высказано мнение, что эти вирусы являются реассортантами между вирусами гриппа человека и птиц [9, 10]. Действительно, вирус гриппа А/Н2N2, вызвавший пандемию 1957-1958 гг., имел сходство с вирусами гриппа птиц по структуре гена, кодирующего белок РВ1 (данные получены при анализе эволюционного дерева, построенного при изучении последовательности нуклеотидов этого гена) [9]. Гены, кодирующие белки РА, NP М и NS, происходили от циркулировавшего ранее вируса гриппа человека Н^1, а происхождение генов, кодирующих гемагглютинин, нейра-минидазу, а также белки РВ1 и РВ2, было не ясным [10]. Анализ генов, кодирующих гемагглютинин вируса гриппа человека, выделенного в 1957 г., и вируса гриппа птиц H2N2, выявил лишь 22% гомологии. Таким образом, нет никаких данных, что гемагглютинин вируса гриппа человека H2N2 был унаследован от вируса гриппа птиц.
Как уже отмечалось выше, антитела к вирусу Н2 выявляли в сыворотках людей, живших в конце XIX века, причем эти сыворотки были взяты до начала пандемии 1957 г., и эти антитела хорошо реагировали с гемагглютинином пандемического вируса 1957 г. [4]. Было обнаружено, что во время пандемии 1957-1958 гг. люди пожилого возраста поражались гриппом значительно реже, чем лица молодого возраста, поэтому было высказано предположение, что пожилые люди контактировали с аналогичным по антигенной специфичности вирусом гриппа Н2 во время пандемии 1889-1892 гг., в результате чего сохранился определенный иммунитет к нему [11].
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
Щ
a
s
s
щ
s
Щ
a
rn
о
о
со
ОС
У пандемических штаммов A/H3N2, вызвавших пандемию гриппа 1968-1969 гг., нейраминидаза по антигенной специфичности оказалась сходной со штаммами гриппа человека A/H3N2, циркулировавшими до 1918 г. Тем не менее, гемагглютинин обладал антигенной специфичностью, сходной с гемагглютинином Н3 вируса гриппа птиц [10]. При анализе пандемического штамма 1968 г. (H3N2) оказалось, что все гены, кроме гемагглютинина, происходили от предыдущего вируса гриппа человека H2N2, а ген, кодирующий гемагглютинин, имел 92% гомологии с соответствующим геном вируса гриппа уток [10]. Впрочем, следует отметить, что исследуемый штамм вируса гриппа уток имел гемагглютинин Н7. Что касается гена, кодирующего белок РВ1, то, в отличие от данных предыдущего автора, было показано, что этот ген не сходен с геном РВ1 пандемического штамма H2N2, но, возможно, также происходит от вируса гриппа птиц (но не того же самого, что штамм H2N2) [9]. Как и при изучении пандемического штамма H2N2, было обнаружено, что в сыворотках пожилых людей, живших в начале XX века, которые были взяты до начала пандемии 1968 г., обнаруживались антитела к гемагглютинину Н3, сходные по антигенной специфичности с антителами в сыворотках людей, переболевших гриппом в 1968 г. [4]. Эти данные позволили предположить, что такой же штамм вируса гриппа с гемагглютинином Н3 циркулировал и вызвал пандемию в начале XX века.
Во время пандемии 1977-1978 гг., вызванной вирусом гриппа A/H1N1, заболеваемость была умеренной, хотя наблюдалась во многих странах мира. При этом в основном заболевали люди в возрасте до 20 лет. Как известно, вирус гриппа H1N1 прекратил циркуляцию в 1957 г., что и объясняет, почему люди, родившиеся после 1957 г., чаще заболевали гриппом во время этой пандемии. У более старших возрастных групп сохранялся определенный иммунитет к вирусу H1N1 за счет контакта с этим вирусом до 1957 г. Интересно, что как по антигенной специфичности гемагглютинина, так и по последовательности нуклеотидов в генах, пандемический вирус H1N1 не отличался от вирусов H1N1, циркулировавших до 1957 г. [12]. Происхождение пандемического вируса H1N1, не отличавшегося от вируса H1N1, циркулировавшего 20 лет назад, остается не ясным. Возможно, этот вирус имеет лабораторное происхождение. В последнее время большое внимание уделяется вирусам гриппа птиц, особенно высоковирулентному вирусу A/H5N1. В 1997 г. во время эпизоотии гриппа кур, вызванной вирусом гриппа птиц A/H5N1, этот вирус инфицировал в Гонконге 18 человек, из которых 6 умерло. В последующие годы эпизоотии гриппа домашних птиц, вызванные тем же серотипом вируса, наблюдали в 12 странах Азии и Европы, и общее количество людей, заболевших при контакте с инфицированной птицей, за 10 лет, прошедших после первых случаев заболевания, достигло почти 300 человек, из которых погибло 60-70%. B связи с этими событиями было высказано опасение, что высоковирулентный вирус гриппа птиц может вызвать пандемию гриппа у людей.
Следует отметить, что случаи заболевания людей имели место и при контакте с другими серотипами вируса гриппа птиц, в том числе A/H7N7, A/H7N2 и A/H9N2, тем не менее наибольшее количество заболеваний приходится именно на вирус A/H5N1. Впрочем, при сравнении общего количества людей, имевших контакт с птицей, инфицированной вирусом H5N1, и количеством заболевших, оказалось, что риск передачи заболевания очень низкий — приблизительно 1 на 10 000 лиц, контактировавших с инфицированной домашней птицей (по другим расчетами — 1 на 100 000). Анализ возможной бессимптомной инфекции у контактных лиц показал, что такие случаи либо вообще отсутствуют,
либо возникают крайне редко. Очень важно, что за 10 лет тщательного изучения инфекции людей, вызванной вирусом H5N1, не было обнаружено четко доказанной передачи этого вируса от заболевших людей контактным.
Одним из важных компонентов видовой специфичности вирусов гриппа человека и птиц считают соответствие или несоответствие рецепторов на мембране клеток человека или птиц составу аминокислот в рецепторном участке вирусного гемагглютинина. Было показано, что у вирусов гриппа человека в рецепторной области гемагглютинина в наиболее важных для видовой специфичности позициях 226 и 228 содержатся аминокислоты лейцин и серин соответственно; эта рецепторная область распознает и прикрепляется к рецептору на мембране человеческих клеток, который содержит на конце 61сиал-^-ацетиллактозамин) (Neu 5Aca2-6 Gal), а у вирусов гриппа птиц в тех же позициях содержатся аминокислоты глютамин и глицин и рецепторный участок гемагглютинина этих вирусов распознает на мембране клеток птиц рецептор, который содержит на конце 31-^-ацетиллактозамин) (Neu 5Aca2-3 Gal). Эти различия и являются одним из важных факторов неспособности вирусов гриппа птиц инфицировать клетки человека, а вирусов гриппа человека — клетки птиц.
В дыхательном тракте человека рецепторы с Neu 5Aca2-6 Gal содержатся в клетках слизистых оболочки носа, глотки, трахеи и бронхов. В то же время в нециллиарных кубовидных клетках бронхов и альвеол экспрессируется рецептор, содержащий Neu 5Aca2-3 Gal. Было показано, что вирусы гриппа человека преимущественно инфицируют клетки верхних дыхательных путей человека, а вирусы гриппа птиц H5N1 прикрепляются в основном к клеткам нижнего отдела дыхательных путей человека [1, 3]. Следует подчеркнуть, что вирусы гриппа, проникающие в нижние отделы дыхательных путей человека, могут блокироваться муцином, который вырабатывается клетками этого отдела, и даже в том случае, если вирус может распознавать рецепторы с Neu 5Aca2-3 Gal, он не сможет инфицировать клетки. Не исключено, что защитным действием муцина объясняется столь низкая заболеваемость людей при контакте с инфицированной птицей, а также отсутствие передачи вируса H5N1 от заболевшего человека контактному. В то же время нарушение синтеза муцина (вероятно, довольно редкое) может оказаться одним из факторов, облегчающих инфицирование людей вирусами гриппа птиц.
Некоторые исследователи считают, что в том случае, если у вируса гриппа птиц H5N1 возникнут мутации, которые приведут к замене в рецепторной области гемагглютинина наиболее важных для видовой специфичности аминокислот (возможно, всего двух аминокислот), такой мутантный вирус окажется способным распознавать рецепторы человеческих клеток даже в верхних дыхательных путях и сможет инфицировать большое количество людей, и передаваться при контакте. Недавно среди 21 изолята вируса гриппа птиц H5N1, выделенных от заболевших людей, было обнаружено три такого рода мутанта, способных распознавать оба типа рецепторов, типичных как для человеческих, так и птичьих клеток. При этом в гемагглютинине одного мутанта выявлены мутации двух аминокислот в позициях 192 и 223, другого — в позициях 139 и 182, у третьего — в позициях 75, 123 и 193. Авторы полагают, что для изменения видовой специфичности гемагглютинина вируса гриппа птиц необходимо две и более мутаций в рецепторном участке гемагглютинина [13]. Можно полагать, что такие вирусы действительно имели возможность распознавать и проникать в клетки верхнего отдела дыхательных путей человека. Тем не менее до сих пор нет данных о том, что при инфицировании людей, в том числе, видимо, и такими
16
мутантными вирусами, наблюдалась контактная передача вируса. Вероятно, изменения только рецепторного участка гемагглютинина еще недостаточно для успешной и значительной репродукции вируса гриппа птиц при инфицировании людей, а также для передачи контактным лицам. Существуют данные, что видовую специфичность вирусов гриппа, помимо рецепторного участка гемагглютинина, определяют и другие вирусные белки. Установлено, что белок NP также участвует в определении видовой специфичности вирусов гриппа. Реассортант, содержащий ген NP вируса гриппа птиц, а остальные гены — вируса гриппа человека, оказался слабопатогенным для беличьих обезьян [14]. Недавно появились данные об участии белков полимеразного комплекса в определении видовой специфичности вирусов гриппа. Оказалось, что мутации в белке РА увеличивают репродукцию вирусов в клетках млекопитающих, мутации в белках РВ2 и NP усиливают транскрипцию и репродукцию вируса в этих клетках, а мутация в белке РВ1 увеличивает репродукцию вирусов гриппа птиц как в клетках млекопитающих, так и птиц [15]. В белке РВ2 в позиции 627 у вирусов гриппа человека содержится лизин, а у вирусов гриппа птиц — глутамин. Реассортант, содержащий ген, кодирующий белок РВ2 вируса гриппа птиц, а остальные гены — вируса гриппа человека, плохо размножался в человеческих клетках [16]. Вирус гриппа человека, содержащий ген, кодирующий белок РВ1 вируса гриппа птиц, практически не размножался в клетках млекопитающих и беличьих обезьян [14].
Эти данные свидетельствуют, что вирус гриппа птиц с немутантным полимеразным комплексом не сможет репродуцироваться в клетках людей достаточно интенсивно и передаваться при контактах. Нейраминидаза и белок N8 также участвуют в определении видовой специфичности вируса гриппа.
Получены данные, что белок М современных эпидемических штаммов вируса гриппа человека «мешает» образованию реассортантов, которые могли бы содержать гены, кодирующие гемагглютинин и нейраминидазу вирусов гриппа птиц, а остальные гены — вируса гриппа человека. Отсюда был сделан вывод, что образование такого рода реассортантов между циркулирующими в настоящее время вирусами гриппа человека и вирусами гриппа птиц может оказаться весьма затруднительным [2].
Весьма важные данные были получены при заражении хорьков реассортантами вирусов гриппа человека и птиц. При интраназальном инфицировании хорьков вирусом гриппа человека НЗN2 наблюдали хорошее размножение вируса и передачу инфекции контактным хорькам. При заражении хорьков вирусом гриппа птиц H5N1 вирус в организме животных не размножался и не передавался контактным животным. Реассортант, содержащий гены, кодирующие гемагглютинин и нейраминидазу вируса гриппа птиц H5N1, а остальные 6 генов — вируса гриппа человека НЗN2, не размножался при инфекции хорьков и не передавался контактным животным. Аналогичные данные получены при заражении хорьков реассортантом, содержащим гены, кодирующие гемагглютинин и нейраминидазу вируса гриппа человека H3N2, а остальные гены — вируса гриппа птиц H5N1 [17]. Эти результаты еще раз свидетельствуют в пользу того, что для изменения видовой специфичности вируса гриппа птиц мутаций в рецепторной области гемагглютинина недостаточно, а также четко демонстрирует, что замена гемагглютинина вируса гриппа птиц на гемагглютинин вируса гриппа человека путем реассортации, равно как и замена гемагглютинина вируса гриппа человека на этот белок вируса гриппа птиц, не приводит к размножению таких реассортантов в орга-
низме хорьков, которые высокочувствительны к вирусу гриппа человека.
Пандемические штаммы вирусов гриппа человека, как правило, обладают большей вирулентностью по сравнению с эпидемическими штаммами вируса. С точки зрения механизмов возникновения высоковирулентных вариантов вируса гриппа следует остановиться на двух весьма интересных эпизоотиях гриппа птиц, одну из которых наблюдали в США в 1983-1984 гг., другую — в Северной Италии в 1999-2000 гг. В США до начала эпизоотии в апреле 1983 г. в Пенсильвании циркулировал практически непатогенный вирус гриппа A/H5N2. В октябре 1983 г. этот вирус приобрел высокую вирулентность и вызвал эпизоотию с гибелью огромного количества птиц (17 млн кур пришлось уничтожить [6]). Сравнительный анализ свойств непатогенного и высоковирулентного штаммов вируса показал, что при заражении вирусами культуры ткани для расщепления гемагглютинина невирулентного штамма требуется трипсин, а у вирулентного штамма гемагглютина расщеплялся без трипсина. Следует отметить, что расщепление гемагглютинина на две цепочки — НА1 и НА2 — крайне важно для образования инфекционных вирионов. Последовательность аминокислот обоих штаммов в области пептида у места расщепления гемагглютинина была сходной, и различия в расщеплении гемагглютинина нельзя было связать с заменой аминокислот в этой области. Тем не менее были обнаружены различия аминокислот белка НА1 в позициях 13, 69 и 123, а НА2 — в позиции 501. Было обнаружено, что молекулярная масса цепочки НА1 авирулентного штамма был несколько выше, чем таковая этой цепочки вирулентного вируса, но поскольку делеций или вставок аминокислот в цепочку НА1 не обнаружили, был сделан вывод, что наблюдаемое изменение связано с потерей полисахарида в одном гликозилированном участке гемагглютинина, обусловленной, видимо, мутацией аминокислоты в позиции 13, и что потеря этого полисахарида может облегчать доступ ферментов, распознающих последовательность аминокислот в месте расщепления гемагглютинина, что сопровождается более интенсивным формированием инфекционных вирионов и, как следствие, повышением вирулентности вируса [6].
Другая эпизоотия гриппа птиц, которая произошла в Северной Италии, была вызвана вирусом гриппа А/Н7N1. Так же, как и в Пенсильвании, до начала эпизоотии в Италии вирус гриппа H7N1 циркулировал в 1999 г. и был слабопатогенным. В конце 1999 г. этот штамм вируса превратился в высокопатогенный и вызвал эпизоотию гриппа. Анализ генома слабовирулентного и высоковирулентного штаммов показал, что высоковирулентный вирус в области расщепления гемагглютинина содержит большее количество основных аминокислот, кроме того, отмечено появление полисахаридов в двух сайтах полипептида около участка расщепления гемагглютинина в позициях аминокислот 123 и 149. Анализ реассортантов, имевших и не имевших дополнительных полисахаридов, показал, что репродукция реассортанта без двух дополнительных полисахаридов была в 100 раз меньше, чем у реассортанта с таковыми. Авторы сделали вывод, что полисахариды в позициях 123 и 149 повышают вирулентность вируса за счет улучшенного расщепления гемагглютинина и усиления образования инфекционных вирионов [7].
Серьезный сравнительный анализ авирулентных и возникших из них высоковирулентных штаммов вирусов гриппа птиц показал, что как утрата, так и появление дополнительных гликозилированных сайтов в пептиде, примыкающем к области расщепления гемагглютинина, может влиять на расщепление этого белка [6, 7], что, как уже упоминалось,
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
Щ
a
s
s
щ
s
Щ
a
rn
о
о
со
ОС
крайне важно для образования инфекционных вирионов вируса гриппа. Что касается пандемий гриппа у людей, вызванных вирусами гриппа животных, то такого рода прецедент уже имел место. В США в 1976 г. пять солдат заболели гриппом, и один из них умер. От заболевших солдат был выделен вирус гриппа свиней H1N1; поскольку в то время считали, что пандемию гриппа 1918 г. вызвал вирус гриппа свиней H1N1, было высказано опасение, что может вновь возникнуть пандемия гриппа и принято решение приготовить вакцину из выделенного штамма и провести массовую вакцинацию населения [17]. Через 7 мес была приготовлена инактивированная вакцина, и осенью 1976 г. были иммунизированы приблизительно 35 млн человек. При этой вакцинации частота осложнений в виде синдрома Гийена-Барре была в 6 раз выше, чем при использовании вакцин из вирусов гриппа человека. Тем не менее пандемии, вызванной вирусом гриппа свиней H1N1, так и не возникло.
Таким образом, анализ штаммов вируса гриппа, вызвавших пандемии XX века, показал, что пандемический штамм вируса гриппа H1N1, вызвавший пандемию 1918-1919 гг., возник не в результате реассортации с вирусом гриппа птиц непосредственно перед пандемией, а прошел, вероятно, длительный путь эволюции. Данные о низкой смертности пожилых людей во время этой пандемии позволяют предположить, что вирус гриппа H1N1 со сходной антигенной специфичностью гемагглютинина мог циркулировать 60-65 лет назад, в результате чего у людей, живших в это время и контактировавших с этим вирусом, сохранился частичный иммунитет к пандемическому штамму H1N1 1918 г. Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют, что высокая вирулентность этого вируса связана с особенностями гемагглютинина, возможно, с утерей полисахарида в одном из сайтов около участка расщепления гемагглютинина, что могло усилить расщепление последнего и, как следствие, повысить образование инфекционных вирионов, как это имело место с высоковирулентным вирусом гриппа птиц H7N1, вызвавшем эпизоотию в Пенсильвании в 1983 г.
Высказывалось мнение, что штаммы вируса гриппа, вызвавшие пандемию в 1957-1958 гг. (H2N2) и в 1968-1969 гг. (H3N3), возникли в результате реассорта-ции с вирусами гриппа птиц, от которых они унаследовали гены, кодирующие наружные белки вириона. В то же время в отношении пандемического штамма вируса гриппа 1957 г. какие-либо данные о том, что он унаследовал гены наружных белков вириона от вируса гриппа птиц, не получены [10]. Что касается гена РВ1, то он, вероятно, происходит от вируса гриппа птиц [9]. В отношении пандемического штамма 1968 г. считается, что гемагглютинин этого штамма унаследован от вируса гриппа утки [10]. Впрочем, у последнего гемагглютинин относится к серотипу Н7 и довольно трудно объяснить, как он мог превратиться в гемагглютинин Н3 пандемического штамма 1968 г. Кроме того, данные о том, что антитела, взятые до начала пандемий 1957 и 1968 гг. у пожилых лиц, живших в конце XIX — начале XX века, хорошо реагировали с гемагглютинином Н2 (1957 г.) и Н3 (1968 г.), а также низкая смертность пожилых людей во время этих пандемий могут свидетельствовать в пользу того, что вирусы Н2 и Н3 с антигенной специфичностью, сходной с пандемическими штаммами 1957 и 1968 гг., могли циркулировать в конце XIX (Н2) и начале XX (Н3) веков. Существует мнение, что именно потому, что в пандемических штаммах H2N2 1957 г. и H3N2 1968 г. содержится гемагглютинин, отличный по антигенной специфичности от соответствующих гемагглютининов вирусов гриппа, и возникла пандемия с высокой заболеваемостью людей. Впро-
чем, если учесть, что вирус гриппа человека H2N2 исчез из циркуляции с начала XX века и появился лишь в 1957 г., а вирус H3N2 не циркулировал после 1918 г. и появился только в 1968 г., можно полагать, что если бы те же штаммы вируса гриппа H2N2 и H3N2, которые циркулировали в конце XIX — начале XX века вновь появились через 60 лет, то они могли вызвать очень высокую заболеваемость у людей до 60 лет. Действительно, как отмечалась выше, смертность пожилых людей во время пандемии 1957-1958 гг. была довольно низкой.
Филогенетический анализ позволяет предположить, что пандемический штамм вируса гриппа H2N2 возник путем реассортации с вирусом гриппа птиц непосредственно перед началом пандемии 1957 г., однако в этом случае невозможно объяснить факт наличия у людей, живших 60-65 лет назад, антител, хорошо реагирующих с гемагглютинином пандемического штамма H2N2 [18]. Что касается сходства генов, кодирующих гемагглютинин и белок PB1 у пандемических штаммов и вирусов гриппа птиц, то такого рода сходство можно объяснить общим происхождением вирусов гриппа человека и птиц из единого предшественника. В течение тысячелетней эволюции вирусы гриппа адаптировались к определенным хозяевам и при этом наиболее существенные изменения должны были произойти лишь в определенных генах или даже в некоторых участках таких генов, кодирующих белки, которые участвуют в распознавании рецепторов и регулируют репродукцию вирусов в клетках хозяина, к которому адаптировался вирус. При этом другие участки генов и другие гены могли сохранять консервативность. Следовательно, сходство последовательности нуклеотидов в значительных участках генов вирусов гриппа человека и вирусов гриппа других животных вполне возможно. Известно, например, что более 90% генов в хромосомах человека и мыши сходны. Следует отметить, что на основании частоты мутаций в генах вирусов гриппа было высказано предположение, что все серотипы вирусов гриппа птиц (а их 16) могли возникнуть из общего предшественника на протяжении 3000 лет [1].
Конечно, более четкий ответ о происхождении пандемических штаммов вирусов гриппа человека можно было бы получить при сравнении пандемических штаммов 1957 и 1968 гг. с вирусами гриппа человека, которые циркулировали ранее (в XIX или начале XX веков), однако таких изо-лятов вирусов гриппа H2N2 и H3N2, к сожалению, нет. Нельзя исключить, что штаммы вирусов гриппа человека A/H1N1, А/Н2N2 и А/НЗN2 возникли давно и циркулировали в течение длительного времени (сотен, а может быть, и тысяч лет) и время от времени вызывали пандемии в результате того, что определенные серотипы исчезали из циркуляции на долгое время (60-70 лет), а потом опять возвращались, когда у большинства людей уже не было иммунитета к ним, что и приводило к массовому заболеванию людей с высокой смертностью. Тем не менее появление высоковирулентных вирусов гриппа совсем не обязательно должно быть связано с возвращением давно исчезнувшего серотипа вируса или реассортацией. Если учесть данные анализа штаммов вируса гриппа птиц, вызвавших эпизоотии в Пенсильвании (1983 г.) или в Северной Италии (1999 г.), не исключено, что даже постоянно циркулирующие вирусы гриппа человека, например A/H3N2 и А/Н^1, которые обладают средней и слабой патогенностью, особенно вирус Н^1, могут в результате некоей мутации резко повысить вирулентность и вызвать пандемию. Серьезный вопрос, на который пока нет определенного ответа, — где и как могли сохраняться инфекционные штаммы вируса гриппа человека, на долгие годы исчезавшие из циркуляции среди людей и вновь появившиеся (особенно
18
учитывая тот факт, что персистенцию вирусов гриппа у людей наблюдают исключительно редко). Что касается возможности возникновения пандемии у людей, вызванной вирусом гриппа птиц Н5N1, то, во-первых, как уже упоминалось выше, за 10 лет, прошедших после первых случаев инфицирования вирусом H5N1, частота заболевания (по отношению к общему количеству людей, контактировавших с зараженной птицей) не увеличилась, несмотря на появление штаммов, обладающих рядом мутаций, в частности, в рецепторной области гемагглютинина. Во-вторых, в ряде исследований было показано, что для возникновения штамма вируса гриппа птиц Н5N1, способного инфицировать многих людей, интенсивно размножаться и передаваться контактным лицам, изменения только рецепторного участка гемагглютинина в сторону распознавания рецепторов клеток человека недостаточно. Необходимы мутации и в ряде других белков, участвующих в определении видовой специфичности вируса гриппа, в частности белков полимеразного комплекса, а также белков NP и N8. Возможность одномоментного возникновения мутации в различных вирусных белках, причем в совершенно определенных позициях аминокислот, маловероятна. Следует учесть, что штаммы вирусов гриппа птиц с мутацией, изменяющей ви-доспецифичность одного белка, например рецепторного участка гемагглютинина, будут хуже размножаться в клетках птиц и, скорее всего, будут вытеснены из циркуляции и не смогут вызвать эпизоотии, что весьма важно для контактов человека с заболевшей птицей и последующего инфицирования.
На основании накопленных к настоящему времени данных можно сделать вывод, что возникновение пандемии, вызванной вирусом гриппа птиц Н5N1, маловероятно.
Что касается времени возникновения пандемий гриппа, то ряд исследователей, например академик А. Смородинцев, д-р Френсис и ряд других, считали, что пандемии могут возникать каждые 10-15 лет. Тем не менее со времени
последней пандемии в 1977 г. прошло 30 лет, но новой пандемии гриппа не возникло. Существуют предположения, что пандемии гриппа возникают в периоды циклов повышенной активности солнца, и действительно, для пандемий 1957, 1968 и 1977 гг. такое совпадение имело место [19]. Впрочем, после 1977 г. уже несколько раз наблюдали циклы повышенной активности солнца (например, в 1999 г.), но пандемия так и не возникла.
Если проанализировать время между пандемиями гриппа, вызываемыми одними и теми же серотипами вирусов гриппа человека (Н2 — 1889 и 1957 гг.; Н3 — 1900 и 1968 гг.), то промежуток между исчезновением вируса и его появлением вновь составляет 60-70 лет. С этих позиций наиболее вероятным кандидатом в пандемический штамм является вирус гриппа человека Н2N2, исчезнувший из циркуляции примерно 40 лет назад. Впрочем, как уже отмечалось выше, нельзя исключить возможность резкого повышения вирулентности длительно циркулирующих штаммов вируса гриппа человека в результате мутаций, которые сходны с теми, которые привели к превращению слабовирулентных штаммов вирусов гриппа птиц в высоковирулентные, вызвавшие эпизоотии (см. выше).
В целом следует отметить, что предсказание времени возникновения пандемии гриппа и вируса, который вызовет эту пандемию, — занятие неблагодарное. Тем не менее готовиться к пандемии гриппа, когда бы она ни возникла, необходимо. Занимаясь борьбой с пандемией, необходимо помнить, что и обычные ежегодные эпидемии гриппа приносят огромный вред здоровью людей и экономике страны. По данным ВОЗ, при ежегодных эпидемиях гриппа заболевает 5-10% взрослых и 20-30% детей, количество смертельных исходов достигает 250 000-500 000 случаев, а экономический ущерб оценивают в 1-6 млн долларов на 100 000 населения. Поэтому борьба с реальными эпидемиями гриппа не менее важна, чем защита от предполагаемой пандемии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Potter C.W. Chronicle of influenza pandemics / In: Nicholson K.G., Webster R.G., Hay A. (eds). Textbook of influenza. — London: Blackwell, 1998. — R 3-9.
2. Neumann G., Kawaoka Y. Host range restriction and pathogenicity in the context of influenza pandemic. Emerg Infect Dis [serial on the Internet]. 2006 Jun [date cited]. Available from http://www.cdc.gov/ncidod/EID/vol12no06/05-1336.htm
3. Taubenberger J.K. The Origin and Virulence of the 1918 «Spanish» Influenza Virus // Proc. Amer. Phil. Soc. — 2006. — № 150. — P. 86-112.
4. Masurel N., Marine W.M. Recycling of Asian and Hong Kong influenza A virus hemagglutinins in man // Am J Epidemiol. — 1973. — V. 97, № 1. — P 44-49.
5. Kobasa D., Takada A., Shinya K. et al. Enhanced virulence of influenza A viruses with the haemagglutinin of the 1918 pandemic virus // Nature. — 2004. — 431(7009). — P 703-707.
6. Kawaoka Y., Naeve C.W., Webster R.G. Is virulence of H5N2 influenza viruses in chickens associated with loss of carbohydrate from the hemagglutinin? // Virology. — 1984. — V. 139, № 2. — P 303-316.
7. Keiner В., Wagner R., Herwig A. et al. Hemagglutinin glycosilatio promotes spread of infection of a highly pathogenic avian influenza virus (47N1) // Option for the control of influenza. — Canada 2007. — Abstr.014:13.
8. Luk J., Gross P, Thompson W.W. Observations on Mortality during the 1918 Influenza Pandemic // Clinical Infectious Diseases. — 2001. — № 33. — P. 1375-1378.
9. Kawaoka Y., Krauss S., Webster R.G. Avian-to-human transmission of the PB1 gene of influenza A viruses in the 1957 and 1968 pandemics // J. Virol. — 1989. — V. 63, № 11. — P. 4603-4608.
10. Scholtissek C., Rohde W., Von Hoyningen V., Rott R. On the origin of the human influenza virus subtypes H2N2 and H3N2 // Virology. — 1978. — V. 87, № 1. — R 13-20.
11. Rayne A.M.M. Symposium on the Asian influenza epidemic, 1957 // Rroc. R. Soc. Med. — 1958. — № 51. — R 1009-1015.
12. Scholtissek C., von Hoyningen V., Rott R. Genetic relatedness between the new 1977 epidemic strains (H1N1) of influenza and human influenza strains isolated between 1947 and 1957 (H1N1) // Virology. — 1978. — V. 89, № 2. — R 613-617.
13. Shinya K., Ebina M., Yamada S. et al. Avian flu: influenza virus receptors in the human airway // Nature. — 2006. — № 440. — R 435-436.
14. Snyder M.H., Buckler-White A.J., London W.T. et al. The avian influenza virus nucleoprotein gene and a specific constellation of avian and human virus polymerase genes each specify attenuation of avian-human influenza A/Rintail/79 reassortant viruses for monkeys // J. Virol. — 1987. — V. 61, № 9. — R 2857-2863.
15. Gabriel G., Abram M., Keiner B. et al. Differential polymerase activity in avian and mammalian cells determines host range of influenza virus // J. Virol. — 2007. — V. 81. — R 9601-9604.
16. Subbarao E.K., London W., Murphy B.R. A single amino acid in the RB2 gene of influenza A virus is a determinant of host range // J. Virol. — 1993. — V. 67. — R 1761-1764.
17. Maines T.R., Chen L.M. et al. Lack of transmission of H5N1 avian-human reassortant influenza viruses in a ferret model // Rroc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2006. — V. 103. — R 12121-12126.
18. Top. F.H. Jr., Russell RK. Influenza A/Swine at Fort Dix, New Jersey (January-February 1976). IV. Summary and speculation // J. Inf. Dis. — 1977. — V. 136. — S376-S380.
19. Scholtissek C., Stech J., Krauss S., Webster R.G. Cooperation between the hemagglutinin of avian viruses and the matrix protein of human influenza A viruses // J. Virol. — 2002. — V. 76. — R 1781-1786.
19
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
