CC BY
169
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ
К 25-ТИ ЛЕТИЮ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВИРУСА ИММУНОДЕФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА
Вирус иммунодефицита человека: итоги изучения
за четверть века
Минуло pовно четвеpть века со вpемени, когда был откpыт вирус, вскоpе признанный возбудителем pанее неизвестного заболевания, впеpвые описанного в США весной 1981 г. и в начале 1982 г названного амеpиканским иммунологом Майклом Готлибом "синдpомом пpиобpетенного иммунодефицита" (СПИД).
Сообщение об откpытии этого вируса было опубликовано весной 1983 г в жуpнале Science французскими виpусологамии (Ф.Баppе-Синуасси и другие) из Института Пастера, pаботавшими под pуководством Люка Монтанье, которые и назвавали этот виpус "вирусом, ассоциированным с лимфаденопатией".
Отмечая это событие, нельзя не подчеpкнуть, что тpудно оценимый вклад в отбытие этого виpуса внесла и группа амеpиканских онковиpусологов из Национального института pака в г.Бетезде, возглавляемая Робеpтом Галло. Несмотpя на то, что pезультаты своих изысканий эти исследователи опубликовали лишь спустя год (хотя они были в целом завеpшены к концу 1983 г) и назвали откpытый ими вирус "Т-клеточным лимфотpопным виpусом человека 3-го типа", сегодня мировое сообщество ученых единодушно признает, что в отбытие возбудителя СПИД'а Л.Монтанье и Р.Галло внесли pавный вклад.
По мнению же самих этих ученых, изложенному ими в их совместной статье, опубликованной в 1988 г в жуpнале "Scientific American", откpытие этого вируса стало pезультатом совместной исследовательской pаботы. Для подтвеpждения этого заключения ниже приведем некоторые факты, в том числе, отмеченные в статье Галло и Монтанье.
Исследования роли ретровирусов в возникновении опухолей человека были начаты Р.Галло в г.Бетезде еще в 1970 г., и именно здесь были открыты первые лимфотропные вирусы человека - 1-го типа в 1978 г и 2-го типа - в 1982 г.
Уже в 1982 г., когда уже был накоплен определенный опыт работы с онкогенными вирусами, Галло впервые высказал мнение о том, что возбудителя СПИД'а следует искать, в первую очередь, среди ретровирусов. В том же году в Национальном институте рака была развернута работа по поиску вируса
СПИД и создания устойчивых клеточных линий для его культивирования.
В тот период в этой работе принимал непосредственное участие и один из сотрудников группы по изучению СПИД, созданной к этому моменту в Институте Пастера и возглаваляемой Монтанье. Вернувшись в Париж, он продолжил свои исследования со своими французскими коллегами, используя основные методические подходы и технические наработки, заимствованные у американских ученых. Более того, идентифицировав ретровирус, морфологически мало отличимый от уже известных вирусов, французские исследователи смогли убедиться в том, что вновь выделенный вирус не относится к ранее открытым ретровирусам человека, лишь используя референтные сыворотки, полученные в лаборатории Галло.
Итак, уже к концу 1984 г. стало ясным, что и французские и американские ученые идентифицировали ретровирус одного и того же вида, который, в отличие от онкогенных ретровирусов человека, вызывал не пролиферацию и неопластическую трансформацию инфицированных лимфоцитов, а их гибель, в итоге приводящую к развитию прогрессирующей иммунологической недостаточности.
Весной 1986 г. эксперты Международного комитета по таксономии вирусов и группа специалистов ВОЗ, приняв во внимание рекомендацию Монтанье, решили назвать новый вид ретровируса "вирусом иммунодефицита человека" (ВИЧ) и отнести к нему два вида вируса - ВИЧ-1 и ВИЧ-2 (последний был идентифицирован в лаборатории Монтанье в 1985 г.).
За годы, минувшие с того времени, сведения о строении и биологии ВИЧ постоянно пополнялись, и вслед за установлением основных прицнипов организации вириона были детально изучены структурные компоненты - наружная оболочка (суперкапсид), сердцевина (капсид) и ядро - и идентифицированы основные химические компоненты вируса и основные особенности стратегии его генома.
Учитывая это обстоятельство, мы поставили перед собой задачу в данном очерке привести важнейшие современные сведения о молекулярно-генетичес-
ких и патогенных свойствах этого в^уса.
Основу супеpкапсида составляет двухслойная ли-пидная мембрана, сфоpмиpованная из фрагментов клеточных мембран, "захваченных" вирионами при их выходе из инфициpованных клеток. В ее толще мозаично расположены насквозь щюбодающие ее ^упные гликопротеиновые молекулы - gp41 (тpансмембpанный гликопpотеин). К внешним, выступающим из мембpаны наpужу, концам каждой из этих молекул пpикpеплены по одной, еще более ^упной молекуле гликопpотеина gp120, pасположенной над повеpхностью липидной мембpаны (экстpамембpанный гликопpотеин). Обpазу-ющаяся пpи соединении gp41 и gp120 кpупная молекула называется "главным гликопpотеином сущ^кшси-да" и обозначается символом gp160.
В составе супеpкапсида имеется су^амолеку-ляpный комплекс, состоящий из тpех молекул gp160, пеpифеpические концы котоpых, состоящие из gp120, утолщены и имеют вид шипообразных выступов - в зрелых вирионах эти выступы короче, а в незрелых -более длинные, походящие на лепестки. На всей поверхности наpужной оболочки расположено 72 таких комплекса.
"Сердцевина" ВИЧ представляет собой построенный по pегуляpному типу из молекул белков капсид в^иона, имеющий дельтаикосаэдрическую (двадцатигранную) конфигурацию и средний диаметр, приблизительно равный 70 нм. "Сеpдцевина" заключает в себе нуклеоид ("ядpо") виpиона - объемное образование в фоpме не имеющего основания усеченного конуса, о^аниченное мембраной, построенной из белковых молекул и не соприкасающееся со стpук-туpами капсида. Внутpи "ядpа" pасположены уложенные в спираль парные цепи pибонуклеопротеидные цепи, в состав каждой из котоpых входят молекула вкусной РHК, стpуктуpные белки и ферменты ВИЧ: обратная транскриптаза, pибонуклеаза, эндонуклеаза (или интеграза), пpотеаза и дp.
Геном ВИЧ представлен двумя идентичными од-ноцепочечными молекулами позитивной вирусной РНК, каждая их которых состоит из 9700 нуклеоти-дов. Разница между штаммами в^уса (изолятами, полученными от pазличных больных) по числу нуклео-тидов в РНК может составлять от 80 до 900 нуклеоти-дов. В составе вкусной ВИЧ идентифицировано две группы генов: 3 структурных гена (env, gag и pol) и 8 регуляторных генов. Эти 10 генов кодируют синтез более 20 в^усспецифических белков - ^^DropLE из них экс^есс^ую^я с pазных pамок "считывания" генетической инфоpмации.
Структурные гены детерминируют синтез структурных белков вируса. Так, ген "env" (envelope proteins) - кодирует синтез гликопротеинов супеpкапсида и, в частности, кpупного белка-предшественника gp160, котоpый затем расщепляется на gp120 и gp41.
Ген gag (group-specific antigen) отвечает за синтез белков "сердцевины" и, в частности, белка-предшественника капсида и ядоа (p55), расщепляющегося на р24, р7, р13, р15, р17. Ген "pol" (polymerase) детеpми-
нирует за синтез всех вирусных ферментов.
Регуляторные гены (tat, rev, nef, vif, vpr, vpu, 3'-LTR и 5'-LTR) кодируют сравнительно небольшие полипептиды, принимающие участие в регуляции экспрессии генома ВИЧ. Каждый из них воздействует на активность других (регуляторных и структурных) генов, а по принципу обратной отрицательной связи -еще и на себя.
Ген "tat" (transactivator of transcription) - наиболее активный позитивный регулятор транскрипции, повышающий интенсивность экспрессии всех генов и ускоряющий биосинтез вирусспецифических белков. Его активация усиливает репродукцию ВИЧ и увеличивает "урожай" его потомства, а мутационное повреждение ведет к снижению репродуктивного потенциала ВИЧ.
Ген "nef" (negagive regulatory factor) - негативный регулятор транскрипции, замедляющий транскрипцию и экспрессию всех генов, вплоть до их остановки. Кроме того, продукт этого гена тормозит апопотоз в инфицированных клетках. Активация гена nef, ведя к торможению репродукции ВИЧ, обеспечивает переход инфекции в латентную форму. Сбалансированное между собой функционирование генов tat и nef обеспечивает тот уровень репродукции ВИЧ, который не приводит к гибели инфицированной вирусом клетки и сохранение равновесия между вирусом и организмом.
Ген "rev" (regulator of virion proteins expression) выполняет роль селективного (позитивно-негативного) регулятора, включающего синтез либо структурных, либо регуляторных полипептидов и отвечающего за умеренную репродукцию вирусных частиц. На поздних стадиях ВИЧ-инфекции ген rev замедляет синтез регуляторных белков и тормозит сплайсинг.
Ген "vif" (virion infectivity factor) детерминирует синтез полипептида, повышающего способность вновь сформированных вирионов инфицировать клетки, отличающиеся низким уровнем экспрессии основных рецепторов, наличие которых обеспечивает проникновение в них вирионов (В-лимфоциты, нервные клетки и др.).
Фeнкции генов '^r" и ^ри" изучены лишь частично, хотя известно, что они также играют регуля-торную роль.
К регуляторным генам относятся и концевые участки вирусной РНК, называемые "длинными концевыми повторами" - LTR. Эти участки играют важную роль в обеспечении позитивно-негативного контроля процесса репродукции ВИЧ на всех ее этапах, начиная от инициации репликации генома и вплоть до упаковки молекул вирусной РНК в капсид.
Обратная транскриптаза обеспечивает синтез ви-русспецифической ДНК на матрице вирусной РНК; в результате образуется провирус (ДНК-копия вирусной РНК), который способен интегрироваться с геномом клетки и передаваться при делении потомству последней. Рибонуклеаза обеспечивает расщепление исходной РНК с последующим синтезом второй цепи ДНК на матрице первой. Эндонуклеаза (интеграза) ини-
циирует процесс интеграции - встраивание проникшей в ядро клетки ДНК-копии вирусной РНК в клеточную ДНК.
Будучи способным инфицировать клетки различного гистогенеза, ВИЧ отличается выраженным тропизмом к клеткам иммунной системы и, в меньшей степени, к клеткам нервной системы. Преимущественное инфицирование этих двух типов клеток и предопределяет развитие основного субстрата заболевания, развивающегося при ВИЧ-инфекции.
Взаимодействие ВИЧ и чувствительных к нему клеток, являющееся основой инфекционного процесса, включает ряд этапов: адсорбцию вирионов клеткой и их фиксацию, их проникновение в клетку, освобождение генома и его репликацию. Далее происходят упорядоченная экспрессия генома, а также разрешение инфекции клетки и ее исход.
Основными и специфическими рецепторами, обеспечивающими связывание вирионов с клеточной стенкой, а затем и проникновение в клетку являются мембранные рецепторы CD4, наиболее характерные для Т-хелперных лимфоцитов (Т-х), но имеющиеся, хотя и в значительно меньших количествах, на поверхности и ряда других иммуноцитов, клеток нейроглии и некоторых других клетках. Гликопротеин рецептора CD4 и вирусный гликопротеин gpl20 имеют взаимную пространственно-структурную комплемен-тарность, лежащую в основе их специфического связывания и, в итоге, проникновения вирионов внутрь клетки.
В середине 90-х гг ХХ в было установлено, что ВИЧ способен адсорбироваться и проникать в клетки, используя в качестве дополнительных точек фиксации и рецепторы хемокинов, названные клеточными корецепторами ВИЧ. Они, как и рецептор CD4, непосредственно участвуют в прикреплении вирионов к клеткам и абсолютно необходимы для инфицирования клетки - их отсутствие или изменение их структуры (в результате мутаций соответствующих генов) предотвращает адсорбцию вирионов и, соответственно, инфицирование клеток.
Проникновение вирионов в клетку происходит путем эндоцитоза и обеспечивается слиянием мембраны клетки с фрагментами суперкапсида ВИЧ - в этом процессе участвует белок gp41, содержащий пептид, ответственный за процесс слияния - фузию. Последнее происходит сразу после взаимодействия и соединения поверхностных структур вируса и клетки - в итоге нуклеокапсид, освобожденный от суперкапсида, оказывается в цитоплазме и транспортируется к ядру. В процессе его перемещения в цитоплазме он подвергается депротеинизации - клеточные протеазы обеспечивают деградацию его белковой оболочки; при этом вирионная (геномная РНК) и ассоциированные с ней компоненты сердцевины высвобождаются.
Специфика стратегии генома ВИЧ состоит в том, что молекулы вирусной РНК становятся матрицами, на которых, при участии вирусной обратной транскриптазы синтезируются молекулы вирусспеци-
фических ДНК, именуемые "негативными" цепями ДНК и представляющие собой ДНК-копии вирусного генома. "Негативные" цепи ДНК становятся матрицами для синтеза вирусспецифической позитивной цепи ДНК.
Под воздействием обратной транскриптазы осуществляется синтез, имеющей линейную конфигурацию ДНК-копии, на концах которой формируются участки 5'-ЦТО и З'-СШ. Параллельно РНК-аза разрушает вирионную РНК, а вирусная ДНК-полимераза синтезирует "позитивную" цепь вирусспецифической ДНК - точную копию вирусной РНК, именуемую "ДНК-транскриптом" вирусного генома. После завершения синтеза позитивной ДНК, ее молекулы остаются связанными с молекулами негативной ДНК. Будучи двухцепочечной, такая макромолекула по структуре напоминает клеточную ДНК.
Последняя после циркуляризации проникает в ядро клетки и посредством участков СТО и при участии интегразы ковалентно встраивается в клеточную ДНК генома клетки (интеграция) и в такой форме остается в клетке до конца ее жизни как составная часть ее генома. Это означает, что экспрессия последнего будет сопровождаться экспрессией вирусного генома -синтезируя собственные белки, клетка будет синтезировать и белки ВИЧ. ДНК-транскрипт генома ВИЧ, интегрированный с клеточным геномом, называется "провирусом".
Надо подчеркнуть, что характерной особенностью ВИЧ, отличающей его от других ретровиру-сов, является возможность в течение некоторого времени сохранения в ядре клетки части ДНК-копии его генома в неинтегрированном состоянии, напоминая плазмиду. Эта ДНК, в принципе, способна самостоятельно функционировать как репликон.
Однако полноценая экспрессия вирусного генома, обеспечивающая репродукцию ВИЧ, как правило, обусловлена транскрипцией только ДНК-провируса и его последующей трансляцией - именно провирус выполняет функцию матрицы, на которой синтезируется информационная РНК (и-РНК), с которой в дальнейшем транслируются все вирусные белки и транскрибируется полноразмерная вирионная вирусная РНК, предназначенная для новых вирионов.
Однако, этому процессу предшествует латентная стадия, на протяжении которой репродукция ВИЧ не происходит или осуществляется с очень низкой интенсивностью - провирус может находиться в ядре клетки в неактивном состоянии достаточно долго, нередко несколько лет. Такое состояние квалифицируется как латентно-персистирующая ВИЧ-инфекция и продолжается до тех пор, пока инфицированная клетка не подвергнется функциональной активации. В случае инфицированных иммуноцитов (Т-лимфоци-тов) такая активация может быть вызвана антигенами инфекционных агентов или воздействием цитокинов, вырабатываемых другими иммуноцитами.
В основе активации провируса лежит функциональная активация инфицированной клетки и, в част-
ности, инициация транскрипции клеточной ДНК. Последняя происходит под воздействием особого ядерного фактора (NF-kB), вырабатываемого при функциональной активации и пролиферации Т-лим-фоцитов и моноцитов. Связываясь с определенными участками клеточной ДНК и LTR провируса, этот белок индуцирует транскрипцию ДНК как клетки, так и провируса и, тем самым, приводит к переходу прови-руса из неактивного состояния в активное и, соответственно, латентно-персистирующей инфекции в репродуктивную инфекцию.
При активации провирус, будучи частью генома клетки, использует весь ее биосинтетический потенциал для синтеза вирусных белков, из которых формируются вирусные частицы - процесс самовоспроизводства происходит с очень высокой скоростью с образованием большого "урожая" потомства. В одной клетке лишь за несколько минут формируется до 5 тысяч дочерних вирионов, а в организме за сутки образуется приблизительно 10 млрд новых вирусных частиц.
Вместе с тем, необходимо отметить существование ряда важных особенностей, отличающих процесс экспрессии генома ВИЧ от такового у других вирусов. Это связано с тем, что ВИЧ, в отличие от многих других вирусов, имеет экзонно-интронную структуру - наряду с экзонами (кодирующими первичную структуру пептидов, в нем имеются и интроны (нетранскрибируемые участки). В силу этого экспрессия его генома включает такие этапы, как: 1) сплайсинг вирусной и-РНК ("вырезание" из ее молекулы интронов и "сшивание" концов экзонов с образованием структуры, имеющей полицистронную структуру) и 2) процессинг полипептидов ("нарезание" первично синтезируемых крупных полипептидов-предшественников на молекулы функционально активных вирусных белков).
Начавшаяся транскрипция ДНК-провируса приводит к образованию полноразмерной вирусной РНК, часть которой используется в качестве генома вновь образующихся вирионов, а другая часть, используемая как матричная и-РНК для последующего синтеза вирусных белков, сначала подвергается сплайсингу. При этом образуются субгеномная вирусспеци-фическая и-РНК, содержащая только экзонные участки генома. На матрице последней осуществляется трансляция необходимых ферментов и структурных вирусных белков, т.е. всех компонентов вируса, необходимых для формирования новых (дочерних) вирионов.
Из них формируются фрагменты оболочек вирио-нов, которые в зрелых вирионах покрывают их геномную РНК, а также содержащиеся в нем ферменты. Этот процесс называется сборкой вирионов.
Сборка осуществляется на внутренней поверхности клеточной мембраны. Каждый вирион собирается из множества копий трех различных белковых молекул: gp120, gp41 и продуктов процессинга крупной молекулы белка-предшественника нуклео-капсидных белков, кодируемой генами gag и ро1.
Суперкапсидные белки, синтезированные на
мембранных рибосомах и подвергшиеся гликозилиро-ванию, транспортируются к клеточной мембране и включаются в ее состав - молекула gp41 внедряется в толщу липидного слоя мембраны, а связанная с ней молекула gp120 оказывается на ее внешней поверхности.
В цитоплазме длинная молекула белка-предшественника нуклеокапсидных белков отщепляет от себя протеазу, запускающую процесс формирования нук-леокапсида. Она отрезает от длинного предшественника еще одну молекулу протеазы, молекулу полиме-разного комплекса и молекулу интегразы. После этого протеаза разрезает каждый из белков-предшественников на 4 пептида.
Белки связываются с двумя молекулами вирион-ной РНК, белками-ферментами (протеаза, полимераз-ный комплекс, интеграза) и образуют нуклеокапсид.
Заключительная стадия формирования вирионов - морфогенез вирионов - происходит непосредственно на внутренней поверхности цитомембраны. Каждый из вирионов, выходящих из клетки путем экзоцитоза, постепенно отпочковывается от клетки - проходя через клеточную мембрану, нуклеокапсид покрывается ее двойным липидным слоем, уже содержащим белки gp41 и gpl20. Отделившиеся от клетки вирионы имеют описанную выше конфигурацию и обладают способностью инфицировать новые, чувствительные к ВИЧ клетки.
Высвобождение потомства ВИЧ из клеток может сопровождаться цитопатогенным действием - в мембранах клеток образуются отверстия, вследствие чего клетка разбухает и гибнет. Выраженность этого процесса зависит от величины "урожая" вирусного потомства: при высоком "урожае" множественные дефекты в цитомембране приводят к повреждению ци-тоскелета, глубокой деструкции клетки и ее гибели в форме цитолиза. При невысоком "урожае", выход ВИЧ из клетки может не сопровождаться ее гибелью, хотя он ведет к изменению их морфофункциональных характеристик.
В зависимости от интенсивности экспрессии провируса, на клеточном уровне различают три типа инфекции: репродуктивную, персистентную и латентную.
При репродуктивной (литической) инфекции провирус функционально активен - его интенсивная экспрессия завершается репродукцией ВИЧ. В этом случае в клетке синтезируются вирусная РНК и далее вирусспецифические белки, из которых формируется вирусное потомство, инфицирующее все новые и новые иммуноциты.
Персистентная инфекция характеризуется менее интенсивными экспрессией провируса и синтезом вирусных РНК и вирусспецифических белков - поэтому образование новых вирионов происходит значительно медленнее, нежели при репродуктивной инфекции. Поэтому при такой инфекции гибнет лишь относительно небольшая часть популяций инфицированных клеток.
Латентная инфекция отличается тем, что прови-
рус остается в геноме клетки в неактивном ("молчащем") состоянии или экспрессируется с очень низкой интенсивностью. При этом синтез вирусных РНК и вирусспецифических белков в клетки полностью останавливается или происходит на едва обнаруживаемом уровне. Поскольку при этом жизнедеятельность инфицированных клеток в целом не меняется, оставшиеся живыми и сохранившие пролиферативный потенциал клетки, продолжая делиться, передают интегрированный провирус дочерним клеткам. Индикация латентной инфекции осуществима только с помощью молекулярно-генетических тестов, позволяющих выявлять присутствие ДНК-транскрипта вирусной РНК в составе клеточной ДНК.
Выбор "сценария", по которому развивается ВИЧ-инфекция на клеточном уровне предопределяется в зависимости от целого ряда условий и обстоятельств, часть из которых пока изучены недостаточно. Во всяком случае известно, что важную роль при этом играют не только свойства ВИЧ и его конкретных штаммов, но, прежде всего, гистогенез и особенности биологии и физиологии инфицируемых клеток. Это связано с существованием типов клеток пермиссив-ных и малопермиссивных в отношении репродуктивной ВИЧ-инфекции.
В частности, в CD4+лимфоцитах могут иметь место все три типа инфекции, которые могут трансформироваться одна в другую. В абсолютном больши-естве случаев первоначально, до интеграции генома ВИЧ в клеточную ДНК, инфекция протекает по репродуктивному, реже - по персистентному типу. В макрофагах же инфекция протекает только по персис-тентному типу.
Вскоре происходит резкое снижение экспрессия генома, называемое "функциональной рестрикцией провируса" - оно приводит к конверсии репродуктивной (или персистентной) инфекции в латентную. Последний тип инфекции может продолжаться в течение многих месяцев или даже лет, на протяжении которых ВИЧ в форме провируса может сохраняться в неактивной форме в лимфоидных клетках.
Далее, на каком-то этапе развития латентной инфекции под влиянием ряда различных факторов (антигенная нагрузка, сопутствующая инфекция, влияние химических агентов, изменения температурного режима и др.), "пробуждающих" латентный провирус, может происходит конверсия - латентная инфекцию трансформируется в персистентную и затем в репродуктивную инфекцию. Этот процесс, называющийся "реактивацией" провируса, знаменуется резким повышением интенсивности репродукции ВИЧ (иногда - в тысячи раз) и, как правило, предопределяет конец латентного периода и начало клинической манифестации ВИЧ-инфекции.
При инфицировании же всех других типов клеток, малопермиссивных для репродукции ВИЧ, инфекция протекает только по персистентному или латентному типу, сопровождаясь развитием минимального цитопатического эффекта или протекая даже вовсе без
него.
Важно, что помимо прямого циготоксического действия, репродукция ВИЧ может оказывать многокомпонентное патогенное действие, как на саму инфицированную клетку, так и на организм, в целом.
В основе патогенного воздействия ВИЧ на инфицированные клетки, в итоге, лежит токсическое действие продуктов экспрессии его генома на клеточные структуры и процессы жизнедеятельности этих клеток - в результате инфицированные клетки либо гибнут, либо утрачивают способность выполнять свои функции в должном объеме. Реализация такого действия может осуществляться посредством нескольких механизмов, среди которых ниже рассмотрены лишь важнейшие.
Важнейшим фактором, обеспечивающим прямую реализацию патогенного воздействия ВИЧ на клетки является гликопротеин gp120. Главной особенностью gp120 является его способность инициировать процесс гибели Т-х, происходящей в результате образования нежизнеспособных (погибающих в течение 3-7 дней) многоядерных синцитиев. Такие синцитии образуются при слиянии двух или нескольких инфицированных вирусом клеток, причем, фактором, инициирующим этот процесс, является гликопротеин gp120, молекулы которого регулярно появляются на поверхности инфицированных ВИЧ клеток.
С другой стороны, в N-концевой части трансмембранного белка gp41 локализован особый белок -"пептид слияния'^шюп peptide), играющий определяющую роль в процессе слияния оболочки вируса с оболочкой инфицируемой клетки и потому имеющий важнейшее значение в проявлении данного типа патогенного действия ВИЧ.
При встрече инфицированной клетки, на мембране которой присутствует gp120, со здоровой клеткой, обладающей рецепторами CD4, происходит связывание gpl20 и CD4 и активизация белка gp41, ведущие к слиянию мембран этих клеток, а затем и к разрушению образовавшейся общей мембраны - цитоплазма этих клеток смешивается.
В итоге формируется двухядерный синцитий, на поверхности мембраны которого по-прежнему находятся молекулы gpl20. В силу этого указанный синцитий, обреченный на гибель, в течение нескольких суток сохраняет способность к дальнейшему присоединению все новых и новых здоровых клеток и слиянию с ними - в итоге каждая инфицированная клетка может присоединить к себе и приводить к гибели несколько десятков и даже сотен других клеток иммунной системы. Это позволяет считать, что белок gp120 (совместно с белком gp41) выполняет функцию важного патогенного фактора, инициирующего развитие иммунологической недостаточности, обусловленной прогрессирующей Т-клеточной олигоцитемической иммунодепрессией.
Данный процесс весьма характерен для ВИЧ-инфекции и считается одним из основных механизмов гибели инфицированных клеток. При этом способ-
ность образовывать многоядерные синцитии является важнейшим патогенным свойством ВИЧ, а ее выраженность рассматривается как показатель пато-генности этого вируса.
Другой механизм патогенного действия ВИЧ связан с воздействием вирусспецифических белков и, в первую очередь, gp120, на режимы апоптоза в имму-ноцитах. Значение этого механизма довольно велико, поскольку доказано, что гибель значительной части инфицированных лимфоцитов (сопоставимой с числом этих клеток, погибающих путем образования син-цитиев и значительно превышающей долю клеток, гибнущих из-за прямой вирусиндуцированной деструкции) происходит в силу стимуляции в них апоптоза, а интенсивность апоптотической гибели им-муноцитов прямо коррелирует с быстротой развития клинико-лабораторных показателей ВИЧ-инфекции.
Апоптозу подвергаются предварительно активированные лимфоциты, в основном несущие маркер клеток памяти CD45RO. Полагают, что одним из механизмов, повышающих их чувствительность к актива-ционному апоптозу, может быть перекрестное связывание мембранных рецептором CD4 с мембранным белком gp120 вируса. Инфицированные, но не активированные иммуноциты менее чувствительны к индукции апоптоза - на стадии латентной инфекции апоптоз инфицированнных клеток блокируется и они сохраняют жизнеспособность.
Здесь же надо отметить, что гликопротеин gp120, сам по себе, способен подавлять синтез белков, в том числе - иммуноглобулинов, и играть определенную роль в "ускользании" ВИЧ от антител, обеспечивающих "узнавание" вируса системой иммунитета. Вирусный белок р15 супрессирует продукцию Т-клет-ками интерлейкина-2 и гамма-интерферона.
Кроме того, в процессе репродукции ВИЧ в клетке образуются продукты, оказывающие прямое или опосредованное токсическое воздействие не только на саму клетку, где они продуцируются, но и на соседние с ней другие клетки. Такое воздействие может быть обусловлено аутоиммунными цитотоксическими реакциями, инфициаторами которых становятся именно некоторые вирусспецифические белки, а также модифицированные ими клеточные элементы.
И, наконец, поскольку интеграция сопровождается изменением структуры клеточной ДНК, следует признать наличие у ВИЧ свойств биологического мутагена. Интеграция носит случайный характер и выявить какую-либо закономерность в отношении расположения локуса встраивания провируса в геноме клетки не удается. Однако, последствия такого действия ВИЧ в должной мере пока не исследованы.
Следует отметить и то, что патогенное действие ВИЧ направлено на клетки не только иммунной, но и нервной системы, а нейротропность является одной из важных характеристик этого вируса. При этом, проявления последней и особенности поражения нервной системы при ВИЧ-инфекции имеют определенное сходство с нейропатогенным действием возбудителей
нейротропных медленных инфекций.
Проникая в ЦНС, ВИЧ последовательно инфицирует эндотелиоциты мозговых капилляров, нейрог-лиальные клетки и далее - нейроны. Это позволяет ему оказывать на клеточные элементы нервной системы патогенное воздействие, которое в зависимости от способа реализации может быть как прямым, так и опосредованным.
Репродуцируясь в этих клетках, ВИЧ может вызывать их гибель. Наряду с прямой деструкцией этих клеток, ВИЧ способен инициировать образование многоядерных синцитиев и симпластов, формирующихся, в основном, из инфицированных глиальных клеток, реже - из нейронов. Вызывая хроническую инфекцию без выраженного цитопатогенного эффекта, наиболее характерную для дендритных лимфоцитов, моноцитов/макрофагов, глиальных клеток и нейронов, ВИЧ может приводить к сублетальному повреждению этих клеток и, тем самым, индуцировать в них апоптоз.
Развитие неврологических расстройств может быть связано и с нейротоксическим действием белка gp120, способного, вступая в конкурентные взаимоотношения с нейролейкинами - белками, участвующими в процессах высшей нервной деятельности, замещать их, что считается одной из причин развития ВИЧ-ас-социированной деменции. Кроме того, синтезирующийся gp120 блокирует функцию олигодендроцитов, являющихся главными продуцентами миелина, приводя к демиелинизирующей (вакуолизирующей или спонгиогенной) дегенерации ткани головного и спинного мозга. Наконец, связываясь с нейронами, он может нарушать функционирование кальциевых и других ионных каналов, а также влиять на нейротранс-миттерные процессы, в итоге приводя нейроны к гибели.
Опосредованное нейропатогенное действие ВИЧ отличается многокомпонентностью и реализуется посредством нескольких механизмов, включая: 1) обусловленное ВИЧ повреждение эндотелиоцитов, приводящее не только к нарушению функций гемато-энцефалического барьера, но и к нарушению микроциркуляции и свертываемости крови; 2) локально-нейротоксическое действие цитокинов и других физиологически активных веществ, продуцируемых находящимися в ткани мозга макрофагами, инфицированными ВИЧ; 3) обусловленное упомянутыми выше механизмами нарушения продукции нервными и глиаль-ными клетками нейротрофинов - регуляторных белков нервной ткани; 4) цитотоксическое действие проникших через поврежденный гематоэнцефалический барьер и продуцируемых находящимися в пределах ЦНС плазматическими клетками антител к ВИЧ и ау-тоантител к модифицированным мозговым антигенам.
В итоге, прямое и опосредованное нейропатоген-ное длействие ВИЧ приводит к развитию глубоких дистрофических процессов в ЦНС и ее обеднению нервными и глиальными клетками.
ВИЧ репродуцируется in vitro в нескольких кле-
точных линиях чувствительных к нему клеток разного гистогенеза, однако репродуктивная инфекция с четко выраженным цитопатогенным действием ВИЧ, как правило, наблюдается только при инфицировании Т-лимфоцитов. В производстве соответствующих диагностических реагентов широко используется метод культивирования ВИЧ-1 и ВИЧ-2 в клетках клона СD4+лимфоцитов - Н9, полученного из лейкозных лимфоцитов. Реже для получения вируса и его отдельных компонентов с той же целью применяется метод культивации ВИЧ в монослойной культуре астроци-тов, в которых вирус также хорошо размножается.
Из животных к ВИЧ-1 восприимчивы шимпанзе, однако вызвать у них заболевание, сходное с таковым у человека, не удается.
Касаясь отличий ВИЧ-1 и ВИЧ-2 отметим, что вирионы ВИЧ-2 меньше по диаметру - это связано с тем, что молекулы экстрамембранного протеина у ВИЧ-2 представлены не gp120, а белком gp105, имеющим меньшие размеры. В силу этого же ВИЧ-1 и ВИЧ-2 различаются по спектру используемых для проникновения в клетку хемокиновых рецепторов. И, наконец, длина вирионнной РНК у ВИЧ-2 несколько больше, чем у ВИЧ-1, а вместо гена ^ри" имеется ген "Чрх", продукт экспрессии которого, по-видимому, способен играть роль репрессора факторов патоген-ности вируса - инфекция, вызванная ВИЧ-2, характеризуется относительно менее агрессивным течением по сравнению с инфекцией, вызванной ВИЧ-1.
Сравнительно невысокая гомология структуры РНК у ВИЧ-1 и ВИЧ-2, а также тот факт, что антигенное различие между этими вирусами не обеспечивает перекрестного иммунитета между ними позволяет считать, что каждый из них является самостоятельным биологическим видом. При этом по структуре генома и общности таксономических свойств ВИЧ-2 значительно ближе к вирусу иммунодефицита обезьян, чем к ВИЧ-1, а по серологическим свойствам он занимает промежуточное положение между ВИЧ-1 и ВИО.
В зависимости от структуры гена его1 различают несколько генетических групп (типов) ВИЧ-1, обозначаемых буквами М, О и Е. В пределах типа М выделяются субтипы, также называемые кладами и обозначаемые буквами от А до Н. Наиболее распространенным являлся субтип С, к которому относилось больше половины всех изолятов ВИЧ-1. Широко распространен и субтип Е. Прослеживается определенная географическая зависимость распространения отдельных субтипов ВИЧ. За последние годы стали появляться и ре-комбинантные варианты вируса.
В геноме ВИЧ нет элементов, способных "исправлять" генетические ошибки, возникающие в процессе его экспрессии - частота их возникновения очень высока и составляет от 10 тыс до 100 тысяч на 1 ген за один цикл репродукции, а изменение структуры генома происходит в 5 раз быстрее, чем у вируса гриппа. Это свойство, позволяя вирусу выжить в инфицированном организме, обеспечивает ему эволюци-
онную устойчивость. Наряду с весьма консервативными участками, отличающимися высокой генетической стабильностью (gag, pol и vif), в геноме присутствуют участки подверженные изменчивости - это гены "rev" и, особенно, "env". Мутации этого гена закономерно ведут к антигенному дрейфу - к постоянному изменению антигенных свойств поверхностных белков вируса. Особенно вариабелен участок белка gp120, называемый "VS-петлей" - именно против него вырабатывается до 95% всех вируснейтрализующих антител.
Высокая генетическая изменчивость приводит к фенотипическому разнообразию свойств вируса в различных его изолятах. Последнее проявляется в том, что из организма даже одного больного могут быть выделены штаммы вируса, существенно отличающиеся друг от друга по биологическим и антигенным свойствам.
В зависимости от проявлений фенотипических различий, выделяют несколько критериальных признаков, характеризующих важнейшие штаммовые особенности ВИЧ. По скорости репродукции и инфекци-онности различают высокоинфекционные и быстро репродуцирующие (rapid/high) и низкоинфекционные и слаборепродуцирующиеся (slow/low) штаммы. По особенностям цитопатического действия различают 3 типа штаммов: а) слабо репродуцирующиеся и не способные к образованию синцития; б) быстро репродуцирующиеся, но не образующие синцитий и в) высоко реплицирующиеся, образующие синцитий. По преимущественному клеточному тропизму вирусов штаммы ВИЧ разделяют на лимфоцитотропные и мо-ноцитотропные.
Выявление штаммовых различий изолятов ВИЧ может иметь не только эпидемиологическое, но и кли-нико-прогностическое значение, поскольку известно, что более прогредиентные формы ВИЧ-инфекции, как правило, обусловлены штаммами вируса, отличающимися более выраженных тропизмом к Т-хелперным лимфоцитам, способностью индуцировать синцитий и/или с высокой репродуктивной активностью.
За минувшие годы изменились взгляды на таксономию ВИЧ. Еще в 1986 г ВИЧ был включен в состав семейства Retroviridae как член подсемейства ленти-вирусов. Однако, в пересмотренной международной классификации ретровирусов (2004) вместо подсемейства лентивирусов был сформирован одноименный род, к которому были отнесены оба вида ВИЧ, а также вирусы иммунодефицитов животных.
Вопросы филогении ВИЧ и его происхождения все еще не решены. Первоначально, Р.Галло предположил, что филогенетический предок ВИЧ, как и другие экзогенные ретровирусы, происходящими из обособившихся генов млекопитающих, трансформировался в какой-то видоизмененный вирус, из которого впоследствии и сформировался ВИЧ. Это означало, что предшественники ВИЧ имели "чисто" человеческое происхождение и издавна циркулировали среди людей. Однако, эта гипотеза не объясняла, почему это заболевание приобрело характер глобальной
эпидемии лишь в последней четверти XX века.
Наибольшее число сторонников имеет гипотеза Л.Монтанье, согласно которой ВИЧ ближе к "медленным" вирусам и, скорее всего, имеет "обезьянье" происхождение. Сегодня она косвенно подтверждается данными, позволяющими полагать, что предок ВИЧ зародился на территории Африки и вероятно долгое время циркулировал в популяции обезьян, а затем каким-то образом (по-видимому, благодаря мутациям) обрел способность инфицировать человека, вызывая у него тяжелое заболевание.
И, хотя, дискуссия о происхождении ВИЧ продолжается, основываясь на результатах проведенных за последние годы исследований, можно полагать, ВИЧ является непосредственным потомком
ретровируса обезъян, циркулировавшего на африканском континенте только в популяции приматов. Впос-ледствие, обретя патогенность в отношении человека, проник в людскую популяцию. При этом, возможность преодолеть межвидовой барьер, по всей вероятности, ему обеспечили, с одной стороны, мутации и случайные рекомбинации генетического материала с ретровирусами человека и близкородственными вирусами животных, а с другой стороны - какие-то, пока не ясные, изменения в окружающей природно-социальной среде.
А.А.Кадырова, М.К.Мамедов Республиканский центр по борьбе со СПИД, Национальный центр онкологии, г.Баку
