658 мутация в гене pa вируса гриппа

doi: 10.18527/2500-2236-2015-2-1-1-9

Получена: 2015-03-13 Принята к печати: 2015-07-21 Опубликована: 2015-08-30

О. И. Киселев 1 , А. Б. Комиссаров 1 , О. С. Коншина 1# , М. Н. Дмитриева 1 , Э. Г. Деева 1 , Т. В. Сологуб 1 , В. И. Покровский 2

Система генетического контроля реакции врожденного иммунитета на гриппозную инфекцию и функции генов позволяет вести разработку системного лечения гриппа с ориентацией на фенотипические проявления мутаций с учетом наследственной предрасположенности индивида к тяжелому течению заболевания и/или развитию осложнений.

The system of genetic control of innate immune responses to influenza infection and gene function allows for the development of systemic treatment of influenza with a focus on the phenotype of mutations based on individual genetic susceptibility to severe disease and/or the development of complications.

В связи с этим необходимо систематизировать доступную информацию по структуре генов и генетических маркеров, характерных для случаев неадекватных или патологических реакций при заболевании гриппом и сопутствующими инфекциями.

Ниже представлены перечень и характеристика генов, SNP в которых ассоциируется с повышением чувствительности к заражению гриппом или тяжелым течением заболевания [9, 13, 14].

Роль полиморфизма гена интерферон-индуцируемого трансмембранного белка 3 (IFITM3) в инфекционной патологии

Ген (IFITM3). Одним из важных открытий за период, прошедший со времени последней пандемии, можно считать выявление полиморфизма в гене IFITM3 в когортах пациентов, у которых пандемический вирус гриппа A(H1N1)pdm09 вызывал тяжелое течение заболевания, в ряде случаев с фатальными осложнениями (Рис.1) [9, 13–21].

Ген IFITM3 входит в семейство генов, активность которых индуцируется интерферонами (IFN) I типа. Белок IFITM3 относится к трансмембранным белкам и включает два трансмембранных домена. Его функциональная активность связана с устойчивостью к штаммам A(H1N1)pdm09 и многим другим инфекциям, включая лихорадку Денге и геморрагическую лихорадку Западного Нила [13]. Белок IFITM3 существует в различных изоформах, и одна из них, достаточно распространенная, лишена N-концевого домена (Рис.2) [18–21]. Анализ этого явления привел к идентификации мутации по сайту сплайсинга, которая и определяет повышенную чувствительность к пандемическому гриппу [19, 20].

При анализе механизма действия IFITM3 выявлено, что этот белок блокирует инфицирование клеток (проникновение вируса в клетки) на уровне эндоцитоза вирусных частиц [22]. Позднее установлена его роль в подавлении инфекций, вызванных такими вирусами, как Эбола, вирус иммунодефицита человека I типа (ВИЧ-1), гепатит С, лихорадка Денге [13]. Также показано, что IFITM3 подавляет зависимый от S-белка эндоцитоз коронавируса ближневосточного респираторного синдрома (Middle East Respiratory Syndrome; MERS) [23], тем самым препятствуя проникновению генетического материала вируса в клетку.

В ходе экспрессии гена IFITM3 могут образовываться два разных транскрипта: полный и его усеченный вариант, который кодирует последовательность белка, лишенную N-концевого фрагмента протяженностью в 21 аминокислотный остаток [21].

В общем случае, белок IFITM3 – это фактор рестрикции вирусной репродукции, действующий через формирование клеточной резистентности к вирусам различных семейств. Но детальные механизмы формирования противовирусной защиты в клетках, несмотря на открытие белка IFITM3, остаются неизвестными. В ряде работ [18–20] показано, что у мышей с нокаутированным геном IFITM3 течение гриппозной инфекции протекает тяжелее, чем у животных с диким типом этого гена. В человеческой популяции известна мутация по этому гену – замена Т на С в сайте сплайсинга I интрона [18].

Исследована связь этой мутации в Европейской популяции с течением гриппозной инфекции, вызванной вирусом A(H1N1)pdm09, и частотой госпитализации, что считалось критерием осложненного развития инфекции [19]. У пациентов, госпитализированных с осложненным гриппом и тяжелым течением заболевания, выявлена повышенная частота гомозиготности по редкому аллелю С гена IFITM3. Частота SNP rs12252-C у тяжелых пациентов составляла 5.3% по сравнению с 0.3% для Европейской популяции. Интересно, что в популяциях Китая частота встречаемости SNP rs12252-C оказалась существенно выше. Так если в среднем частота генотипа СС составляла около 25%, то среди пациентов из Китая с тяжелыми формами гриппа встречаемость генотипа СС доходила до 69% (Рис. 3).

Приведенные результаты по частоте аллелей гена IFITM3 получены авторами при статистической обработке данных по 1 000 геномов [19]. Частота аллелей сильно варьировала в различных популяциях. Однако среди популяции Хан, происходящей из Южной провинции и населяющей Восток, Юг и центральный Китай, частота СС генотипа rs12252 достигала 69%. В результате детального анализа генетической структуры популяции и заболеваемости (смертности) гриппом авторы приходят к выводу, что высокая частота генотипа СС вносит вклад в эпидемиологию гриппа на территории Китая. Действительно, именно на территории Китая регистрируется высокая частота масштабных вспышек гриппа, которые нередко приводят к пандемиям.

В завершение рассмотрения роли полиморфизма гена IFITM3 в инфекционной патологии следует отметить, что SNP rs12252 вносит вклад в развитие болезни Кавасаки – раннего детского васкулита [15]. Эта патология также характерна для отдельных групп населения Юго-Восточной Азии и может приводить к такому тяжелому осложнению, как аневризма аорты [28]. Следует заметить, что гриппозная инфекция провоцирует васкулиты, в том числе цереброваскулиты, а это позволяет предполагать влияние гриппозной инфекции на развитие сердечно-сосудистой патологии.

Полиморфизм генов, вносящих дополнительный вклад в тяжелое течение гриппозной инфекции

Исследование полиморфизма генов для понимания предрасположенности к инфекционным заболеваниям и их тяжелому течению имеет фундаментальное значение для педиатрической практики и глобальных эпидемических процессов [9, 14, 17]. Репертуар генов, в той или иной степени определяющий развитие осложнений гриппа, с годами существенно расширяется [9, 17]. В таблице 1 представлен перечень этих генов и их вероятный вклад в нарушение тех или иных функций в эрадикации гриппозной и других вирусных инфекций.

Ген

Функция кодируемого белка

Дефект

Ссылка

Фактор противовирусной защиты на уровне эндосом

Дефект внутриклеточной противовирусной защиты на раннем этапе инфекции (эндосомы)

Сурфактантный белок В – легочный сурфактант

Защита пневмоцитов, стабильность альвеол, транспорт кислорода и клиренс вирусов и бактерий

Fc-рецептор – фактор клиренса инфекционного вируса

Дефект клиренса вируса

Фактор системы комплемента

Дефект системы комплемента и комплемент – зависимого цитолиза инфицированных клеток

Фактор ускорения распада комплемента, антиген системы групп крови Кромера

Дефект врожденных механизмов защиты легких от комплемент-опосредованного поражения при гриппозной инфекции

Маннозосвязывающий клеточный лектин

Дефект регуляции врожденного иммунитета

Супрессор цитокин-зависимых сигнальных систем

Комплекс Se-зависимых ферментов

Дефект антиоксидантной системы

Таблица 1. Гены, мутации и полиморфизм которых приводит к осложненному течению гриппозной инфекции

Белки легочного сурфактанта несут важнейшие функции не только в обеспечении стабильности транспорта кислорода, но и в антибактериальной и противовирусной защите. Многолетние клинические наблюдения показали, что полиморфизм генов, кодирующих сурфактантные белки и, в частности белок В (SP-B), играют ключевую роль в чувствительности к таким инфекциям, как грипп [29]. Также установлено, что полиморфизм гена SP-B связан с тяжелым течением инфекции, вызванной респираторно-синцитиальным вирусом [30].

Хорошо известна роль факторов системы комплемента в бактериальных и вирусных инфекциях. В этом отношении особого внимания заслуживают данные о роли полиморфизма в гене C1QBP (Complement Component 1, Q subcomponent Binding Protein) в осложненном течении гриппа [8, 33]. Ген C1QBP кодирует белок C1QBP, который в зрелом виде представляет собой гомотример. Особенность строения гомотримера C1QBP состоит в том, что он имеет ассиметричное распределение заряда на поверхности молекулы. Белок взаимодействует с широким набором молекул, вовлеченных в регуляцию иммунной системы: CDK13 [38] , HRK [39], VTN [40], NFYB [41], FOXC1 [42], DDX21, DDX50, NCL [43], SRSF1, SRSF9 [44], CDKN2A [45] — и другими белками, включая СD93 [46]. Функция C1QBP состоит в антитело-зависимом цитолизе инфицированных клеток при участии комплемента и активации фагоцитоза. Белок накапливается в митохондриях в процессе вирусной инфекции и ингибирует зависимую от RLR (RIG-I-like receptors) передачу сигнала путем взаимодействия с противовирусным белком MAVS (Mitochondrial AntiViral-Signaling protein). Белок C1QBP вовлечен в активацию коагуляционного каскада крови [47]. Действие C1QBP носит плейотропный характер и зависит от стадии инфекции.

CD55 (Complement Decay-Accelerating Factor; DAF) – фактор ускорения распада комплемента, антиген системы групп крови Кромера. DAF/CD55 выполняет противовоспалительные функции, защищая клетки от повреждения со стороны системы комплемента, а также контролируя миграцию лейкоцитов в очаг воспаления [47]. DAF/CD55 экспрессирован в эндотелии сосудов, мононуклеарах периферической крови, а также эпителиальных клетках (в том числе в эпителии легких и эндометрии) [48]. CD55 подавляет активацию компонентов C3 и C5 системы комплемента [49]. Значительный уровень экспрессии CD55 в респираторном эпителии подчеркивает важность защиты легких от повреждения в результате избыточной активации системы комплемента. Интересно отметить, что уровень экспрессии CD55 регулируется прогестероном и эстрогеном [50].

SNP в промоторе гена CD55 (rs2564978 генотип Т/T) ассоциирован с более тяжелым течением гриппа, вызванного вирусом гриппа A(H1N1)pdm09 [34]. В экспериментах in vitro установлено, что заражение клеток вирусом гриппа A(H1N1)pdm09 вызывает усиление экспрессии белка CD55. У пациентов с генотипом T/T rs2564978 значительно снижен уровень CD55 на поверхности мононуклеаров периферической крови по сравнению с пациентами с генотипами C/C и C/T [51].

Активация системы комплемента вносит существенный вклад в поражение легочной ткани при гриппозной инфекции. В легких мышей, зараженных вирусами гриппа А(H5N1), обнаружен высокий уровень C3, C5b-9, MBL, а введение антагониста C3aR значительно снижает уровень воспаления в легочной ткани [52].

Мутация в промоторе гена CD55, по-видимому, приводящая к снижению его экспрессии, нарушает врожденные механизмы защиты легких от комплемент-опосредованного поражения при гриппозной инфекции, повышая риск тяжелого течения болезни и летального исхода.

В рамках рассмотрения проблемы полиморфизма генов человека и их связи с тяжелым течением гриппозной инфекции со всей очевидностью на передний план выходит проблема последствий неадекватной реакции врожденного иммунитета на инфекцию. Известно, что важную роль в патогенезе осложненного гриппа играет активация транскрипции генов, кодирующих провоспалительные цитокины [21].

В связи с этим особый интерес представляет система генетического контроля реакции врожденного иммунитета на гриппозную инфекцию и функции генов, вовлеченных в негативную регуляцию экспрессии генов, кодирующих провоспалительные цитокины. Ген SOCS4 (Suppressor Of Cytokine Signaling 4) занимает в иерархии генетического контроля активации синтеза провоспалительных цитокинов одно из ключевых положений [36].

Естественен интерес к генетическому контролю этих процессов со стороны природных факторов. Недавно установлено, что гены семейства SOCS играют важную роль в сдерживании реакции неспецифического врожденного иммунитета на различные патогены. В частности, это в первую очередь относится к белку SOCS4 – супрессору сигнальных систем цитокинов 4. Будучи негативным регулятором контроля синтеза цитокинов, этот белок относится к ключевым факторам защиты от чрезмерной провоспалительной реакции на вирусную инфекцию. Белки-супрессоры этого семейства ингибируют сигнальный путь JAK/STAT, тем самым контролируя звенья врожденного и адаптивного иммунного ответа [36].

SECISBP2 – ген, кодирующий ферментативный комплекс (Sec Insertion Sequence Binding Protein 2), который обеспечивает включение в структуру белков селеноцистеина [37]. Ферменты, содержащие селеноцистеин, входят в состав редокс-системы клеточной защиты от радикалов кислорода. Генерирование радикалов кислорода – это реакция клеток на большинство патогенных микроорганизмов, в том числе и вирусов [37]. При наличии наследственных мутаций в гене SECISBP2 усиление синтеза активных форм кислорода приводит к системному повышению чувствительности клеток к инсулину, что наблюдается, например, у мышей с нокаутированным геном, кодирующим селен-содержащий антиоксидантный фермент глутатионпероксидазу I. Клинически у человека носительство мутаций гена SECISBP2 проявляется азоспермией, аксиальной мышечной дистрофией, нарушением пролиферации Т-лимфоцитов и, в целом, иммуносупрессией. У носителей этих мутаций наблюдается высокий уровень перекисного окисления липидов и окислительного повреждения ДНК, снижение репаративного потенциала повреждений ДНК и укорочение теломер. Плейотропный эффект мутаций в гене SECISBP2 вызван нарушением функций всего селенопротеома [37]. Естественно, этот наследственный дефект особенно остро должен проявляться в случае заражения гриппом и развития гриппозной пневмонии. Известно, что антиоксидантная терапия гриппа позволяет достигать существенных терапевтических эффектов в отношении купирования интоксикационного синдрома и предупреждения сердечно-сосудистых осложнений [52].

Результаты

Понимание генетического полиморфизма в определенных генах позволяет ориентировать разработку системного лечения гриппа с акцентом на фенотипические проявления мутаций с учетом степени распространенности наследственной предрасположенности к тяжелым осложнениям гриппа среди групп генетического риска и населения в целом.

Несмотря на возможность широкого распространения мутаций в пределах идентифицированных генов, ассоциированных с повышенной чувствительностью к гриппу, следует признать, что важнейшим фактором остается эффективность презентации вирусных антигенов в пределах популяционных групп с различными типами HLA [10, 12].

Киселев ОИ, Комиссаров АБ, Коншина ОС, Дмитриева МН, Деева ЭГ, Сологуб ТВ, Покровский ВИ. Мутации в генах человека, повышающие риск тяжелого течения гриппозной инфекции. MIR J, 2015; 2(1), 1-9, doi: 10.18527/2500-2236-2015-2-1-1-9.

Японские ученые обнаружили, что под действием недавно появившегося противовирусного препарата балоксавира вирус гриппа приобретает новую мутацию. Она делает его устойчивым к лекарству, но не влияет на способность размножаться и инфекционность. Это свойство балоксавира едва ли приведет к его исчезновению с рынка, но, возможно, его перестанут использовать так широко (он популярен в японских семьях). Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Препарат Ксофлюза (балоксавира марбоксил) был официально одобрен для применения в Японии в конце февраля 2018 года. Это первое в своем роде противовирусное средство: балоксавир блокирует работу полимеразы — фермента, который копирует генетическую информацию вируса гриппа, и эффективен против штаммов H1N1 и H3N2. В сезоне 2018–2019 года на долю балоксавира пришлось около 40 процентов продаж противовирусных средств в Японии, и вскоре он должен быть одобрен еще в 20 странах.

Еще в ходе клинических испытаний этого препарата появились сведения о том, что у некоторых пациентов развивается устойчивость. У 10 процентов взрослых людей и 23,4 процентов детей, которые участвовали в третьей фазе испытаний, обнаружили вирусные частицы с мутацией в одном и том же участке гена полимеразы. В то же время появились данные о том, что мутантные штаммы хуже размножаются, поэтому развитие устойчивости не помешало одобрить препарат для клиники.

Масаки Имаи (Masaki Imai) и его коллеги из Токийского Университета подвели итоги первого сезона применения балоксавира — зимы 2018–2019 года. Для начала они изучили, насколько искомая мутация в позиции PA-I38 распространена среди исходных представителей вирусов гриппа. Ученые собрали образцы вируса у 253 пациентов, но мутацию обнаружили только у двоих.

Один из этих случаев особенно заинтересовал исследователей. Это была трехлетняя девочка, которая, судя по всему, подхватила инфекцию от старшего брата. Брат заболел раньше и успел получить дозу балоксавира, который поначалу смягчил симптомы его болезни, но потом вирус начал размножаться снова. И у брата, и у сестры врачи обнаружили одну и ту же мутантную разновидность вируса — что говорит о том, что мутация не помешала вирусу размножиться и заразить нового хозяина.

Всего исследователи проанализировали 38 образцов вирусов у людей, которые прошли лечение балоксавиром. Из них 22 были заражены штаммом H1N1 и 16 — H3N2, и среди них у 5 и 4 соответственно нашлась мутация в той же области генома. Из этих 9 человек все, кроме одного, были детьми — что, вероятно, указывает на то, что вирус более склонен мутировать в детском организме или легче выживает в нем после мутации.

Тогда ученые решили проверить, как изменяются свойства вируса после мутации. Сначала они заразили мутантными вирусами культуру клеток собачьей почки. Все типы мутации, которые могут возникнуть в позиции PA-I38, позволили вирусам размножиться в клетках, хотя несколько слабее, чем исходным штаммам (p = 0,0001–0,0065).

Затем исследователи заразили теми же вирусами сирийских хомячков. Все типы мутантных вирусов вызвали инфекцию — что можно было отследить по тому, как животные теряли вес. В некоторых случаях мутантные вирусы действовали на хомячков слабее, чем контрольные, но одна разновидность оказалась неотличима от контроля. Это означает, что свою способность вызывать заболевание и размножаться в клетках хозяина вирусы сохраняют и после мутации.

Наконец, авторы работы проверили способность вирусов передаваться между животными. Они заразили мутантными штаммами несколько хорьков и поселили их в клетки со здоровыми хорьками. Все здоровые животные оказались успешно заражены.

Таким образом, ученые подтвердили, что под действием балоксавира количество устойчивых штаммов вируса в популяции растет, а сами эти штаммы не становятся безопаснее для людей. Это не означает, что балоксавир представляет серьезную угрозу — частота возникновения мутаций все же не очень велика, и на вирус могут потом подействовать другие препараты. Однако это ограничивает возможности для его применения, например, в семьях, где вероятность распространения мутантных форм довольно высока.