Что такое вируса xmrv

Синдром хронической усталости (Chronic fatigue syndrom) - заболевание, при котором у человека наблюдается постоянная глубокая усталось. Уже довольно давно подозревали, что вызывается оно каким-то вирусом, потому что перед наступлением его симптомов люди часто имеют симптомы инфекции, при нем иммунная система более активирована, чем у здорового человека и случаи СХУ иногда наблюдались в виде локальных вспышек в отдельных местностях. Пару лет назад было предположено, что вызывает его XMRV (xenotropic MLV-like retrovirus) - вирус, ближайшим родственником которого является вирус лейкемии мышей. Вокруг этого вируса поднялся ажиотаж и последние два года выходили противоречащие статьи, в одних из которых связь XMRV и СХУ подтверждалась, а в других - нет.

Виней Патак и сотоварищи вроде бы разобрались в чем тут дело. Они начали копать с клеточной линии, которая постоянно производит XMRV в довольно больших количествах и тщательно проследили, откуда эта клеточная линия взялась. Эта клеточная линия была создана примерно 8 лет назад, в экспериментах не связанных с СХУ. Ее сделали для исследования рака простаты. Раковые клетки простаты очень капризны и не растут в чашках, поэтому ученые придумали подсаживать их мышам, у которых полностью уничтожена иммунная система (чтобы они не отторгали человеческие клетки). Когда опухоль становилась слишком большой, ее часть переносили в следующую мышь и так далее (то есть мышей использовали как "пушистенькие чашки Петри"). Постепенно из этих пересаживаемых раковых клеток удалось создать клеточную линию, а позже оказалось, что она продуцирует XMRV. Предполагалось, что начальные раковые клетки, послужившие материалом для создания этой клеточной линии, были выделены из человека, который был заражен XMRV. Однако группа Патака отследила старинные образцы и выяснила, что XMRV в них изначально не присутствовал, а появился лишь после нескольких лет пересаживания в мышах. Откуда же он там взялся?

У мышей (как и у людей, но даже в большей степени) в геноме полно остатков древних ретровирусов, некоторые из которых все еще частично активны и могут размножаться, но от мыши к мыши не передаются, а лишь распространяются в геноме (эндогенные ретровирусы). Некоторые из этих вирусов настолько древние, что они даже не способны заражать современных мышей. Оказалось, что два таких ретровируса очень похожи на XMRV, выделенный из пациентов с СХУ. Если же предположить, что между этими двумя вирусами произошла рекомбинация в нескольких местах, то получающийся вирус оказывается абсолютно идентичен XMRV! (за исключением 4 нуклеотидов из восьми с лишним тысяч в его геноме). Видимо пересаженные мышам человеческие раковые клетки послужили субстратом, в котором мышиные эндогенные ретровирусы смогли худо-бедно размножаться (в мышиных клетках они размножаться вообще не могли). Потом эти два вируса обменялись генетической информацией и из этой смеси образовался вполне эффективный вирус.

То есть получается, ученые вывели и выпустили на свободу зловредный вирус, который теперь вызывает синдром хронической усталости? Нет, не совсем. Вывести то они его вывели, но вот с гипотезой о том, что этот вирус сейчас распространяется в человеческой популяции есть проблемы: Как я уже упомянул выше, выделенный из пациентов вирус практически идентичен вирусу в клеточной линии. Это очень необычно, потому что ретровирусы мутируют очень быстро и если бы вирус действительно перескакивал от человека к человеку, то он бы должен был уже существенно измениться по сравнению с вирусом, появившимся в мышах много лет назад. Тот факт, что вирус из пациентов практически идентичен вирусу из клеточной линии, больше сходится с теорией о том, что XMRV из клеточной линии загрязнял лабораторные реагенты, которые использовались для выделения вируса из пациентов. Отсюда и разногласия между лабораториями - тот, кто использовал загрязненные реагенты, "находил" его в образцах пациентов, а тот, кто был более аккуратен или просто использовал иные реагенты, не мог его выделить.

Похоже, что это исследование поставит точку в разборках о связи XMRV с СХУ. Чем СХУ вызывается пока так и остается неизвестным.

Как создать убийцу

Смертельный вирус, созданный генными инженерами, вырывается из пробирки. Страшная болезнь поражает экспериментаторов, их родственников и жителей беззащитного городка в сердце Америки. Эпидемия вот-вот охватит планету. И самое страшное в том, что миллионы будущих жертв ни о чем не догадываются…

Такое голливудское начало сделает честь любому бульварному изданию, только к действительности будет иметь весьма опосредованное отношение. Потому что открытие, о котором пойдет речь, как раз и позволяет предотвратить биологическую угрозу. И потому что ученые в большинстве своем – люди вменяемые, и за тридцать с лишним лет манипулирования генами ни одного голливудского сюжета не случилось. Проблемы с безопасностью бывают, иногда с трагическим исходом, но новая технология есть риск, и важно этот риск правильно оценить.

Итак, речь о генной инженерии, а также о генной терапии – внесении новых генов в человеческие клетки. Допустим, у вас есть подозрение, что некий ген-мутант вызывает рак. Что делает исследователь? Переносит кусочек ДНК с этим геном в здоровые клетки, где он встраивается в хромосому. Эти клетки специально выращивают вне организма в так называемой клеточной культуре в чашках Петри. Затем смотрим, что изменяется в клетке – к примеру, возникает рак или нет.

Таким примерно образом получена большая часть информации о том, как гены управляют нашим организмом и как организм управляет нашими генами.

Генная терапия – штука еще более многообещающая. Рак, диабет, иммунодефициты, миодистрофии – практически все болезни можно лечить, если ввести больному человеку здоровые гены. Ученые и врачи предрекают, что именно за генной терапией будущее медицины. Но…

– Для меня все началось около двух лет назад, – говорит Евгений Кандел, профессор онкологии Института имени Розвелла Парка в американском городе Буффало.– Мой друг Роберт Сильверман изучал рак простаты и обнаружил у нескольких пациентов новый вирус. Этот вирус оказался очень похож на то, что я использовал в лаборатории каждый день – на вирус лейкемии мышей. Я был шокирован.

Вирус как средство передвижения

С вирусом лейкемии мышей работают в сотнях лабораторий по всему миру. Точнее, работают не с самим вирусом, а с генными конструкциями на его основе – так называемыми векторами. Нужны они для того, чтобы переносить отдельные гены в клетки млекопитающих и наблюдать, как они там работают.

Ген – это не ящик с пивом, который можно перенести из одного места в другое, чтобы продолжить вечеринку. Это участок молекулы ДНК с началом, концом, определенной последовательностью элементов и так далее. Чтобы ее перенести из клетки в клетку, нужны специальные способы. Когда тридцать лет назад эти способы придумывали, возникла идея использовать те механизмы, которые уже придумала природа.

Самым известным из них пользуются ретровирусы (к этому семейству относится, например, ВИЧ). Действует он так: вирусная частица сливается с клеточной мембраной и выплескивает содержимое внутрь клетки человека или животного. Главное в этом содержимом – гены вируса, которые сначала встраиваются в хромосому, а затем размножаются, заставляя работать на себя всю биохимическую машину клетки, собирать новые вирусные частицы. В конце концов эти частицы выходят из клетки и заражают соседние. Так распространяется инфекция.

Смесь мыши и человека

Самым изученным был вирус лейкемии мышей (MLV) – на его основе делалось и делается множество векторов. Чтобы держать процесс под контролем, из вируса удаляют гены, которые отвечают за сборку новых частиц. Для размножения такого вируса используют специальные упаковочные клетки. Но когда этот вектор проникает в обычную клетку, способности размножаться у него уже нет.

То есть система срабатывает один раз, и встроившийся в новую клетку вектор ведет себя просто как еще один из десятков тысяч генов хозяина. Быстро, удобно, безопасно.

Главное, чтобы в новой клетке не оказалось другого вируса, попавшего туда естественным путем: он может предоставить нашему вектору недостающие механизмы размножения. До последнего времени такая встреча в человеческих клетках считалась маловероятной – откуда в них взяться мышиному вирусу?

Векторами переносят множество генов во множестве лабораторий, недавно их стали использовать в генной терапии, то есть вводить пациентам в лечебных целях.

– Новый вирус, открытый Сильверманом, назвали XMRV. Обсуждали его в основном среди онкологов, и его сходство с вирусом лейкемии мышей не вызывало большого интереса. Но я-то всю жизнь занимался созданием векторов, – говорит профессор Кандел. – И у меня возникло подозрение, что новый вирус может помогать нашим векторам размножаться и производить вирусные частицы. Мы немедленно поставили эксперименты, которые моделировали ситуацию, когда ретровирусный вектор попадает в клетку, где уже есть XMRV.

В ходе экспериментов, результаты которых недавно опубликованы в журнале PloS ONE, выяснилось, что да, вектор начинает активно размножаться и может заражать новые клетки. И это – проблема.

Лечиться от рака, умереть от инфекции

Теперь представьте, что этот человек заражен вирусом XMRV. Вектор устойчивости размножается и передается соседним клеткам, в том числе и раковым. Те соответственно становятся нечувствительны к любой химии. И вместо выздоровления мы получаем совершенно неизлечимый вариант. Да еще и с риском передачи другим.

Другой пример – случайное заражение в лаборатории. Здесь даже сложно сказать, что именно может человек подцепить, так как гены внутри векторов – абсолютно любые. Если лабораторный вектор попадет к человеку-носителю, то тот не только заболеет сам, но может и другим его передать.

Как будет распространяться новый вирус – во время секса, с кровью, через пищу? – этого никто не знает. Точно так же неизвестно, каких масштабов может быть эпидемия.

Генетическая служба безопасности

Подобных страшных, но реалистичных сценариев можно придумать много. Понятно, что от них нужна какая-то защита. Но как защищаться? Ведь генная инженерия – это хорошо, и никто от нее отказываться не собирается.

Защита при работах по манипуляции с генами поставлена неплохо, особенно там, где используют реально опасные вирусы. Но пока недостаточно изучено, какие искусственные генные конструкции уже проникли в природу – и проникли ли. И очень мало информации о том, как такие конструкции могут взаимодействовать с природными организмами и вирусами, которые в них обитают.

Многим казалось, что вопрос сам собой был снят после Асиломарской конференции 1975 года, когда генетики разработали правила безопасности. Но время идет вперед, появляются новые угрозы. Здесь возникает еще одна проблема: защищаться можно только от того, потенциальная опасность чего уже известна. Как в случае с векторами на основе вируса лейкемии мышей.

На протяжении вот уже более чем 100 лет, медицинская литература описывает сведения о странной болезни, которая характерна чувством постоянной усталости, ухудшением памяти, головными болями, проблемами с умственной деятельностью, пищеварением и сном. Теодор Рузвельт, Джон Муир и Томас Икинс – все страдали недугом, который был известен тогда, как нейростения, сообщает Globalscience.ru.

В те времена рекомендуемым лечением для женщин был постельный режим, а для мужчин – более активный образ жизни. Но ни один из методов лечения не приводил к полному выздоровлению. Постепенно, к концу 20-го столетия, врачи пришли к термину синдром хронической усталости (или, как его называли в Европе, myalgic encephalomyelitis), чтобы описать ряд симптомов, которые было принято называть нейростенией. Но мы до сих пор так и не поняли природу этой загадочной болезни, как, впрочем, и не сумели выделить ее причины.

Пациенты страдали из-за ошибочного понимания этой болезни. Иногда, врачи приписывали симптомы к беспокойству, депрессии или ипохондрии. Работодатели же смотрели на это менее чем сочувственно.

Сегодня, ведущие специалисты в области здравоохранения наконец признали, что синдром хронической усталости является реальным и серьезным заболеванием. Но его название, которое сфокусировано на одном из многочисленных симптомов данного нарушения, послужило поводом, чтобы заболевание сделать более банальным, превратив его больше в психологический, чем физический недуг, уменьшив, таким образом, интерес к болезни основного потока медицинских и научных исследователей.

И этот пониженный интерес исследователей является очень печальным фактом, поскольку нерешенные проблемы с синдромом хронической усталости имеют больше научный характер. Нам нужно выяснить причины болезни и использовать эту информацию с целью разработки исследований, чтобы уметь диагностировать ее, предупреждать и лечить.

Сегодня многие исследователи сходятся во мнении, что синдром хронической усталости, вероятно, вызван сбоем в иммунной системе. По некоторым предположениям, эти расстройства сбивают работу иммунной системы на продолжительный период времени и приводят к тому, что организм становится сверхчувствительным и производить большое количество токсичных веществ, которые затем вызывают усталость, боли в мышцах, головные боли и умственные нарушения, связанные с болезнью.

Ученые подозревают, что цепь событий, которые приводят к этим длительным нарушениям иммунной системы, начинается, когда кто-нибудь подвергается действию, например, какого-либо токсичного химического вещества, бактериальной или вирусной инфекции. Но установление такого вещества оказалось делом достаточно непростым.

В течение последних нескольких десятилетий определенное число вирусов и бактерий были рассмотрены в качестве возможных виновников синдрома хронической усталости, но в ходе научного изучения не обнаружилось никаких подтверждений. Наиболее яркий пример произошел два года тому назад, когда группа исследователей сообщила об открытии мышиного вируса названного XMRV, патогена относящегося к тому же семейству, что и ВИЧ, который становится причиной СПИДа. Они думали, что идентифицировали этот вирус в крови нескольких пациентов с синдромом хронической усталости, дав надежду пациентам по всему миру.

К несчастью, прежде чем эти результаты были подтверждены, многие пациенты приняли вирус XMRV за причину этой болезни, которую так долго искали, и начали рассматривать потенциальные виды лечения. Из-за сходства между мышиным вирусом и ВИЧ, некоторые из них даже начали принимать лекарства от СПИДа.

Затем, стала известна истина.

В более чем 10 исследованиях, сведения относительно вируса XMRV были полностью опровергнуты, поскольку, как показали результаты анализа, в крови исследуемых пациентов с хронической усталостью этого вируса не оказалось. Кроме того, эксперименты показали, что мышиный вирус не выживает в крови человека, делая его маловероятным источником человеческой инфекции. В сведениях других исследований говорилось о том, что возможным источником вируса XMRV могли быть зараженные лабораторные материалы.

Пока мы не определим причины и не разработаем наилучшие методы лечения этого заболевания, люди с синдромом хронической усталости будут продолжать страдать. Между тем, мы должны увеличить поддержку для теоретических исследований и для обнаружения наилучших методов основанных на подтверждениях для лечения болезни.

• 
  

Курортный городок Инклайн-Виллидж в Неваде. Со всего Западного побережья США сюда приезжают утомленные маркетинговыми подвигами яппи. Летом играют в гольф, загорают и ныряют с аквалангом в озеро Тахо, а зимой катаются на горных лыжах по склонам окрестных гор.

Сэнди Шмидт, местная спортсменка-люби­тель­ница сорока двух лет, после июльского марафона в Сан-Франциско почувствовала себя как выжатый лимон. Симптомы были похожи на грипп или простуду. Потом вроде бы все прошло, и Сэнди забыла про болезнь. Но болезнь не забыла про нее: приступы одуряющей слабости, навалившиеся весной, превратили бывшую марафонку в безработного инвалида, вынужденного отлеживаться целый день после небольшой прогулки. Врачи подозревали разные болезни, но точно определить диагноз так и не смогли.

Эпицентр странной эпидемии

Но когда жалобы стали поступать и из других городков у озера, Петерсону и Чейни стало ясно: по курорту гуляет эпидемия. И Петерсон вызвал комиссию Центра по контролю заболеваний. Так в 1985 году началась история самой загадочной болезни нашего времени — синдрома хронической усталости (СХУ).

— Курортный городок близ озера Тахо стал эпицентром странной эпидемии: за небольшой промежуток времени там было зарегистрировано несколько сотен больных, которые жаловались на крайнюю степень физического и умственного истощения, — говорит врач-терапевт Московского иммунокоррекционного центра Елена Маслова.

СХУ был определен как хроническое заболевание, причины которого до конца не известны. Основным его проявлением стали считать постоянную усталость и значительное снижение работоспособности на протяжении не менее шести месяцев.

Болезнь неизвестной природы, главный симптом которой настолько тривиален, с трудом признали даже в США. Ну, устал человек, и что? Достаточно сказать, что в начале 90-х деньги, выделенные конгрессом на исследования, были потрачены на ряд других болезней, с чем пришлось потом специально разбираться правительству. Тем не менее сейчас принято считать, что СХУ страдает 1,5–2% населения Земли. У женщин этот синдром встречается в 2–3 раза чаще, чем у мужчин.

— Можно предположить, что в девяти случаях из десяти вместо синдрома хронической усталости врач ставит другой диагноз, — говорит Елена Маслова.

Рак, тоска и ящур в одной пробирке

Однако, выслушав больных, в существовании СХУ сомневаться перестаешь — люди эти ужасно страдают: вроде бы ты и можешь делать все то же самое, что и раньше, но с гигантскими уси­лиями, как будто отработал несколько смен на разгрузке вагонов.

— У меня лечилась пациентка, назовем ее Анна, — рассказывает Маслова. — В течение полугода у нее не прекращались головные боли, суставы и мышцы болели, даже когда девушка лежала. Она не могла собраться с мыслями, даже слова произносила с трудом. И все время чувствовала себя измотанной, а ночью не могла уснуть. Анализы показали, что в крови находятся коксаки-вирусы, вызывающие полиомиелит, миокардит, миозит, гепатит А и ящур. Разбираясь в причинах, мы выяснили, что заболеванию предшествовала личная трагедия: незадолго до появления первых симптомов усталости в автоаварии погиб муж Анны.

Подозреваемый — XMRV

В одном из недавних номеров журнала Science появилась работа группы ученых под руководством Джуди Миковиц из Института нейро-иммунных заболеваний Виттмора и Петерсона, штат Невада. Они исследовали образцы крови 101 пациента, страдающего синдромом хронической усталости, и у 67% больных в крови обнаружили вирус XMRV, тогдaaа как среди контрольной группы он был выявлен лишь у 3,7%. То, что вирус был не у всех больных, списывают на несовершенство методики.

Среди авторов статьи был тот самый доктор Петерсон, который первым описал болезнь. Он руководит клиникой, на базе которой и создан институт с его именем в названии. А Джуди Миковиц здесь директор научных программ.

В поисках пандемии

Обнаружение четкой связи между наличием вируса и хроническим заболеванием само по себе неслыханная редкость. Из последних примеров вспоминается открытие в 1984 году возбудителя язвы, за что в 2005-м была присуждена Нобелевская премия. К тому же в случае с СХУ ученые имеют дело с открытым всего около двух лет назад и пока малоизученным вирусом XMRV. Он похож на печально известный вирус иммунодефицита человека: относится к тому же классу и размножается сходным образом.

— Вирус открыл мой друг Роберт Сильверман, изучавший рак простаты, — рассказывает Евгений Кандел, выпускник МГУ, профессор онкологии Института имени Розвелла Парка, занимающийся изучением нового ретровируса. — Проведенные дополнительные исследования показали, новый вирус намного чаще обнаруживается у больных раком простаты, чем у здоровых мужчин. Но однозначного ответа на вопрос, что такое вирус XMRV — причина или следствие рака, дать пока нельзя. Как и в случае с синдромом хронической усталости. Загадкой остается и то, как вирус попадает в организм человека.

Открытие связи СХУ с вирусом дает ученым шанс найти возбудителя этой загадочной болезни, а значит, разработать метод ее лечения. Миковиц и ее коллеги, например, собираются проверить, помогут ли больным препараты, которые используют в борьбе со СПИДом.

Но главное — все согласны, что XMRV может встречаться не только при синдроме хронической усталости. Доктор Петерсон полагает, что его можно найти при самых разных заболеваниях нервной системы вплоть до болезни Альцгеймера.

Профессор Кандел вместе Александром Штилем из Российского онкологического научного центра имени Н. Н. Блохина собираются всерьез разобраться с этим вирусом. Изучив американский банк данных тканей, они хотят определить, как давно XMRV стал инфицировать человека. А российских онкобольных проверят на наличие в их крови этого вируса.

— Возможно, что у жителей нашей страны он еще не встречается, — говорит Александр Штиль. — Как известно, он был открыт на американском континенте, там он регистрируется намного чаще, чем в Европе. В России это будут первые подобные исследования. Мы планируем изучить на наличие вируса клетки крови 100–200 онкобольных. Первые результаты появятся зимой-весной будущего года.

— По опубликованным данным, 4% нормальных людей, которые считают себя здоровыми, являются носителями этого XMRV. В США это десять миллионов человек. И даже если для 1% из них он послужит причиной рака, синдрома хронической усталости или иного заболевания, это уже серьезные цифры, — говорит Евгений Кандел. — У меня остается все меньше сомнений, что XMRV является причиной рака: уж очень он похож на вирус, вызывающий лейкемию у мышей.

Сегодня об XMRV известно очень мало, на выявление его свойств ученые отводят около двух лет. Очень важно ответить на вопрос, как давно он существует внутри человека. При самом неприятном варианте может оказаться, что это недавно появившийся в Северной Америке вирус с опасными свойствами. А значит, как это некогда случилось с ВИЧ, он может легко разнестись по земному шару и стать причиной новых эпидемий.

Georgetown University, Room 3004-F, 3rd Floor, PHC Building, 3800 Reservoir Road NW, Washington, DC 20007-2197, USA, ude.nwotegroeg@juinarab

Abstract

Xenotropic murine leukemia virus-related virus (XMRV) is a γ retrovirus that has been associated with chronic fatigue syndrome (CFS) and prostate cancer. The search for viral causes of these syndromes was reignited by the finding that RNase L activity was low in hereditary prostate cancer and some CFS patients. The six strains of XMRV that have been sequenced have greater than 99% identity, indicating a new human infection rather than laboratory contamination. DNA, RNA, and proteins from XMRV have been detected in 50% to 67% of CFS patients and in about 3.7% of healthy controls. XMRV infections could be transmitted to permissive cell lines from CFS plasma, suggesting the potential for communicable and blood-borne spread of the virus and potentially CFS. This troubling concept is currently under intense evaluation. The most important steps now are to independently confirm the initial findings; develop reliable assays of biomarkers; and to move on to investigations of XMRV pathophysiology and treatment in CFS, prostate cancer, and potentially other virus-related syndromes, if they exist.

Introduction

The relatively recently described xenotropic murine leukemia virus-related virus (XMRV) [1] is a γ retrovirus that has been associated with chronic fatigue syndrome (CFS) [2••, 3] and prostate cancer [4]. This is of importance because CFS patients are commonly seen by allergists, immunologists, rhinologists, and many other physicians for their neurological nonallergic rhinitis, fatigue, pain, generalized hyperalgesia and allodynia, dyspnea without airway obstruction, drug intolerances, irritable bowel, irritable bladder, postural orthostatic tachycardia and hypotension, and other autonomic dysfunction syndromes. These are in addition to the unexplained fatigue plus at least four of the following eight conditions required for CFS case designation: 1) poor concentration or memory, 2) sleep disturbances, 3) exertional exhaustion (a small increase in activity level leads to a relapse of fatigue), 4) arthralgia, 5) myalgia, 6) sore throat, 7) sore lymph nodes, and 8) headaches [5]. Because reliable biomarkers have not been identified, this illness is often dismissed by physicians as a figment of the somatopathic patient's mind.

The new finding of XMRV in CFS must make us pause and take a fresh look at these frustrated and disillusioned victims of medical neglect. At the same time, we must maintain skepticism about this viral etiology given the history of other inferred causative agents, such as Epstein-Barr virus; enterovirus; cytomegalovirus; neurotropic herpes types 6 and 8; mycoplasma; Q fever; Murray Valley encephalitis; other microbes; specific genotypes; and an array of immune deficits ranging from low CD4, CD8, and natural killer cell activities to various antinuclear antibodies to cytokine imbalances [6–8].

RNase L and Rationale for XMRV Infection

The rationale for looking for retroviruses in prostate cancer came from reports of viral DNA detected by microarray (Virochip; Biotherapix, Madrid, Spain) in families who were homozygous for the loss of function R462Q (nucleotide G1385A) allele of RNase L (hereditary prostate cancer-1 gene) [4]. RNase L cleaves a single strand of RNA at UpUp and UpAp nucleotide sites in ribosomal RNA and various viruses. The low-activity, homozygous QQ RNase L genotype has a prevalence of 13% and does not act as a risk factor for prostate cancer in the general US population. Instead, the link to prostate cancer may be an androgen response element in the 5 untranslated region of XMRV [9]. A link to androgens does not fit with the 4:1 female-to-male ratio for CFS in the general population unless estrogen–or progesterone-related steroids can also activate this site.

XMRV protein was found in 23%, but its DNA was found in only 6% of 334 prostate cancer specimens from a New York population [10]. High-grade tumors were more likely to show evidence of XMRV. Significantly, XMRV was detected in only 1 of 105 prostate cancer specimens, and 1 of 70 benign prostate specimens in one German study [11]. A second German group did not detect XMRV by polymerase chain reaction, Western blotting, or serological tests in 589 prostate cancer specimens. This raises the possibility that XMRV-infected prostate cancer may be geographically restricted to the United States [12].

Low RNase L activity has been found in patients with CFS. Proteolytic cleavage of high molecular weight RNase L by elastase was associated with decreased exercise performance [13]. Low RNase L activity in CFS and hereditary prostate cancer provided the insight that XMRV or a related virus may be found in CFS [2••, 4].

XMRV Biology

XMRV is xenotropic because highly similar viruses exist in the germline of mice, but their envelope (env) proteins no longer have a receptor on murine cells [14••]. Although it cannot reproduce in mice, the virus can bind to receptors in other foreign (Greek xenos) species, including humans [15]. Similar remnants of past retrovirus infections now form transposable elements that account for up to 8% of the human genome. The precursor to the murine leukemia virus and its related virions probably invaded mice about 1 million years ago. It is not known when XMRV began to infect humans, but it may have been within the last few hundreds of generations given the 99% identity between the six genomes that have been sequenced to date from activated CFS leukocytes and advanced prostate cancers [2••, 3, 14••]. These differ by only about 30 of 8000 nucleotides, with many of the replacements occurring in nontranslated regions of the virus, or as silent polymorphisms in the third position of codons that do not change protein sequences. Xenotropic infection may have occurred during a period in which mice were a morsel in the human diet. It is not known if XMRV has entered the human germline or if it is communicably transmitted in the population. Humans are susceptible because XMRV can bind to human xenotropic and polytropic retrovirus receptor-1 (XPR-1) [16]. This protein may be a phosphate transporter or sensor and may act in coordination with prostate-specific antigen [17].

Binding to XRP-1 and potentially to its co-receptors leads to endocytosis. The invaginating phagosome peels off the virus' plasma membrane envelope to reveal the capsid. This is composed of matrix proteins and contains the RNA genome strands, integrase, and reverse transcriptase enzymes. These move to the nucleus, where the RNA is reversely transcribed into insertion sites in the host DNA. Infectious XMRV tends to insert into the human genome at transcription start sites, CpG islands, DNase-hypersensitive sites, and gene-dense regions [18]. In prostate cancer, it integrates at cancer break points, common fragile sites, microRNA, and some cancer-related genes. These regions share unfolded chromatin with structurally open transcription regulatory sequences. Conversely, nucleosome-rich condensed chromatin would not offer suitable integration sites. Incorporated XMRV DNA is then transcribed to serve as mRNA for the formation of new proteins and genomic RNA for infectious virions. Two mRNAs are spliced. One codes for the 3′ upstream regions, contiguous gag-pro-pol coding region and is spliced to the 5′ untranslated region, whereas the other has the 3′ region spliced to the envelope code regions and the contiguous 5′ untranslated sequence. Both proteins are cleaved by the viral pepsin to form the matrix, integrase, reverse transcriptase, and transmembrane spanning stem and disulfide-linked XPR-1 binding envelope glycoprotein. The virus is assembled at the membrane; the RNA-containing capsid buds out and off the cell surface.

XMRV Detection and Transmissibility in CFS

XMRV proteins, RNA, and DNA were detected in plasma, phytohemagglutin (PHA), plus interleukin-2–activated leukocytes from CFS patients [2••, 3]. DNA for the Gag (capsid matrix protein) sequence was detected in the leukocytes of 68 of 101 (67%) CFS specimens that had been banked as long ago as 1984. DNA sequencing identified 736 nucleotides from XMRV Gag and 352 from Env genes. In contrast, Gag sequences were identified in activated leukocytes from 8 of 218 (3.7%) healthy control specimens. Only 1 of 11 controls had positive polymerase chain reaction for Gag, and there were none for Env. Five XMRV genomes were identified that had greater than 99% sequence identity. Their sequences were phylogenetically distinct from any other known xenotropic γ retrovirus, indicating that a human-specific virus was detected.

Immunofluorescent cell sorting of activated peripheral blood mononuclear cells was performed with monoclonal and polyclonal antibodies to Gag and Env proteins. These antibodies recognized XMRV-immunoreactive proteins on cells infected with the VP62 prostate cancer–related XMRV strain. A total of 19 of 30 sets of activated CFS peripheral blood mononuclear cells expressed immunoreactive Gag and other XMRV proteins. Sixteen healthy control cells were negative for all antigens. Western blots were positive for Gag and Env proteins in CFS but in none of the five controls. The odds ratio for a positive association between XMRV proteins and CFS was 54.1 (95% CI, 23.8–122) compared with results for controls.

One CFS patient had his CD4 T and B cells purified. After PHA plus interleukin-2, the cells were positive for Gag by cell sorting. This status was maintained for 42 days in culture.

Infectious XMRV were demonstrated by activating peripheral blood mononuclear cells from CFS patients and plating them with the LNCaP prostate cancer cells. This cell line has defective JAK-STAT and RNase L pathways and permits XMRV infections. After mixing the peripheral blood mononuclear cells and LNCaP cells, cultured LNCaP cells showed positive Western blots for Gag and Env proteins. Transmission electron microscopy showed budding of typical 90–to 100-nm diameter type C virions.

Ultracentrifuged plasma from 10 of 12 CFS patients was also able to infect LNCaP cells. None of the 12 control plasma samples were infectious. Thus, both infected and activated CFS leukocytes and their plasma could transmit XMRV infection to a permissive cell line. This begs the question of whether XMRV can be transmitted between humans. The relationship to human prostate cancer and murine leukemia suggests a neoplastic potential. However, epidemiologic evidence of increased incidences of leukemias and lymphomas in CFS patients has not been documented by agencies such as the Centers for Disease Control and Prevention despite multiple investigations of large populations.

Serum antibody responses to XMRV were detected in 9 of 18 CFS specimens but none of 7 healthy controls. The assay was novel, as it relied on showing human antibodies bound to a mouse B-cell line engineered to express spleen focus–forming virus envelope protein, but not the parent cell line. Human serum antibodies were not shown to bind to individual XMRV proteins.

Pandora's Box?

The proposed pathobiology of XMRV-related viruses in mice and other species opens a Pandora's box of medical issues. Does XMRV induce a primary immunodeficiency? Are lymphocytes the primary target cells in the periphery, with microglial or other support cells playing that role in the central nervous system? Is XMRV neurotropic and capable of inducing the cognitive, autonomic, and nociceptive changes typical of CFS? Are there readily detectable plasma or cerebrospinal fluid biomarkers of XMRV infection, activation, and transmissibility?

How is XMRV spread? Do the current data implicate transmission by plasma, leukocytes, gammaglobulin, or other blood products? Blood products prepared with detergent and organic solvents should not contain viable virions because their plasma membrane envelopes will be dissolved and ribonucleocapsid dissociated. Naked retrovirus RNA is not thought to be infective. Screening of intravenous drug users who share needles may reveal XMRV infection. Are there indications of fatiguing illnesses in clusters of previously healthy individuals who have received blood transfusions? Is XMRV transmitted sexually or via saliva?

Evidence of infection in 3.7% of the healthy population was presented. Are these individuals at risk for CFS, fibromyalgia, related syndromes, or even leukemia or prostate cancer? Does XMRV play a role in the CFS that follows immunocompromise by chemotherapy for cancer or lupus?

Is XMRV Integrated Into Human Germline DNA?

Even though dysfunctional RNase L does not seem to be a risk factor for XMRV-related CFS or prostate cancer, are there other human genes, haplotypes, or alleles that place some individuals at increased risk of developing XMRV infections? Candidate restriction factors for HIV-1 infection include apolipoprotein B mRNA editing enzyme 3G, bone marrow stromal cell antigen-2, cyclophilin A, tripartite motif protein 5-α (TRIM5A), and cellular microRNAs [19]. TRIM5A and cyclophilin A bind the capsid matrix proteins. This complex of host proteins bound to the viral capsid becomes ubiquinated, which targets these proteins and the capsid virion complex for proteolytic degradation in the proteosome. Nonnucleoside reverse transcriptase inhibitors may be useful given the high similarity of the xenotropic retrovirus sequences. Drugs directed at preventing docking of XMRV to XPR-1 are also conceivable. However, before thoughtfully planned antiviral drug therapy clinical trials are started in patients with CFS and, potentially, prostate cancer, we must consider the potential risk of developing drug-resistant XMRV if single antiviral agents are used.

Conclusions

Identification of a new retrovirus in CFS and prostate cancer patients and in 3.7% of the healthy American population is an important new finding. Its urgency is apparent from the Department of Health and Human Services [20]; National Cancer Institute [21]; National Heart, Lung, and Blood Institute's Retrovirus Epidemiology Donor Study; Centers for Disease Control and Prevention Division of HIV/AIDS Prevention Laboratory, US Food and Drug Administration; and Red Cross taskforces that have been formed to rapidly investigate XMRV. It is critical to develop rapid, reliable tests for biomarkers of XMRV to determine if there is widespread infection of CFS and prostate cancer groups and to assess the safety of the nation's blood supply. CFS patients have been advised not to give blood for some time because a potential infectious cause for the syndrome has not been ruled out. Profiteering by offering nonvalidated tests should not be tolerated. It is critical to independently confirm the presence of XMRV as a causative agent in at least a subset of CFS patients, and potentially also in overlapping syndromes such as fibromyalgia and irritable bowel syndrome. This is vital before serious consideration is given to large-scale treatment studies. This is especially true given three polymerase chain reaction and serology studies from Britain and the Netherlands that have failed to verify the original American observations [22, 23, 24••]. Reconciliation of these discrepancies will almost surely lead to additional insights into the potential pathophysiological role(s) and difficulties in showing causality for XMRV in CFS, prostate cancer, and other syndromes [25••].

Acknowledgments

This work was supported by US Public Health Service Award RO1 <"type":"entrez-nucleotide","attrs":<"text":"ES015382","term_id":"164079765","term_text":"ES015382">> ES015382 from the National Institute of Environmental and Health Sciences; Department of Defense Congressionally Directed Medical Research Program W81XWH-07-1-0618; and M01-RR13297 from the General Clinical Research Center Program, National Center for Research Resources, National Institutes of Health.

Footnotes

Disclosure: No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

References

Papers of particular interest, published recently, have been highlighted as: