Защита от клеточных вирусов

Долгое время преобладала точка зрения, что поскольку вирусы — это паразиты клеток животных и растений, то они должны были возникнуть после клеток.

То есть вирусы — это нечто вроде сбежавших сумасшедших генов.

Однако сейчас преобладает противоположный взгляд, что скорее клетки произошли от вирусов. Важный довод против того, что вирусы сбежали из клеток, заключается в том, что вирусные генетические системы существенно разнообразнее, чем генетические системы клеток. Второй довод заключается в том, что существует множество вирусных генов, которых нет в клеточных организмах.

Клеточные организмы не только произошли от вирусов, но и унаследовали от них значительную часть своего генетического материала. В этом отношении интересны эндогенные вирусы, когда геном вируса интегрируется в клеточную хромосому. Так, в частности, поступают представители ретровирусов. Полагают, что млекопитающие унаследовали около половины своего генома от вирусов и их ближайших родственников — плазмид и сходных элементов.

Таким образом, приходится признать, что вирусы — это наши с вами сородители, и относиться к ним надо соответственно.

Подробнее:

Часто эндогенные вирусы, которые есть в нашем геноме, белков не кодируют. Есть основания предполагать, что они участвуют в регуляции работы генов, хотя по большей части их функции неизвестны. Но кое-что очень важное мы знаем. Есть такой белок, синцитин, который кодируется одним из эндогенных ретровирусов. Этот белок необходим для слияния клеток при образовании плаценты. Это означает, что никто из нас и других плацентарных животных не мог бы появиться на свет без этого эндогенного вируса.

Второй пример — это работа, выполненная большим коллективом авторов под руководством сотрудника Института биоорганической химии (ИБХ) Антона Буздина, опубликованная в PNAS. Она показывает, что один компонент генома эндогенного вируса контролирует экспрессию фермента пролиндегидрогеназы в ЦНС, причем в определенных ее частях. И есть основания полагать, что этот фермент принимал важное участие в развитии мозга человека. Когда возникают мутации в этом генетическом элементе, то возникают заболевания ЦНС, в том числе это может быть связано с шизофренией.

Очень важную роль эндогенные вирусы играют в горизонтальном переносе генов.

Но наибольшую известность вирусы получили как патогены клеток человека, животных и растений. Хотя у вирусов нет специального желания навредить клетке и убить ее. Во многих случаях вирусы вполне мирно уживаются с клетками. Но возникает вопрос, почему же многие из них вызывают серьезные и даже смертельно опасные заболевания? Обычное объяснение заключается в том, что при заражении клетки вирус грабит ее ресурсы и направляет их на нужды собственного размножения.

Однако наибольший вред, как ни парадоксально, не связан с размножением вирусов, а происходит от нерасчетливых действий хозяев, от их защиты против вирусов.

Каковы главные защитные механизмы в зараженной клетке? Это деградация вирусных ДНК и РНК, угнетение синтеза белков, не только вирусных, но и клеточных, ликвидация зараженных клеток — апоптоз — и воспаление. И все это компоненты врожденного иммунитета.

Клетка борется с вирусом, нарушая собственный обмен веществ или собственные структуры. Защитные реакции клетки — это в основном самоповреждающие механизмы.

Можно сказать, что человек, умерший от полиомиелита, погибает оттого, что его организм слишком сильно боролся с вирусом.

Подробнее:

Был бы он поаккуратнее в этой борьбе, вероятно, бы выжил.

В качестве ответа на клеточную защиту вирусы применяют противозащитные средства. Идет гонка вооружений между защитой и противозащитой. Эта противозащита направлена в основном против общих метаболических процессов, на которых основана защита. Это опять же угнетение синтеза клеточной РНК, клеточных белков, нарушение клеточного транспорта, подавление апоптоза. Вирусы и клетки применяют одни и те же приемы, бьют в одни и те же ворота.

То есть основной вред оказывает не размножение вируса как таковое, а противоборство клеточной защиты и вирусной противозащиты.

Как клетка узнает, что в нее попал вирус? В случае РНК-содержащих вирусов основным признаком является двуцепочечная РНК, которая в клетке не образуется в таких количествах в других условиях. Эта двуцепочечная РНК говорит, что в клетку попал вирус. Узнается она, в частности, сенсорами, в числе которых специальные рецепторы и ферменты РНК-хеликазы. Сенсоры включают ряд защитных механизмов, в том числе образование интерферона.

Поскольку узнавание вируса неспецифическое, клетка не может знать намерения конкретного вируса. Клетка может бороться с вирусом стандартными приемами, поэтому ее оборонные действия часто могут быть чрезмерными. Но почему же тогда разные вирусы вызывают разные болезни? Во-первых, данный вирус способен заражать только определенный вид клеток. А во-вторых, в то время, как защитные механизмы клетки стандартны, противозащитные механизмы вирусов индивидуальны.

Это можно рассмотреть на примере пикорнавирусов , к которым относятся вирус полиомиелита, ящура и др. Среди вирусных белков можно выделить особый класс секьюрити-белков — специализированных противозащитных белков, статью о них мы опубликовали в журнале Nat Rev Microbiol. Они принимают участие в определении судьбы зараженной клетки. Клетка может погибнуть разными путями, в частности, это может быть некроз или апоптоз. При апоптозе происходит деградация клеточной ДНК, а при некрозе этого нет. В зависимости от того, как клетка умрет, последствия разные. В случае некроза имеет место защитное воспаление, но распространение вирусного потомства между клетками продолжается. В случае апоптоза распространение вируса ограничено и, как правило, нет воспалительной реакции. Гибель клетки по типу апоптоза — это защитная реакция, так как при этом ограничено размножение вируса.

Секьюрити-белки вируса могут препятствовать апоптозу.

Еще один противозащитный механизм — нарушение ядерно-цитоплазматического транспорта. При заражении некоторыми вирусами благодаря активности их секьюрити-белков происходит повышение проницаемости ядерной оболочки и нарушается активный транспорт макромолекул из ядра и в ядро. Противозащитная роль секьюрити-белков может заключаться и в том, что они угнетают образование и действие интерферона , например, в случае вируса полиомиелита и вируса ящура.

В противовирусной защите растений очень важную роль играет механизм РНК-интерференции. Образуется вирусная двуцепочечная РНК, и при участии компонентов клеточной системы РНК-интерференции происходит либо деградация вирусной РНК, либо угнетение трансляции . Есть вироиды , инфекционные короткие кольцевые РНК, которые ничего не кодируют, но могут вызывать тяжелые симптомы в зараженном растении. Как именно? Они вызывают заболевание, потому что клетка защищается и включает механизмы РНК-интерференции. При этом фрагменты вироидной РНК гибридизируются с клеточной РНК, и это приводит к деградации клеточной РНК и развитию симптомов. Но многие вирусы растений кодируют разнообразные белки, которые препятствуют РНК-интерференции. При этом они угнетают и важную для растений РНК-интерференцию и вызывают патологические симптомы.

Каковы последствия инактивации секьюрити-белков для взаимодействия вируса с клеткой? Есть полезные: повышается чувствительность вируса к защитным механизмам клетки. Но есть и вредные: усиливается защитная и самоубийственная активность клетки.

Подробнее:

А что произойдет, если одновременно выключить защитные механизмы клетки и в то же время отключить и противозащитные механизмы вируса? Это очень любопытная ситуация. Ее мы изучали на примере взаимодействия одного из пикорнавирусов — вируса энцефаломиокардита — с определенным видом клеток. Эти клетки, зараженные вирусом дикого типа, гибнут от некроза достаточно быстро. А клетки, зараженные частично разоруженным вирусом, у которого инактивирован противозащитный (в частности, антиапоптозный) лидерный белок, живут чуть дольше, но гибнут не от некроза, а от апоптоза. Третья ситуация, когда и вирус частично разоружен (инактивирован лидерный белок), и клетка частично разоружена. Клетка разоружена тем, что у нее выключен апоптозный путь путем добавления химического соединения, которое угнетает ключевые ферменты апоптозного механизма (каспазы). И что мы видим? Через 16 часов клетки явно чувствуют себя лучше, чем те клетки, которые не были разоружены, хотя вирус в них размножался так же эффективно, как и в предыдущем случае.

И если это так, то эффективной противовирусной терапией, направленной на облегчение симптомов заболевания, может служить одновременное подавление как вирусной противозащиты, так и клеточной защиты.

Секьюрити-белки вируса адаптированы к противодействию защитным механизмам определенного хозяина. Поэтому смена хозяина может сопровождаться утерей противозащитных функций секьюрити-белков и, как следствие, усилением защитных реакций организма. И эта повышенная защитная активность хозяина может объяснять особую патогенность новых для него вирусов.
Например, вирус гриппа. Для птиц это малопатогенный вирус, но когда он переходит на человека, то может возникать испанка, птичий грипп, свиной грипп. Вирус атипичной пневмонии — это достаточно безобидный вирус летучих мышей, но, переходя на человека, вирус SARS вызывает острую пневмонию с большой летальностью. Наконец, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — это относительно безобидный вирус обезьян, а у человека он вызывает СПИД. Все эти три вируса в результате мутаций научаются заражать нового хозяина, но новых факторов патогенности у них не возникает.

Следовательно, это не вирус стал злее, а хозяин недотепа.

Подробнее:

Другим возможным механизмом нарушения равновесия между вирусом и хозяином может быть смена вирусного противозащитного оружия. Например, утеря старого и приобретение нового секьюрити-белка. Длительная коэволюция вируса и хозяина должна приводить к снижению патогенности вируса, и это будет взаимовыгодное разоружение. Убийство хозяина не дает вирусу преимущество, и происходят взаимная коадаптация и достижение равновесия.

Хорошо известный пример — с европейскими кроликами, которых завезли в Австралию. Они невероятно размножились, и в середине ХХ века было решено контролировать популяцию, используя вирус, патогенный для кроликов. Для этого взяли вирус фибромы/миксомы. У бразильских кроликов он вызывает доброкачественную опухоль — фиброму, и ничего страшного с ними не происходит. Но у европейских кроликов возникает генерализованное смертельное заболевание. Этот вирус был занесен в Австралию для борьбы с кроликами и стал вызывать переносимые комарами летние эпизоотии. И сначала было так, что 99% зараженных кроликов гибли менее чем за две недели. Но менее вирулентные вирусы при этом имели больше шансов перезимовать, что приводило к их отбору. И примерно через десять лет смертность кроликов от эволюционировавшего вируса снизилась вдвое. Одновременно шел отбор на более резистентных кроликов, и их смертность от исходного вируса снизилась примерно в четыре раза. То есть всего за десять лет на порядок улучшились взаимоотношения между вирусом и хозяином. Хотя гонка вооружений не прекращается.

Вирусы и клетки учат друг друга, и полученные знания наследуются.

Мой бывший аспирант Евгений Кунин вместе с другим выпускником кафедры вирусологии МГУ Валерьяном Долей недавно опубликовали статью о вирусоцентрическом взгляде на эволюцию, согласно которому противодействие и кооперация вирусов и их хозяев — это главный фактор эволюции и вирусов, и организмов.

В общем, конечно, нужно бороться с тяжелыми болезнями, но мы должны быть благодарны вирусам за существование живой природы и наше с вами существование.

В заключение я бы добавил некий, может быть, научно-фантастический форсайт. Что можно ожидать в будущем?

Несомненно, будут успехи в предупреждении и лечении вирусных болезней, это очевидно. Но вирусы будут использоваться для предупреждения и лечения других болезней, в частности инфекционных. Уже почти 100 лет назад было предложено использовать бактериофаги для лечения микробных заболеваний. Все это время, хотя какие-то препараты выпускались, пока в этом направлении нет серьезных успехов. Но такие успехи вполне можно ожидать.

Подробнее:

Вирусы будут использоваться для лечения и неинфекционных заболеваний. В первую очередь онкологических. Уже 40 лет назад делались такие попытки, а сейчас в серьезных журналах сообщается о явных успехах в этом направлении. Можно вообразить, что вирусы будут использоваться и против других, самых разнообразных заболеваний — психиатрических, эндокринологических, гематологических, для лечения бесплодия.

И вероятно, вирусы будут продаваться в аптеках, какие-то без рецептов, какие-то по рецептам.

Вирусы будут использоваться в сельском хозяйстве. Сейчас говорят о безвирусном растениеводстве, а будет, наоборот, вирусное растениеводство. Есть некое растение, которое может произрастать в жарком климате только в присутствии грибка и вируса.

Будет развиваться синтетическая вирусология, вирусы будут использоваться для конструирования новых организмов, для чего-то полезных.

Можно пофантазировать, что будут вирусы для улучшения качества жизни. Например, персонализированные вирусы против преждевременного старения, ожирения и, может быть, даже облысения. Причем в каких-то странах это будет разрешено, а в других запрещено как вмешательство в естественную природу человека.

Не обойдется и без негативных последствий. Возможно, возникнет вирусомания, появится зависимость от вирусов, когда человек не сможет жить, не принимая каждое утро свежую порцию вирусов.

На Олимпийских играх в качестве контроля на допинг будут проверять на использование вирусов, которые способствуют силе и выносливости.

Естественно, расцветет вироинформатика. И она станет одной из центральных биологических наук. Возникнут виросинтезаторы. Хотя это уже сейчас в принципе возможно: сделать прибор, в который вставить программу, и он будет выдавать свежеиспеченные вирусы. Поскольку это будет прибор широкого распространения, то и в школах учеников будут обучать работать с этими виросинтезаторами. В аптеке будут продаваться стандартные вирусы, а персонализированные каждый будет делать себе сам, заказывая соответствующую программу у вироинформатиков.

Защита, точнее, вакцины от вирусов появились еще до того, как люди поняли, что такое вирус. Они понимали, что существуют инфекционные заболевания, но не видели никакой разницы между бактериями, вирусами и даже какими-нибудь амебами. По-видимому, первой появилась вакцина против натуральной оспы, которую английский врач Эдвард Дженнер создал в конце XVIII века. Во всяком случае, это первый документированный случай исследования и использования вакцины. Потом, уже в 1870-е годы, случилось другое знаменитое событие — создание Луи Пастером вакцины против бешенства. Это прекрасно работало и выглядело как настоящее чудо: совершенно неизлечимая болезнь, которую можно предотвратить и даже вылечить, если вовремя начать лечение при помощи этих вакцин.

Но при этом вакцины создавались вслепую. Никаких идей о том, что есть некий особый тип агента, который вызывает эти болезни, не было. Такие идеи стали появляться в самом конце XIX века. В 1890-е годы был такой русский ученый, Дмитрий Иосифович Ивановский, молодой тогда еще человек, который готовился защищать диссертацию, ничем особенно не примечательный. Он исследовал болезни табака и был первым, кто уделил внимание тому обстоятельству, что эта болезнь передавалась с соком больных растений. То есть возбудитель этой болезни как-то проходил через фильтры, которые не пропускают бактерии. Ивановский на самом деле не понимал, живой это организм или нет, он скорее думал, что это токсин, хотя и подозревал, что это начало каким-то образом репродуцирует себя. Но, как бы то ни было, первым описал такой объект, привлек внимание научного сообщества и стал, по сути, основателем вирусологии. А дальше довольно за короткое время был сделан еще ряд важных открытий: было показано, что многие болезни вызываются вирусами — ящур, желтая лихорадка, полиомиелит, саркома птиц.

Английский бактериолог Фредерик Туэрт в 1915 году описал в своей статье группу вирусов, инфицирующих бактерии, а французско-канадский микробиолог Феликс Д’Эрелль в 1917 году описал эти вирусы подробно и дал им название бактериофаги, то есть ‘пожиратели бактерий’, поскольку при добавлении к бактериям в питательной среде эти вирусы создают зону с мертвыми бактериями. Таким образом, к концу Первой мировой войны стало понятно, что существуют некие мельчайшие агенты, которые составляют совершенно особый класс паразитов.

Такой иммунитет исключительно эффективен. Однако включается пресловутая гонка: как только вирус меняется в соответствующей части генома, он становится устойчивым против вакцины. И чтобы восстановить иммунитет, хозяин должен заимствовать новые фрагменты измененного вирусного генома. Так что это такая фундаментальная (поскольку основана на центральном принципе в биологии — комплементарности нуклеиновых кислот) форма этой гонки вооружений.

Есть и другие способы борьбы. Многие вирусы разрабатывают специальные, так сказать, противозащитные средства. В частности, у вирусов очень часто есть некие белки, которые адаптируются к системе иммунитета и мешают ей. Очень часто происходит так, что вирус захватывает компонент хозяйской защитной системы и его же использует против нее. Этот компонент меняется и перестает работать, но воспринимается как работающий. И таким образом вирус как бы ставит хозяину палки в колеса. Это очень распространенное явление. Такая гонка вооружений ведет к разнообразию как вирусов, так и хозяйской системы защиты. Это важнейший фактор генерации разнообразия в процессе эволюции.

Очевидно, что какие-то вирусы подстраиваются под иммунную систему и продолжают борьбу, а какие-то оказываются побежденными. Но мы ничего не знаем об этих видах, которые существовали миллионы лет назад, но так и не прошли по пути эволюции. Правда, мы можем реконструировать какие-то предковые формы, которые оставили потомство, дошедшее до наших дней.

В ходе эволюции у вирусов появились и другие способы выживания. Они могут встроить свой геном в клетку хозяина и таким образом жить. Однако когда что-то плохое угрожает его существованию, вирус активируется, выходит из своего полусонного состояния, убивает хозяина и переходит к другому. Вообще говоря, в ходе эволюции победили именно те паразиты, которые умеют сочетать названные две стратегии. Это как умение правильно распределять свои ставки в казино. И очень важно понимать, что гибель хозяина или его тяжелое состояние ни в коем случае не является чем-то выгодным для паразита. Это побочный эффект его деятельности.

Размножение вирусов, как правило, не сулит ничего хорошего индивидуальным организмам. Хотя, с другой стороны, вирусы могут стимулировать иммунитет. Были даже попытки вылечить рак при помощи заражения вирусами. Но в целом в ходе эволюции паразиты и вирусы играют огромную роль, без них не было, нет и не будет никакой жизни. И вся история жизни — это история совместной эволюции взаимодействия паразитов с хозяином. И увеличение сложности защиты хозяев, совершенствование иммунной системы было бы невозможно без постоянного взаимодействия с паразитами. В частности, можно математически показать, что возникновение многоклеточных организмов стимулируется во многом именно защитой от вирусов. Многоклеточность становится выгодной тогда, когда клетки атакуются вирусом: выгодно, когда одна клетка принимает на себя удар и при помощи механизмов программируемой клеточной смерти может себя убить и избавить других от вируса. И многие другие приспособления, которые существуют у клеточных организмов, связаны либо с защитой от вирусов, либо с генетическим материалом, который хозяин получает от вируса.

Можно привести следующий пример. Есть довольно знаменитый фермент под названием теломераза — это тот фермент, который обеспечивает стабилизацию наших хромосом, как бы следит за тем, чтобы они не становились короче. Это совершенно необходимо для выживания организма, и активность этого фермента связана как со старением, так и с раком. И изначально, на заре становления эукариот, эта самая теломераза была не чем иным, как обратной транскриптазой, которая у ранних эукариот входила в состав одного из мобильных генетических элементов. И нужно всегда помнить, что наш собственный геном где-то на две трети или чуть меньше состоит из остатков мобильных генетических элементов. Большинство людей полагают, что это бесполезный мусор, но их так много, что многие из них используются для всяких нужд. Таким образом, эволюция хозяев никогда не свободна от паразитов и очень многое от них берет.

В 1971 году великий американский ученый Дэвид Балтимор предложил классифицировать вирусы в зависимости от типа геномной нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Тип вируса, согласно этой классификации, определяет цикл его размножения. Но в природе эти классы распределены очень неравномерно. Если мы посмотрим, какие виды вирусов заражают разные организмы, получится интересная картина. У бактерий и архей подавляющее большинство — это вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК. А у эукариот существенно преобладают РНК-вирусы, которых существует просто фантастическое разнообразие. Причины этих различий очень интересны, но хорошо понятны только в немногих случаях. Например, большие ДНК-содержащие вирусы не могут распространяться в растениях, они там не выживают и присутствуют только в водорослях. У высших растений их место занимают РНК-содержащие вирусы. Вот это понятие ниши как раз и определяет, по-видимому, различия в распространении вирусов. Но это не всегда можно точно понять.

У РНК-содержащих ретровирусов сначала происходит обратная транскрипция генома в ДНК, затем ее интеграция в клеточные хромосомы и лишь после этого транскрипция генов.

Цитопатические эффекты при вирусных инфекциях разнообразны, они определяются как вирусом, так и клеткой и сводятся к разрушению клетки (цитолитический эффект), сосуществованию вируса и клетки без гибели последней (латентная и персистирующая инфекция) и трансформации клетки.

Вовлеченность организма в инфекционный процесс зависит от ряда обстоятельств - количества погибших клеток, токсичности вирусов и продуктов распада клеток, от реакций организма, начиная от рефлекторных и заканчивая иммунными. Количество погибших клеток влияет на тяжесть инфекционного процесса. Например, будут ли поражены при гриппе только клетки носа и трахеи или вирус поразит клетки эпителия альвеол, зависит тяжесть и исход болезни.

Хотя вирусы и не образуют типичных токсинов, однако и вирионы, и вирусные компоненты, накапливающиеся в пораженных тканях, выходя в кровоток, оказывают токсическое действие. Неменьшее токсическое действие оказывают и продукты распада клеток. В этом случае действие вирусной инфекции столь же неспецифично, как и действие патогенных организмов, убивающих клетки и вызывающих их аутолиз. Поступление токсинов в кровь вызывает ответную реакцию - лихорадку, воспаление, иммунный ответ. Лихорадка является преимущественно рефлекторным ответом на поступление в кровь и воздействие на ЦНС токсичных веществ.

Если лихорадка - общий ответ организма на вирусную инфекцию, то воспаление - это местная многокомпонентная реакция. При воспалении происходят инфильтрация пораженных тканей макрофагами, утилизация продуктов распада, репарация и регенерация. Одновременно развиваются реакции клеточного и гуморального иммунитета. На ранних стадиях инфекции действуют неспецифические киллеры и антитела класса IgM. Затем вступают в действие основные факторы гуморального и клеточного иммунитета. Однако гораздо раньше, уже в первые часы после заражения, начинает действовать система интерферона, представляющая семейство секреторных белков, вырабатываемых клетками организма в ответ на вирусы и другие стимулы. Описанные явления относятся к так называемой острой репродуктивной вирусной инфекции. Взаимодействие вируса и клеток может происходить, как отмечалось выше, без гибели последних. В этом случае говорят о латентной, т.е. бессимптомной или персистирующей хронической вирусной инфекции. Дальнейшая экспрессия вируса, образование вирусспецифических белков и вирионов вызывает синтез антител, на этой стадии латентная инфекция переходит в персистирующую и появляются первые признаки болезни.

Репродукция вируса в клетках сопровождается развитием цитопатических процессов, специфичных для разных вирусов и для разных типов инфекционных процессов. Цитопатические процессы при вирусных инфекциях разнообразны, они определяются как вирусом, так и клетками, причем специфика их больше "задается" клеткой, нежели вирусом, и сводится в основном к разрушению клеток, сосуществованию вируса и клеток без гибели последних и трансформация клеток. Несмотря на значительные различия цитоцидного действия разных вирусов, в общем, они сходны. Подавление синтеза клеточных макромолекул - нуклеиновых кислот и белков, а также истощение энергетических ресурсов клетки ведут к необратимым процессам, заканчивающимся гибелью пораженной клетки. Повреждение клеток вирусами, их отмирание и распад переносят вирусную инфекцию с клеточного уровня на уровень организма в целом.

При встрече организма с вирусной инфекцией продукция интерферона (растворимого фактора, вырабатываемого вирус-инфицированными клетками, способного индуцировать антивирусный статус в неинфицированных клетках) становится наиболее быстрой реакцией на заражение, формируя защитный барьер на пути вирусов намного раньше специфических защитных реакций иммунитета, стимулируя клеточную резистентность, - делая клетки непригодными для размножения вирусов.

Продукция и секреция цитокинов относятся к самым ранним событиям, сопутствующим взаимодействию микроорганизмов с макрофагами. Этот ранний неспецифический ответ на инфекцию важен по нескольким причинам: он развивается очень быстро, поскольку не связан с необходимостью накопления клона клеток, отвечающих на конкретный антиген; ранний цитокиновый ответ влияет на последующий специфический иммунный ответ.

Интерферон активирует макрофаги, которые затем синтезируют интерферон-гамма, ИЛ-1, 2, 4, 6, ФНО, в результате макрофаги приобретают способность лизировать вирус-инфицированные клетки.

Интерферон-гамма является специализированным индуктором активации макрофагов, который способен индуцировать экспрессию более 100 разных генов в геноме макрофага.

Продуцентами этой молекулы являются активированные Т-лимфоциты (Тh1-тип) и естественные киллеры (NK-клетки). Интерферон-гамма индуцирует и стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов (ФНО, ИЛ-1, 6), экспрессию на мембранах макрофагов, антигенов МНС II; гамма-интерферон резко усиливает антимикробную и противовоспалительную активность путем повышения продукции клетками супероксидных радикалов, а усиление иммунного фагоцитоза и антителоопосредованной цитотоксичности макрофагов под влиянием гамма-интерферона связано с усилением экспрессии Fc-рецепторов для JgG. Активирующее действие интерферона-гамма на макрофаги опосредовано индукцией секреции этими клетками ФНО -альфа. Этот пик наблюдается совместно с ФНО-альфа. Максимум продукции ИЛ-4 наступает через 24-48 ч с момента активации клеток. При этом ИЛ-4 рассматривается как цитокин, ограничивающий иммуновоспалительные реакции и снижающий ответ организма на инфекцию, угнетая при этом экспрессию гамма-интерферона. Интерферон-гамма ин витро усиливает фагоцитарную активность нейтрофилов, что обусловлено усилением экспрессии Fc-рецепторов и поверхностных белков семейства интегринов на нейтрофилы. Это позволяет нейтрофилам осуществлять цитотоксические функции и фагоцитоз. В качестве основных эффекторных клеток воспалительного процесса, они обеспечивают элиминацию инфекта из организма.

Взаимодействие цитокина с клеткой определяется универсальной биологической системой, специфическим механизмом которой является рецепторный аппарат, связанный с восприятием метаболического кода. Для проявления биологической активности цитокина необходимо присутствие на поверхности чувствительных клеток специфических рецепторов, которые могут экспрессироваться параллельно с синтезом цитокина. Рецепторы цитокинов представляют собой комплексы, состоящие из двух и более рецепторных молекул, которые объединяются на мембране клетки-мишени и образуют высокоаффинный рецепторный комплекс. Большинство рецепторов состоит из отдельных молекул, связывающих цитокины, которые ассоциируются после связывания лиганда с сигналпередающим рецепторным компонентом; часть рецепторов существует как растворимые изоформы, способные связывать и растворять цитокины, а часть функционирует как многокомпонентные блоки; механизм комплексирования субъединиц рецепторов объясняет плейотропные и дублирующие эффекты цитокинов, имеющих большое структурное сходство. Рецепторы ИЛ-10 имеют гомологию рецепторов интерферона, и подобно ИЛ-10 индуцирует экспрессию в моноцитах гена Fc- рецептора. Для полного функционирования цитокиновой системы необходимы повышение уровня цитокина в ответ на инфект и экспрессия нормального количества рецепторов к ним на клетках. Изменение рецепторов после их связывания с цитокином заключается в интернализации комплексов цитокин - рецептор внутрь клетки. На поверхности клеток рецептор появляется заново, постепенно синтезируясь в течение 24-36 ч (время появления рецепторов интерферон-альфа). В этот период клетки остаются чувствительными к последующим дозам цитокина, чем объясняется эффективность введения препаратов интерферона и их индукторов три раза в неделю.

Пик продукции цитокинов после стимуляции макрофагов наблюдается через 1-2,6,18-48 ч, а пик продукции интерферон-гамма наступает через 20 ч после первого выхода цитокина из клетки. Поскольку интерферон-гамма ингибирует миелопоэз, то нормализация числа нейтрофилов после элиминации инфекта связана с системой регуляции нейтропоэза. Через 6 ч после стимуляции интерферон-альфа для выполнения своих функций NK-rклетки (активность которых регулируется ИЛ-1, 4, 2) продуцируют гамма-интерферон, в результате чего происходит лизис инфицированных клеток.

При антигенной стимуляции клеток трансдукция сигнала с активированного рецептора на генетический аппарат осуществляется с помощью внутриклеточных регуляторных систем, компоненты которых (белки мембран, ферментов, хроматина) связываются с чувствительными к ним последовательностями ДНК. После связывания цитокина (интерферон) с поверхностными клеточными мембранными рецепторами происходит активация ферментов протеинкиназы-С (ПКС), тирозинкиназы, ц-АМФзависимой протеинкиназы, серин-треонинкиназы. Интерферон-альфа активирует tyk 2 и jak 1-киназы, а интерферон-гамма активирует jak 1 и 2-киназы. Далее факторы транскрипции перемещаются в ядро клетки и связывают гены раннего ответа.

Первый ответ клеток на цитокин - это быстрая индукция генов раннего ответа ("immediate early" генов), в число которых и входит ген интерферон-гамма. Стимуляция экспрессии этих генов важна для выхода клеток из Go-стадии и перехода в Gi-стадию и дальнейшей прогрессии клеточного цикла. Их индукция происходит после активации рецепторов роста на клеточной мембране и активации протеин-киназной системы. Гены раннего ответа являются ключевыми регуляторами клеточной пролиферации и дифференцировки, кодируют белки, регулирующие репликацию ДНК.

Таким образом, при активации клеток происходит стимуляция генов раннего ответа, что ассоциируется с изменением фаз клеточного цикла. Основная протективная роль в иммунном ответе, направленном против внутриклеточных паразитов (грибы, простейшие, вирусы, микобактерии туберкулеза), принадлежит клеточным механизмам. Способность перечисленных возбудителей переживать и размножаться внутри клеток делает их защищенными от действия антител и системы комплемента. Резистентность к антимикробным факторам макрофагов позволяет им длительно переживать внутри этих клеток. Для элиминации возбудителя необходим специфический клеточно-опосредованный ответ. Его специфичность определяется антигенраспознающими СД8+-Т-лимфоцитами, которые пролиферируют, активируются и формируют клон эффекторных цитотоксических лимфоцитов. Решающий момент специфического иммунного ответа - это ответ СД4+Т-лимфоцитов с хелперной направленностью на распознавание антигена. На этом этапе определяется форма иммунного ответа: либо с преобладанием гуморального иммунитета, либо с преобладанием клеточных реакций (ГЗТ). Направление дифференцировки СД4 + -лимфоцитов, от которого зависит форма специфического иммунного ответа, контролируется цитокинами, образующимися в ходе воспалительной реакции. Так, в присутствии ИЛ-12 и интерферон-гамма СД4 + -лимфоциты дифференцируются в воспалительные Тh1-клетки, начинают продуцировать и секретировать интерлейкин-2, интерферон-гамма, ФНО и определяют клеточный характер специфического иммунного ответа. Присутствие ИЛ-12 обеспечивается его продукцией макрофагами, а интерферон-гамма - естественными киллерами, активированными в раннюю фазу ответа на внутриклеточно паразитирующие бактерии и вирусы. В отличие от этого, в присутствии ИЛ-4 СД4 + -лимфоциты дифференцируются в хелперы Тh 2, которые начинают продуцировать и секретировать ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6 и запускают гуморальный иммунный ответ, т.е. синтез специфических антител - иммуноглобулинов. Воспалительные Тh 1-лимфоциты нужны для борьбы с внутриклеточными паразитами, а Тh 2 хелперы нужны для элективной защиты от внеклеточных паразитов.

Вирусная инфекция может вызывать быстрое подавление экспрессии ряда клеточных генов (из которых наиболее изучены интерфероновые гены и гены, кодирующие дс-РНК-зависимые ферменты -2,5-ОАС и ПК-дс), принимающих участие в антивирусном действии. Специальные исследования механизма антивирусного действия интерферонов и дс-РНК в клеточных и бесклеточных системах показали ключевую роль в этом процессе вышеуказанных ферментов. ПК-дс, взаимодействуя с дс-РНК, фосфорилируется и в активной форме фосфорилирует регуляторные факторы транскрипции и трансляции, из которых наиболее изучен инициирующий фактор трансляции (eIF2).

ПК-дс выполняет регуляторную роль в системе клеточной пролиферации на уровне факторов трансляции и активации ряда генов цитокинов. Вероятно, существует связь между подавлением транскрипции мРНК и ПК-дс, угнетением общего синтеза клеточного белка при вирусных инфекциях и накоплением в ядрах клеток белка нуклеокапсида и белка NSP2. Фрагментация клеточных хромосом, наблюдающаяся на ранних сроках вирусной инфекции, может быть одной из причин подавления экспрессии генов, участвующих в противовирусном ответе.

Есть основания предполагать участие белков NSP2 в регуляции активности генов цитокинов - низкомолекулярных белковых регуляторных веществ, продуцируемых клетками и способных модулировать их функциональную активность. Нарушения в системе цитокинов приводят к нарушению кооперативных взаимодействий иммунокомпетентных клеток и нарушению иммунного гомеостаза.

В последние годы показано, что ИЛ- 12, относящийся к провоспалительным цитокинам, является ключевым для усиления клеточно-опосредованного иммунного ответа и инициации эффективной защиты против вирусов.

Средства терапии гриппа и ОРЗ можно разделить на этиотропные, иммунокорригирующие, патогенетические и симптоматические. Приоритет принадлежит этиотропным препаратам, действие которых направлено непосредственно на возбудитель инфекции. Все препараты этиотропного действия целесообразно рассматривать с учетом их точек приложения в цикле репродукции вирусов гриппа и других ОРЗ.

Применение химиопрепаратов для профилактики и лечения гриппа и ОРЗ относится к базовой терапии и является общепризнанным мировым стандартом. Многолетние клинические исследования достоверно выявили их высокую лечебно-профилактическую значимость. Химиотерапевтические средства представлены тремя основными группами: это блокаторы М_2-каналов (амантадин, ремантадин); ингибиторы нейраминидазы (занамивир, озельтамивир) и ингибиторы протеаз (амбен, аминокапроновая кислота, трасилол). Препараты оказывают прямое антивирусное действие, нарушая различные фазы репликативного цикла вирусов. Несколько особняком стоит группа вирулицидных препаратов, применяемых местно для предотвращения адсорбции и проникновения вирионов в клетки.

1. Грипп и другие респираторные вирусные инфекции / под ред. О.И. Киселева, И.Г. Мариничева, А.А. Сомининой. - СПб, 2003.
2. Дриневский В.П., Осидак Л.В., Цыбалова Л.М. Острые респираторные инфекции у детей и подростков // Практическое руководство под редакцией О.И. Киселева. - СПб, 2003.
3. Железникова Г.Ф., Иванова В.В., Монахова Н.Е. Варианты иммунопатогенеза острых инфекций у детей. СПб, 2007. - 254 с.
4. Ершов Ф.И. Грипп и другие ОРВИ // Антивирусные препараты. Справочник. - М., 2006. - С.226-247.
5. Ершов Ф.И., Романцов М.Г. Антивирусные средства в педиатрии. - М., 2005. - С.159-175.
6. Ершов Ф.И., Киселев О.И. Интерфероны и их индукторы (от молекул до лекарств). М., 2005. - С.287-292.
7. Иванова В.В. Острые респираторно-вирусные заболевания // Инфекционные болезни у детей. - М., 2002.
8. Онищенко Г.Г., Киселев О.И., Соминина А.А. Усиление надзора и контроля за гриппом как важнейший элемент подготовки к сезонным эпидемиям и очередной пандемии. - М., 2004. - С.5-9.
9. Об утверждении стандарта медицинской помощи больным гриппом, вызванным идентифицированным вирусом гриппа (грипп птиц) // Приказ Минздравсоцразвития №460 от 07.06.2006 г.
10. Романцов М.Г., Ершов Ф.И.Часто болеющие дети: Современная фармакотерапия. - М., 2006. - 192 с.
11. Стандартизированные принципы диагностики, лечения и экстренной профилактики гриппа и других острых респираторных инфекций у детей / под ред. О.И. Киселева. - Санкт-Петербург. - 2004. - С.82-95.
12. Лекарственные средства в фармакотерапии патологии клетки / под ред. Т.Г.Кожока. - М., 2007.