Патогенез ВИЧ-инфекции

(4 Голосов)
Рейтинг пользователей: / 4
ХудшийЛучший 

В связи с тем, что вирусы являются патогенами внутриклеточными, каждый представитель мира вирусов имеет тропность к определенному типу клеток. Тропизм вируса определяется наличием на клетке-мишени рецептора для данного вируса, а также возможность генома вируса встроиться в геном клетки.

Рецепция в свою очередь определяет:

а) конкретный вирус взаимодействует только с определенными рецепторами;

б) на клетке могут быть рецепторы для различных типов вирусов;

в) рецепторы для определенного вируса могут быть на клетках различных типов.

Рецепторную функцию выполняют различные структуры (лиганды): белки, липиды, углеводные компоненты белков и липидов.

Рецепторы локализованы на плазматической мембране, выполняют важнейшие функции жизнеобеспечения клетки — проникновение в нее гормонов, питательных веществ, факторов роста и регуляции, хемокинов и т. п. Вирус использует эти рецепторы в своих целях. Рецепторы созданы для жизнеобеспечения клетки, а не для вируса, вирус лишь к ним приспособился, используя их в целях возможности зацепиться за клетку.

Рецепторы, независимо от их биохимического строения, имеют общую структурную характеристику, а именно состоят из участка, расположенного вне клетки, участка, локали-зованного внутримембранно и участка, погруженного в цитоплазму.

Помимо рецепторов наружная мембрана (оболочка) клетки покрыта антигенами, которые необходимы клетке, чтобы иммунная система не спутала ее с чужеродной клеткой (например, мутировавшей в раковую или инфицированную вирусом) и не уничтожила. Одним из таких антигенов является антиген CD4, расположенный на Т-хелперах. CD4 антиген выполняет важнйшую роль в распознавании Т-хелпером антигенов микробов и вирусов. Именно его использует вирус иммунодефицита человека для того, чтобы проникнуть в клетку. Следовательно, антиген CD4 является рецептором для вируса иммунодефицита (к примеру, для вируса гепатита рецептор иного строения расположен на печеночных клетках).

Феномен устойчивости к ВИЧ-1 установлен в 1995 г. американскими учеными, проводившими обследование популяции наркоманов и гомосексуалистов, зараженных ВИЧ. Было выявлено несколько человек, которые, несмотря на общую иглу и половую связь, не заболевали, хотя их партнеры и болели, и даже умерли. У резистентных к ВИЧ-инфекции нашли мутацию генов рецептора хемокина CCR5. Причем никаких иных биологических особенностей у людей, устойчивых к СПИДу, не обнаружено.

Дальнейшие исследования показали, что наряду с рецептором CD4 для проникновения в Т-клетку/хелпер или макрофаг вирусу необходим дополнительный рецептор (коре-цептор), которым, как было установлено в 1996 г., является рецептор одного из хемокинов — CCR5. Хемокины не созданы природой для вирусов, с их помощью выполняются иммунокомпетентными клетками важнейшие функции, в том числе хемокины определяют направленность движения иммунокомпетентных клеток (Т-хелпер, Т-супрессор, макрофаг и др. клетки — это клетки иммуннокомпетентиые, т. е. выполняют определенные функции в защите организма) в очаг инфекции, чтобы его уничтожить.

Хемокины — полипептиды, вызывающие движение клеток в определенной направленности. У человека выделено около 40 отдельных подобных белков, их подразделили на альфа (СХС)- и бета-хемокины (СС). Именно рецептор представителя бета-хемокинов CCR5 в комплексе с основным для ВИЧ рецептором - CD4 определяют проникновение вируса в Т-хелпер.

У некоторых людей гены, определяющие синтез хемокина (полипептид) CCR5, подверглись изменению (мутации), в силу чего синтезируется нефункционирующий рецептор CCR5, что препятствует проникновению ВИЧ из крови в клетку, а следовательно, и развитию болезни. При этом иммунная система людей, имеющих дефект по CCR5 гену, функционирует вполне нормально.

Как известно, каждый ген представлен двумя копиями: отца и матери. Если же у человека отсутствует ген этого рецептора, проникновение ВИЧ в клетку невозможно. Попавший в кровь вирус у этих лиц не представляет опасности, поскольку сам по себе очень нестойкий. Экспериментально доказано, что врученная в кровоток живая культура ВИЧ-1, не способная проникнуть в клетки, погибает за 15 мин.

Как показали исследования новосибирских ученых, примерно 10,4 % людей имеют подобную мутацию гена рецептора хемокина CCR5, а значит, не восприимчивы к ВИЧ-инфекции. Подобный ген выявлен у многих финно-угорских народов Западной Сибири (11,1 %), удмуртов (9,8%), баш-киров (10%), мордвы (16,3%). Этой мутации практически нет у представителей негроидной расы, она очень редко встречается у афроамериканцев.

Другую популяцию составляют люди, несущие одну копию мутантного гена, их в мире насчитывается более 30-40%. По данным одних исследователей они инфицируются с той же вероятностью, как и несущие два нормальных гена рецептора хемокина CCR5, по данным других — они более устойчивы к действию вируса

Итальянские иммунологи в течение четырех лет наблюдали за 90 добровольцами, у половых партнеров которых имелась ВИЧ-инфекция. Было установлено, что эти люди остаются невосприимчивыми к ВИЧ благодаря наличию у них специфических антител. Эти антитела модифицируют рецептор CCR5, вследствие чего клетки макроорганизма становятся недоступными для внедрения вируса иммунодефицита. По мнению авторов, результаты данного открытия могут быть использованы при разработке новых, более эффективных антиретровирусных препаратов, а также при поисках вакцины против СПИДа (CDC,2000).

Проникнув в CD4+ клетки, ВИЧ сразу же начинает репликацию, при этом, чем активнее CD4+ клетки, тем выше процесс репродукции вируса. А отсюда вытекает, что все регуляторы, активирующие С04+клетки, обеспечивают увеличение репликации вируса. К подобным регуляторам относятся ФНО, фактор, стимулирующий колонии гранулоцитов/ макрофагов, ИЛ-6. К негативным регуляторам, тормозящим репликацию вируса, относятся ИФ, трансформирующий фактор роста. Так, установлено, что ФНО-а активирует транскрипцию провирусной ДНК ВИЧ 1 в хронически инфицированных Т-клетках и макрофагах. Моноциты продуцируют ФНО-а, они не только индуцируют экспрессию ВИЧ-инфицированными клетками, но они также стимулируют активацию лагентного провируса ВИЧ. Синхронно с ФНО-а действуют ИЛ-6 и фактор, стимулирующий колонии гранулоцитов/макрофагов.

Выделено два типа СD4+-клеток: Т-хелперы-1 и Т-хелперы-2. Т-хелперы-1 продуцируют цитокины, стимулирующие клеточный иммунитет, а Т-хелперы-2 - цитокины, усиливающие антителогенез. Соотношение Т-хелперы-1 и Т-хелперы-2 взвешенно и конкурентно, суперэкспрессия цитокинов одного типа клеток ведет к супрессии другого. У больных ВИЧ-инфекцией идет угнетение Т-хелперов-1, чем обеспечивается и вирусная патология и оикогенез.

Жизненный цикл ВИЧ после проникновения в организм носит последовательный характер: связывание вириона с поверхностью клетки, слияние мембран вириона и клетки, проникновение вируса внутрь клетки, высвобождение нуклеотида и геномной РНК вируса, интеграция генома вируса в геном инфицированной клетки, латентная фаза, фаза активации транскрипции с ДНК провируса и после-дующая транскрипция белков вируса, наработка всех компонентов вируса с формированием новых вирионов и их высвобождением из клетки, влекущим за собой гибель клетки-мишени.

Сродство вирусного мембранного гликопротеида gp120 (gp105 в случае ВИЧ-2) к клеточному рецептору CD4 определяет высокую степень избирательного поражения клеточных структур. Поэтому в патологический процесс вовлекаются в первую очередь и в большей степени CD4+ лимфоциты, моноциты крови, макрофаги тканей, дендритные клетки крови, лимфатических узлов, селезенки, кожи, альвеолярных и интерстициальных макрофагов легких, микроглия и другие клетки нервной системы, имеющие С04-рецепторы. Так же поражаются В - и О-лимфоциты, ретикулярные клетки, эпителиальные клетки кишечника, клетки Лангерганса. Причем последние инфицируются даже легче, чем CD4+ лимфоциты. Именно клеткам Лангерганса придается большое значение в распространении ВИЧ по организму, ибо в них вирус сохраняется длительное время, иногда годы.

Наличие CD4 рецептора на многих и не только имму-нокомпетентных клетках, возможность поражать и клетки, не имеющие этого рецептора, определяют иолитропность ВИЧ и полиморфизм клинической картины. Степень поражения тех или иных, содержащих CD4 рецепторы клеток зависит от плотности этих рецепторов на мембране клеток. Наиболее высока плотность на Т-хелперной субпопуляции лимфоцитов, что и определяет во многом патогенез болезни. Но степень поражения клеток-мишеней вирусом зависит также и от возможности репликации вируса в том или ином виде клеток. Очевидно, осуществляется репликация в основном в лимфоцитах с CD4+ фенотипом и моноцитах/макрофагах.

Если на СD4+-лимфоциты вирус оказывает цитопати-ческое действие с лизисом клетки или слиянием в синцитий, то в моноцитах/макрофагах ВИЧ реплицируется с умеренной интенсивностью, вирионы оформляются в округлые частицы еще в цитоплазме клетки и по выходе из нее не оказывают цитонекротического действия. Тем не менее, моноциты/ макрофаги претерпевают значительные ультраструктурные изменения. Проведенное нами изучение динамики сывороточных монокинов подтверждает активное участие в патогенезе ВИЧ-инфекции моноцитов/макрофагов, основных продуцентов фактора некроза опухолей и интерлейкина lb (выполняющих роль передатчика Т-лимфоцитам антигенспецифических сигналов, необходимых для их активации в иммунном ответе). Увеличение продукции некоторых цитокинов способствует экспрессии вируса. Так, исследования Н. М. Калининой (1996) показали резкое увеличение провоспалительных цитокинов ФНО-а (до 428 при норме 38,9 пг/мл у взрослых и до 1363 у детей при норме 108,8 пг/мл в стадии IIIB) и ИЛ-lb. С гиперпродукцией ФНО-а, ИЛ-lb и ИЛ-6 связывают развитие при ВИЧ-инфекции лихорадки, анемии, диареи, кахексии, патологических изменений на коже и слизистых при саркоме Капоши, церебральных симптомов. ФНО-а при этом оказывает прямое цитопатическое действие на инфицированные ВИЧ Т-хелперы. В то же время было установлено, что ВИЧ ингибирует продукцию ИЛ-2 и ИФ-g Т-хелперами первого типа и не ингибирует функцию Т-хелперов второго типа. Следовательно, играя важную роль в регуляции синтеза цитокинов, ВИЧ за счет переключения иммунного ответа с Т-хелперов первого типа на Т-хелперы второго типа, стимулирует гуморальное звено иммунитета.

После инфицирования клетки вирусом происходит соединение вирусной оболочки с помощью белка gp41 с мембраной клетки. Помимо того вирусный белок gp41 обеспечивает слияние мембран соседних клеток между собой с образованием одной многоядерной клетки — синцития. При этом слияние может быть как зараженных клеток между собой, так и зараженных с незараженными. Но синцитий в основном индуцируют вирусы, выделенные от больных с клиническими проявлениям ВИЧ-инфекции и не образуют выделенные от инфицированных, не имеющих клинических проявлений.

Раньше полагали, что с момента интеграции генома вируса в геном клетки начинается стадия латентной инфекции. В этот период вирус находится в клетке в виде интегрированного в геном ДНК-провируса. Считалось, что в этот период нет процессов транскрипции и трансляции с вирусных генов, а поэтому и экспрессии вирусных белков, нет иммунного ответа на вирус, как в виде специфических иммуноглобулинов, так и сенсибилизированных лимфоцитов. Но последние исследования показали, что сразу после проникновения вируса в клетку начинается и трансляция, и транскрипция.

В период инфекционного процесса, когда возбудитель находится в геноме клетки в виде ДНК-провируса, его можно обнаружить лишь такими методами, как полнмераз-ная цепная реакция (ПЦР), гибридизация нуклеиновых кислот со специфическими зондами.

Выявлен ряд факторов, активирующих экспрессию генов ВИЧ. К ним относятся факторы, активирующие Т-лимфоциты: специфические антигены (например, вирусы группы Herpes), неспецифические антигены (например, митогены типа фитогемагглютинина), цитокины (например, фактор некроза опухолей, некоторые интерлейкины, гамма-интерферон), бактериальные иммуномодуляторы (например, монофосфат липида из сальмонелл). К активаторам экспрессии ВИЧ относятся глюкокортикостероидные гормоны, в частности дексаметазон и гидрокортизон, ультрафиолетовое облучение, перекись водорода, свободные кислородные радикалы. Активирует инфекционный процесс беременность, более прогрессирующее течение ВИЧ-инфекции имеют психически неуравновешенные лица, дезадаптированные по сравнению с людьми, имеющими уравновешенную психику.

Довольно сложен механизм репликации вируса в инфицированной клетке. Известно, что в цитоплазме информация с вирусной РНК посредством обратной транскриптазы (ревертазы) переписывается на ДНК клетки, первоначально образуется однонитевая структура, затем та же обратная транскриптаза обеспечивает образование второй нити, а линейная промежуточная форма ДНК вируса транспортируется в ядро, где с помощью фермента интегразы интегрирует с ДНК клетки, превращаясь в ДНК-провирус.

Исключительно важный этап патогенеза болезни — сборка вирусных частиц и выход нового потомства вируса из инфицированной клетки. Сборка происходит на плазматической мембране лимфоцита, куда поступают все компоненты вирусной частицы, в том числе и белки-предшественники. Завершается процесс почкованием вирусных частиц с клеточной поверхности. Отличительной чертой ВИЧ является взрывной характер процессов активации транскрипции, син-теза белков-предшественников, сборки вирионов и их почкования.

Ключевой вопрос патогенеза ВИЧ-инфекции — механизм иммунного повреждения. Как установлено, в составе белков gp120, главного комплекса гистосовместимости (HLA) класса II и CD4-peuemopoB имеются сходные участки, что определяет перекрестное реагирование образующихся к ВИЧ антител с этими структурами. Например, происходит блокада кооперации CD4+ лимфоцитов и HLA II. Антитела к gp120 ВИЧ реагируют с CD4, обусловливая неадекватную стимуляцию CD4* клеток. На всех ядросодержащих клетках имеются антигены HLA I, вирус же нарушает синтез этих антигенов, участвующих в распознавании CD8+ лимфоцитами (Т-супрессорами) зараженных вирусом клеток, что тормозит процесс лизиса инфицированных клеток.

Многочисленными исследованиями показано, что взаимодействие gp 120 ВИЧ-1 с мембраной CD4+-лимфоцитов определяет не только отрицательные реакции инфицированных клеток, но и приводит к программированной клеточной гибели — апоптозу зрелых СD4+-лимфоцитов или CD34+ гемопоэтических клеток-предшественников даже при отсутствии их инфицирования вирусом.

Формирование иммунодефицита при ВИЧ-инфекции не ограничивается только поражением лимфоцитов с СD4-фенотипом. Так, нарушение синтеза белков HLA I ведет к ингибированию функции лимфоцитов с С08-фенотнпа, т. е. Т-супрессоров. Белок вируса р15 оказывает супрессивное действие на продукцию Т-клетками ИЛ-2 и интерферона-g. Известно, что для дифференцировки Т-эффекторов из Т-предшественников необходимы ИЛ-2, гамма-интерферон и ИЛ-6. А с продукцией ИЛ-2 и других цитокинов тесно связана функция цитотоксических Т-лимфоцитов, ответственных за противовирусную и противоопухолевую защиту организма. Все это патогенетически определяет характерную для ВИЧ-инфекции СПИД-ассоциированную вирусную и онко-патологию.

Наряду с поражением иммунной системы в патологический процесс вовлекается и кроветворная ткань. Для заболевания характерны лейкопения, анемия, тромбоцитопения. Угнетается функциональная активность гранулоцитов.

Таким образом, поражение иммунной системы при ВИЧ-инфекции носит системный характер, проявляясь глубокой супрессией Т - и В-звеньев клеточного иммунитета. В ходе развития ВИЧ-инфекции происходят закономерные изменения гиперчувствительности немедленного и замедленного типа, гуморального иммунитета и факторов неспецифической защиты, функциональной активности лимфоцитов и моноцитов/макрофагов. Нарастает уровень сывороточных иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов, продуктов катаболизма клеточных рецепторов (Р-белки). происходят характерные изменения нуклеиновых кислот иммунокомпетентных клеток и активности в них ферментов основных обменных циклов. Наряду с дефицитом CD4+ лимфоцитов в динамике болезни нарастает функциональная недостаточность СD8+-лимфоцитов, NK-клеток, нейтрофилов.

Нарушение иммунного статуса клинически проявляется инфекционным, аллергическим, аутоиммунным и лимфопролиферативным синдромами иммунологической недостаточности, синдромом, свойственным болезни иммунных комплексов. Все это определяет в целом клинику ВИЧ-инфекции.

Таким образом, в основе патогенеза ВИЧ/СПИД лежат:

1. Гибель СD4+-лимфоцитов и их предшественников в костном мозге. Характерна значительная гибель этих клеток при их ничтожном заражении (5%). Возможна гибель в меньших размерах макрофагов, моноцитов.

2. При покидании вирусом клетки в ее мембране образуются отверстия, вследствие чего клетка разбухает и гибнет (Т4-лимфоцит).

3. Слияние до 500 незараженных клеток с образованием нежизнеспособного синцития.

4. Активация деятельности иммунной системы путем связывания антител с оболочкой и лизисом клетки-хозяина.

5. Вирусу иммунодефицита человека свойственна высокая изменчивость. В условиях эксперимента доказано, что новые копии ВИЧ в антигенном отношении отличаются от предшественников и менее подвержены воздействию нейтрализующих антител. В организме человека постоянно идет селекция более агрессивных и патогенных вирусов. По мере прогрессирования заболевания выделяются штаммы, которые быстрее и продуктивнее реплицируются.

Патогенез ВИЧ-инфекции носит фазовый характер, условно можно выделить 6 стадий:

а) инкубационный период или первичная латентная — серонегативная, продолжительностью до 3 мес и больше;

б) 1 стадия — выраженной вирусной репродукции и первичного иммунного ответа — серопозитивная, продолжительностью до 6-12 мес;

в) 2 стадия — гиперреактивности гуморального иммунитета, продолжительностью до 3-5 лет;

г) 3 стадия — компенсированного иммунодефицита (число Т-лимфоцитов не менее 400 в 1 мкл., Т4:Т8 не менее 0,6);

д) 4 стадия — выраженного угнетения клеточного иммунитета и начала декомпенсации гуморального иммунитета с угасанием 3 из 4 кожно-аллергических реакций;

е) 5 стадия — полного отсутствия реакций гиперчувствительности замедленного типа и развитием локальных оппортунистических инфекций;

ж) 6 стадия — терминальная — с глубокими нарушениями клеточного и гуморального иммунитета и ге-нерализованными оппортунистическими инфекциями. Первые 4 стадии патогенеза условно называют «пре-СПИД», остальные — «СПИД».

В организм человека ВИЧ проникает в виде свободной или связанной с клеткой частички, после чего он начинает размножаться и инфицировать другие клетки. Через 3-8 нед после заражения развивается острый процесс, у половины клинически выраженный и похожий на грипп или мононуклеоз, длится около недели — стадия сероконверсии. В половине случаев эта стадия протекает бессимптомно. Затем все симптомы исчезают и проявления болезни отсутствуют в течение нескольких недель, месяцев и даже лет. В этот период вирус размножается и уже может быть выделен в лабораторных условиях.

Рис. 1. Взаимосвязь жизненного цикла SIV/HIV и иммунных нарушений CTL— цитотоксические Т-лимфоциты

Динамика взаимосвязи жизненного цикла ВИЧ и иммунных нарушений в организме человека представлена на рис. 1.