Страница:
Все вирусы для того, чтобы поразить организм, в первую очередь прикрепляются к клеткам хозяина, связываясь со специфическими белками, которые называются рецепторами. Однако рецепторы для разных типов вирусов совершенно различны (табл. 2). Этим и предопределяется, какие клетки могут быть заражены (инфицированы) данным вирусом, а какие нет. Так, рецептор для вируса полиомиелита имеется только на нейронах; они-то и инфицируются в первую очередь при попадании вируса в организм. А вот риновирус «любит» соединяться с белком по имени ICAM-1, который присутствует на мембранах многих типов клеток, в результате все они могут быть заражены этим вирусом. На сегодняшний день далеко не для всех вирусов обнаружены рецепторы, но это не означает, что их нет. И поиск их продолжается.
Таблица 2
Вирусы человека и рецепторы клеток, с которыми они взаимодействуют
Какова же ситуация в случае BИЧ? Попав на слизистую оболочку или прямо в кровяное русло человека и циркулируя там, вирус занят только одним: он ищет то место, куда он мог бы проникнуть и где мог бы нормально существовать, чтобы в дальнейшем размножиться. Иначе BИЧ погибнет. Как видно из табл. 2, BИЧ способен проникать далеко не во все виды клеток крови, а только в те, которые несут на своей поверхности специальный белок-рецептор – CD4, к которому вирус легко и охотно присоединяется. Белок вируса под названием gp120 (см. рис. 6), расположенный на его поверхности, как радар, находит белок-рецептор CD4 на поверхности клетки и плотно связывается с ним по принципу «ключ-замок». Этому взаимодействию способствуют и некоторые дополнительные белки, которые поэтому называют корецепторами. Имена основных корецепторов для BИЧ – CCR5 и CXCR4. B нормальных клетках они служат полноценными рецепторами для специфических клеточных белков-регуляторов – хемокинов. А для взаимодействия клеток с BИЧ они играют всего лишь роль помощников для основного рецептора CD4. Однако без этих белков-корецепторов, так же как без С4-рецептора, вирус проникнуть в клетку не может.
Рис. 9. Схемы взаимодействия ВИЧ с разными типами клеток с участием рецептора (CD4) и корецепторов (CCR5 и CXCR4)
Рецепторы и корецепторы для ВИЧ имеются на поверхности нескольких типов клеток иммунной системы. Наличие С4-ре-цептора позволяет называть все эти клетки С4-лимфоцитами. В частности, на мембране уже упоминавшихся Т-лимфоцитов-хел-перов имеется С4-рецептор и CXCR4-корецептор. С4-рецеп-тор содержится также на поверхности макрофагов и дендритных клеток, которые также одновременно несут и корецептор CCR5 (рис. 9). На ранней стадии ВИЧ-инфекции вирусы обычно имеют большее сродство с макрофагами, поэтому их называют М-троп-ными. Белок оболочки этих вирусов gp120 способен связываться одновременно с С4-рецептором и CCR5-корецептором. На более поздних стадиях ВИЧ приобретает сродство с Т-клетками, поскольку белок gp120 видоизменяется и становится способным связываться с клетками, содержащими как С4-рецептор, так и CXCR4-корецептор. По этой причине такие вирусы называют Т-тропными.
Понятно, что ключевой для взаимодействия ВИЧ и клетки С4-белок-рецептор когда-то возник и существует сейчас в некоторых типах клеток совсем не для того, чтобы вирусу было удобно в них проникать. Это очень важный клеточный белок, который обычно участвует на самых первых этапах сложного процесса передачи сигналов при активации Т-клеток. А ВИЧ просто сумел подобрать «ключ» именно к этому «замку». В результате в организме человека атака вируса идет главным образом именно на С4-содержащие клетки. Основным способом попадания BИЧ внутрь таких клеток человека является его физическое связывание как с белком-рецептором, так и белком-корецептором, расположенными на клеточной оболочке (рис. 9). Bирус иногда сравнивают с гаечным ключом фиксированного размера: за гайки меньшего размера он не сможет зацепиться, а гайки большего размера вообще не войдут в его паз. Как уже говорилось, взаимодействие вируса и рецептора на поверхности клеток можно также сравнить с ключом и замком. Когда ключ входит в замок – стыковка вируса и клетки произошла, после чего дверь открывается. Происходящее за этим слияние внешней оболочки вируса с мембраной клетки-мишени обеспечивает легкое проникновение (перетекание) вируса внутрь клетки. При этом BИЧ «раздевается» там: освобождается от своей оболочки.
Затем вирусу, чтобы жить и развиваться, необходимо перевести свою генетическую информацию на понятный клетке-хозяину язык, т. е. информацию, записанную в форме полимерной молекулы РНК, превратить в ДНКовую форму (рис. 8, см. вклейку после с. 64). Для этого клетка синтезирует белок-фермент, закодированный в вирусном геноме, под названием «обратная транскриптаза». Этот фермент и осуществляет образование на РНК однонитевой ДНК-копии. Затем с помощью того же фермента достраивается вторая нить ДНК. И, наконец, новоиспеченная двунитевая ДНК-копия вируса с помощью специального вирусного фермента интегразы встраивается внутрь ДНК клетки-хозяина. Такое состояние вируса получило название прови-руса. ДНК провируса имеет размер около 10 тыс. пар нуклеоти-дов (п.н.) и окружена с обеих сторон одинаковыми последовательностями нуклеотидов, называемыми длинными концевыми повторами (LTR – сокращенно от англ. long terminal repeats), размером по 600–700 п.н. каждый (рис. 7). B этих длинных концевых повторах содержатся все необходимые для регуляции работы генов элементы, которые и управляют работой вирусных генов в новом для них месте.
Места встраивания вируса в геном человека хотя в целом и случайные, но тем не менее есть определенное предпочтение к тем участкам, которые не «молчат» в клетках, а активно работают. После внедрения в ДНК клетки-хозяина провирус становится для клетки «родным», как и собственные гены. ДНК-про-вирус, по сути дела, представляет собой небольшой новый текст (программу) в огромном «старом» клеточном ДНКовом тексте. Так вирусная лжепрограмма проникает в главный информационный центр – аппарат клетки. Хотя в человеческой клетке в 100 тыс. раз больше генетической информации, чем в геноме провируса, который влезает в человеческий геном, маленький, но хитрый и проворный ВИЧ в конечном итоге одерживает победу над человеком.
Считалось, что вирус, превратившись в провирус, успокаивается; эту форму иногда называют «покоящимся вирусом». Но в действительности в большинстве случаев дело обстоит скорее всего не совсем так. Что же происходит после образования про-вируса? Завладев «штаб-квартирой» клетки-хозяина, ВИЧ (теперь уже в форме провируса) вскоре начинает отдавать приказы, которым клетка вынуждена подчиняться. Этот момент называют активацией провируса. Насколько неизбежно он наступает? Ответ на этот вопрос, по сути дела, тот же, что и на наивный вопрос, поставленный перед детишками С. Маршаком:
Действие вируса в Т-клетке можно рассматривать как сценарий некой написанной неизвестным писателем драмы, которая отражает в общих чертах происходящую ситуацию. B данном случае некоторое повторение не помешает читателю более осмысленно понять, что же BИЧ делает с Т-клеткой, чтобы в конечном итоге привести организм человека к СПИДу (repetitio est mater studiorum – повторение – мать учения).
Вирусный штурм иммунной системы
Конечно, кажется удивительным, что BИЧ, этот «безмозглый карлик», способен довольно легко побеждать человека разумного – вершину эволюции всего живого на земле. B чем же главный секрет этого вируса, в чем его основная сила? Почему наша иммунная система успешно справляется с многочисленными микробами и вирусами, а вот с BИЧ ничего не может поделать? Одна из причин победоносной стратегии BИЧ в его борьбе с организмом человека состоит в выборе им основного направления удара. Bирус в первую очередь разрушает то, что может уничтожить его самого. На сегодняшний день BИЧ – единственный известный возбудитель, специализирующийся на поражении нашего главного щита – самой иммунной системы. рус как будто взял на вооружение лозунг Мао Цзедуна, прозвучавший впервые в 1966 г., «Огонь по штабам!». Но результаты действий вируса оказались намного более плачевными для человечества, чем даже пресловутая «культурная революция» в Китае.
Инфицировать клетки иммунной системы могут и некоторые другие вирусы (табл. 3). B этом отношении BИЧ не оригинален. Но вот целенаправленно парализовать и убивать эти клетки может только BИЧ.
Как же BИЧ «узнает» клетки иммунной системы, проникает в них и в конечном итоге «ломает» естественный щит организма? Много уже известно об этом, но, к сожалению, многое еще предстоит понять. Если в отношении круговорота BИЧ в инфицированной клетке ситуация более или менее ясна (об этом мы писали выше), то многие вопросы, связанные с круговоротом BИЧ в организме и механизмах взаимодействия вируса с разными типами клеток остаются спорными, постоянно появляются новые детали и нюансы, касающиеся воздействия ВИЧ на иммунную систему.
Таблица 3
Вирусы и клетки иммунной системы, которые они инфицируют
Поведение ВИЧ напоминает стратегию и тактику ведения войны опытным противником, который для достижения своей цели использует не только прямые военные действия, но и иные всевозможные средства и способы (подрывная деятельность, блокада, шпионаж, дезинформация противника, заброс диверсантов, уничтожение средств коммуникации и др.). In hostem omnia licita (на войне все средства хороши). И ВИЧ многие из них использует. Рассмотрим основные из тех коварных приемов, которые применяет вирус в организме человека.
В самый начальный момент, когда ВИЧ проникает в слизистую оболочку или кровь, иммунная система человека, как это ей и положено по статусу, сразу вступает в бой против врага, вторгшегося на их территорию. Это теоретически должно было бы полностью уничтожить противника. Обычно, когда речь идет о других паразитах, все так и заканчивается. Но, к сожалению, при ВИЧ-инфекции этого не происходит. Дело в том, что коварный ВИЧ для своей защиты использует не что иное, как некоторые природные свойства самой иммунной системы.
Мы уже говорили о том, что вирус легко может входить только в клетки, которые содержат на своей поверхности специальные белки – С4-рецепторы. Важность начальных этапов «переговоров» вируса с клеткой человека, содержащей CD4-рецептор, подчеркивает тот факт, что, например, с клетками крови крысы или курицы эти «переговоры» абсолютно бессмысленны. В этих организмах вирус ведет себя подобно совершенно безвредной песчинке, занесенной в организм ветром, хотя и имеет отношение больше к живому, чем к неживому. А все просто. В отличие от человека у этих организмов на поверхности клеток нет крайне нужного для вируса С4-рецептора. А раз его нет, то вирусу не с чем взаимодействовать, и он не может проникнуть внутрь. Крепость остается неприступной, и враг отступает. Но даже если искусственно внести С4-рецептор в клетки мыши (это вполне возможно), и тогда вирус беспомощен перед ними. Как уже говорилось, нужен по крайней мере еще один белок-корецептор.
У человека в целом ряде клеток присутствует все, что необходимо вирусу для проникновения в них. В первую очередь такие возможности предоставляет уже упоминавшаяся особая популяция клеток крови – Т-лимфоциты-хелперы. Эти клетки служат главным «домом» для ВИЧ, главной мишенью для него. Но вирус поражает не только их. С4-рецепторы существуют на поверхности и некоторых других клеток. Название большинства из них мало что скажет неспециалисту, но все-таки стоит их перечислить, поскольку их вирус также активно использует в своих корыстных целях. Это – макрофаги, эозинофилы, тимоциты, мегакариоциты, альвеолярные макрофаги легких, дендритные клетки, клетки олигодендроглии и астроциты мозга, эпителиальные клетки кишки, клетки шейки матки. В отличие от Т-лимфоцитов большинство этих клеток имеют долгое время жизни в организме (от нескольких месяцев до года и более). Все они, наряду с Т-лимфоцитами-хелперами, также являются клетками-мишенями для ВИЧ.
Однако в зависимости от типа клеток ВИЧ совершенно по-разному ведет себя в них. Например, проникая в макрофаг или нервную клетку, вирус практически не повреждает их оболочку, и поэтому такие зараженные клетки еще долгое время продолжают относительно нормально функционировать. По сути дела, вирус использует эти клетки как некие убежища. Клетки с длинным сроком жизни, такие как моноциты, макрофаги и дендритные клетки, могут долго хранить в себе большие количества вируса и при этом не погибать. Зараженные макрофаги являются одним их основных резервуаров инфекции. Это можно видеть на электронномикроскопической фотографии, представленной на рис. 10. Макрофаг буквально «нашпигован» вирусными частицами. ВИЧ в таких резервуарах неуязвим ни для иммунной системы, ни для лекарств. Однако и для макрофагов все это не проходит совершенно бесследно. Они выживают, но при этом сильно изменяются.
Рис. 10. На электронномикроскопической фотографии макрофага, инфицированного BИЧ-1, видны многочисленные вирусные частицы (2 темные области), которыми клетка буквально «нашпигована». (Фото любезно предоставлено профессором С. М. Клименко)
BИЧ весьма коварен, патогенное действие его на иммунную систему осуществляется множеством разных изощренных способов. Проникая в разные типы клеток, вирус сильно влияет на обмен веществ (метаболизм) в них. По последним оценкам, около 2 тыс. генов изменяют характер своей работы при размножении BИЧ в клетке. Под влиянием BИЧ и лимфоциты, и макрофаги начинают производить нерегулируемое количество уже упоминавшихся специфических белков – цитокинов. Посредством цитокинов, которые являются своеобразным клеточным «языком», клетки способны общаться и взаимодействовать друг с другом, что и обеспечивает объединение их усилий на борьбу с «чужаком». B норме эти белки тонко регулируют работу иммунной системы. Но под действием BИЧ ситуация резко меняется, что приводит к дезорганизации функций иммунных клеток и развитию разнообразных патологических симптомов. Таким образом, BИЧ осуществляет крупномасштабное репрограммиро-вание зараженных клеток. И такие измененные клетки уже по-иному взаимодействуют как друг с другом, так и с другими клетками организма. Так, с поверхности макрофагов исчезают белки иммунного ответа, без которых они становятся неспособными «представлять» лимфоцитам на уничтожение чужеродные белки-антигены. Bсе это ведет в конечном итоге к разрушению как гуморального, так и клеточного иммунитетов.
Инфицированные вирусом в слизистых оболочках макрофаги и дендритные клетки, как это им и положено по статусу, тащат вирус в места скопления лимфоцитов – в лимфоузлы. B результате этого уже на ранних стадиях инфекции BИЧ проникает и активно размножается в лимфатических узлах и сходных органах, где в конечном итоге большие количества вируса скапливаются в сетях специализированных клеток с длинными, напоминающими щупальца отростками, живущими в лимфоузлах, – еще одним видом дендритных клеток, но которые, в отличие от упоминавшихся выше, не передвигаются. Эти клетки находятся в самых «горячих точках» лимфоузлов и действуют подобно липучке для мух, захватывая на своей поверхности вторгшийся в организм BИЧ и удерживая его потом, как в холодильнике. На конечном этапе дендритные клетки лимфоузлов активируют B – лимфоциты, которые начинают свой иммунный ответ на вирус в виде синтеза антител. Туда же подходят С4-содержащие Т-клетки, которые спешат помочь B-лимфоцитам справиться с «интервентами». А BИЧ только этого и ждет. С4-лимфоциты – его основная мишень, и он их успешно заражает. После этого инфицированные BИЧ Т-лимфоциты могут выходить из лимфоузла и инфицировать другие Т-клетки-хелперы, которые собираются вокруг них. На протяжении нескольких лет, даже когда в крови обнаруживается очень мало вируса, значительное количество вируса накапливается как внутри инфицированных клеток в макрофагах и в лимфоузлах, так и связанными с дендритными клетками. B конечном счете накопившийся BИЧ «взламывает» сети дендритных клеток, а Т-хелперы «на своих плечах» выносят его в кровоток.
Проникнув в свою главную мишень – Т-лимфоцит, вирус становится там полным хозяином и паразитирует до тех пор, пока клетка жива. Т-хелперы очень чувствительны к вирусу и при инфицировании в конечном итоге неизбежно погибают. Размножаясь в Т-клетках, BИЧ разрушает их изнутри, используя все их силы для своего самоподдержания.
Обычно после появления провируса в клетке он быстро «пробуждается», активируется и начинает направлять синтез различных вирусных компонентов. Но у определенного процента клеток провирус долгое время остается неактивным, пока клетка-хозяин не будет активирована соответствующими сигналами от иммунной системы. Такие латентные инфицированные клетки служат в качестве еще одного долговременного резервуара инфекции, который оказывается защищенным как от иммунной системы, так и от действия антивирусных препаратов.
В процессе активации провируса участвует множество разнообразных факторов. Наиболее известные из них – общее состояние иммунной системы до заражения ВИЧ, возраст, генетические особенности организма, образ жизни, а также другие вирусы, которые успели проникнуть в организм еще до появления в нем ВИЧ. Активирующими факторами могут выступать различные белки самой клетки, которые, продолжая выполнять свои основные функции в клетке, одновременно, сами того не понимая, «будят» притаившегося в них зверя. Эти белки носят различное название (антигены, цитокины, факторы транскрипции, трансактиваторы и др.), и в норме они участвуют в регуляции работы собственных генов, определяющих правильное функционирование клетки, ее размножение и гибель. Да, да, и гибель! Дело в том, что гибель клеток также часто запрограммирована в нашем геноме. Такая запрограммированная смерть получила красивое название – апоптоз. При этом клетка гибнет не от руки какого-нибудь постороннего убийцы, а сама приносит себя в жертву во имя блага всего организма. Как это ни странно, апоптоз не менее необходим клетке, чем ее деление и рост. Так, он является причиной того, что в крови в норме происходит ежедневно гибель многих миллионов клеток: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и др. Они свое отработали в организме, и на их место приходят новые клетки, которые образуются в специальных кроветворных органах: костном мозге, селезенке, тимусе. В результате четкого баланса между гибелью старых и образованием новых клеток содержание и соотношение разных клеток крови сохраняется строго постоянным. Существуют специальные белки, которые как способствуют, так и препятствуют процессу апоптоза. Эти белки подобны членам судейской коллегии. Они могут либо одобрить смертный приговор, либо его отменить или приостановить исполнение. Некоторые из этих белков – «ястребы» – обычно «голосуют» за смертный приговор. Другие – «голуби» – за помилование. В ряде случаев решение принимается простым большинством голосов. Вмешательство ВИЧ приводит к существенному нарушению сложившегося баланса.
Когда провирус активизировался, начинается процесс считывания (транскрипции) вирусного генома. Процесс транскрипции лжепрограммы-провируса протекает в тысячу раз быстрее, чем у нормальных клеточных генов. Затем на вирусных РНК быстро синтезируется огромное количество вирусных белков. Одно из коварств вируса состоит в том, что он не просто налаживает синтез собственных белков, но еще и влияет на работу генов клетки-хозяина. В результате меняется нормальный спектр белков в клетке: формируются белки, которые способствуют развитию вируса, а сама клетка при этом остается на «голодном пайке». Так вирус привлекает все резервы клетки для решения своих эгоистичных задач. На мембране инфицированной клетки из поступающих туда вирусных РНК и белков начинают собираться новые вирусные частицы. По мере созревания эти частицы «отпочковываются» от клетки, а образовавшиеся «зрелые» вирусы инфицируют новые клетки. Сборка вирусных частиц и выход нового потомства вируса из инфицированной клетки – исключительно важный этап развития заболевания.
Таблица 2
Вирусы человека и рецепторы клеток, с которыми они взаимодействуют
Какова же ситуация в случае BИЧ? Попав на слизистую оболочку или прямо в кровяное русло человека и циркулируя там, вирус занят только одним: он ищет то место, куда он мог бы проникнуть и где мог бы нормально существовать, чтобы в дальнейшем размножиться. Иначе BИЧ погибнет. Как видно из табл. 2, BИЧ способен проникать далеко не во все виды клеток крови, а только в те, которые несут на своей поверхности специальный белок-рецептор – CD4, к которому вирус легко и охотно присоединяется. Белок вируса под названием gp120 (см. рис. 6), расположенный на его поверхности, как радар, находит белок-рецептор CD4 на поверхности клетки и плотно связывается с ним по принципу «ключ-замок». Этому взаимодействию способствуют и некоторые дополнительные белки, которые поэтому называют корецепторами. Имена основных корецепторов для BИЧ – CCR5 и CXCR4. B нормальных клетках они служат полноценными рецепторами для специфических клеточных белков-регуляторов – хемокинов. А для взаимодействия клеток с BИЧ они играют всего лишь роль помощников для основного рецептора CD4. Однако без этих белков-корецепторов, так же как без С4-рецептора, вирус проникнуть в клетку не может.
Рис. 9. Схемы взаимодействия ВИЧ с разными типами клеток с участием рецептора (CD4) и корецепторов (CCR5 и CXCR4)
Рецепторы и корецепторы для ВИЧ имеются на поверхности нескольких типов клеток иммунной системы. Наличие С4-ре-цептора позволяет называть все эти клетки С4-лимфоцитами. В частности, на мембране уже упоминавшихся Т-лимфоцитов-хел-перов имеется С4-рецептор и CXCR4-корецептор. С4-рецеп-тор содержится также на поверхности макрофагов и дендритных клеток, которые также одновременно несут и корецептор CCR5 (рис. 9). На ранней стадии ВИЧ-инфекции вирусы обычно имеют большее сродство с макрофагами, поэтому их называют М-троп-ными. Белок оболочки этих вирусов gp120 способен связываться одновременно с С4-рецептором и CCR5-корецептором. На более поздних стадиях ВИЧ приобретает сродство с Т-клетками, поскольку белок gp120 видоизменяется и становится способным связываться с клетками, содержащими как С4-рецептор, так и CXCR4-корецептор. По этой причине такие вирусы называют Т-тропными.
Понятно, что ключевой для взаимодействия ВИЧ и клетки С4-белок-рецептор когда-то возник и существует сейчас в некоторых типах клеток совсем не для того, чтобы вирусу было удобно в них проникать. Это очень важный клеточный белок, который обычно участвует на самых первых этапах сложного процесса передачи сигналов при активации Т-клеток. А ВИЧ просто сумел подобрать «ключ» именно к этому «замку». В результате в организме человека атака вируса идет главным образом именно на С4-содержащие клетки. Основным способом попадания BИЧ внутрь таких клеток человека является его физическое связывание как с белком-рецептором, так и белком-корецептором, расположенными на клеточной оболочке (рис. 9). Bирус иногда сравнивают с гаечным ключом фиксированного размера: за гайки меньшего размера он не сможет зацепиться, а гайки большего размера вообще не войдут в его паз. Как уже говорилось, взаимодействие вируса и рецептора на поверхности клеток можно также сравнить с ключом и замком. Когда ключ входит в замок – стыковка вируса и клетки произошла, после чего дверь открывается. Происходящее за этим слияние внешней оболочки вируса с мембраной клетки-мишени обеспечивает легкое проникновение (перетекание) вируса внутрь клетки. При этом BИЧ «раздевается» там: освобождается от своей оболочки.
Затем вирусу, чтобы жить и развиваться, необходимо перевести свою генетическую информацию на понятный клетке-хозяину язык, т. е. информацию, записанную в форме полимерной молекулы РНК, превратить в ДНКовую форму (рис. 8, см. вклейку после с. 64). Для этого клетка синтезирует белок-фермент, закодированный в вирусном геноме, под названием «обратная транскриптаза». Этот фермент и осуществляет образование на РНК однонитевой ДНК-копии. Затем с помощью того же фермента достраивается вторая нить ДНК. И, наконец, новоиспеченная двунитевая ДНК-копия вируса с помощью специального вирусного фермента интегразы встраивается внутрь ДНК клетки-хозяина. Такое состояние вируса получило название прови-руса. ДНК провируса имеет размер около 10 тыс. пар нуклеоти-дов (п.н.) и окружена с обеих сторон одинаковыми последовательностями нуклеотидов, называемыми длинными концевыми повторами (LTR – сокращенно от англ. long terminal repeats), размером по 600–700 п.н. каждый (рис. 7). B этих длинных концевых повторах содержатся все необходимые для регуляции работы генов элементы, которые и управляют работой вирусных генов в новом для них месте.
Места встраивания вируса в геном человека хотя в целом и случайные, но тем не менее есть определенное предпочтение к тем участкам, которые не «молчат» в клетках, а активно работают. После внедрения в ДНК клетки-хозяина провирус становится для клетки «родным», как и собственные гены. ДНК-про-вирус, по сути дела, представляет собой небольшой новый текст (программу) в огромном «старом» клеточном ДНКовом тексте. Так вирусная лжепрограмма проникает в главный информационный центр – аппарат клетки. Хотя в человеческой клетке в 100 тыс. раз больше генетической информации, чем в геноме провируса, который влезает в человеческий геном, маленький, но хитрый и проворный ВИЧ в конечном итоге одерживает победу над человеком.
Считалось, что вирус, превратившись в провирус, успокаивается; эту форму иногда называют «покоящимся вирусом». Но в действительности в большинстве случаев дело обстоит скорее всего не совсем так. Что же происходит после образования про-вируса? Завладев «штаб-квартирой» клетки-хозяина, ВИЧ (теперь уже в форме провируса) вскоре начинает отдавать приказы, которым клетка вынуждена подчиняться. Этот момент называют активацией провируса. Насколько неизбежно он наступает? Ответ на этот вопрос, по сути дела, тот же, что и на наивный вопрос, поставленный перед детишками С. Маршаком:
Провирус, имеющий и «рожки» и «ножки», без долгих сомнений и размышлений вступает на тропу войны и «бодается» и «пляшет». Не осознавая еще опасности, клетка сама предоставляет вирусу все необходимы химические компоненты, все свои внутренние резервы для его развития и размножения. Сначала происходит транскрипция провируса, в результате которой образуются новые вирусные РНК, т. е. новые геномы. Подчиняясь генетической программе ВИЧ, которая теперь стала для клетки ее собственной, клетка начинает синтезировать на вирусной РНК вирусные белки. Поскольку первоначально синтезируются большие молекулы-предшественники, другой вирусный белок – протеаза – разрезает их на строго определенные блоки. Так клетка активно производит различные компоненты вируса, истощая этим себя. Затем на поверхности клеточной мембраны из этих компонентов происходит предварительная грубая «сборка» новых вирусных частиц из синтезированных клеткой блоков. Новые вирусы готовы! Они «отпочковываются» от клетки, после чего вирусы становятся «зрелыми», способными инфицировать новые клетки, т. е. готовыми к штурму новых линий обороны. Таков жизненный цикл вируса, который неизбежно заканчивается гибелью инфицированного Т-хелпера. По времени этот цикл (от связывания вируса с клеткой и до выхода первых вирусных частиц из инфицированной клетки) составляет менее суток (обычно от 15 до 20 часов). Скорость размножения BИЧ очень высока – в организме инфицированного человека образуется порой до 10 млрд новых вирионов в день. Хотя некоторые из них погибают под действием иммунной системы, остающиеся инфицируют новые лимфоциты, и цикл репликации вируса повторяется. Общее число инфицированных лимфоцитов в организме BИЧ-позитивных пациентов составляет обычно величину от 107 до 109 клеток.
Можно ль козам не бодаться,
Если рожки есть?
В пляс девчонкам не пускаться,
Если ножки есть?
Действие вируса в Т-клетке можно рассматривать как сценарий некой написанной неизвестным писателем драмы, которая отражает в общих чертах происходящую ситуацию. B данном случае некоторое повторение не помешает читателю более осмысленно понять, что же BИЧ делает с Т-клеткой, чтобы в конечном итоге привести организм человека к СПИДу (repetitio est mater studiorum – повторение – мать учения).
Сценарий драмы под названием «ВИЧ-потрошитель»ВИЧ является на сегодняшний день одним из самых глубоко и детально изученных вирусов в истории человечества. Однако, несмотря на это, пока еще далеко не все аспекты ВИЧ-инфекции поняты полностью. Так, остается не до конца ясно, каким именно образом в конечном итоге вирус разрушает иммунную систему, каковы механизмы гибели Т-хелперов, почему некоторые люди с ВИЧ остаются абсолютно здоровыми в течение длительного времени? Тем не менее многое уже сегодня стало понятно. Об этот теперь и поговорим подробнее.
Уже давно драматическая пьеса под этим названием идет ежедневно на миллионах «сценических площадок», но по-прежнему сохраняется в «театральном репертуаре». В этом спектакле и начало, и финал ясны заранее, но от этого интерес зрителя не исчезает.
Главный герой этой пьесы – ВИЧ-убийца. Странствуя по свету, маньяк-убийца ВИЧ попадает в новую страну-организм. Здесь он, обладая изощренными навыками взломщика и имея соответствующий набор ключей, быстро находит «дом», в который проникает без разрешения его хозяйки. Первое, что вирус делает при входе – он начинает «раздеваться». Далее по сценарию ВИЧ, нагрянув неожиданно в гости и встретив у порога растерявшуюся хозяйку, умудряется сразу так заморочить ей голову, что она, словно под гипнозом, начинает делать все, что только непрошеный гость пожелает. Пожеланий немного, но каждое из них исполняется хозяйкой быстро и беспрекословно. В реальности дело происходит так. По «рецепту» гостя, забыв о богатейшей собственной «кулинарной книге», хозяйка «испекает» несколько специальных «блюд»-ферментов – обратную транскриптазу и интегразу. Теперь гость получает возможность быстренько «переодеться» в квартире у хозяйки. Обратная транскриптаза неузнаваемо меняет его облик (это уже не ВИЧ-РНК, а ВИЧ-ДНК). Интеграза способствует тому, что хозяйка окончательно принимает преображенного гостя в свои объятья. ВИЧ становится почти своим, хорошо узнаваемым. Он даже меняет свое имя – теперь ВИЧ называется про-вирусом. После этого уже трудно сказать, кто в доме гость, а кто хозяин, и в конечном итоге происходит то, что и «задумано» гостем: он неизбежно сам становится хозяином, а хозяйка – его служанкой. Первый акт драмы закончен.
После антракта пьеса продолжается. Во втором акте возможны импровизации действующих «лиц». Провирус некоторое время может играть бессловесную роль. Вроде бы он есть, и вроде бы его нет. Он отдыхает, оценивает ситуацию. Никому не известно, когда он выйдет на сцену и начнет произносить свой монолог, после которого последует быстрый трагический финал. Здесь свою роль играют другие участники спектакля. Их называют факторы – актеры вторых ролей, но без них никак нельзя обойтись. Эти актеры участвуют в спектакле с самого начала, но были малозаметны. Однако если вдруг некоторые их них по каким-то причинам «заболеют», то спектакль вообще не начнется. Во втором акте от актеров-факторов также зависит многое, и в первую очередь время, когда заговорит главный «герой» – провирус. Полностью оценив ситуацию в доме, характер хозяйки, ее образ жизни и возраст, провирус начинает делать свое «черное дело». Он начинает производить огромное свое потомство. Бесконечные измывательства над приютившей его хозяйкой заканчиваются в конце концов ее гибелью. Прожорливое «потомство» набрасывается на соседние дома и, разоряя их, также продолжает размножаться в огромном количестве. Тут и наступает финал – в опустошенную страну вторгаются полчища врагов, которые раньше были малосильными, чтобы справиться самим, и которые в конечном итоге приводят страну-организм к гибели. Утешение для зрителя только одно: вместе погибают все: и хозяева, и их враги. Таков неизбежный финал драмы под названием «ВИЧ-потрошитель», напоминающий по трагизму финал шекспировского «Гамлета». Acta est fibula! (Пьеса сыграна!).
Вирусный штурм иммунной системы
(VENi, vidi, via – пришел, увидел, победил)
Pugnis et calcibus, unguibus et rostro
(Кулаками и ногами, когтями и клювом)
Конечно, кажется удивительным, что BИЧ, этот «безмозглый карлик», способен довольно легко побеждать человека разумного – вершину эволюции всего живого на земле. B чем же главный секрет этого вируса, в чем его основная сила? Почему наша иммунная система успешно справляется с многочисленными микробами и вирусами, а вот с BИЧ ничего не может поделать? Одна из причин победоносной стратегии BИЧ в его борьбе с организмом человека состоит в выборе им основного направления удара. Bирус в первую очередь разрушает то, что может уничтожить его самого. На сегодняшний день BИЧ – единственный известный возбудитель, специализирующийся на поражении нашего главного щита – самой иммунной системы. рус как будто взял на вооружение лозунг Мао Цзедуна, прозвучавший впервые в 1966 г., «Огонь по штабам!». Но результаты действий вируса оказались намного более плачевными для человечества, чем даже пресловутая «культурная революция» в Китае.
Инфицировать клетки иммунной системы могут и некоторые другие вирусы (табл. 3). B этом отношении BИЧ не оригинален. Но вот целенаправленно парализовать и убивать эти клетки может только BИЧ.
Как же BИЧ «узнает» клетки иммунной системы, проникает в них и в конечном итоге «ломает» естественный щит организма? Много уже известно об этом, но, к сожалению, многое еще предстоит понять. Если в отношении круговорота BИЧ в инфицированной клетке ситуация более или менее ясна (об этом мы писали выше), то многие вопросы, связанные с круговоротом BИЧ в организме и механизмах взаимодействия вируса с разными типами клеток остаются спорными, постоянно появляются новые детали и нюансы, касающиеся воздействия ВИЧ на иммунную систему.
Таблица 3
Вирусы и клетки иммунной системы, которые они инфицируют
Поведение ВИЧ напоминает стратегию и тактику ведения войны опытным противником, который для достижения своей цели использует не только прямые военные действия, но и иные всевозможные средства и способы (подрывная деятельность, блокада, шпионаж, дезинформация противника, заброс диверсантов, уничтожение средств коммуникации и др.). In hostem omnia licita (на войне все средства хороши). И ВИЧ многие из них использует. Рассмотрим основные из тех коварных приемов, которые применяет вирус в организме человека.
В самый начальный момент, когда ВИЧ проникает в слизистую оболочку или кровь, иммунная система человека, как это ей и положено по статусу, сразу вступает в бой против врага, вторгшегося на их территорию. Это теоретически должно было бы полностью уничтожить противника. Обычно, когда речь идет о других паразитах, все так и заканчивается. Но, к сожалению, при ВИЧ-инфекции этого не происходит. Дело в том, что коварный ВИЧ для своей защиты использует не что иное, как некоторые природные свойства самой иммунной системы.
Мы уже говорили о том, что вирус легко может входить только в клетки, которые содержат на своей поверхности специальные белки – С4-рецепторы. Важность начальных этапов «переговоров» вируса с клеткой человека, содержащей CD4-рецептор, подчеркивает тот факт, что, например, с клетками крови крысы или курицы эти «переговоры» абсолютно бессмысленны. В этих организмах вирус ведет себя подобно совершенно безвредной песчинке, занесенной в организм ветром, хотя и имеет отношение больше к живому, чем к неживому. А все просто. В отличие от человека у этих организмов на поверхности клеток нет крайне нужного для вируса С4-рецептора. А раз его нет, то вирусу не с чем взаимодействовать, и он не может проникнуть внутрь. Крепость остается неприступной, и враг отступает. Но даже если искусственно внести С4-рецептор в клетки мыши (это вполне возможно), и тогда вирус беспомощен перед ними. Как уже говорилось, нужен по крайней мере еще один белок-корецептор.
У человека в целом ряде клеток присутствует все, что необходимо вирусу для проникновения в них. В первую очередь такие возможности предоставляет уже упоминавшаяся особая популяция клеток крови – Т-лимфоциты-хелперы. Эти клетки служат главным «домом» для ВИЧ, главной мишенью для него. Но вирус поражает не только их. С4-рецепторы существуют на поверхности и некоторых других клеток. Название большинства из них мало что скажет неспециалисту, но все-таки стоит их перечислить, поскольку их вирус также активно использует в своих корыстных целях. Это – макрофаги, эозинофилы, тимоциты, мегакариоциты, альвеолярные макрофаги легких, дендритные клетки, клетки олигодендроглии и астроциты мозга, эпителиальные клетки кишки, клетки шейки матки. В отличие от Т-лимфоцитов большинство этих клеток имеют долгое время жизни в организме (от нескольких месяцев до года и более). Все они, наряду с Т-лимфоцитами-хелперами, также являются клетками-мишенями для ВИЧ.
Однако в зависимости от типа клеток ВИЧ совершенно по-разному ведет себя в них. Например, проникая в макрофаг или нервную клетку, вирус практически не повреждает их оболочку, и поэтому такие зараженные клетки еще долгое время продолжают относительно нормально функционировать. По сути дела, вирус использует эти клетки как некие убежища. Клетки с длинным сроком жизни, такие как моноциты, макрофаги и дендритные клетки, могут долго хранить в себе большие количества вируса и при этом не погибать. Зараженные макрофаги являются одним их основных резервуаров инфекции. Это можно видеть на электронномикроскопической фотографии, представленной на рис. 10. Макрофаг буквально «нашпигован» вирусными частицами. ВИЧ в таких резервуарах неуязвим ни для иммунной системы, ни для лекарств. Однако и для макрофагов все это не проходит совершенно бесследно. Они выживают, но при этом сильно изменяются.
Рис. 10. На электронномикроскопической фотографии макрофага, инфицированного BИЧ-1, видны многочисленные вирусные частицы (2 темные области), которыми клетка буквально «нашпигована». (Фото любезно предоставлено профессором С. М. Клименко)
BИЧ весьма коварен, патогенное действие его на иммунную систему осуществляется множеством разных изощренных способов. Проникая в разные типы клеток, вирус сильно влияет на обмен веществ (метаболизм) в них. По последним оценкам, около 2 тыс. генов изменяют характер своей работы при размножении BИЧ в клетке. Под влиянием BИЧ и лимфоциты, и макрофаги начинают производить нерегулируемое количество уже упоминавшихся специфических белков – цитокинов. Посредством цитокинов, которые являются своеобразным клеточным «языком», клетки способны общаться и взаимодействовать друг с другом, что и обеспечивает объединение их усилий на борьбу с «чужаком». B норме эти белки тонко регулируют работу иммунной системы. Но под действием BИЧ ситуация резко меняется, что приводит к дезорганизации функций иммунных клеток и развитию разнообразных патологических симптомов. Таким образом, BИЧ осуществляет крупномасштабное репрограммиро-вание зараженных клеток. И такие измененные клетки уже по-иному взаимодействуют как друг с другом, так и с другими клетками организма. Так, с поверхности макрофагов исчезают белки иммунного ответа, без которых они становятся неспособными «представлять» лимфоцитам на уничтожение чужеродные белки-антигены. Bсе это ведет в конечном итоге к разрушению как гуморального, так и клеточного иммунитетов.
Инфицированные вирусом в слизистых оболочках макрофаги и дендритные клетки, как это им и положено по статусу, тащат вирус в места скопления лимфоцитов – в лимфоузлы. B результате этого уже на ранних стадиях инфекции BИЧ проникает и активно размножается в лимфатических узлах и сходных органах, где в конечном итоге большие количества вируса скапливаются в сетях специализированных клеток с длинными, напоминающими щупальца отростками, живущими в лимфоузлах, – еще одним видом дендритных клеток, но которые, в отличие от упоминавшихся выше, не передвигаются. Эти клетки находятся в самых «горячих точках» лимфоузлов и действуют подобно липучке для мух, захватывая на своей поверхности вторгшийся в организм BИЧ и удерживая его потом, как в холодильнике. На конечном этапе дендритные клетки лимфоузлов активируют B – лимфоциты, которые начинают свой иммунный ответ на вирус в виде синтеза антител. Туда же подходят С4-содержащие Т-клетки, которые спешат помочь B-лимфоцитам справиться с «интервентами». А BИЧ только этого и ждет. С4-лимфоциты – его основная мишень, и он их успешно заражает. После этого инфицированные BИЧ Т-лимфоциты могут выходить из лимфоузла и инфицировать другие Т-клетки-хелперы, которые собираются вокруг них. На протяжении нескольких лет, даже когда в крови обнаруживается очень мало вируса, значительное количество вируса накапливается как внутри инфицированных клеток в макрофагах и в лимфоузлах, так и связанными с дендритными клетками. B конечном счете накопившийся BИЧ «взламывает» сети дендритных клеток, а Т-хелперы «на своих плечах» выносят его в кровоток.
Проникнув в свою главную мишень – Т-лимфоцит, вирус становится там полным хозяином и паразитирует до тех пор, пока клетка жива. Т-хелперы очень чувствительны к вирусу и при инфицировании в конечном итоге неизбежно погибают. Размножаясь в Т-клетках, BИЧ разрушает их изнутри, используя все их силы для своего самоподдержания.
Обычно после появления провируса в клетке он быстро «пробуждается», активируется и начинает направлять синтез различных вирусных компонентов. Но у определенного процента клеток провирус долгое время остается неактивным, пока клетка-хозяин не будет активирована соответствующими сигналами от иммунной системы. Такие латентные инфицированные клетки служат в качестве еще одного долговременного резервуара инфекции, который оказывается защищенным как от иммунной системы, так и от действия антивирусных препаратов.
В процессе активации провируса участвует множество разнообразных факторов. Наиболее известные из них – общее состояние иммунной системы до заражения ВИЧ, возраст, генетические особенности организма, образ жизни, а также другие вирусы, которые успели проникнуть в организм еще до появления в нем ВИЧ. Активирующими факторами могут выступать различные белки самой клетки, которые, продолжая выполнять свои основные функции в клетке, одновременно, сами того не понимая, «будят» притаившегося в них зверя. Эти белки носят различное название (антигены, цитокины, факторы транскрипции, трансактиваторы и др.), и в норме они участвуют в регуляции работы собственных генов, определяющих правильное функционирование клетки, ее размножение и гибель. Да, да, и гибель! Дело в том, что гибель клеток также часто запрограммирована в нашем геноме. Такая запрограммированная смерть получила красивое название – апоптоз. При этом клетка гибнет не от руки какого-нибудь постороннего убийцы, а сама приносит себя в жертву во имя блага всего организма. Как это ни странно, апоптоз не менее необходим клетке, чем ее деление и рост. Так, он является причиной того, что в крови в норме происходит ежедневно гибель многих миллионов клеток: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и др. Они свое отработали в организме, и на их место приходят новые клетки, которые образуются в специальных кроветворных органах: костном мозге, селезенке, тимусе. В результате четкого баланса между гибелью старых и образованием новых клеток содержание и соотношение разных клеток крови сохраняется строго постоянным. Существуют специальные белки, которые как способствуют, так и препятствуют процессу апоптоза. Эти белки подобны членам судейской коллегии. Они могут либо одобрить смертный приговор, либо его отменить или приостановить исполнение. Некоторые из этих белков – «ястребы» – обычно «голосуют» за смертный приговор. Другие – «голуби» – за помилование. В ряде случаев решение принимается простым большинством голосов. Вмешательство ВИЧ приводит к существенному нарушению сложившегося баланса.
Когда провирус активизировался, начинается процесс считывания (транскрипции) вирусного генома. Процесс транскрипции лжепрограммы-провируса протекает в тысячу раз быстрее, чем у нормальных клеточных генов. Затем на вирусных РНК быстро синтезируется огромное количество вирусных белков. Одно из коварств вируса состоит в том, что он не просто налаживает синтез собственных белков, но еще и влияет на работу генов клетки-хозяина. В результате меняется нормальный спектр белков в клетке: формируются белки, которые способствуют развитию вируса, а сама клетка при этом остается на «голодном пайке». Так вирус привлекает все резервы клетки для решения своих эгоистичных задач. На мембране инфицированной клетки из поступающих туда вирусных РНК и белков начинают собираться новые вирусные частицы. По мере созревания эти частицы «отпочковываются» от клетки, а образовавшиеся «зрелые» вирусы инфицируют новые клетки. Сборка вирусных частиц и выход нового потомства вируса из инфицированной клетки – исключительно важный этап развития заболевания.