Вирусных инфекций

Глава 1. Молекулярно-биологические механизмы патогенеза

вирусных инфекций

1.1. Иммунопатогенез вирусных инфекций

Вирусы являются обязательными внутриклеточными генетическими инфекционными агентами. Весь репликативный цикл вируса осуществляется с использованием метаболических и генетических ресурсов клеток, поэтому патогенез вирусных инфекций следует рассматривать на молекулярном и клеточном уровнях (Покровский В.И., О.И. Киселев О.И., 2002).

Вместе с тем инфекционный процесс, вызванный вирусами, развивается в пределах того или иного органа или ткани, так как большинство вирусов обладают достаточно высокой органной или тканевой тропностью. В связи с этим развитие внутритканевых процессов при вирусных инфекциях определяется, с одной стороны, цитопатическим действием вируса на клетки данной ткани и органа, а с другой, реакцией внутритканевых и органных систем защиты от вирусной инфекции. Понимание патогенеза вирусных инфекций важно для создания рациональных схем лечения, включающих сочетание противовирусной этиотропной химиотерапии, иммунотерапии и симптоматического лечения.

В.И..Покровский, О.И.Киселев (2002) считают, что изменения, вызванные вирусной инфекцией, являются результатом следующих процессов:

- поражением и нарушением функций жизненно важных органов;

- виремией - «вирусная нагрузка» прямо коррелирует с общим токсикозом, тяжестью общего состояния, лихорадкой;

- тесным взаимодействием с иммунной системой, реакция которой в значительной степени определяет характер, течение и исход инфекционного процесса;

- присоединением бактериальной инфекции и развитием осложнений. При смешанных инфекциях бактериальная флора становится сильным ускорителем вирусной репродукции, а системные процессы являются результатом взаимодействия вирусов с организмом на клеточном и молекулярном уровнях.

Достижения фундаментальных и клинических исследований патогенеза вирусных инфекций позволяют рассматривать механизмы развития ВИ на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях.

Основные стадии репликативного цикла вирусов (например, вируса гриппа), представленные ниже, характерны для большинства РНК- и ДНК-содержащих вирусов, кроме тех вирусов, которые обладают особыми механизмами хронизации процесса, латенции и способностью к интеграции в клеточный геном (например, ВИЧ, вирусы гепатита С, герпесвирусы, вирусы папилломы человека).

Цикл репродукции вирусов гриппа продолжается 48-72 часа. При этом урожай вирионов широко варьирует и иногда достигает десятков тысяч частиц в расчете на одну клетку. Ключевыми стадиями репликативного цикла вируса являются адсорбция, проникновение в клетку, раздевание вирусов, репликация вирусных нуклеиновых кислот, активация процессов транскрипции и трансляции, сборка вирионов (созревание зрелых вирусных частиц) и выход потомства инфекционного вируса.из клетки (Жилинская И.Н. и др., 2007).

Проникновение вируса в клетки - одна из важных стадий патогенеза инфекционного процесса. Для проникновения вируса в клетку необходимы: высокое сродство к вирусоспецифическому рецептору; множественность рецепторов, высокая эффективность слияния вируса с клетками при инфицировании; способность к образованию синцития и образование гигантских симпластов, состоящих из множества слившихся клеток, в которых вирусный нуклеопротеид без эндоцитоза беспрепятственно переходит от одной зараженной клетки к другой через цитоплазму. Такими свойствами из респираторных вирусов обладает респираторно-синцитиальный вирус.

Стадии жизненного цикла вируса гриппа и соответствующие ингибиторы репродукции в известной степени можно экстраполировать на многие другие вирусы, за исключением тех, жизненный цикл которых включает интеграцию в клеточный геном. В процессе репликации вирусов обычно происходят селективная блокада трансляции клеточных мРНК и активация экспрессии клеточных генов, кодирующих интерфероны и другие провоспапительные цитокины. Многократные повторы репликации вирусного генома приводят к истощению энергетических ресурсов клеток и пула предшественников азотистых оснований. Повышенное содержание провоспалительных цитокинов приводит к развитию воспалительной реакции и локальному генерированию свободных радикалов, оказывающих в свою очередь повреждающее действие на клетки и ткани через перекисное окисление липидов клеточных мембран, инактивацию жизненно важных ферментов. Одним из важнейших факторов патогенности вирусов является их репликативный потенциал: чем активнее происходит репликация, тем сильнее цитопатическое действие вирусов на клетки и пораженную ткань (орган). Значительный вклад в цитопатическое действие вирусов вносит репродукция вирусов в митохондриях, что сопровождается нарушением функций этих органоидов, падением продукции АТФ и индукцией опосредованного митохондриями пути апоптоза. Возможность репродукции вирусов в митохондриях была доказана еще в 70-х гг. ХХ века отечественными вирусологами В.М. Ждановым, Ф.И.Ершовым, В.С.Гайцхокой, О.И.Киселевым. Узкий тропизм вирусов, в известной степени, спасителен для организма, так как инфекционный процесс ограничен одним органом (Букринская А.Г., Жданов В.М., 1975). Это обстоятельство позволяет проводить рациональную фармакотерапию, направленную на защиту органа-мишени (печень, легкие и другие).

Репродукция герпесвирусов (ГВ) в чувствительных клетках – сложный процесс, протекающий с участием многих вирионных, клеточных, вирусиндуцированных и вирусмодифицированных энзимов.

Основными этапами развития герпетической инфекции (ГИ) являются: первичная инфекция кожи и слизистых, “колонизация” и острая инфекция ганглиев с последующим установлением латентности, когда только вирусная ДНК, находящаяся в ядрах нейронов, свидетельствует о наличии инфекции. По окончании острой фазы инфекции свободный вирус простого герпеса (ВПГ) более не обнаруживается в чувствительном ганглии. Обнаружение вируса герпеса в ганглиях людей, перенесших в прошлом инфекцию ВПГ, указывает на хронизацию процесса и возможность реактивации инфекции, которая может протекать как бессимптомно, так и с развитием поражений слизистых и кожи. Находящийся в ганглиях в состоянии латентности вирус не обнаруживается при электронной микроскопии, но его можно выделить при кокультивировании клеток ганглия с другими чувствительными к вирусу клеточными линиями. Неизвестно, в какой форме вирус персистирует в ганглиях.

Проникновение вируса в ЦНС может быть гематогенным (при системных вирусных инфекциях) или нейрональным, когда по периферическим чувствительным нервам от периферии к ЦНС вирус распространяется путем ретроградного аксонального транспорта. Чаще вирусы попадают в ЦНС гематогенным путем (Белозеров Е.С. и др., 2005; Сорокина М.Н., Безух С.М., 1996).

Реактивация ВПГ часто встречается у лиц, получающих иммунодепрессанты (такие, как циклофосфамид), например, после трансплантации органов, или при УФ-облучении. Реактивация вирусов герпеса возможна после микронейрохирургического вмешательства на тройничном нерве. Активизирующий эффект перечисленных и ряда других факторов неразрывно связан с нарушением содержания в клетке циклоаденозинмонофосфата (цАМФ), роль которого велика в реализации разнообразных внутриклеточных процессов.

Длительная (от нескольких месяцев до многих лет, это обусловлено особенностями биол. свойств вирусов герпеса) персистенция ВПГ в ЦНС ведет к формированию латентной инфекции, которая в случае реактивации клинически манифестируется в виде острых, рецидивирующих, либо первично прогрессирующих герпетических энцефалитов.По данным сероэпидемиологических исследований антитела к ВПГ выявляются у 70-100% взрослого населения (В.И Покровский и др. 2007). Но персистенцию ВПГ в ЦНС по мнению большинства ученных нельзя расценивать как инфицирование. Поэтому Герпетический энцефалит встречается лишь с частотой от 0,3-1,8 до 1,8-2,0 на 100000 населения (Борисенко К.К. и др., 1998; Сорокина М.Н., Безух С.М., 1996) и составляет 10-20% от общего числа вирусных энцефалитов (Баринский И.Ф. и др., 1986; Михайленко А.А., 1979; Сорокина М.Н., Безух С.М., 1996) до 40-46% (K.L. Davison et al., 2003). В патологическом процессе также играют роль биохимические нарушения целостности мембран эндотелиальных клеток или продукция токсических цитокинов и в инфицированных вирусом клетках. Наконец, в результате репродукции вируса в иммунокомпетентных клетках развиваются патологические реакции, приводящие к повреждению нейронов мозга и демиелинизации. Определенную роль могут играть иммунопатологические реакции, связанные с молекулярной мимикрией вируса и поликлональной активацией В-клеток. Об этом свидетельствует появление антител к белкам нейроволокон и к основному белку миелина (Коломиец А.Г. и др., 1990). В развитии демилиенизации определенную роль играют также естественные киллеры или другие активированные лимфоциты. Важное значение в этих процессах имеет развитие функциональных и структурных нарушений гематоэнцефалического барьера (Протас И.И., 2000). Как полагают, одной из причин хронической инфекции ЦНС является сниженная экспрессия вирусных генов (Протас И.И., 2000). В результате образовавшиеся в небольшом количестве вирусные антигены провоцируют иммунопатологические процессы. Все это приводит к постепенному началу клинических проявлений и своеобразному прогрессирующему течению заболевания, а сочетанное воздействие вышеуказанных механизмов обусловливает полиморфизм клинической картины поражения ЦНС. Таким образом, длительная персистенция ВПГ может иметь место в клетках различных отделов ЦНС, определяя клиническую манифестацию, протекающую по типу рецидивирующих и прогрессирующих форм герпетического энцефалита (Белозеров Е.С. и др., 2005).

По мнению некоторых авторов от 30% до 50% пациентов КВД являются скрытыми носителями вирусов герпеса. Обследование репродуктивных секретов 57 мужчин молодого возраста с хроническими воспалительными заболеваниями внутренних половых органов методом ГХМС выявило у 39 (68,4%) человек специфический маркер ВПГ, у 41 (71,9%) - маркеры ЦМВИ, сочетание вирусов имелось у 15 (26,3%) больных (Бажин Ю.А., 2002). Бессимптомное (субклиническое) течение ГВИ представляет угрозу инфицирования полового партнера, в процессе репликации ВПГ может инфицировать половые клетки, нарушать сперматогенез, что, в конечном счете, проявляется нарушением генетического аппарата. Не исключено также встраивание вирусной ДНК в генетический аппарат гамет (Брагина Е.Е. и др., 2000, 2001). При обследовании 100 мужчин с ИППП в 1999-2001 гг. субклинические формы ГГ были выявлены в 1999 г. у 12%, в 2000 г. - у 18% и в 2001 г. - в 27% случаев (Ермоленко Д.К. и др., 2002).

Известны две альтернативные теории (гипотезы), предложенные для объяснения механизмов персистенции ВПГ, которые допускают развитие рецидивов на основе статического, либо динамического состояния вируса (Roizman B., 1965).

Согласно статической гипотезе, вирус герпеса находится в клетках паравертебрального сенсорного ганглия в интегрированном или свободном непродуктивном состоянии. Под влиянием "пускового фактора" вирус активируется и перемещается из ганглия по аксону периферического нерва в эпителиальные клетки, где реплицируется. Предполагается, что этому во многом способствуют восприимчивость клеток и ослабление иммунологического контроля.

Динамическа я гипотеза предусматривает постоянную репликацию и выброс из ганглия вируса герпеса. Достигая по нерву кожи, ВПГ вызывают микрофокусы инфекции, сдерживаемые механизмами защиты, что предупреждает рецидивы или ослабляет их проявления. На развитие рецидивов оказывает влияние состояние местного иммунитета, угнетение которого способствует репликации достигшего кожи вируса.

1.2. Цитокиновый ответ при вирусных инфекциях

Ранние цитокиновые реакции (РЦР) на вирусные инфекции лежат в основе естественного иммунитета (Ершов Ф.И., Киселев О.И., 2005). Классическим примером РЦР является выработка интерферонов (ИФН) сразу после инфицирования клеток. Начало внутриклеточной репродукции вирусов сопровождается не только образовнием ИФН, но и последующим разрушением вирусных геномных РНК и мРНК, что обусловлено действием 2'-5'-олигоаденилсинтетазы, приводящей к активации эндонуклеазы (RNA-аза L).

РЦР на 1-м этапе вирусного инфицирования. α/β-ИФН (ИФН I-го типа) активируют естественные киллеры (ЕК) и цитотоксические CD8⁺ Т-лимфоциты (ЦТЛ). Вследствие этого на 1-м этапе вирусного инфицирования локально (во входных воротах инфекции) происходят взаимосвязанные события:

- ИФН подавляет внутриклеточную репродукцию вирусов;

- удаление с помощью ЕК и ЦТЛ инфицированных клеток;

- защита интактных клеток ИФН синтезированным de novo.

РЦР на 2-м этапе вирусного инфицирования. В части случаев бывает достаточно этих местных реакций для предотвращения дальнейшего развития инфекции (Вершинина М.Ю. и др., 2002). Однако при массивном заражении, пониженной иммунобиологической резистентности (ИФН-дефиците и др.), действии других неблагоприятных факторов (экология, стрессы, хронические заболевания и др.) развивается острая или хроническая инфекция, что сопровождается продукцией каскада ранних цитокинов, активацией CD4⁺ и CD8⁺ Т-лимфоцитов с последующим развитием Т- и В-опосредованного иммунного ответа.

Следует отметить, что α/β-ИФН дают ряд т.н. непротивовирусных эффектов: лейкопению, лимфаденопатию, миграцию ядросодержащих клеток из красной пульпы в белую пульпу селезенки, т.е. происходит перераспределение клеток для последующих иммунорегуляторных эффектов. Указанные выше цитокины продуцируются моноцитами/макрофагами, ЕК, полиморфноядерными лейкоцитами, клетками различных органов и тканей.

К цитокинам с прямым противовирусным действитем относятся α/β-ИФН и ФНО, которые продуцируются ЕК-клетками. ФНО способен усиливать ИЛ-12-зависимую продукцию γ-ИФН (Boyer N. et al., 2000).