Иммунитет против вирусов

Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, т.е. размножаются только в живых клетках. Проникая в чувствительные (пер­миссивные) клетки, вирус распадается на субкомпоненты, высвобождая свою геномную молекулу (ДНК или РНК), которая, проходя через этапы репликации, транскрипции и трансляции, обеспечивает копирование вирус­ных генов и белков. Из них собираются новые вирусные частицы (вирио­ны), способные заражать соседние клетки, запуская очередные циклы ви­русного онтогенеза. Этот вариант называется "репликативной", или "про­дуктивной инфекцией" и часто сопровождается гибелью инфицированных

клеток. Клинически он воспринимается как острый патологический про­цесс. Другая форма вирусно-клеточных взаимоотношений ведет к стабили­зации внутриклеточного вируса. Формируется персистентная инфекция, ко­торая лежит в основе хронической вирусной патологии и ее обострений (см. гл. "Болезнетворность вирусов").

В связи со сказанным, следует различать две главные мишени для ан­тивирусных имунных реакций: (1) свободные вирионы, попадающие в орга­низм при первичном заражении или высвобождающиеся из клеток при про­дуктивной инфекции, и (2) вирусинфицированные клетки, экспрессирующие на своей поверхности антигены эндогенного вируса (рис. 6). Вирусные частицы и их субкомпоненты атакуются антителами, протективность кото­рых связана с блокадой вирусной адгезии на клеточных рецепторах. Пре­вентивный эффект антител хорошо выражен при инфекциях с длительным ин­кубационным периодом, когда вирус прежде, чем достичь своих мишеней,

должен пройти через кровоток (т.е. через этап вирусемии), где он нейт­рализуется даже небольшим количеством специфических антител. Фаза ви­русемии обязательна для натуральной, ветряной оспы, вирусов гепатита, кори, полиомиелита и др. Профилактическая вакцинация дает здесь надеж­ный эффект, а перенесенная инфекция оставляет стойкий иммунитет, при­обретаемый за счет антител.

Если репликативная инфекция все же состоялась (внедрившийся вирус не был нейтрализован) и процесс набрал деструктивную силу, его разви­тие может быть приостановлено путем блокады вновь созревающих вирио­нов, которые высвобождаются из разрушенных клеток. Антитела способс­твуют решению этой задачи и, если иммунный ответ не слишком запаздыва­ет, помогают остановить заболевание, т.е. действуют как механизм выз­доровления (рис. 7). Отставание иммунного ответа от вирусной патологии характерно для инфекций, при которых поражаемый орган одновременно служит входными воротами для вируса. Такие инфекции (например, грипп и другие острые респираторные заболевания) имеют короткий инкубационный период, и сывороточные антитела не контролируют их развития. Основное значение имеет продукция местных IgA антител.

Но, как уже говорилось, не все вирусы ведут себя столь прямолиней­но. Вместо быстрого уничтожения зараженных клеток, они длительно ис­пользуют их как экологическую нишу или, по крайней мере, задерживают цитолиз. К примеру, оболочечные вирусы, играющие едва ли не главную роль в патологии человека, распространяются на соседние клетки путем вирусиндуцированного слияния клеточных мембран с образованием симпас­тов. При этом сам вирус не покидает зараженных клеток, оставаясь не­уязвимым для антител. Еще более коварна интегративная инфекция, когда вирус встраивает свои гены в клеточные хромосомы и, подвергаясь час­тичной (а при подходящих условиях полной) репликации, ведет к вялоте­кущей (иногда циклической) патологии. Антитела не обеспечивают удале­ния таких вирусов из организма, и главными эффекторами приобретенного иммунитета в этом случае являются Т-лимфоциты. Об их значении свиде­тельствует, например, то, что дети с врожденным Т-клеточным иммуноде­фицитом не могут справится с герпесвирусами, аденовирусами, вирусами гриппа, кори, краснухи, паротита и др., тогда как больные с дефицитом иммуноглобулинов, но нормальной системой клеточного иммунитета легко выздоравливают. Об этом же говорят наблюдения над больными с вирусин­дуцированным дефектом Т-клеточного иммунитета (ВИЧ-инфекция), которые отличаются высокой чувствительностью к вирусным агентам.

В отличие от антител, единственной мишенью для Т-лимфоцитов служат зараженные клетки. Инфицированная клетка (если находящийся в ней вирус хотя бы частично экспрессирует свои гены) содержит вирусные пептиды, которые появляются на клеточной поверхности в виде коинтегратов с мо­лекулами главного комплекса гистосовместимости - HLA (cм. выше). Имен­но они (комплексы HLA - HLA-петиды) служат объектом распознавания и атаки для Т лимфоцитов (см. рис. 4). Неслучайно большое внимание прив­лекает создание вакцин для направленной стимуляции Т-клеточного имму­нитета. Их предполагают готовить на основе пептидных фрагментов вирус­ных антигенов, распознаваемых рецепторами Т-лимфоцитов.

Любая клетка способна экспрессировать HLA-1 и, процессируя белковые антигены (т.е. представляя их на поверхности в виде комплекса с HLA), превращаться в мишень для CD8 Т-киллеров. Роль HLA-2 в силу их более ограниченного распространения менее универсальна, хотя цитотоксич­ность CD4 Т-лимфоцитов (они рестриктированы⁵ по HLA-2) тоже доказана. Цитотоксические Т-лимфоциты (или Т-киллеры) легко обнаружить среди лимфоцитов периферической крови людей, перенесших вирусную инфекцию, если культивировать их с зараженными клетками-мишенями. Важно, что экспрессия антигенов, атакуемых Т-киллерами, может опережать реплика­цию вируса, создавая условия для упреждающего цитотоксического удара.

Антивирусная активность Т-лимфоцитов определяется тремя механизма­ми: (1) уничтожением вирусинфицированных клеток (это закреплено в по­нятии "цитотоксичность"), (2) элиминацией внутриклеточного вируса и (3) использованием цитотоксического и антивирусного потенциала других клеток-эффекторов (прежде всего макрофагов) (рис. 8). В первом случае лимфоциты вызывают цитолиз, повреждая плазматическую мембрану агрес­сивными ферментами, или используют иной, более изящный способ, - инду­цируют апоптоз, растормаживая внутреннюю программу смерти клеток-мише­ней(см. "Апоптоз"). Очевидно, что уничтожение собственных клеток - не идеальный вариант защиты от инфекции. Если вирус обладает слабой цито­токсичностью (а тем более, если он лишен ее), хозяин больше страдает не от самого вируса, а от последствий деструктивных реакций, связанных с собственными клетками-эффекторами. Понятие "иммунопатогенез" доста­точно популярно в вирусологии и используется применительно к ряду ост­рых и хронических вирусных инфекций (инфекционный мононуклеоз, гепатит В, лимфоцитарный хориоменингит и др.).

Элиминация внутриклеточного вируса без повреждения клетки выглядит гораздо рациональнее. В принципе это возможно, так как активированные Т-лимфоциты секретируют g-интерферон, который тормозит вирусную репли­кацию. Однако его продукция часто запаздывает, начинаясь лишь тогда, когда зараженные клетки уже несут на себе вирусные маркеры, возбуждаю­щие Т-агрессию. Кроме того, g-интерферон обладает слабым антиреплика­тивным эффектом и в большей степени опирается на помощь активируемых им макрофагов и естественных киллеров.

Что касается опосредованных антивирусных эффектов, то они связаны с тем, что зона, где совершаются реакции Т-лимфоцитов, не остается без внимания других клеток-эффекторов, прежде всего макрофагов. Последние (точнее моноциты, которые после выхода из крови трансформируются в макрофаги) привлекаются сюда Т-цитокинами и, подвергаясь активации, включаются в борьбу с вирусом. По сути это неспецифическое усиление процесса, инициированного на специфической основе антигенчувствитель­ными Т-лимфоцитами. Макрофаги усиливают цитолиз и апоптоз инфицирован­ных клеток, а продуцируя собственные интерфероны, способствуют излече­нию от вируса зараженных клеток и повышают устойчивость их соседей (см. рис. 8).

Еще раз об антителах. Кроме Т-эпитопов, распознаваемых Т-лимфоци­тами в HLA-пептидах, нелитические вирусы экспрессируют на клеточной мембране белки своей будущей наружной оболочки (суперкапсида). С имму­нологической точки зрения, это свободные антигены, так как они не ас­социированы с молекулами главного комплекса гистосовместимости. Такие антигены (точнее В-эпитопы) распознаются В-лимфоцитами и, соответс­твенно, антителами, давая повод для размышлений о значении антител в уничтожении вирусинфицированных клеток. Действительно, связываясь с вирусными антигенами на поверхности клеток, антитела опсонизируют их, делая мишенью для фагоцитов, естественных киллеров и комплемента. Но легко демонстрируемый в модельных опытах, этот механизм (он известен как феномен антителозависимой клеточной цитотоксичности) остается в тени Т-зависимых антивирусных реакций. Более того, связавшись с по­верхностными антигенами, антитела могут экранировать их от Т-лимфоци­тов, снижая эффективность антивирусной атаки.

Разговор об устойчивости к вирусам мы начали с антигензависимого (специфического) иммунитета, для развития которого требуется довольно много времени. Между тем, так же, как при любой инфекции, вирусы полу­чают отпор с момента инфицирования. Это достигается благодаря факто­рам, которые предсуществуют до заражения или активируются тотчас после него. Среди последних лучше всего изучены интерфероны - разновидность цитокинов, обладающих антивирусной активностью. Существует три класса интерферонов (a, b, g), которые различаются по происхождению, физи­ко-химическим свойствам и биологической активности (табл. 2). a- и b-интерфероны секретируются всеми типами клеток, хотя и сохраняют свои исторические названия - "лейкоцитарный" (a) и "фибробластный" (b). g-интерферон продуцируется главным образом активированными Т-лимфоци­тами и поэтому называется "иммунным". Известно более 20 разновидностей a-интерферонов и по одной b- и g-интерферонов.

Таблица 2. Интерфероны человека

^хКаждый вариант кодируется собственным геном

^ххСредний процент гомологии между различными вариантами a-интерфе­рона

^хххГомология относительно a-интерферона

Впервые о вирусной интерференции заговорили в 1957 г., когда было обаружено, что вирусинфицированные клетки секретируют фактор, подавля­ющий репликацию вируса в соседних клетках. Механизм этого явления сво­дится к следующему (рис. 9). При заражении вирусом клетка начинает синтезировать и выделять интерфероны, которые связываются со специфи­ческими рецепторами соседних клеток. a- и b-интерфероны реагируют с общим рецептором, для g-интерферона имеется отдельный рецептор. Связы­вание интерферона побуждает клетку к синтезу по крайней мере двух фер­ментов, которые блокируют синтез вирусных белков, разрушая вирусные мРНК и подавляя их трансляцию на рибосомах. Благодаря подавлению ви­русной репликации создается барьер из клеток, устойчивых к вирусу и сдерживающих его распространение. То, что это действительно важно, до­казывают опыты на животных: блокада интерферонов антителами в сотни раз повышает чувствительность мышей к вирусной инфекции. Кстати для интерферонов характерна видовая специфичность: каждый вид животных имеет собственные интерфероны и не чувствителен к "чужим" аналогам.

a- и b-интерфероны образуются быстро (на протяжении 24 ч) и поэто­му служат важным фактором экспресс-защиты; g-интерферон секретируется гораздо позднее, с момента созревания Т-эффекторов. Он выделяется при их взаимодействии с вирусинфицированными клетками и сам по себе слабо влияет на репликацию вирусов. Антивирусный эффект g-интерферона скорее определяется тем, что он повышает HLA-2 - зависимую экспрессию вирус­ных антигенов на поверхности зараженных клеток, делая их более замет­ной мишенью для Т-хелперов, а также усиливает цитотоксические функции макрофагов и естественных киллеров. Действие a- и b-интерферонов тоже не ограничено подавлением внутриклеточного вируса. Они стимулируют экспрессию HLA-1, повышая эффективность цитотоксических реакций Т-кил­леров.

Антивирусные эффекты не исчерпывают всей иммунитетной активности интерферонов. Наряду с вирусами, они повышают резистентность к риккет­сиям, микобактериям, простейшим. Это неудивительно, так как, подобно вирусам, эти микробы размножаются внутри клеток, делая их мишенью для Т-лимфоцитов и антирепликативного эффекта интерферонов. Способностью индуцировать синтез интерферонов (речь идет об a- и b-интерферонах) обладают многие микробные продукты (например, липополисахаридные эндо­токсины) и синтетические вещества (полианионы, двухспиральные РНК). Они называются интерфероногенами и так же, как сами интерфероны, ис­пользуются в клинике.

После того, как интерфероны научились получать генно-инженерным способюом, рынок постоянно пополняется новыми рекомбинантными интерфе­ронами, которые испытываются при различных вирусных и невирусных ин­фекциях. Контролируемые опыты говорят об эффективности a-интерферона при хронических гепатитах В и С, герпетических и ряде других инфекций. Интерфероны применяются и в лечении опухолей, особенно при злокачест­венных заболеваниях крови. Расчет строится на их универсальной антип­ролиферативной активности, которая выражается не только в отношении вирусов, но и в торможении (хотя и более слабом) синтеза клеточных белков. Имеет значение и то, что интерфероны усиливают эффекторные функции макрофагов и естественных киллеров, а также HLA-зависимую пре­зентацию антигенов Т-лимфоцитам. К сожалению, клинические результаты хуже того, что можно было ожидать, исходя из высокой протективной ак­тивности естественно образующихся интерферонов. Кроме того, подобно другим цитокинам, интерфероны имеют множество мишеней в организме и при длительном применении дают осложнения, препятствующие продолжению терапии (лихорадка, слабость, мышечные боли, токсичность для почек, печени, костного мозга, миокарда).

Кроме интерферонов, в "доиммунном" надзоре за вирусинфицированными клетками (т.е. до приобретения специфического иммунитета) принимает участие и особая категория лимфоцитов, естественные киллеры (ЕK-лимфо­циты) - большие зернистые лимфоциты, лишенные маркеров В- и Т-лимоци­тов. Полагают, что они распознают неэпитопные структуры гликопротеи­нов, которые экспрессируются на мембране вирусинфицированных клеток. Это означает, что их действия лишены антигензависимой избирательности антител и Т-лимфоцитов. При контакте с мишенями ЕК-лимфоциты активиру­ются и выделяют содержимое своих гранул. Как и у Т-киллеров, цитоток­сический эффект связан с ферментами, которые лизируют клетки, перфори­руя плазматическую мембрану (перфорины) или запускают апоптозный про­цесс (гранзимы). Интерфероны усиливают цитотоксичность ЕК-клеток, а те, в свою очередь, продуцируют g-интерферон и другие цитокины (интер­лейкины-1, 2), способствуя интеграции механизмов противовирусной защи­ты. ЕК-лимфоциты атакуют не только вирусинфицированные, но и любые клетки, несущие на себе маркеры чужеродности. Они, в частности, спо­собствуют элиминации опухолевых клеток, выступая в роли одного из фак­торов противоопухолевого иммунитета.

Заключение

Вряд ли будет ошибкой, если тактическое и стратегическое разнооб­разие антимикробной защиты поставить в эволюционную зависимость от па­тогенетической изощренности инфекционных агентов. Всякое действие рож­дает противодействие, и именно многоликость микробных инвазий и инток­сикаций определила потребность в усложнении механизмов иммунитета.

В своем анализе, мы стремились избежать тенденциозности. Наивно, например, противопоставлять неспецифические и специфические (антиген­зависимые) способы защиты. Вторые являются продолжением первых, подк­лючаясь лишь в тех случаях, когда факторы неспецифического иммунитета не обеспечивают должного сопротивления болезнетворным началам. Сила специфического иммунитета в его высокой избирательности и реактивной пластичности. Но это и слабость (ограниченность мишеней, относительно медленное развитие), которую сглаживают более примитивные, но готовые к немедленным действиям силы гомеостаза.

Несмотря на впечатляющий арсенал врожденных и адаптивных возмож­ностей, аппарат противоинфекционной защиты лишен совершенства. Впро­чем, он вряд ли когда-нибудь станет безупречным, так как ему противос­тоит эволюция живой материи - инфекционных агентов, стремящихся к об­щей для всего живого цели - выжить и закрепить себя в биосфере. Микро­бы оперативнее приспосабливаются к новым условиям, многоклеточные ор­ганизмы перестраиваются медленнее. Целесообразность неисчислимых, не­редко причудливых признаков, которыми обладают живые организмы, отра­жает итог эволюции, осмысленный естественным отбором. Разумный прагма­тизм просматривается и на всех рубежах иммунитета - с момента оседания возбудителей на поверхностных покровах и до их отторжения из внутрен­ней среды совместными усилиями эффекторов неспецифического (конститу­ционального) и специфического (приобретенного, или адаптивного) имму­нитета. Парадокс "мы здоровы, потому что больны" отлично подходит к системе противоинфекционной резистентности, где непрерывно совершается множество невидимых действий, нацеленных на сохранение внутренней гар­монии. Их гиперболизация в ответ на неадекватное раздражение (в част­ности, болезнетворную инфекцию) ведет к патологии. Символом этих уси­лий является воспаление - аварийный рычаг иммунитета, благодаря кото­рому достигается интеграция реактивных ресурсов противоинфекционной защиты и формируется базис для патогенетически значимых столкновений с миром микробов. Симбиоз держится не только на согласии, но и на проти­воречиях. Они могут решаться путем компромисса или открытых конфлик­тов. Экологическая система "макро-микроорганизм", которой, с одной стороны, управляет симбионт (в более узком смысле - паразит), а с дру­гой, - иммунитетные силы хозяина, изобилует такой диалектикой. Именно в их противоборстве рождаются болезни и одновременно стремление к выз­доровлению, т.е. то, что именуется "инфекционным процессом".

Рис. 1. Транспорт иммуноглобулина A через эпителиальную клетку. Синтез секреторного компонента (SC; показан в виде спиралей) не за­висит от IgA-транспорта, т.е. выделение cекреторного компонента на поверхность слизистых оболочек происходит в свободной форме или после связывания с IgA. J-цепь - белок, образующий димеры IgA

Рис. 2. Миграция лимфоцитов в системе иммунитета слизистых оболо­чек. После антигенной стимуляции в субэпителиальных скоплениях лим­фоидной ткани (показаны пейеровы и бронхиальные бляшки) лимфоциты, пройдя через регионарные лимфатические узлы, попадают в лимфатичес­кие сосуды и далее (через грудной и правый лимфатические протоки) в кровь, откуда избирательно эмигрируют в различные отделы слизистых оболочек, создавая потенциальные очаги антимикробной защиты. Схема демонстрирует относительную автономию иммунной системы мукоидного тракта

Рис. 3. Индукция и регуляция синтеза острофазных белков гепатоцита­ми. ЛПС - липополисахарид; ИЛ-1, ИЛ-6 - интерлекины-1, 6; ТНФ - ту­моронекротический фактор; АКТГ - адренокортикотропный гормон (S. Akara, T. Kishimoto // Immunol. Rev., 1992, n. 127, p. 25-49)

Рис. 4. Принцип HLA-зависимого представления антигенов Т лимфоцитам (двойное распознавание). Т-лимфоциты активируются, если их анти­генспецифические рецепторы распознают инфицированную клетку, кото­рая экспрессирует на своей поверхности HLA, ассоциированный с пеп­тидным фрагментом внутриклеточно деградированных микробных антиге­нов

Рис. 5. Т-зависимое уничтожение микроорганизмов, паразитирующих внутри макрофагов. HLA-зависимое распознавание микробных антигенов на поверхности инфицированного макрофага вызывает активацию CD4 лимфоцитов с высвобождением макрофаг-стимулирующих цитокинов (гам­ма-интерферона и др.). Это возбуждает биоцидные механизмы макрофа­га, вызывая гибель внутриклеточного паразита

Рис. 6. Мишени для антивирусных иммунных реакций. 1 - свободные ви­рионы; 2 - вирусинфицированные клетки, несущие на поверхности анти­гены (свободные и ассоциированные с HLA)

Рис. 7. Антитела при деструктивной вирусной инфекции. А - предуп­реждение инфекции (иммунитет, приобретенный до заражения); Б - по­давление начавшейся инфекции (иммунитет, приобретаемый после зара­жения)

Рис. 8. Реакции, индуцируемые вирусинфицированной клеткой в системе Т-клеточного иммунитета (на модели гепатоцитов, зараженных вирусом гепатита В, HBV). Т_к - цитотоксический Т-лимфоцит (Т-киллер, CD8; рестрикция по HLA-1); Т_х - Т-хелпер (CD4; рестрикция по HLA-2); М - макрофаг. 1 - HLA-1 - зависимая презентация вирусных пептидов (свя­зывание с CD8 Т_к); 2 - HLA-2 - зависимая презентация вирусных пеп­тидов (связывание с CD4 T_х) (по F.V. Chisari, C. Ferrari // Springer Semin. Immunopathol., 1995, v. 17, p. 261-281)

Рис. 9. Молекулярная основа антивирусного эффекта интерферонов.

Примечания

¹Цитокины - низкомолекулярные биологически активные пептиды или гликопептиды, продуцируемые многими клетками (от греч. - "рожден­ный клеткой"). Примеры: интелейкины, интерфероны, туморонекроти­ческий фактор, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор и др. (см. "Воспаление и инфекционный процесс"). По проис­хождению различают лимфокины, монокины, нейропептиды.

²Недавно обнаружено, что в представлении микробных атигенов Т-лим­фоцитам могут участвовать молекулы, не связанные с главным комп­лексом гистосовместимости (в частности, CD1).

³Акроним "CD" (от англ. cluster of differentiation) применяется для обозначения лейкоцитарных антигенов, идентифицируемых при помощи моноклональных антител. СD антигены (их более 130) используются в качестве маркеров В и Т лимфоцитов, Т субпопуляций (CD4 и СD8), для определения зрелости и степени активации клеток. CD-антигены выполняют функции рецепторов, молекул контактного взаимодействия, мембранных ферментов. Значение многих CD антигенов неизвестно.

⁴При некоторых инфекциях (брюшной тиф, легионеллез и др.) внутри­макрофагальная контаминация непродолжительна. Процесс обретает острый характер, и лидерство в реализации иммунного ответа получа­ют антитела.

⁵Иммунологи говорят, что CD4 и CD8 Т-лимфоциты рестриктированы со­ответственно по HLA-2 и HLA-1, т.е. реагируют только на антигены, представляемые (презентируемые) этими молекулами.

1 Эти понятия пришли из английского языка, где "oportunity" – "походящий, удобный случай". Именно такого, благоприятного для себя стечения обстоятельств (гипорезистентности хозяина), поджидают условнопатогенные микробы, чтобы реализовать свою потенциальную агрессивность.

2 Врожденный иммунитет sensu stricto включает механизмы реактивной (индуцируемой) защиты такие, как фагоцитоз, активация комплемента, воспаление, реакции острой фазы. Кроме того устойчивость к инфекции зависит от механических, химических и биологических барьеров, конститутивно представленных в тканях, прежде всего на поверхности кожи и слизистых оболочек. Это факторы неспецифической резистентности в широком смысле (врожденный иммунитет sensu lato).

1 О коллектинах – см. лекция 10.