Вирусные поражения дыхательных путей считаются наиболее частой причиной обращения к врачу, составляя до 70–90% всех случаев инфекционных болезней. Кроме особенностей детского организма, которые обусловливают высокую подверженность вирусному влиянию, сами вирусы ОРВИ поражают различные отделы дыхательных путей, эффективно противостоят защитным силам и вызывают вирус-индуцированные иммунные нарушения.
На это все способны частицы микроскопических размеров, которые к живой природе относятся лишь условно. Какие структуры или механизмы позволяют им достигать таких поистине колоссальных успехов в инфекционной заболеваемости человека и как сегодня возможно противостоять этим агрессорам, – рассмотрим в статье.
Вирусы – это внутриклеточные паразиты, а значит все эффекты, связанные с заражением ими возникают на уровне клетки. Для того, чтобы инфицирование состоялось, вирусу необходимо проникнуть в клетку, наладить в ней воспроизводство потомства и обеспечить его выход наружу. Для достижения этих целей он задействует собственные ферментные системы, а также использует ферменты инфицированной клетки.
Как вирусам это удается? Ответ кроется в их строении. Буквально каждый вирусный компонент имеет значение, а четкая последовательность этапов жизненного цикла обеспечивает способность инфекционных агентов не только выживать, но и вызывать массовые заболевания.
Как строение вируса способствует достижению его цели? Рассмотрим более подробно этот процесс на примере вируса гриппа. Ввиду высокой агрессивности этот вирус сегодня является наиболее изученным среди всех представителей семейства ОРВИ.
Читайте также: Грипп у детей: вирус может поражать нервную систему
Частица вируса гриппа состоит из ядра, матричных белков и вирусной оболочки (нуклеокапсид). Вирус гриппа А состоит из белков, кодируемых восьмью сегментами РНК. Эти белки включают гемагглютинин (HA), нейраминидазу (NA), нуклеопротеин (NP), РНК-зависимую полимеразу (PA, PB1, PB2), матричный белок 1 (M1), белок протонного канала (M2), неструктурный белок 1 (NS1) и ядерный экспортный белок (NEP, или NS2). Есть еще белки, которые обнаружены в определенных штаммах и были идентифицированы совсем недавно. Это PB1-F2, PB1-N40 и PA-X. Более того, недавно у вируса гриппа были обнаружены новые белки.
Жизненный цикл вируса гриппа сходен с другими вирусами ОРВИ и состоит из этапов:
- прикрепление вириона к поверхности клетки посредством связывания с рецептором;
- вхождение вируса в клетку с задействованием разных механизмов, для вируса гриппа это эндоцитоз;
- раскрытие вирусной частицы, транспорт вирусных нуклеопротеидов в ядро, где происходит репликация вирусных РНК;
- синтез вирусного белка;
- сборка вирусного потомства, отпочкование и высвобождение из клеточной мембраны.
Все перечисленные вирусные белки задействованы на каждом из вышеупомянутых этапов жизненного цикла. У вируса гриппа эти белки функционируют следующим образом.
Белок гемагглютинин отвечает за прикрепление вируса гриппа к клетке. Его субъединица HA1 взаимодействует с клеточным рецептором терминального остатка сиаловой, или N-ацетилнейраминовой кислоты, также в этой субъединице содержится рецептор-связывающий сайт, посредством которого образуются множественные контакты вириона с клеточной оболочкой. Далее происходит формирование цитоплазматической эндосомы, которая включает прикрепившийся к поверхности клетки вирион, где посредством АТФ-зависимого протонного насоса происходит закисление содержимого эндосомы, что запускает работу теперь уже вирусных белков – М2 вируса гриппа типа А (ВМ2 вируса гриппа типа В, СМ2 вируса гриппа типа С). Эти белки формируют ионный канал, через который внутрь вириона нагнетаются протоны, а у вируса гриппа типа С нагнетаются анионы хлора, что приводит к высвобождению нуклеокапсида в цитоплазму клетки через пору слияния на N-конце субъединицы гемагглютинина (НА2).
В дальнейшем вирус гриппа использует ферменты зараженной клетки, чтобы транспортировать свой генетический материал в ядро и с помощью собственного полимеразного комплекса (РНК-зависимой РНК-полимеразы), в котором задействованы вирусные структурные белки РВ2, РВ1 и PA (у вирусов гриппа А и В) и Р1, Р2 и Р3 (вируса гриппа С) происходит копирование генетической информации для дочерних вирионов.
Читайте также: Рекуррентные респираторные вирусные инфекции и иммунодефицитные состояния: как не пропустить тяжелую патологию
После транскрипции и репликации происходит транспортировка нуклеокапсида дочерних вирионов из ядра обратно в цитоплазму. Этот процесс осуществляется с помощью клеточного белка Crm1, который взаимодействует с вирусным белком нуклеокапсида NEP вирусов гриппа А и В и NS2 вируса гриппа С. В нем также участвуют структурные вирусные белки NP, NEP, а также белок внутреннего слоя M1.
Отпочкование новосозданных вирионов происходит с апикальной (то есть обращенной в просвет дыхательных путей) поверхности клетки при активном участии вирусной нейраминидазы, которая как ножницами отрезает вирусные частицы от клеточной мембраны. Это важный этап жизненного цикла вируса гриппа, от которого зависит жизнеспособность его копий.
Однако эффективно воспроизвести собственное потомство – это лишь часть вирусного плана. Ведь в момент попадания вируса в клетку она начинает активно сопротивляться захватчику, включая собственные защитные механизмы. Речь идет об активации синтеза интерферонов, которые в свою очередь запускают механизмы запрограммированной гибели клетки (апоптоз), тем самым не позволяя разобранному на части вирусу скопировать свое потомство, способное заражать новые клетки. Поэтому в структуру вирусной частицы включены специальные белки, целью которых является подавление противодействующих вирусному вторжению защитных механизмов. Наиболее изученным в этом плане является неструктурный белок NS1, подавляющий действие интерферонов и других интерлейкинов.
Открытый недавно белок PB1-F2, присутствующий лишь у некоторых штаммов вируса гриппа, отвечает за индукцию апоптоза, который наиболее выражен у еще одних тропных для вируса гриппа клетках – в тканевых, в частности, альвеолярных макрофагах. Запрограммированная смерть этих клеток уменьшает фагоцитоз – важный механизм, защищающий легочную ткань от любых патогенов, а также влияет на презентацию антигенов вирусов CD4+-лимфоцитов, что запускает специфический иммунный ответ. Очевидно, что заражение человека таким штаммом несет угрозу вирусного поражения легочной ткани.
Читайте также: ОРВИ у детей могут быть причиной бронхиальной астмы
Вышеперечисленные этапы жизненного цикла становятся невозможными, если какой-либо из указанных вирусных белков будет выведен из строя или выключен (заблокирован). Поэтому в настоящее время вирусные белки, задействованные на конкретном этапе жизненного цикла, являются привлекательной мишенью для борьбы с вирусными инфекциями. Однако существенно ограничивают реализацию этих планов несколько моментов. Во-первых, это различия между ферментами, которые у разных вирусов ОРВИ ответственны за разные этапы жизненного цикла, даже у вирусов гриппа типов А, В и С они различаются. Во-вторых, способность к мутациям, что приводит к перестройке или замене участков белковых молекул, что может существенно сказаться на эффективности противовирусного препарата. И, наконец, третий аргумент – это выработка резистентности к противовирусным препаратам. Подтверждением этому является все чаще регистрирующаяся устойчивость к блокаторам М2-каналов вирусов гриппа типа А – адамантанам. Поэтому сегодня практический интерес представляют ингибиторы РНК-зависимой РНК-полимеразы РНК-содержащих вирусов, к которым относится вирус гриппа, а также ДНК-зависимой ДНК-полимеразы у ДНК-содержащих вирусов (аденовирусы). Кроме того, сегодня есть возможность ингибировать нейраминидазу вируса гриппа, что однако значительно сужает показания для применения последних, которые эффективны лишь в отношении вирусов гриппа.
Читайте также: Особенности интерфероногенеза у детей: эффективность применения противовирусной терапии
Перспективными в этом плане являются препараты с полимишеневым противовирусным действием, как например, сироп Флавовир, который содержит активное (действующее) вещество – жидкий экстракт протефлазид. Он сочетает в себе способность блокировать жизненный цикл вирусов на этапе репликации путем угнетения РНК-полимеразы у РНК-содержащих вирусов и ДНК-полимеразы у ДНК-содержащих вирусов, охватывая всех представителей многочисленного семейства ОРВИ. Для вируса гриппа дополнительная возможность заблокировать активность нейраминидазы, что не позволяет его потомству полноценно отделиться от клетки человеческого организма и в последствии заразить новые клетки. Такой двойной удар по наиболее агрессивному вирусу гриппа обеспечивает более полную его инактивацию.
Таким образом, на приведенном примере жизненного цикла вируса гриппа становится ясно, что вирусы для воспроизводства задействуют большое число белков, часть из которых образует вирусную частицу, а часть является собственными белками клеток человека. Огромное многообразие этих ферментов, как и особенности строения (РНК- или ДНК-содержащие, оболочечные и безоболочечные и так далее) требует не менее огромных научных усилий в поиске точек приложения у вируса, которые не подвластны частым изменениям. И сегодня такие мишени найдены.
Виктория Талько, д.м.н, профессор, директор Института экспериментальной радиологии Национального научного центра радиационной медицины НАМНУ; эксперт по вопросам иммунологии, вирусологии, и радиобиологии