Цикл репликации ВИЧ

Проникновение ВИЧ в клетку-мишень
CD4 как первичная мишень для ВИЧ:
CD4 представляет собой тяжелый мономер
гликопротеина с молекулярной массой 58 кДа. Он находится на поверхности
приблизительно 60 % всех T-лимфоцитов, от предшественников T-лимфоцитов в костном
мозге и тимусе до моноцитов, макрофагов, эозинофилов, дендритных клеток и
микроглиоцитов в ЦНС. Уже в 1984 году было установлено, что CD4 является основным
рецептором, обязательным для проникновения в клетку ВИЧ-1, ВИЧ-2 и ВИО (Dalgleish
1984, Klatzmann 1984). В V2-области CD4 есть остаточные участки, необходимые для
связывания gp120 и CD4. Эта область перекрывается с участками CD4, которые связываются
с молекулами HLA II класса, являющимися естественными лигандами. В
CD4-положительных T-клетках CD4 входит в состав T-клеточного рецептора (TCR), образуя
комплекс TCR/CD3, а также может связываться с молекулами HLA II класса на поверхности
антигенпрезентирующих клеток. Связывание gp120 с CD4 является не только необходимым
этапом инфицирования клеток CD4, но и влияет на внутриклеточные пути сигнальной
передачи, а также способствует апоптозу Т-клеток (Banda 1992).
Интересен тот факт, что антитела к CD4-индуцированным конформационным эпитопам
(CD4i) gp120 хорошо связываются с gp120 CD4-независимых вирусов. Это четко
свидетельствует о том, что у CD4-независимых вирусов область gp120, связывающаяся с
корецептором, уже экспонируется и не требует индукции под действием предшествующего
связывания с CD4. Подобные вирусы особенно легко нейтрализуются антителами,
содержащимися в сыворотке крови ВИЧ-инфицированных пациентов, что позволяет
предположить наличие селективного иммунного ответа к CD4-независимым вирусам
(Edwards 2001).
Хемокиновые рецепторы как корецепторы ВИЧ: Экспрессии человеческого CD4 на
поверхности клеток недостаточно для успешного проникновения вируса – для этого
требуются дополнительные корецепторы. Открытие, свидетельствующее о том, что
подобную функцию могут выполнять хемокиновые рецепторы, первоначально стало
результатом изучения растворимого фактора супрессии CD8. Установлено, что
CD8-позитивные T-клетки ВИЧ-инфицированных пациентов, с одной стороны, могут
выполнять функцию цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ), распознавая и уничтожая
инфицированные клетки (см. ниже), с другой стороны, они могут секретировать
растворимые факторы, тормозящие репликацию ВИЧ (Levy 1996). Согласно наблюдениям
Cocchi (1995), хемокины MIP-1α, MIP-1β и RANTES, которые определенно подавляют
репликацию вируса, хоть и не всех вирусных штаммов, секретируются именно клетками
CD8. Спустя несколько месяцев несколько рабочих групп почти одновременно установили
необходимость наличия CCR5 как корецептора для моноцитотропных (M-тропных) изолятов
ВИЧ (Deng 1996, Doranz 1996, Dragic 1996).
Молекулы RANTES («молекулы регуляции при активации, экспрессируемые и
секретируемые Т-лимфоцитами»), MIP-1α («макрофагальный ингибирующий белок») и
MIP-1β, которые относятся к естественным лигандам рецептора CCR5, нарушают
проникновение М-тропных штаммов ВИЧ в Т-клетки. Ранее было установлено, что
хемокиновый рецептор CXCR4 (фузин) является корецептором для Т-клеточных
(T-тропных) штаммов ВИЧ (Feng 1996). В том же году было установлено, что лигандом для
CXCR4 также является SDF-1 («стромальный клеточный фактор 1 типа»), который может
препятствовать проникновению T-тропных штаммов ВИЧ в активированные Т-клетки.

Таким образом, получается следующая модель (Рисунок 4): T-тропные штаммы ВИЧ
инфицируют активированные PBMC и клеточные линии преимущественно путем
использования для проникновения в CD4-положительную клетку рецепторы CXCR4.
M-тропные штаммы, которые также способны инфицировать PBMC, моноциты и макрофаги,
дополнительно используют, помимо рецепторов CD4, рецепторы CCR5.
Взаимодействие белков вирусной оболочки и клеточных рецепторов можно упрощенно
объяснить тем, что gp120 сначала связывается с определенным участком CD4. Связывание с
CD4 индуцирует конформационные изменения gp120, которые делают возможными
последующее взаимодействие петли V3 gp120 с соответствующим хемокиновым
рецептором, что, в свою очередь, обеспечивает последующее слияние с клеточной
мембраной. Центральную роль в слиянии вирусной оболочки и клеточной мембраны играет
gp41, трансмембранная часть белка вирусной оболочки gp160. По аналогии с
гемагглютинином вируса гриппа, предполагается, что после связывания gp160 с CD4 в
эктодомене gp41 происходят конформационные изменения, которые часто сравнивают с
«пружинной защелкой» или «мышеловкой». При этом наблюдается внедрение гидрофобного
gp41-NH2-терминального конца в мембрану клетки-мишени. Кристаллографический анализ
структуры эктодомена gp41 подтверждает это (Chan 1997). После расшифровки ключевых
для данного процесса аминокислотных последовательностей были синтезированы пептиды
типа T-20 (энфувиртид, см. также соответствующий раздел части Антиретровирусная
терапия), которые связываются с определенными участками gp41 и ингибируют их
конформационные изменения, таким образом, ингибируя слияние мембран вируса и клетки-
мишени. Также были успешно проведены пробные исследования по новым пептидным
соединениям, выделенным из собственных веществ организма с последующей
оптимизацией, которая может придать им способность препятствовать проникновению
вируса (Forssmann 2010). В исследованиях in vivo установлено, что основными
корецепторами для М- и Т-тропных штаммов ВИЧ являются CCR5 и CXCR4, хотя, очевидно,
существует и большое количество других рецепторов, которые могут выполнять данную
функцию. Установлено, что люди с генетическим дефектом CCR5 невосприимчивы к ВИЧ.
Выявлен один из особых вариантов рецептора CCR5, который характеризуется
делецией 32 основных пар, входящих в состав гена, который кодирует синтез данного
рецептора. Этот генетический вариант приводит к синтезу дефектного рецептора, который не
экспрессируется на поверхности клетки. На сегодняшний день выявлено лишь несколько
случаев заражения ВИЧ у лиц, имеющих данный генетический дефект: при этом, как и
следовало ожидать, выделенный вирусный штамм соответствовал T-тропному вирусу.
Частота гомозиготного носительства делеции ∆-32 среди лиц европеоидной расы составляет
около 1 %, частота гетерозиготного носительства – около 20 % (Dean 1996). В африканских и
азиатских когортах данная делеция не была обнаружена. Гетерозиготное носительство
данного признака проявляется in vitro в уменьшении степени экспрессии CCR5 на
поверхности клеток. Это сопровождается не только снижением частоты заражения ВИЧ и
замедлением процесса прогрессирования в случае инфицирования, но и является фактором
благоприятного ответа на антиретровирусную терапию. Гетерозиготным носительством
данного признака часто объясняют феномен так называемых «долгосрочных нон-
прогрессоров» (Dean 1996). Интересно то, что экспрессия CCR5 у гетерозиготных носителей
данного признака составляет не 50 % от характерного для гена дикого типа, а всего лишь 25-
30 %.
При заражении ВИЧ передаются преимущественно M-тропные штаммы, даже если у
«донора» преобладают Т-тропные штаммы. В связи с этим в ранней фазе ВИЧ-инфекции
чаще всего обнаруживаются M-тропные штаммы. Для пациентов с быстрым
прогрессированием инфекции более характерно выявление штамма, который нуждается в
наличии CXCR4 в качестве корецептора (T-тропный штамм). Кроме того, экспрессия
корецепторов зависит от уровня активности клеток CD4. Так CXCR4 особенно часто
обнаруживаются на наивных Т-клетках, CCR5 – напротив, обнаруживается на
активированных и эффекторных Т-клетках, а также на клетках памяти. В настоящее время в
терапии ВИЧ-инфекции начали применяться синтетические лиганды CCR5 (в частности,
аналоги RANTES), блокирующие CCR5 (так называемые антагонисты CCR5). Первым
ингибитором CCR5, разрешенным к применению при лечении ВИЧ-инфекции, стал
Маравирок (см. часть Антиретровирусная терапия). При этом обязательна предварительная
оценка R5-тропизма.
Ингибиторы CCR5 успешно применялись на модели обезьян в качестве микробоцидных
препаратов, установлено, что они могут использоваться с профилактической целью (Veazey
2005). Разумеется, настоятельно рекомендуется проведение исследований in vitro и in vivo на
мышах SCID, чтобы изучить возможность потенциального изменения тропизма вирусов при
блокаде CCR5 в сторону CXCR4.
Любопытен пример «2-ого берлинского пациента»: этому ВИЧ-инфицированному пациенту
потребовалась трансплантация костного мозга в связи с развитием острого миелоидного
лейкоза (ОМЛ). Донором для него стал гомозиготный носитель ∆32-мутации в генах
рецепторов CCR5 (Hütter 2009). После трансплантации АРТ была прекращена, после чего в
организме данного пациента ВИЧ перестал определяться. Через несколько лет проводилось
повторное обследование, и вновь ВИЧ в организме данного пациента не был обнаружен
(Allers 2011), в связи с чем ряд специалистов признали его «излеченным». Этот клинический
случай стал поводом к проведению тщательных исследований на тему того, как можно
вызвать делецию рецепторов CCR5 другими методами. Тем не менее, до сих пор не была
разработана стратегия клинических исследований, посвященных этому вопросу.
Что касается терапевтической блокады хемокиновых рецепторов, немало вопросов еще
остается открытыми. Аналоги хемокинов, такие как AOP-RANTES, теоретически могут
связываться с другими хемокиновыми рецепторами, кроме CCR5. В исследованиях на
мышах инактивация генов SDF-1 или CXCR4 сопровождалась тяжелыми пороками развития
сердца, ЦНС и кроветворения (Zou 1998). Однако остается неясным, играют ли SDF-1 или
CXCR4 такую же необходимую роль по прошествии периода фетального развития.