Наше представление о том, как действует, заражая организм, коронавирус SARS-CoV-2, вызвавший пандемию COVID-19, становится всё более ясным, и здесь не обошлось без сюрпризов. Об этом, в частности, — новая статья в Cell (вот рецензия на неё в Stat).
Последовательность нуклеотидов РНК вируса SARS-CoV-2, естественно, уже прекрасно нами изучена, и это позволяет отслеживать мутации и точно определять, какие белки вынуждена вырабатывать клетка, когда вирус овладел соответствующим клеточным механизмом. Вышеуказанная статья информирует о некоторых из этих белков, а вот ещё одна, более ранняя, где упоминаются способные взаимодействовать с ними лекарства. В целом этих вирусных белков немного, ибо все вирусы весьма примитивные, урезанные до минимума организмы. Вспомним, что они начинают с форсирования экспрессии длинного полипептида. Тот (с помощью захваченных клеточных белков) расщепляет себя на множество фрагментов, каждый из которых содержит всё, что необходимо для вируса. Это — пугающе компактный и эффективный «автозагрузочный» механизм. Поскольку вирусных белков мало, каждому из них обычно отводится строго определённая и необходимая функция (возможно, не одна) — очень похоже на то, как работает крохотный стартап! Нет помощников вице-президента, ответственных в вирусном геноме за упрощение методов планирования; вирусы тощие и цепкие.
А это значит, что они представляют собой совершеннейшие образцы эволюции в действии. Вспомним, что главный принцип эволюции — «Всё, что работает». Именно такой у неё смысл, и в чистом виде его способны демонстрировать только вирусы — самые крохотные и стремительно размножающиеся организмы. Вы знаете старую байку, согласно которой дуб — всего лишь средство для жёлудя произвести много желудей? Вирусы живут этим: единственное, что они делают, — это производят много вирусов. Им не нужно осложнять дело вопросами питания, ибо они не едят. Таким образом, они не претерпевают никаких изменений, связанных с метаболизмом, ибо у них нет никакого метаболизма. Им не знакомы безумства, обусловленные половым отбором, ибо они не спариваются. Они заражают клетки и производят много вирусов — вот и всё. И они делают это очень быстро, снова и снова. Любое изменение, которое хотя бы чуть-чуть помогает заражать клетки и создавать добавочное количество вирусных частичек, способных создавать ещё больше вирусных частичек, усиливается, а любое изменение, которое хотя бы едва уловимо действует в противоположном направлении, подавляется.
Данная статья посвящена жизненно важному для этого вирусного бизнеса аспекту: работе с иммунной защитой заражаемых вирусами организмов.
Вспомним, что иммунная система человека имеет, в широком смысле, две ветви. У нас есть, во-первых, приобретённая (адаптивная) подсистема, которая активирует специфические нейтрализующие антитела и направляет Т-клетки на очаг инфекции. Эта реакция требует времени; надо многое подвергнуть анализу, прежде чем пустить в ход весь арсенал средств противодействия инфекции. И, во-вторых, у нас есть находящаяся «в постоянной боевой готовности» врождённая иммунная подсистема, которая распознаёт ряд главных признаков инфекции и готова действовать немедленно. Если у неё есть возможность самостоятельно вылечить инфекцию, она, конечно, делает это — в противном случае она как бы держит линию фронта, пока адаптивная иммунная система подводит артиллерию, чтобы начать обстрел.
Что касается вирусов, то для врождённой иммунной системы странные РНК в основном выступают как признак заражения — им не следует плавать вокруг, и, едва такие объекты появляются, срабатывает сигнал тревоги. Улавливающие эти объекты рецепторы (такие как толл-подобные рецепторы, TLR) резко активизируют некоторые транскрипционные факторы, а именно NF-κB и различные регуляторные факторы интерферонов (IRF). Действуя на уровне ДНК, они изменяют транскрипционную активность, что также вызывает множество последствий: например, запускается производство белков-интерферонов типов I и III (в зависимости от типа клеток), которые, в свою очередь, индуцируют выработку ещё целого ряда интерферон-стимулированных генов. Так как их известно более трёхсот, перечислить все эти эффекты — чрезвычайно трудная задача. Не удивительно, что она представляет собой обычную иммунологическую проблему. Секреция указанных интерферонов может осуществляться для предупреждения соседних клеток. Кроме того, производится целый ряд хемокинов, выделяемых для рекрутирования различных типов циркулирующих лейкоцитов.
Вирусы, воздействующие на организмы с такой защитой (в частности, на наш), подвергались и продолжают подвергаться жёсткому давлению естественного отбора, поэтому в настоящее время мы фиксируем опасные патогены, которые, несмотря на селекционный прессинг, всё же находят способы инфицировать нас. Список предпринимаемых вирусами контрмер очень длинный — эти контрмеры вырабатывались веками, — и вот статья, в которой подробно описаны десять наиболее распространённых. Большинство из них сводится к тому, чтобы как можно дольше скрывать вирус от клеточных рецепторов, а также к блокировке их и их нижестоящих партнёров специфическими вирусными продуктами. В данной статье отмечено, что это своего рода гонка вооружений, и у неё есть свои границы. Иммунную систему вроде нашей, разнообразную и способную немедленно уничтожить любой чужеродный патоген, трудно держать в узде; отсюда — масса проблем с аутоиммунными заболеваниями в их нынешнем виде. И патоген, который, прорвав защиту своего хозяина, начинает бешено работать, вполне может сразу же поплатиться за это смертью и лишить себя возможности распространяться. Успешные патогены (мы говорим об успехе с их точки зрения) умудряются распространяться так, что всегда остаются возможности для роста.
В данной новой статье проведено сравнение транскрипционных изменений, возникающих при заражении, с одной стороны, нынешним коронавирусом, а с другой — ранее выявленными коронавирусами SARS и MERS, а также некоторыми некоронными респираторными вирусами. И оказалось, что SARS-CoV-2 специфичен: ему удаётся весьма эффективно блокировать иммунную реакцию с участием интерферонов типов I и III, одновременно вызывая аномально высокую секрецию цитокинов. Такого профиля не обнаружено ни у одного из других исследованных вирусов. Снова добавив IFN-I в заражённые клетки клеточной культуры, вы увидите, что вирус быстро исчезает — механизм работает, просто он не задействован. Аналогичная картина с общим транскрипционным профилем SARS-CoV-2 в клетках: он уникален. Нельзя сказать, что этот вирус вызывает больше изменений; фактически, транскрипционных различий меньше, чем в случае с другими вирусами, взятыми для сравнения. Но паттерн генов, подвергшихся воздействию, — новый. Несомненно, что имеет место множество вариантов экспрессии целого списка хемокинов: CCL20, CXCL1, IL-1B, IL-6, CXCL3, CXCL5, CXCL6, CXCL2, CXCL16 и TNF.
Эти результаты исследования клеточной культуры довольно хорошо коррелируют с результатами исследования модельных животных (в данном случае хорьков). Наблюдая в течение длительного времени инфицированные клетки назального эпителия данных животных, учёные зафиксировали тот же дефицит интерферонной реакции и ту же усиленную секрецию цитокинов вкупе с, как написано в отчёте, «уникальной сигнатурой экспрессии генов, обогащённой гибелью клеток и активацией лейкоцитов». По сравнению с тем, что наблюдалось у хорька при его инфицировании вирусом гриппа А, транскрипционный ответ на коронавирус оказался гораздо менее драматичным, но очень своеобразным. Команде исследователей даже удалось проверить, как идёт транскрипция в лёгочной ткани человека (проведено сравнение 2 образцов, взятых после смерти больных, с 2 образцами, взятыми у здоровых людей). Это очень маленькая выборка, сделать её больше не было возможности, но зафиксированный профиль оказался очень похожим: отсутствие активации интерферонов и усиленная транскрипция цитокинов. Учёные всё же сумели проверить соответствующие уровни циркуляции на большем количестве пациентов (24 инфицированных и контрольная группа из 24 неинфицированных). И здесь получена высокая корреляция с более ранними результатами: отсутствие интерферонного ответа, но рост уровня хемокинов CXCL9 (привлекает Т-клетки), CXCL16 (привлекает NK-клетки), CCL8 и CCL2 (рекрутируют моноциты и/или макрофаги) и CXCL8 (привлекает нейтрофилы). Внезапно возникающий избыток этих типов клеток может быть причиной патологии заболевания, которую, если гипотезы учёных подтвердятся, можно охарактеризовать как однозначно несбалансированный ответ: слишком мало интерферонов и слишком много цитокинов, причём преждевременно.
Я ожидаю публикации целого ряда других статей на данную тему; посмотрим, не изменится ли картина. Но она, безусловно, соответствует тому, что наблюдается в клинических условиях, и предвещает хорошее будущее методам лечения, направленным на ослабление путей цитокиновой реакции. Означает ли это, что введение IFN-I или IFN-III также окажется полезным?
Автор: Дерек Лоу (Derek Lowe), Перевод: Александр Горлов