27 декабря 2017

Взаимодействие ВИЧ и цитокинов на уровне клетки

Инфекционные и паразитарные болезни

Как известно, вирусы для своего выживания включают все варианты эксплуатации защитных механизмов хозяина. Это может быть продемонстрировано и на примере взаимодействия между вирусами и цитокиновой сетью хозяина. Многие вирусы, включая ВИЧ-1 и -2, используют активацию синтеза и эффекты действия цитокинов хозяина для регуляции своей экспрессии и поддержания вируса в латентном состоянии в клетке до возникновения соответствующих условий микроокружения. Паразитизм вируса характеризуется использованием внутриклеточных механизмов для его репликации. В ряде случаев паразитизм вируса может превышать возможности клетки и в результате приводить ее к лизису. Многие факторы могут кардинально влиять на репликационные возможности клетки хозяина и способность вируса инфицировать и реплицироваться в ней. К области преимущественной важности относятся механизмы, регулирующие внутриклеточную репликацию и экспрессию ВИЧ.

Как известно, ВИЧ-1 инфицирует преимущественно клетки, экспрессирующие на своей поверхности CD4 молекулу, являющуюся рецептором для этого вируса. Для того чтобы осуществилась обратная транскрипция и интеграция вируса - этапы, значимые для продуктивной инфекции, клетки-мишени должны не только экспрессировать на своей поверхности CD4 молекулу, но и находиться в активированном состоянии. После интегрирования с клеткой хозяина ВИЧ-1 остается в латентном состоянии до тех пор, пока не возникнет нужная для индукции вирусной репликации повторная активация клетки. 

Усиление ВИЧ- пермиссивности путем воздействия цитокинов на ВИЧ - экспрессию.

Понятие вирусной пермиссивности может быть определено как сумма неких физиологических изменений в клетке, которые позволяют усилить инфекционность или увеличить продукцию вирусных антигенов за счет клеток хозяина, ранее не инфицированных или не экспрессировавншх вирусные антигены. Эти изменения в пермиссивности вируса возможны по крайне мере на 4 уровнях.

• 1 -й уровень отражает изменения в поверхностной экспрессии самого вирусного рецептора или его акцессорной молекулы.
• Второй уровень определяется клеткой хозяина, когда изменения в пермиссивности являются результатом изменений на сигнальных путях, ведущих к вирусной репликации.
• Третий уровень также находится в пределах клетки хозяина и пермиссивность может быть связана с любыми изменениями стабильности или экспрессии ДНК-связывающих белков, необходимых для эффективной вирусной
  репликации.
• Четвертый уровень изменений пермиссивности является результатом внутриклеточных сигналов, которые изменяют транскрипцию вирусной РНК, стабильность или трансляцию, вызывая изменения в продукции потомства вирионов.

Изменения мембранной экспрессии белков в клетке хозяина могут потенциально влиять на каждый уровень вирусной пермиссивности. Наиболее очевидно изменения наблюдаются при увеличении поверхностной экспрессии вирусного рецептора - CD4 молекулы. Тем не менее, увеличение других поверхностных белков на клетке хозяина может также положительно влиять на вирусную экспрессию непрямым изменением сигнальных путей, активацией ядерных белков, повышением общей клеточной активации или усилением РНК-трансля ции.

Общая концепция цитокин-индуцированных изменений вирусной пермиссивности состоит в том, что цитокины могут влиять на некоторые или на все 4 уровня, в зависимости от цитокина, вовлекаемого вируса и типа клетки хозяина. Изменение ВИЧ-экспрессии под воздействием цитокинов укладывается в концепцию цитокин-индуцированных изменений пермиссивности вируса.

Влияние цитокинов на ВИЧ экспрессию изучалось на первичных культурах клеток, полученных от больных ВИЧ-инфекцией и хронически инфицированных клеточных линиях. Методами оценки результатов изучения было определение экспрессии вируса методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) и внутриклеточного белка вируса р24. Клетки, интегрирующие ВИЧ и содержащие "дремлющие" провирусы, похожи на существующий in vivo резерв клеток, которые не экспрессируют ВИЧ вплоть до того момента, пока не возникнут нужные комбинации внешних стимулов. Группа цитокинов, которая ответственна за стимуляцию экспрессии генома и синтеза белков ВИЧ и перевод латентной или хронической инфекции в активную вирусную экспрессию не так мала. Цитокины, которые вовлечены в гомеостатическую регуляцию иммунного ответа человека, такие как ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-6, ФНО-а, усиливают экспрессию вируса иммунодефицита человека. ИЛ-2 активирует покоящиеся Т-хелперы, способствует повышению первого уровня ВИЧ-пермиссивности. ФНО-а оказывает наиболее "драматическое" воздействие на ВИЧ экспрессию в хронически инфицированных клетках в постинтегративной фазе жизненного цикла вируса. Обработка хронически инфицированных клеток различных по происхождению линий с помощью ФНО-а повышает 2-й и 3-й уровни пермиссивности вируса. Так, сигнал транедукции с ФНО-а рецептора (ФНО Рц) включает активацию комплекса протеинкиназ (независимый от протеинкиназы С), которые определяют второй уровень пермиссивности. Последние данные литературы говорят о том, что сигнал ФНО Рц заставляет внутриклеточную сфингомиелиназу производить церамид - вторую эффекторную молекулу. Церамид, действуя на третьем уровне пермиссивности, освобождает ядерный фактор kB(NF-kB) от его цитоплазматического ингибитора, что позволяет NF переместиться в ядро. Активный NF-kB в пределах ядра связывается с энхансорным регионом в пределах ВИЧ-1 5 длинного терминального повтора (LTR) и индуцирует вирусную транскрипцию.

Mellors W. с соавторами с целью доказательства первостепенной роли ФНО-а в патогенезе ВИЧ инфекции in vitro обрабатывали макрофаги периферической крови 0,05-50 нгмл рекомбинантного ФНО-а перед инфицированием или во время ВИЧ-инфекции и достигали увеличения продукции вируса в 5 и более раз. Matsuyama T. et al. провели аналогичные эксперименты на Т-клеточных линиях (MOLT-4, CCRF-CEM, Jurkat, H9), инфицированных ВИЧ. Обработка рекомбинантным ФНО-а этих клеток уже через час вызывала достоверное увеличение ВИЧ-специфической РНК, достигая максимального уровня к 6 часам экспозиции. Число вирусных частиц также возрастало к этому времени. dAddario показал, что обработка ФНО-а вызывает не только повышение репликации вируса в ВИЧ-инфицированных клетках, но и активирует гены ИЛ-1Р (в 20-40 раз увеличивая ИЛ-1 р мРНК), и ФНО-а (в 14 раз увеличивая ФНО-а мРНК). В своих экспериментах авторы показали, что ВИЧ-инфекция активирует оба - транскрипционный и трансляционный механизмы, контролирующие экспрессию цитокинов. Vlach J. et al. проанализировали в своей работе лимитирующие факторы, вовлеченные в индукцию провирусной экспрессии ВИЧ, вызываемой ФНО-а. Они показали, что существует выраженная прямая корреляция между повышением 9.2-кДа ВИЧ-1-РНК, р24 в клетках и выбросом ВИЧ-вирионов в среду. С другой стороны, нет прямой корреляции между уровнем индуцированных NF-kB белков и экспрессией ВИЧ-I провирусов. Присутствие ядерных NF-kB специфических белков кажется значимым только для инициации вирусной репликации, гак как ВИЧ-транскрипты могли быть выявлены в ФНО-стимулированных клетках в более поздние сроки после индукции, в то время, когда NF-kB белки возможно было выявить в ядре. Kobayashi N. et al. в своей работе показали, что те клеточные гемопоэтические перевиваемые линии, которые продуцировали хотя бы небольшие количества ФНО-а, были крайне чувствительны к инфицированию ВИЧ-1. Эта чувствительность к инфицированию отменялась при добавлении в культуру антител к ФНО-а. Данные авторов еще раз подчеркивают значение ФНО-а для репликации вируса. Poli G. et at. в своей работе показывают, что ИЛ-la и ИЛ-lp индуцируют экспрессию ВИЧ в латентно инфицированной промиелоцитарной линии человека U1. ИЛ-1 в этом действии синергичен с ИЛ-6, но не ФНО-а. Экспрессия ВИЧ в этих экспериментах контролировалась накоплением мРНК и активностью обработанной транскриптазы. В отличие от ФНО-а, ИЛ-1 самостоятельно или в комбинации с ИЛ-6 не индуцирует активацию транскрипционного фактора NF-kB выше конститутивного уровня в нестимулированных U1. Полученные авторами данные указывают на то, что по крайней мере в этой клеточной системе ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНО-аактивируют ВИЧ экспрессию через разные молекулярные пути. ИЛ-1 индуцированная вирусная продукция купируется моноклональными антителами, направленными против ИЛ-1 рецептора 1 типа. ИЛ-6 увеличивает вирусную продукцию, усиливая трансляцию РНК вируса. С другой стороны, ИФН-а снижает трансляцию вирусного белка и уменыиаеттем самым освобождение зрелых вирионов.

Индуцированная цитокинами ВИЧ-1 экспрессия влияет на другие аспекты физиологии клетки хозяина за счет добавочных эффектов собственно белков вируса. В хронически инфицированной клеточной системе (клон HL-60-промиелоцитарной клеточной линии, известный как ОМ-10) клетки, выращиваемые в нормальной культуральной среде, восстанавливали поверхностную экспрессию CD4 молекулы. Прямым результатом вирусной активации после обработки ФНО-а было быстрое снижение экспрессии поверхностного CD4 рецептора. Эти данные по снижению экспрессии CD4 могут быть объяснены частично прямым внутриклеточным комплексированием между ВИЧ-оболочечным предшественником и его естественным лигандом - CD4 молекулой. Показано, что вирусный белок Nef может напрямую участвовать в снижении экспрессии CD4 рецептора. Это может быть важным адаптационным механизмом для выживания ВИЧ, так как предупреждает суперинфекцию, которая должна обязательно привести к клеточной гибели вследствие внутриклеточного накопления неинтегрированной вирусной ДНК. Предупреждение этого цитолитического цикла позволяет хронически инфицированным клеткам пережить острый взрыв вирусной Продукции, возвратиться на некоторое время к состоянию "покоя", до тех пор пока не возникнет повторный каскад внеклеточных стимулов. Индукция цитокинами ВИЧ-экспрессии в хронически инфицированных клетках in vivo может быть лучше всего продемонстрирована на примере микроокружения лимфоузла, являющегося наиважнейшим резервуаром ВИЧ с максимальной Долей хронически инфицированных клеток. Поступление любого антигена в лимфоузел вызывает иммунный ответ, включающий синтез и продукцию цитокинов. Локальное поддержание значительных концентраций цитокинов в лимфатическом узле будет активировать ВИЧ экспрессию в клетках, дающих убежище интегрированным, но "дремлющим" вирионам и способствовать трансмиссии в другие клетки внутри лимфоузла. Повторяющиеся стимуляции патогенами субклинических инфекций усиливают прогрессию ВИЧ болезни. Комплекс иммунорегуляторных сетей цитокинов, поддерживающих иммунный гомеостаз даже в течение стадий кажущейся иммунологической стабильности при ВИЧ-инфекции способствуют поддержанию постоянного уровня вирусной экспрессии в течение продолжающегося бессимптомного периода инфекции.