Сетевое научное издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,936

Введение

Вирусы – облигатные внутриклеточные микроорганизмы, использующие для своей репликации компоненты нуклеиновых кислот и белков хозяина. Вирусы обычно инфицируют различные типы клеток путем эндоцитоза, инициированного связыванием вируса с интернализируемым рецептором, что приводит к повреждению тканей несколькими механизмами и развитию заболеваний. Это стимулирует воспалительные реакции, также приводящие к повреждению тканей. Вирусы вызывают различные по интенсивности инфекции, а иммунные реакции врожденного и адаптивного противовирусного иммунного ответа (ПВИО) направлены на блокирование инфекции и уничтожение инфицированных клеток. В развитии этих механизмов много уникальных реакций, от которых зависит исход инфекций [1, с. 13–22]. Развитие противовирусного иммунитета можно отследить по изменению в крови определенных лабораторных маркеров, что делает возможной оценку интенсивности и адекватности иммунного реагирования на инфекцию [2]. Поэтому изучение иммунопатогенеза вирусных инфекций механизмов дает основу для контроля течения и возможность разработки подходов к управлению исходами вирусных инфекций.

Цель исследования – изучить и проанализировать современные данные об особенностях иммунопатогенеза вирусных инфекций и вариантах лабораторного мониторинга этих процессов.

Материал и методы исследования

Работа выполнена в формате нарративного обзора литературы, был проведен поиск и обобщение данных источников, посвященных иммунопатогенезу вирусных инфекций, характеристике лабораторных маркеров иммунного реагирования. При написании обзора авторы не ставили задачу соответствовать формату систематического обзора и претендовать на полноту PRISMA-анализа, что учитывалось при формулировке заключения. Поиск публикаций проводился за период с 2018 по 2026 г. в базах данных PubMed, Medline, eLibrary. Использовали следующие сочетания ключевых слов: viruses, immune system, pathogenesis, laboratory markers. В обзор включали оригинальные исследования, метаанализы и систематические обзоры, посвященные иммунопатогенезу вирусных инфекций и применению лабораторных маркеров для их оценки. Отобранные публикации анализировались с учетом дизайна исследований, характеристик выборок, показателей диагностической ценности лабораторных маркеров. Проведен аналитический обзор литературных источников. Первоначально выявлено 640 публикаций. После выбраковки дубликатов и нерелевантных публикаций было отобрано 103 статьи. В итоговый список литературы при подготовке публикации было включено 35 источников, наиболее соответствующих цели написания обзора.

Результаты исследования и их обсуждение

Основными механизмами врожденного иммунитета против вирусов являются подавление инфекции интерферонами (IFN) I типа и последующий лизис инфицированных клеток цитотоксическими лимфоцитами и натуральными киллерами (natural killer – NK) [3]. Секрецию IFN запускает распознавание вирусных нуклеиновых кислот эндосомальными тол-подобными рецепторами (toll-like receptor –TLR), цитоплазматическими RIG-подобными рецепторами и активацией путей STING (stimulator of interferon genes). IFN I типа ингибируют репликацию вируса как в инфицированных, так и в неинфицированных клетках и стимулируют выработку других белков, факторов рестрикции, препятствующих репликации вируса. NK лизируют инфицированные клетки и особенно важны против ДНК-вирусов (герпесвирусы, вирусы папилломы человека и др.) на ранних стадиях инфекции [4, с. 94–106]. Экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости I класса (major histocompatibility complex – МНС) инфицированными клетками часто снижается. Это рассматривается как вирусный механизм защиты от цитолитических эффектов NK. Вирусная инфекция также стимулирует экспрессию активирующих лигандов инфицированными клетками для NK [5].

Адаптивный иммунитет против вирусных инфекций обеспечивается антителами, которые блокируют адгезию вируса и проникновение его в клетки хозяина, а также цитотоксическими Т-лимфоцитами, которые отправляют в апоптоз инфицированные клетки. Противовирусные антитела связываются с антигенами капсида и выполняют нейтрализующую роль, препятствуя адгезии вируса к клетке. Таким образом, антитела предотвращают как первичную инфекцию, так и распространение от клетки к клетке. Секретируемые антитела, особенно иммуноглобулина А (IgA), важны для нейтрализации вирусов в дыхательных путях и кишечнике, они повышают иммунитет слизистых оболочек. Кроме нейтрализации, антитела, так же как при бактериальных инфекциях, опсонизируют вирусные частицы, активируют систему комплемента по классическому пути и таким образом способствуют их фагоцитозу и, возможно, непосредственному лизису липидной оболочки вирусов.

Эффективность гуморального иммунитета зависит от специфичности антител серотипу вируса. Но необходимо учитывать, что на стадии внутриклеточного размножения вирусы недоступны для антител, кроме того, сам по себе гуморальный иммунитет не способен ликвидировать вирусную инфекцию [6].

Роль цитотоксических лимфоцитов (CTL) в лизисе инфицированных клеток является кардинальной. Большинство вирусспецифичных CTL – это CD8+ Т-клетки, распознающие цитозольные, обычно эндогенно синтезируемые вирусные пептиды, представляемые молекулами МНС I класса. Для полной дифференцировки CD8+ CTL необходимы цитокины, секретируемые Т-хелперами CD4+. CD8+ Т-клетки при вирусных инфекциях подвергаются массированной пролиферации и большинство пролиферирующих клеток специфичны только для конкретных вирусных пептидов. Активированные Т-клетки дифференцируются в эффекторные CTL, лизирующие любую инфицированную ядросодержащую клетку [7].

Кроме защитных эффектов CTL могут вызывать повреждение тканей. Так, при экспериментальном заражении мышей вирусом лимфоцитарного хориоменингита (lymphocytic choriomeningitis virus – LCMV) он вызывает воспаление оболочек спинного мозга. LCMV поражает менингеальные клетки, но не обладает цитопатичностью и не убивает инфицированные клетки непосредственно. Вирус стимулирует образование вирусспецифичных CTL, которые лизируют инфицированные клетки менингеальной оболочки. То есть менингит развивается у мышей с нормальным иммунным гомеостазом, но мыши с дефицитом CTL не заболевают и становятся носителями вируса [8; 9]. Так, у лиц с иммунодефицитом, инфицированных вирусом гепатита В, часто не развивается заболевание, но они становятся носителями. В печени больных с острым и хроническим активным гепатитом содержится большое количество специфичных для вируса гепатита В CD8+ Т-клеток, которые могут быть выделены из биоптатов печени и размножены in vitro. Эти данные подтверждают мнение о том, что реакция CTL является основной причиной повреждения тканей при вирусном гепатите [10–12].

Коронавирус, вызывающий тяжелый острый респираторный синдром (severe acute respiratory syndrome –SARS-CoV-2), иногда вызывает системную воспалительную реакцию. Воспаление связано с повышенной секрецией провоспалительных цитокинов, интенсивной активацией миелоидных клеток, моноцитов, вызванных вирусной РНК и, возможно, продуктами жизнедеятельности погибших клеток. Часто наблюдается тяжелая лимфопения со снижением количества Т-клеток. Вклад клеток адаптивного иммунитета в воспаление при этом заболевании точно не установлен [13; 14]. В развитии воспалительных реакций, вызванных SARS-CoV-2, участвуют и другие механизмы. Так, противовирусные антитела могут способствовать активации макрофагов, миелоидных клеток путем связывания с Fc-рецепторами и даже усиливать проникновение вирусов в клетки хозяина. Предполагается, что эта реакция усиливает воспалительные процессы легких, связанные с коронавирусами, лихорадкой денге и респираторно-синцитиальным вирусом. Следствием персистирующей инфекции является образование циркулирующих иммунных комплексов, которые откладываются в кровеносных сосудах и приводят к системному васкулиту. Вирусные белки содержат аминокислотные последовательности, которые также присутствуют в некоторых собственных антигенах макроорганизма. Возможно, благодаря этой молекулярной мимикрии противовирусный иммунитет может приводить к иммунным реакциям против собственных антигенов [15; 16].

Вирусы выработали многочисленные механизмы уклонения от контроля иммунной системы: вариабельность антигенов, блокада распознавания и представления, производство ложных цитокинов и иммуносупрессорных молекул, активация апоптоза у лимфоцитов и др. Чаще всего вирусы изменяют структуру своих антигенов и, таким образом, больше не являются мишенями иммунных реакций. Антигены вирусов чаще всего представляют собой поверхностные гликопротеины, которые распознаются антителами, но эпитопы Т-клеток также могут изменяться. Основными механизмами антигенной изменчивости являются точечные мутации и рекомбинация РНК-геномов, приводящие к дрейфу антигенов и антигенному сдвигу. Эти процессы имеют большое значение для распространения вирусов гриппа [17; 18].

Одной из наиболее частых защитных реакций со стороны вирусов является способность подавлять индукцию противовирусных иммунологических реакций. Так, коронавирусы SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 супрессируют синтез IFN первого типа. Некоторые вирусные белки модифицируют вирусную РНК, чтобы сделать ее структуру близкой мРНК хозяина, что препятствует распознаванию RIG-I и MDA-5. Другие белки ослабляют трансляцию IFN I типа хозяина [19].

Вирусы могут ингибировать ассоциированную с MHC презентацию антигенов. В результате клетки, инфицированные такими вирусами, не могут быть распознаны или уничтожены CD8+ CTL [20; 21]. Однако на снижение экспрессии молекул MHC реагируют NK клетки. Они активируются такими инфицированными клетками и запускают в них апоптоз. Но вирусы могут продуцировать белки, ингибирующие и активацию NK-клеток [22; 23].

Вирусы способны продуцировать молекулы, которые ингибируют эффекторную фазу иммунных реакций. Так, поксвирусы кодируют молекулы, блокирующие цитокины IFN-γ, TNFα, IL-1, IL-18. Вирус Эпштейна – Барр продуцирует белок, гомологичный цитокину IL-10, который ингибирует активацию макрофагов и DCs и таким образом супрессирует клеточный иммунитет. Эти примеры – лишь небольшая часть иммуносупрессивных эффектов вирусных молекул. Идентификация этих молекул отражает возможность того, что вирусы приобрели гены, кодирующие эндогенные ингибиторы иммунных реакций, во время своего пассажа в организме человека и эволюционировали, повысив свою вирулентность и способность стать эпидемическими штаммами [24].

Недостаточная реактивность CTL-реакций приводит к персистенции вируса. Так, имеются данные об истощении CD8+ Т-клеток при хронических вирусных инфекциях человека, включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и вирусный гепатит. Физиологическая важность ингибирования Т-клеток, опосредованного PD-1, может заключаться в том, что оно ограничивает патологию, вызванную сильными иммунными реакциями на вирусы. Вирусы могут инфицировать, либо лизировать, либо инактивировать иммунокомпетентные клетки. Очевидным примером является ВИЧ, который выживает, инфицируя и лизируя CD4+ Т-клетки [25; 26].

Современная лабораторная диагностика вирусных инфекций не ограничивается детекцией возбудителя методами ПЦР или ИФА. Для оценки тяжести течения, прогнозирования риска осложнений и выбора терапии необходимо исследование иммунопатологических механизмов на системном и клеточном уровне [27]. Изучение ключевых звеньев противовирусного иммунитета, включая активацию NK-клеток, гуморальный ответ, Т-клеточную активацию и истощение, Th1/Th2 баланс, а также активацию миелоидных клеток, позволило обосновать лабораторные маркеры и методы лабораторной диагностики иммунопатологических состояний при вирусных инфекциях (таблица).

Лабораторные маркеры иммунопатологических процессов при вирусных инфекциях

Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования

Исследование рецепторного аппарата иммунных клеток часто связаны с оценкой изменений системы MHC I и NK-клеток. Снижение экспрессии молекул HLA класса I на мембране инфицированных клеток, выявляемое методом проточной цитометрии, является одним из ключевых механизмов ускользания вируса от адаптивного иммунитета. Компенсаторно возрастает количество и функциональная активность NK-клеток, оцениваемая как по абсолютному числу CD3⁻CD56⁺CD16⁺, так и по экспрессии маркера дегрануляции CD107a. Однако при персистирующих вирусных инфекциях, в частности при ВИЧ/HCV-коинфекции, NK-клетки сами могут подвергаться истощению [28].

Оценка гуморального ответа при вирусных инфекциях помогает оценить эффективность защиты. Сероконверсия (появление IgM, затем IgG) является классическим признаком развития адаптивного гуморального иммунитета. Однако при некоторых вирусных инфекциях, включая флавивирусы и коронавирусы, высокий титр ненейтрализующих антител может вызывать феномен антителозависимого усиления (ADE), при котором антитела не блокируют, а усиливают проникновение вируса в клетки через Fc-рецепторы. Преобладание ненейтрализующих антител является предиктором тяжелого, гипервоспалительного течения инфекции [29].

Оценка Т-клеточной активации и резерва адаптивного клеточного иммунитета является важным лабораторным маркером течения вирусной инфекции. Так, острые вирусные инфекции характеризуются увеличением абсолютного числа CD8⁺ Т-лимфоцитов с высокой экспрессией маркеров активации (HLA-DR, CD38). Однако при персистирующих инфекциях развивается феномен истощения Т-клеток [30]. Высокий уровень рецепторов PD-1 на CD8⁺ клетках при низкой продукции ими перфорина и гранзима В является лабораторным критерием хронизации инфекции [31].

Динамика Th1/Th2 баланса в процессе развития вирусной инфекции является важной составляющей лабораторного мониторинга. Адекватный противовирусный ответ характеризуется повышением Th1-цитокинов (IL-2, IFN-γ, TNF-α). Однако чрезмерное и длительное повышение этих же цитокинов, особенно IFN-γ и TNF-α, в сочетании с высоким уровнем неоптерина является лабораторным маркером гипервоспаления. Так, в отдаленном периоде после COVID-19 наблюдаются значимые сдвиги в цитокиновом профиле. Было показано, что через 10 месяцев после перенесенной инфекции у пациентов развивается стойкое снижение числа гранулоцитов, моноцитов и лимфоцитов (T, B и NK-клеток), что ассоциировано со смещением регуляции от Th1- к Th2 [32]. Эти изменения могут представлять собой иммунологический механизм долгосрочных последствий COVID-19.

Смещение баланса в сторону Th2-цитокинов (IL-4, IL-5, IL-13, IL-10) ассоциировано с аллергизацией организма, эозинофилией и может способствовать хронизации вирусного процесса. Следовательно, количественное определение цитокинового профиля имеет не только диагностическое, но и прогностическое значение.

Активация миелоидных клеток и гипервоспаление подлежат обязательному мониторингу при острых вирусных инфекциях. Ключевым маркером активации макрофагов по Th1-пути является неоптерин – продукт метаболизма гуанозинтрифосфата, секретируемый макрофагами под действием IFN-γ. Повышение уровня неоптерина в сыворотке и моче впервые было описано у пациентов с вирусными инфекциями, и его концентрация коррелирует с тяжестью инфекционного процесса. Маркером M2-поляризации макрофагов служит растворимый CD163 (sCD163) [33; 34].

При развитии цитокинового шторма лавинообразно возрастают уровни IL-6, IL-1β, TNF-α, IL-8. Концентрация ферритина в сыворотке может превышать 500–1000 нг/мл и более, что является диагностическим критерием макрофагального активационного синдрома (вторичного гемофагоцитарного лимфогистиоцитоза). Уровни sCD163 значительно повышены в крови у пациентов с синдромом активации макрофагов [35]. Неспецифическим, но высокочувствительным маркером системного воспаления служит С-реактивный белок, уровень которого коррелирует с тяжестью инфекционного процесса.

Состояние врожденных противовирусных иммунных механизмов можно оценить по уровню экспрессии Toll-like рецепторов. Повышение экспрессии TLR2, TLR3, TLR4, TLR7/8 на моноцитах, оцениваемое методом проточной цитометрии, подтверждает прямое распознавание вирусной РНК/ДНК и активацию врожденного иммунитета. Длительная гиперэкспрессия TLR может поддерживать хроническое воспаление и способствовать развитию аутоиммунных реакций [29].

Комплексная лабораторная оценка представленных маркеров позволяет верифицировать иммунопатологический вариант течения вирусной инфекции, дифференцировать острый (активация, повышение CD8⁺, HLA-DR, цитокинов) и хронический (истощение, повышение PD-1, снижение функции CD8⁺) процесс, прогнозировать риск цитокинового шторма и макрофагального активационного синдрома, обосновать таргетную противовоспалительную терапию (ингибиторы цитокинов, блокаторы PD-1/PD-L1) и оценить ее эффективность. Дальнейшие исследования должны быть направлены на валидацию пороговых значений каждого маркера для различных нозологических форм и разработку стандартизованных протоколов комплексной лабораторной диагностики.

Заключение

Взаимодействие иммунной системы с вирусами – это динамичное взаимодействие, направленное на устранение инфекций и стратегий микроорганизмов, способствующих их выживанию. Врожденный иммунитет против вирусов обеспечивается интерферонами I типа и естественными клетками-киллерами. Нейтрализующие антитела защищают от проникновения вируса в клетки на ранних стадиях развития инфекции и позже, если вирусы выходят из лизированных инфицированных клеток. При развитии вирусных инфекций всегда есть механизм иммунного повреждения тканей. CTL могут способствовать повреждению тканей, даже если вирус сам по себе не представляет опасности. Вирусы избегают иммунных реакций, связанных с изменением антигенов, блокированием выработки или действия IIFN типа I, ингибированием презентации антигена, инактивацией Т-клеток и продуцированием иммуносупрессивных молекул. Лабораторная диагностика этих нарушений включает: субпопуляционный анализ лимфоцитов (CD3+, CD4+, CD8+, CD16+CD56+ NK), фенотипирование активации (HLA-DR, CD38, CD69) и истощения (PD-1, Tim-3) Т-клеток, определение уровней неоптерина, IL-6, TNF-α, IL-1β и ферритина в сыворотке, а также оценку экспрессии TLR на моноцитах. Комплексная лабораторная оценка позволяет выявлять пациентов с гипервоспалением, выбрать правильный вариант терапевтических стратегий и прогнозировать течение инфекции.