Вирусы и человек: естественные механизмы защиты организма

обзор
Вирусы и человек:
естественные механизмы защиты
организма и возможности
биологической терапии
Черноморец П. М., к.б.н., Нурищенко Н. Е., д.б.н.
В виду особенностей строения и функ-
Закономерности развития вирусных
инфекций и подходы к их терапии
обусловлены особенностями строения и функционирования вирусов.
Обычно вирусная частица (вирион)
состоит из нескольких белков оболочки (капсида), а также одной или
нескольких молекул ДНК или РНК с
небольшим набором генов (обычно
не более 10-20). Вирион не обладает собственным обменом веществ и
неспособен к самостоятельному размножению. Его главная функция —
достичь новой клетки-хозяина и ввести в нее свой генетический материал. Зараженная таким образом клетка
вынуждена использовать собственные ферменты, а также запасы питательных веществ и энергии для репликации новых вирусных частиц. Клетка синтезирует вирусные белки и ДНК
(РНК), которые используются для самосборки вирионов, распространяющихся затем дальше по организму
или во внешнюю среду. Большинство
болезнетворных вирусов достаточ-
но агрессивно используют клеточные
ресурсы, их репликация обычно предельно истощает клетку и ведет к ее
гибели [1, 3].
Таким образом, по своему жизненному циклу вирусы принципиально отличаются от других инфекционных агентов, например бактерий. Бактерия
сама поглощает и усваивает питательные вещества, сама получает из них
энергию, сама использует их для построения своих белков и других структур и сама воспроизводится. Вирус
неспособен ко всем этим действиям
и паразитирует на клетках на молекулярном уровне. Поэтому любой вирус
очень прочно интегрирован в клеткухозяина на уровне белков и ДНК, ведь
без такой интеграции он не смог бы
функционировать в качестве молекулярного паразита. Бактерия же биохимически и генетически чужеродна для
нашего организма.
Поэтому антибактериальные химиопрепараты могут быть условно безопасными для эукариотических клеток, т.к. они воздействуют на биохимические процессы, специфические
для бактерий. Такие препараты могут
быть и универсальными, если блокируют те или иные общие для всех бактерий ферментные пути. Но у вирусов
нет собственного метаболизма и универсальных биохимических путей, а
их белки и генетическая информация
очень близки к таковым хозяина. Потому столь затруднительной оказалась задача создания универсального
противовирусного препарата прямого действия. Применяются лишь препараты против того или иного специфического вируса [12, 13]. Очевидно,
что применение таких препаратов для
терапии вирусных заболеваний эффективно только при условии точной
д ек а б р ь | 2010 | # 4
Б И О Л О Г И Ч Е С К А Я
ционирования вирусов, в арсенале современной медицины нет универсального и безопасного противовирусного
препарата прямого действия (по аналогии с антибактериальными препаратами широкого спектра действия). Специализированные же противовирусные
препараты обладают целым рядом нежелательных побочных эффектов. Поэтому универсальная терапия и, тем более, профилактика вирусных заболеваний должны в полной мере использовать возможности естественных физиологических механизмов противовирусной защиты.
Особенности строения
и размножения вирусов
Т Е Р А П И Я
идентификации болезнетворного вируса, а использование их для профилактики возможно лишь в отдельно
взятых случаях.
Современные «универсальные» противовирусные препараты воздействуют
не на вирус как таковой, а на иммунную
систему, стимулируя секрецию интерферона [12, 13]. Однако система интерферона — это лишь часть общей системы противовирусной защиты организма, и точечное воздействие на нее не
всегда эффективно и безопасно.
Успешное заражение клетки вирусом
не обязательно ведет к его репликации. Часто генетический материал вируса встраивается в одну из хромосом
клетки хозяина и остается там в виде
провируса или «спящего» вируса. В таком виде он может передаваться дочерним клеткам при делении клетки
хозяина. Будучи встроенным в геном
половой клетки, вирус может перейти
и к детям (впрочем, это крайне редкая
ситуация). Такие провирусы иногда активируются, клетка хозяин начинает их реплицировать и это может вызвать развитие заболевания. Но обычно они продолжают «молчать» на протяжении всей жизни человека. Провирусы, которые передаются по наследству, со временем мутируют и полностью теряют даже потенциальную способность к репликации [1, 3].
Репликация вируса в клетках тоже
не обязательно означает развитие
болезни. Вирусная инфекция может
очень долго протекать бессимптомно. Заболевание возникает лишь при
значительном ослаблении иммунитета или и вовсе не развивается — т.е.
вирус на протяжении всей жизни циркулирует по организму в «непроявленном» виде [1, 3].
5
обзор
Естественные механизмы противовирусной защиты организма
Известные науке механизмы размножения и распространения вирусов позволяют говорить о двух источниках
развития вирусных заболеваний. Вопервых, вирусы могут проникать в организм из внешней среды, куда они попадают от инфицированных людей или
животных. Во-вторых, возможна активация уже присутствующего в организме вируса, который до тех пор либо вовсе не реплицировался, либо его размножение происходило медленно
и бессимптомно благодаря эффективной работе иммунной системы.
Из внешней среды вирусы проникают в организм преимущественно через слизистые оболочки. Поскольку это «тонкое место» во всей защите от внешних патогенов, в лимфоидной ткани слизистых оболочек (MALT)
сосредоточено более 50% (по некоторым оценкам до 80%) всех иммунокомпетентных клеток организма. Считается, что «дирижерами» всех процессов в этой системе являются макрофаги, которые не только сами поглощают и уничтожают вирионы, но также
и «представляют» их другим клеткам
иммунной системы. Тесный контакт
любого патогена (в т.ч. и вирусной частицы) с макрофагами слизистых оболочек очень важен для формирования
в дальнейшем специфического иммунного ответа и эффективной воспалительной реакции [3, 8].
Еще один аспект противовирусной защиты на слизистых обеспечивают симбиотические бактерии. Данных о прямой противовирусной активности микрофлоры слизистых у нас нет, однако она оказывает важное опосредованное влияние на иммунную и другие
системы организма. При этом основная роль лактобацилл и бифидобактерий - создание благоприятных условий
существования для клеток всего организма в целом и слизистых оболочек
в частности. В собственно противовирусной защите ключевую роль, вероятно, играет условно-патогенная флора
(кишечная палочка, различные кокки и
др.). Их метаболиты могут стимулировать как локальную активность иммунокомпетентных клеток, так и общий
тонус всей иммунной системы [5, 11].
В целом противовирусная функция
слизистых оболочек сводится к выполнению двух задач:
- предотвратить или ограничить проникновение вирусных частиц во внутреннюю среду организма;
- обеспечить «представление» вируса
лимфоцитам с дальнейшим своевременным формированием специфического иммунного ответа.
Очевидно, что любая система защиты
обладает неким пределом прочнос-
ти. Сколь бы эффективно не работала
MALT, но, если на слизистую одномоментно попадут миллионы вирусных
частиц, часть из них неизбежно проникнет во внутреннюю среду организма. Поэтому даже оптимальная функциональная активность слизистых оболочек и лимфоидной ткани не гарантируют полной защиты от вирусных инфекций, хотя и существенно повышают
шансы организма в борьбе с болезнью.
Если вирус все же проник в клетку (или
в ней активировался «спящий» вирус),
то его репликация во многих случаях
может ограничиваться или полностью
пресекаться благодаря работе специализированных внутриклеточных ферментов. В первую очередь это нуклеазы и протеазы общего действия, которые расщепляют как собственные нуклеиновые кислоты и белки клетки (старые
или поврежденные), так и чужеродные
молекулы (например, вирусные). Существуют также и специализированные
ферментные системы, которые направленно уничтожают именно молекулы
вирусного происхождения. Адекватная
активность всех этих систем обычно позволяет предотвратить заражение клетки вирусом или остановить его репликацию на начальных стадиях [1, 3, 8].
Фактически мы можем говорить о «здоровье клетки», ее функциональной
полноценности, которая складывается
из таких основных аспектов:
- состояние внеклеточного матрикса
и передача межклеточных регуляторных сигналов;
- состояние микроциркуляции, которая
обеспечивает питание, газообмен и выведение продуктов метаболизма;
- адекватность работы внутриклеточных систем биосинтеза белка, а также
дыхания и антиоксидантной защиты.
Все вместе эти факторы необходимы
для адекватной работы каждой клетки
организма и, в том числе, внутриклеточных ферментных систем.
Если клетке не удается остановить репликацию вируса на ранних стадиях, то в
зараженном участке зараженной ткани
начинается локальная секреция интерферона, что приводит к целому ряду
последствий [3, 8]:
- стимулируется активность внутриклеточных противовирусных ферментных систем;
- в клетках, которые продолжают реплицировать вирусные частицы, запускается процесс апоптоза;
6
Вирусы и человек: естественные механизмы защиты организма и возможности биологической терапии
- в очаг заражения привлекаются
Т-киллеры, которые уничтожают клетки, реплицирующие вирус.
В целом, на уровне клеток противовирусная защита выполняет такие задачи:
- предотвратить репликацию вируса
в клетках;
- уничтожить клетки, которые продолжают реплицировать вирусные частицы.
Если вирусу удается проникнуть во
внутреннюю среду и начать успешно
размножаться в клетках, включаются
экстренные механизмы защиты — воспаление и специфический иммунный
ответ. Их наибольшая эффективность
достигается в том случае, если вирус
предварительно прошел через слизистые оболочки и тесно проконтактировал с макрофагами [8]. Также следует
понимать, что воспаление — это сложный комплекс местных и системных реакций, необходимых для выполнения
защитных функций. Частичное подавление тех или иных симптомов воспаления неизбежно снижает его общую
эффективность и может приводить к
осложнениям и/или хронизации инфекционного процесса (физиологические предпосылки см. [9]).
Биологическая терапия
и профилактика вирусных
инфекций
Аналогично, нельзя целиком и полностью рассчитывать лишь на систему интерферона, поскольку она тоже является лишь частью общей противовирусной стратегии организма. Секреция интерферона начинается лишь тогда, когда клетка уже инфицирована, а индуцированный интерфероном воспалительный процесс — когда большой пул клеток одновременно реплицирует вирус.
Для полноценной защиты от вирусных
инфекций важна сбалансированная активность всех описанных нами систем,
чтобы вирусная инфекция пресекалась
на возможно более ранних стадиях.
Если рассмотреть процесс пошагово,
от ворот проникновения инфекции к
каждой последующей системе противовирусной защиты, то первой мишенью профилактических мероприятий
должны стать слизистые оболочки организма. При этом важны как трофические и иммунорегуляторные процессы (для их коррекции может использоваться препарат Мукоза композитум), так и поддержание нормального
состояния биоценоза во всем его разнообразии и с учетом возрастных особенностей (например, серия пробиотиков Лактобакт).
Все вышесказанное позволяет углубить
наше понимание роли специфического и неспецифического иммунных ответов и воспалительной реакции в противовирусной защите организма. Формирование специфического иммунитета к каждому новому вирусу, безусловно, очень важно. Не менее важно правильное течение воспаления, если вирусная инфекция уже развилась. Но при
«идеальном сценарии» инфицирования, распространение вируса по организму должно пресекаться задолго до
того, как начнется интенсивная пролиферация лимфоцитов. При этом успешность развития воспалительной реакции и формирования специфического иммунитета сама по себе зависит от
контакта вируса с макрофагами слизистых оболочек. Специфический иммунитет и воспаление — это лишь часть
противовирусной системы организма.
Их можно рассматривать как резервные механизмы, активация которых
необходима лишь в том случае, если
остальные системы окажутся недостаточно эффективными.
Следующий уровень — это здоровье
отдельных клеток организма. Во многом оно зависит от эффективности
транспорта веществ и выведения метаболитов в пределах клетки (ГалиумХеель) и во внеклеточной среде (Лимфомиозот). Адекватное функционирование внутриклеточных ферментных
систем требует достаточного обеспечения энергией посредством клеточного
дыхания (Убихинон композитум), а также эффективной работы системы антиоксидантной защиты (Глиоксаль композитум, Убихинон композитум — физиологические предпосылки см. [10]).
Доказательные исследования эффективности подобной глубинной профилактики вирусных заболеваний еще
предстоит провести. Пока же вопрос
здоровья слизистых оболочек и отдельных клеток обычно теряется на
фоне вакцинального и химиотерапевтического подхода к профилактике вирусных инфекций.
На этапе активного развития вирусной
инфекции основное внимание следует уделять уже экстренным механизмам защиты. В ряде экспериментальных исследований показано, что препараты Энгистол и Эуфорбиум композитум способны стимулировать секре-
д ек а б р ь | 2010 | # 4
Б И О Л О Г И Ч Е С К А Я
Т Е Р А П И Я
цию интерферона и подавлять репликацию различных вирусов в клеточных
культурах [6, 4, 7].
В экспериментах с вирусом гриппа
и лабораторными мышами в качестве
модельного организма продемонстрирована способность препаратов Энгистол, Грипп-Хеель и Траумель С снижать
смертность животных от вирусной инфекции [2]. Примечательно, что наиболее эффективным оказался препарат
Траумель С, вероятно ввиду его способности на системном уровне регулировать воспалительный ответ и, тем самым, препятствовать развитию осложнений гриппа, в том числе летальных.
С точки зрения эффективности воспалительной реакции также следует обратить внимание на препарат Коэнзим
композитум, который (исходя из механизма его действия) может способствовать развитию метаболического взрыва в очаге острого воспаления, и, тем
самым, резко повышать защитные возможности организма (физиологические предпосылки см. [10, 9]).
Системный взгляд на взаимодействие
человеческого организма с болезнетворными вирусами приводит нас к новому стратегическому пониманию профилактики и терапии вирусных инфекций. Все естественные системы противовирусной защиты функционируют
слаженно и совместно — а значит и терапевтические подходы тоже должны
быть комплексными, с целостным пониманием физиологических механизмов и взаимосвязей.
Литература
Список в редакции
7