Гипотезы о происхождении ВИЧ

Вопрос о происхождении ВИЧ 1-го и 2-го типов является одним из ключевых в современном понимании проблемы СПИДа, поскольку его решение в значительной мере определяет направления диагностики, лечения и профилактики данной патологии.

В настоящее время известно несколько вариантов возбудителей ВИЧ-инфекции и СПИДа:

• — вирус иммунодефицита человека — LAV/HTLV-3, распространенный в основном в Америке, Европе, центральных, восточных и южных районах Африки;
• — родственные обезьяним вирусы подгруппы западно-африканских N-лимфотропных ретровирусов, выделенные группой Л. Монтанье в 1986 г. от больных СПИДом африканцев из Гвинеи;
• — вирус HTLV-4, выделенный американскими учеными от представителей групп повышенного риска (Сенегал), распространен в основном в Африке.

Описаны случаи одновременного существования в организме человека ВИЧ-1, ВИЧ-2 и HTLV-4 в различных сочетаниях.

По поводу происхождения вирусов иммунодефицита человека в литературе представлено много данных, порою противоречивых и не всегда полных. ПО мере накопления материала возникали различные гипотезы происхождения ВИЧ, основные приведены ниже.

• 1. Вирус искусственно сконструирован в конце 70-х гг. 20-го столетия методом генной инженерии на основе новых знаний о влиянии различного рода излучений, иммунодепрессантов и моноклональных антител на различные звенья иммунной системы.
• 2. В естественных условиях вирус иммунодефицита человека может иметь антропогенное происхождение, а именно: ВИЧ-типичный экзогенный ретровирус, существовавший у людей с древних времен и эволюционировавший вместе с человеком при его расселении на Земле, в глухих уголках Центральной Африки ВИЧ циркулировал и вызывал эндемические заболевания СПИДом длительное время, затем через острова Гаити попал в США и в последующем довольно быстро распространялся на все континенты; ВИЧ — не африканского происхождения, он возник еще до нынешней пандеемии, существовал в странах умеренного климата (Северная Америка, Европа), в силу слабой патогенности вызывая отдельные случаи заболевания, практически не диагностируемые как СПИД.
• 3. Зоонозное происхождение вируса иммунодефицита человека, что могло быть реализовано следующими путями.

В начале 50-х годов 20-го столетия ВИЧ возник в результате генетических рекомбинаций (видимо, случайных) между вирусом лейкоза человека и животных (ретровирус типа С) и вирусом опухоли молочной железы мышей (ретровирус типа В_ или вирусом обезьянего СПИДа (ретровирус типа D). В древние времена мутанты вируса иммунодефицита зеленой мартышки трансформировались и обрели новоого хозяина — человека. По структуре генома и биологическим свойствам ВИЧ близок к лентивирусу меди-висна и вирусу инфекционной анемии лошадей, отмечается выраженная общность их внутренних (сердцевидных) белков.

Ряд авторов утверждает, что пробел в структуре и свойствах между вирусами иммунодефицита обезьян и человека уже частично заполнен сходными вирусами HTLV-4, ВИЧ-2, а также вирусом SBL, недавно открытым шведским ученым, и процесс этот будет продолжаться. Однако проблема СПИДа сегодня представляется настолько нетривиальной и многоплановой, что традиционный эпидемиологический подход к указанному заболеванию как к обычной антропозоонозной инфекции вряд ли может быть исчерпывающим в трактовке генеза ВИЧ. В пояснение этому необходимо отметить, что в эволюционном аспекте ретровирусы часто и абсолютно оправданно рассматриваются в неразрывной связи с мобильными клеточными элементами генома эукариот. Примечательным является удивительное структурное сходство провирусных нуклеотидных последовательностей и перемещающихся элементов эукариотических геномов.

Обращает на себя внимание, что как проретровирусы, так и мобильные генетические элементы ограничены с обеих сторон регуляторными последовательностями — длинными концевыми повторами. Более того, LTR проретровирусов и подвижных генетических элементов сами характеризуются сходством молекулярной организации. У всех перечисленных полинуклеотдиных последовательностей LTR несут на концах инвертированные концевые повторы. Появление коротких концевых повторов по краям проретровирусов и перемещающихся элементов генома эукариот связано с удвоением соседних участков ДНК, т. е. указывает на общий механизм их интеграции с клеточным геномом. Одной из общих характеристик процесса интеграции в геном мобильных элементов и ретровирусов является использование обратной транскрипции. Сходным образом осуществляется и их прямая транскрипция: как провирусы, так и мобильные генетические элементы транскрибируются в виде полноразмерной РНК от начала одного LTR до конца другого. Оба вида образующихся транскриптов имеют почти одинаковую длину.

Приведенные выше, а также и некоторые другие признаки структурно-функционального сходства ретровирусов и мобильных генетических элементов дали основания Х. Темину выдвинуть гипотезу о происхождении ретровирусов из мобильных клеточных элементов эукариотического генома. Согласно предположению Темина, эволюция ретровирусов началась того, что два небольших мобильных элемента, переместившись к краям гена ДНК-полимеразы, в дальнейшем виде единого транспозона мигрировали совместно с названным геном, причем последних постепенно трансформировался в ген РНК-зависимой ДНК-полимеразы, а фланкирующие последовательности превратились в LTR. В дальнейшем подобный новообразованный элемент в процессе транспозиции мог захватить и включить в свой состав другие структурные гены, характерные для ретровирусов.

Одним из убедительных современных подтверждений гипотезы Х. Темина могу служить данные, указывающие на высокую степень структурно-функциональной близости ретровирусов и мобильного элемента генома дрожжей Ту. Ретротранспозон Ту обладает длинными концевыми повторами и двумя структурными генами Ту, А и Ту В. При этом ген Ту, А является аналогом гена gag ретровирусов, кодирующего синтез сердцевинных белков вириона, а Ту В — аналогом гена pol, управляющего синтезом обратной транскриптазы и протеазы.

Если признать правомочным вытекающее из изложенного предположения о происхождении ВИЧ из ретротранспозонов лимфоидных клеток человека, то следующим закономерным этапом было бы решение вопроса о механизмах активации определенных ретротранспозонов и приобретения ими автономности с последующим функционированием в форме ВИЧ.

Необходимо отметить, что идея связи иммунодефицитных состояний в целом с нестабильностью генома уже получила достаточно широкое распространение в клинических наблюдениях и экспериментальных исследованиях. Однако в качестве характеристики нестабильности генома в большей части проанализированных работ рассматривается только уровень хромосомных аберраций, являющийся показателем грубых нарушений структуры хроматина. Конкретные молекулярные механизмы лабилизации генома в упомянутых исследованиях не освещены.

Одним из таких принципиальных механизмов можно считать неспецифические реакции клеточного стресса, сопровождающиеся синтезом белков теплового шока. Убедительно показано, что тепловой шок и некоторые химические индукторы клеточного стресса, приводящие к экстренному синтезу стрессовых белков, резко активируют экспрессию длинных концевых повторов ВИЧ в культуре клеток. Более того, зона LTR ВИЧ, которая связывает белки, распознающие ДНК, оказывается гомологичной соответствующей зоне в составе генов белков теплового шока. Это указывает на отчетливую взаимосвязь экспрессии генетических элементов ретровируса с клеточным стрессом. Если подобные явления имеют место, то это позволяет приблизиться к пониманию не только самих внутриклеточных процессов, но и природы конкретных биохимических медиаторов, способствующих увеличению лабильности генома.

Среди факторов — индукторов клеточного стресса особая роль принадлежит ультрафиолетовому излучению. Продемонстрирована интенсивная наработка иРНК, гибридизующейся с ДНК гена белка теплового шока, под влиянием УФ. Следовательно, УФ-излучение, индуцируя синтез белков теплового шока, должно было бы тем самым усиливать экспрессию элементов генома ВИЧ. Действительно, в экспериментах установлен факт более чем 15—кратного увеличения экспрессии ВИЧ-специфичных LTR, интегрированных в геном клеток HeLa, после облучения их УФ. Более того, степень интенсификации экспрессии оказалась пропорциональной дозе излучения.

При анализе результатов исследований постоянно возникал вопрос о конкретных механизмах действия УФ-излучения как фактора геномного стресса, приводящего к активации экспрессии LTR ВИЧ. Особое внимание привлекла гипотеза участия в названном процессе УФ-эндонуклеазы — фермента, катализирующего образование однонитевых разрывов ДНК под влиянием УФ излучения и инициирующего ее репарацию. После ряда экспериментов, проведенных для подтверждения данной гипотезы, был сделан вывод, что лимфоциты ВИЧ-инфицированных характеризуются повышенной лабильностью генома, степень которой возрастает по мере развития болезни. Одним из ключевых механизмов дестабилизации генома лимфоцитов в этих условиях являются процессы его окисления активными формами кислорода. Атака ДНК лимфоцитов свободными радикалами вызывает образование однонитевых разрывов, что одновременно служит сигналом для начала репарации указанных повреждений.

УФ-эндонуклеаза, активируемая под влиянием УФ активными формами кислорода, инициирует репарационные процессы, которые в силу своей избыточной интенсивности приводят к формированию олигонуклеотидных последовательностей гораздо большей протяженности, чем это необходимо для репарации разрывов ДНК. Возможно, что образующиеся последовательности могут служить либо факторами регуляции продукции и экспрессии ретротранспозонов, либо даже их структурными элементами. В пользу данных предположений косвенным образом свидетельствуют результаты, согласно которым тепловой шок и окислительный стресс существенно усиливают транскрипцию ретротранспозонов у дрозофилы.

Последующая автономизация ретротранспозонов в лимфоидных клетках посредством реципиента генетического материала соответствующих реаранжировок и сплейсинга, согласно представленной гипотезе, приводит к постепенной трансформации ретротранспозонов в ВИЧ.

Несомненно, значение факта существенной лабилизации генома лимфоцитов в условиях ВИЧ-инфекции может быть интерпретировано неоднозначно. Можно предположить, что дестабилизированный геном лимфоидной клетки является гораздо более восприимчивым к интеграции в него ДНК-транскриптов ВИЧ, и, таким образом, подобные лимфоциты являются лишь «благодатной почвой» для распространения ВИЧ-инфекции. Однако имеется ряд результатов, которые могут свидетельствовать в пользу предложенной выше гипотезы.

При обследовании семи пациентов, в клетках которых отсутствовал генетический материал ВИЧ, а в сыворотке отсутствовали антитела к белкам ВИЧ, было установлено, что после переливания донорской крови и последующей процедуры реинфузии аутокрови, облученной ультрафиолетом, в сроки от 1 до 3 месяцев в сыворотке этих пациентов появляются антитела к некоторым маркерам ВИЧ. Результаты обнаружения провирусных последовательностей с помощью ДНК-зондов в лимфоцитах обследованных к настоящему моменту оцениваются как неопределенные.

Безусловно, эти данные еще трудно трактовать однозначно, однако в целом они могут являться подтверждением положения: проблема СПИДа как в фундаментальных, так и в прикладных ее аспектах не может быть решена в рамках традиционных подходов к рассматриваемой патологии как к тривиальной вирусной инфекции.

Очевидно, что многие из имеющихся сведений и гипотез о природе возбудителя синдрома приобретенного иммунодефицита человека требуют уточнения, дополнительных исследований и всестороннего анализа.