Только спящие клетки вич
Обновлено: 19.04.2024
Данная схема приема терапии не просто спасала жизни людей, живущих с ВИЧ (при условии доступа к необходимым услугам здравоохранения), она также восстанавливала пораженную вирусом иммунную систему, что позволило людям, принимающим высокоактивную антиретровирусную терапию (АРТ), вести нормальную и здоровую жизнь.
Однако по-прежнему оставались серьезные вызовы, такие как угроза безопасности и труднопереносимые побочные эффекты. Кроме того, необходимо было принимать большое число таблеток в разные часы в течение суток, что создавало проблемы с выполнением условий данных схем. Ситуация со временем улучшилась, и на сегодняшний день большинство ЛЖВ имеют примерно такую же продолжительность жизни, что и люди, живущие без ВИЧ.
Зачем нужно лекарство?
Тем не менее создание лекарства от ВИЧ по-прежнему является труднодостижимой задачей. Даже несмотря на наличие эффективного лечения и профилактики, лекарство от ВИЧ — важная цель. Разумеется, для ЛЖВ изобретение лекарства положит конец в пожизненной необходимости проходить терапию. На сегодняшний день будущее за препаратами долгосрочного действия, однако для 38 миллионов ЛЖВ в мире излечение стало бы идеальной целью. Мировое сообщество смогло бы приблизиться к полному искоренению ВИЧ/СПИДа и снять нагрузку с системы здравоохранения как национального, так и муниципального, и регионального уровней.
В силу этих причин целый ряд государственных деятелей, научные круги, НКО и частный сектор прилагают активные усилия по разработке безопасного и доступного лекарства от ВИЧ. По аналогии с современными схемами антиретровирусной терапии — для полного излечения от ВИЧ могут понадобиться комбинации препаратов и процедур, которые по-разному работают с вирусом. Из-за того что ВИЧ умеет коварно таиться в организме человека, создавая резервуары, не распознаваемые иммунной системой, излечение от ВИЧ может потребовать использование одной из двух основных форм либо их совместное применение (по мнению исследователей, их появление на практике состоится минимум через десятилетие). Эти два подхода носят следующие названия: 1) ремиссия без приема АРТ и 2) полное искоренение вируса.
Неопределяемые без терапии
Большинство подходов, направленных на достижение ремиссии без приема АРТ, включают в себя модификацию иммунной системы с целью установить долгосрочный контроль над вирусом. Исследователи пытаются манипулировать иммунной системой с целью заставить ее распознавать и обезвреживать зараженные ВИЧ клетки или изменять их функционирование, чтобы те лучше справлялись с инфекцией.
Перспективным методом достижения ремиссии без приема АРВТ являются нейтрализующие антитела широкого спектра действия (bNAbs). Эти белки могут предотвратить заражение человеческих клеток практически всеми штаммами ВИЧ и способствовать уничтожению уже инфицированных клеток. Несмотря на то, что такие антитела производятся организмом самостоятельно у некоторых ЛЖВ, обычно их количество слишком мало, чтобы оказать ощутимую пользу, или их выработка производится на слишком позднем сроке после заражения, в результате чего они не способны контролировать быстро размножающийся и мутирующий вирус.
В настоящее время проводятся исследования на животных и людях, принимающих АРТ, с целью определить, способны ли периодические инфузии и инъекции данных антител удерживать ВИЧ в подавленном состоянии после прекращения приема АРТ. Ученые разрабатывают варианты такого вида антител с улучшенными характеристиками, в том числе с большей эффективностью и более длительным пребыванием в организме, а также тестируют лечение комбинациями двух или трех вариантов таких антител.
Полное удаление вируса из организма
Укрепление иммунных клеток для борьбы с ВИЧ. При отсутствии необходимого лечения ВИЧ уничтожает иммунную систему большинства ЛЖВ, со временем приводя к оппортунистическим заболеваниям, связанной с ВИЧ онкологией и к смерти. Тем не менее небольшая доля ЛЖВ не принимает АРТ, при этом их вирус регулярно находится в подавленном состоянии. Каким-то образом их иммунные системы естественным путем защищают организм от вируса и его разрушительного влияния.
С этим также связан феномен людей, которые имели рискованные контакты с ВИЧ-положительными партнерами, но при этом остались не инфицированными — таким образом, их иммунная система защищает их от ВИЧ. Если у исследователей получится воссоздать аналогичный уровень резистентности организма к ВИЧ среди большинства ЛЖВ, то остановка распространения вируса и излечение будут возможными.
Пересадка стволовых клеток. В начале 1990-х ряд исследований показал, что люди с более высокой природной защитой от ВИЧ часто имели мутации в гене, который кодирует белок под названием ССR5 (этот белок возникает на поверхности иммунных клеток человека и используется вирусом для проникновения в клетку с целью дальнейшего инфицирования). Если белок CCR5 не функционирует должным образом или в принципе отсутствует, ВИЧ больше не может поглощать иммунные клетки. Если ученым удастся заблокировать функционирование ССR5 или совсем исключить появление этого белка на поверхности иммунных клеток, у них появится возможность лучше контролировать ВИЧ-инфекцию либо полностью избавить от нее организм.
По предположениям некоторых ученых, если человеку, живущему с ВИЧ, пересадят костный мозг, используя в качестве донора человека с мутацией белка ССR5, его новые клетки смогут восстановить у реципиента иммунную систему, имеющую резистентность к ВИЧ. Однако пересадка костного мозга является сложной и крайне рискованной процедурой, поэтому эту теорию можно протестировать только на тех ЛЖВ, которым жизненно необходима пересадка костного мозга для лечения тяжелой формы рака.
Браун (1996 г. р.) умер в 2020 году после рецидива рака, Кастильехо (родился в Венесуэле в 1980 г.) продолжает жить здоровой жизнью.
Главным вызовом при использовании метода генетического редактирования в клинической практике на данный момент является поиск ответа на вопрос, как доставить редактирующие гены ферменты ко всем клеткам, составляющим резервуар ВИЧ, не подвергая при этом риску безопасность пациента, — для этого необходимо проведение большего количества дополнительных исследований.
Но когда?
Все мы хорошо знаем, что АРВТ достигла больших успехов, она весьма эффективна. Благодаря чему? Благодаря тому, что в клетке, в которой размножается вирус, есть специальные мишени для АРВТ-препаратов. Что это за мишени? Это ферменты вируса, отвечающие за проникновение в клетку, обратную транскрипцию, интеграцию и, наконец, созревание вирусных частиц.
Цель АРВТ — это стабильное снижение вирусной нагрузки. Каждый, кто лечит ВИЧ-инфекцию, хорошо знает, что сначала вирусная нагрузка снижается очень быстро. Практически за несколько недель она теоретически может упасть до неопределяемого уровня. Почему он достигается так быстро? Потому что на первом этапе применения АРВТ основной мишенью для лекарств являются СД4 лимфоциты, которые находятся, как мы понимаем, в кровотоке и легко доступны для препаратов.
Сейчас мы можем констатировать, что кроме уже названного этапа есть еще и второй этап снижения нагрузки. Этот этап связан с вирусом, попавшим в клетки-макрофаги. Лекарства сюда проникают намного хуже, намного медленнее. Тем не менее продолжение терапии позволяет несколько снизить вирусную нагрузку и в них.
Схема работы антиретровирусной терапии.
Но что происходит с вирусной нагрузкой после того, как она стала неопределяемой? Чтобы ответить на этот вопрос, существуют так называемые ультрачувствительные методы. После того как вирусная нагрузка наконец выходит на плато, мы видим лишь единичные копии РНК вируса, но снизить ее еще больше уже не представляется возможным.
На заре такого рода исследований первой мыслью, которая пришла в голову ученым, было увеличить интенсивность терапии, чтобы достичь полного уничтожения вирусных частиц в организме. Для этого были испробованы несколько вариантов, которые были связаны с повышением дозировок, с увеличением количества препаратов в схеме, с применением новых препаратов. Но ни один из перечисленных инструментов не привел к желаемым результатам. Это, очевидно, указывало на то, что размножение вируса не является главным источником остаточной виремии. Так, к настоящему времени сформировалось представление о так называемых резервуарах ВИЧ.
Спящие хелперы
по теме
Лечение
Как устроены ВИЧ и АРВТ? Объясняем на пальцах
Резервуары бывают двух видов: анатомические и клеточные. Анатомические резервуары — это такие зоны организма, куда не проникает либо плохо проникает лекарство. Таких зон в организме немало. Прежде всего, это центральная нервная система, лимфоузлы, это ЖКТ и костный мозг.
Главный клеточный резервуар — так называемые латентно-инфицированные клетки. Дело в том, что почти все клетки-мишени вируса, в первую очередь хелперные клетки, в определенный момент своей жизни, чтобы выполнить свою функцию, приходят в состояние активации, а после того, как они ее выполнили, дают себе команду апоптоза и погибают.
Клетки памяти сохраняют способность к делению. И делятся простым митозом. Часть из них погибает, но другие могут реактивироваться. Состояние их реактивации достигается разными способами. Иногда это химическое воздействие, иногда физическое, иногда какая-то дополнительная инфекция, которая оказывается в организме.
Т-хелпер
Как только латентно инфицированная клетка оказывается реактивирована, она начинает производить новые вирусные частицы. Что и дает ту самую остаточную виремию, о которой мы говорили выше.
Что делать с этим? Существуют две стратегии излечения. Одна из них называется стерилизующей терапией, или радикацией. Другая — функциональное излечение. Радикация — это полное уничтожение всех резервуаров в организме таким образом, чтобы в нем не осталось ни одной молекулы РНК и ни одной молекулы ДНК вируса.
Функциональное излечение предполагает, что вирус в организме остается в очень небольшом количестве, но при этом излечивающее воздействие приводит к тому, что последующая терапия такому пациенту больше не требуется.
Два пути
Первый случай радикации, о котором мы все уже слышали, — это, конечно, так называемый Берлинский пациент.
Для того, чтобы вирусу присоединиться к клетке, ему нужны два рецептора: один СД4, а другой CCR5. Полноценный CCR5 рецептор кодирует ген CCR5 дикого типа. Но бывает, что в составе этого гена встречается делеция, то есть потеря части хромосомы. Она называется дельта32. В этом случае у человека формируется неполноценный рецептор, а вирус не может присоединиться к клетке-мишени.
Люди с такой мутацией встречаются, и если эта мутация у них в гомозиготе, то они полностью защищены от инфицирования ВИЧ — за редкими исключениями.
Берлинскому пациенту, который был гетерозиготен по дельта32, в результате острого миелогенного лейкоза пришлось сделать полное облучение организма и химиотерапию. АРВТ временно пришлось отменить. После переливания стволовых клеток дельта32 двенадцать лет назад в его организме не удалось встретить ни РНК, ни ДНК вируса.
Так человечество столкнулась с первым случаем полного излечения от ВИЧ-инфекции.
Макрофаг
Уже в этом году, летом, мы услышали еще о двух таких пациентах. У них ситуация была попроще. Лимфома Ходжкина. Лечение было менее тяжелым, им не делали полного облучения, да и химиотерапия была не такая тяжелая. Однократно каждому из них перелили стволовые клетки. В итоге: Лондонский пациент находится в ремиссии уже более двух лет, а Дюссельдорфский — приближается к году.
Считается, что это тоже случаи полного излечения. Но для всех пациентов такая терапия не подойдет. Несмотря на то, что инициатива продолжается и существует целая программа, которая собирает коллекцию стволовых клеток дельта32. На данный момент собрана коллекция потенциальных доноров: около 40 тысяч человек. Безусловно, не всем удастся подобрать донора.
Модификация этого подхода — генная терапия, которая предполагает, что можно взять клетки у человека, уже инфицированного ВИЧ, и вырезать ген CCR5, получив клетки, аналогичные стволовым клеткам дельта32.
В целом, теоретически, это вполне возможно сделать. Такие технологии недавно были использованы на мышах. Более того, в этом году подобную геннотерапевтическую манипуляцию, хоть эксперимент и был воспринят научным сообществом неоднозначно, провели на человеческих эмбрионах. Это знаменитые китайские близнецы.
Впрочем, тут же, появилось несколько публикаций о том, что отсутствие гена CCR5 не совсем безразлично для организма, и люди, у которых такой рецептор отсутствует, подвержены многим другим рискам.
по теме
Лечение
Здесь речь идет о реактивации латентных клеток, чтобы сделать их доступными для АРВТ. На первый взгляд, идея очень хорошая, но на пути этой стратегии уже встретилось немало трудностей. Хотя в некоторых экспериментах объем резервуаров все-таки удавалось снизить, вирусная нагрузка остаточной виремии у пациентов сохранилась. То есть уничтожить вирус в организме врачам так и не удалось.
Основная проблема связана с тем, что резервуары неоднородны. Все клетки в организме, которые имеют на своей поверхности соответствующие рецепторы, могут быть инфицированы. Но они все разные. И разработать препарат, который одинаково работал бы со всеми ними, ученым еще не удалось.
Лабиринт из тупиков
Как этого добиться? На эту тему сейчас проходят исследования. Некоторые из них касаются ограничения процесса инициации транскрипций, в котором принимает участие белок, носящий название Tat. Это самый главный вирусный трансактиватор транскрипций. А также клеточные белки, которые связаны с этим же этапом.
Некоторые связаны с идеей блокирования окружения провирусной ДНК и изменением структуры хроматина. Новые препараты, работающие по этой технологии, так называемые ингибиторы фактора LEDGF/p75, скоро будут апробированы в клинике.
Итак, проблема полного излечения ВИЧ волнует сейчас очень многих ученых, но мы находимся в начале этого сложного лабиринта, который рано или поздно приведет нас к искомой цели.
В каком состоянии находится проблема на данный момент в целом? В этом лабиринте, как вы понимаете, много тупиков. И некоторые из этих тупиков уже пройдены, а это тоже очень важно. Важно понимать, куда ходить не стоит, потому что по мере того, как ошибочные решения будут исключаться, мы, наверное, найдем правильный ответ и придем к искомой цели.
Лично мне кажется, что сейчас настает очень интересный момент. Накопление новых данных идет с огромной скоростью. Во всем мире еженедельно публикуется множество исследований и многие выглядят очень и очень перспективно. А стало быть, в ближайшие несколько лет нам можно ожидать прорыва.
Вирусы могут размножаться только внутри клетки-хозяина, перестраивая ее работу так, что клетка начинает производить новые вирусные частицы. Это серьезно нарушает работу самой клетки и в большинстве случаев ведет к ее гибели. Процесс проникновения и размножения вируса в ней сложный и содержит много стадий, а значит, специальные лекарства могут тормозить его на различных этапах.
В случае с ВИЧ это выглядит так.
по теме
Лечение
Лучшие научпоп-статьи 2018 года
После того как вирусная частица приклеилась к рецепторам CD4 и CCR5/CXCR4 и закрепилась на поверхности клетки, другой специальный белок вируса gp41 соединяет оболочку вируса с мембраной клетки-мишени и помогает вирусу проникнуть внутрь клетки (цифра 2 на схеме). На этом этапе остановить вирус может другая группа препаратов — ингибиторы слияния, например, энфувиртид. Препарат связывается с вирусным белком gp41 и нарушает его работу.
На этом этапе размножение вируса блокирует очень большое количество препаратов из двух классов — нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (НИОТ — ламивудин, абакавир, тенофовир) и ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (ННИОТ — эфавиренз, рилпивирин). Принцип действия у веществ из обеих групп похожий: молекула лекарства связывается с обратной транскриптазой вируса, нарушает ее работу и так блокирует перенос генов вируса из РНК в ДНК. Это не позволяет генам вируса встроиться в ДНК клетки-хозяина и начать производство новых вирусных частиц.
На следующем этапе инфицирования (цифра 4 на схеме) готовая вирусная ДНК проникает в ядро и встраивается в ДНК клетки-хозяина с помощью специального вирусного фермента — интегразы. Работу этого фермента блокируют ингибиторы интегразы, например, долутегравир, не позволяя ДНК вируса встроиться в наши гены.
После того как вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки-хозяина, клетка получает неправильную программу и начинает производить вирусные белки и РНК, необходимые для сборки новых частиц вируса (цифра 5 на схеме), используя для этого структуры, которые в норме производят собственные белки клетки. Такая перенастройка производства белка сильно нарушает работу клетки и через некоторое время вызывает ее гибель. Лекарств, которые бы влияли на этот этап размножения вируса, нет, так как здесь вирус использует собственные ферментные системы клетки-хозяина и блокирование их работы какими-то веществами навредит здоровым клеткам.
по теме
Лечение
Ошибка системы. Почему в регионах опять не хватает таблеток от ВИЧ
После синтеза вирусных белков клеткой-хозяином в работу вступает еще один фермент вируса — протеаза (цифра 6 на схеме). Дело в том, что белки ВИЧ синтезируются в виде длинных цепочек белков-предшественников, но они неактивные. Протеаза разрезает эти цепочки на более короткие фрагменты, которые становятся активными белками вируса: из одних собирается вирусная оболочка, другие выполняют функции ферментов (обратная транскриптаза, интеграза, протеаза, о которых мы говорили выше). Класс лекарств, нарушающих работу вирусной протеазы, включает большое количество препаратов от достаточно старого лопинавира до современного дарунавира. Основной недостаток препаратов этого класса — высокая степень перекрестной устойчивости: если вирус приобретает устойчивость к одному препарату, скорее всего, на него не подействует ни один другой препарат из этого класса.
На последнем этапе (цифра 7 на схеме) вирусные частицы собираются из готовых компонентов (синтезированных клеткой вирусных белков и РНК), как конструктор, и покидают клетку-хозяина. Лекарств, которые бы тормозили эти процессы, пока не существует.
ВИЧ имеет высокую склонность к мутациям, что позволяет ему быстро приобретать устойчивость к лекарствам. Мутации изменяют форму молекул ферментов вируса. Если при этом форма изменится существенно, то фермент не сможет нормально работать и такой вирус размножаться перестанет — это вредная для вируса мутация. Однако в некоторых случаях — при полезных мутациях — форма молекулы фермента меняется не сильно, а так, что сам фермент продолжает нормально работать, но молекула лекарства уже не может с ним связаться.
Поэтому для эффективного подавления размножения ВИЧ обычно назначают три разных препарата из разных групп, влияющих на разные ферменты вируса, блокируя его воспроизводство на разных этапах. Исключением является группа ингибиторов обратной транскриптазы (НИОТ и ННИОТ) — эти лекарства связываются с разными участками молекулы вирусного фермента, поэтому могут назначаться вместе, несмотря на то, что относятся к одной группе. В условиях такой терапии вирусу очень трудно выработать устойчивость, потому что одновременно должно произойти несколько полезных мутаций в разных генах вируса, а это бывает крайне редко.
Есть несколько перспективных технологий, например, CRISPR/Cas9, которые могут позволить полностью удалить вирусную ДНК из организма человека, но пока ни одна из них не прошла все необходимые исследования для подтверждения эффективности и безопасности. Исследования продолжаются.
"Сегодня все ученые мира работают над одной целью – поиском способов вычистить все следы ВИЧ из организма и избавить человека от инфекции. Все эти усилия, с другой стороны, будут бесполезны, если у нас не будет методики, позволяющей понять, действительно ли ВИЧ удалось полностью удалить", — заявил Фалгуни Гупта (Phalguni Gupta) из университета Пенсильвании в Филадельфии (США).
Сегодня больные ВИЧ могут прожить десятки лет благодаря антиретровирусным препаратам, которые подавляют различные этапы репликации вируса. Но из-за сильных побочных эффектов медики часто вынуждены рекомендовать пациентам прекратить прием этих лекарств на несколько недель.
В результате ВИЧ "вылезает из окопов" и начинает интенсивно копировать себя, зачастую возвращаясь к начальным масштабам инфекции за три или две недели. В последние годы ученые активно пытаются найти лекарства или антитела, которые помогали бы избежать подобной контратаки или позволяли бы выгнать вирус из клеток.
Как рассказывает Гупта, даже небольшого числа "неправильных" клеток иммунной системы или органов, которые ВИЧ заразил по ошибке, достаточно для того, чтобы возродить инфекцию после прекращения лечения. Ранее поиск таких клеток был крайне сложной задачей, так как "спящий" ВИЧ никак себя не выдает, а зараженные клетки ведут себя нормально во время приема антиретровирусных препаратов.
Гупта и его коллеги нашли решение этой проблемы, наблюдая за тем, как полноценные и дефектные частицы ВИЧ проникают в раковые клетки и меняют их работу в присутствии и в отсутствии иммунных клеток. Оказалось, что клетки человека, зараженные ВИЧ, имеют уникальную черту – они в большом количестве вырабатывают бета-галаксидазу, фермент, используемый вирусом для сборки его оболочки.
Нормальные клетки не вырабатывают эти молекулы, так как ген, отвечающий за их производство, вставляется в ДНК вирусом иммунодефицита и не имеет аналогов в человеческом геноме. Соответственно, присутствие самих молекул фермента или производимых им сахаров позволяет практически со стопроцентной уверенностью говорить о том, что в клетке прячется ВИЧ.
Первые попытки использовать эту методику для анализа крови ВИЧ-больных привели к неожиданным результатам. По словам Гупты, раньше биологи считали, что ВИЧ проникает в сравнительно небольшое число "неправильных" клеток — примерно десять на каждый миллиард "корректных" заражений.
"Оказалось, что резервуар ВИЧ в организме больных, проходящих антиретровирусную терапию, гораздо больше, чем мы считали раньше, – таких клеток в 70 раз больше, чем показывали другие типы тестов", — продолжает Гупта.
Подобные результаты, как считают ученые, могут объяснять, почему ВИЧ удается быстро восстановить потерянные "завоевания" после прекращения прием лекарств. Это открытие, как считают Гупта и его коллеги, поможет вирусологам быстрее найти способ очистки организма от спящего ВИЧ, а сама методика, которую биологи назвали TZA, уже сейчас может применяться в клинической практике для оценки того, как долго больной сможет не принимать лекарства без сильного вреда для организма.
Открытое в прошлом году антитело 3BNC117 успешно подавляло репликацию вируса иммунодефицита в организме людей, зараженных ВИЧ, и не позволяло вирусу "вернуться" на протяжении почти 10 недель после прекращения приема лекарств.
Марина Каски (Marina Caskey) из университета Рокфеллеров в Нью-Йорке (США) и ее коллеги год назад рассказали об открытии необычного антитела 3BNC117, способного подавлять размножение сразу нескольких разновидностей вируса иммунодефицита человека и "помечать" их для уничтожения иммунной системой.
Секрет действия 3BNC117 заключается в том, что это антитело атакует ключевую часть вируса – вырост Env на его оболочке, который цепляется за "хвосты" на поверхности иммунных клеток и помогает "боевой части" вируса проникать в них.
Американские ученые выделили 3BNC117 из организма ВИЧ-инфицированного, чье тело необычно сильно сопротивлялось инфекции и хорошо боролось с новыми штаммами вируса. В прошлом году Каски и ее коллеги начали клинические испытания, которые показали, что однократное введение антитела в организм больных снизило концентрацию вируса в их крови в 300 раз, и удерживало ее на крайне низком уровне на протяжении почти двух месяцев.
Успех первых клинических испытаний ободрил ученых, и они немедленно приступили к решению более амбициозной задачи – проверке того, сможет ли 3BNC117 воспрепятствовать "реконкисте" ВИЧ после прекращения антиретровирусной терапии (ART).
Как объясняют ученые, сегодня больные ВИЧ могут прожить десятки лет благодаря приему антиретровирусных препаратов – веществ, подавляющих различные этапы репликации вируса в клетках тела. Так как они часто обладают сильными побочными эффектами, медики часто вынуждены прекращать их прием на несколько недель.
При прекращении их приема ВИЧ "вылезает из окопов" и начинает интенсивно копировать себя, зачастую возвращаясь к начальным масштабам инфекции за три или две недели. Каски и ее коллеги проверили, сможет ли 3BNC117 предотвратить подобный исход.
Читайте также: