Устойчивость, репликативные свойства и фитнес ВИЧ

В литературе последних лет утвердился термин фитнес (fitness), суммарно описывающий все особенности вирусных штаммов, связанные с их способностью к размножению в чувствительном организме. Очень часто между понятиями фитнеса и репликативной способности ВИЧ ставят знак равенства, между тем как, строго говоря, содержание этих терминов не во всем совпадает.

Говоря о репликативной способности (replicative capacity, PC) вируса, обычно подразумевают количественный результат анализа эффективности размножения вируса в культуре клеток в сравнении с «диким» штаммом (как правило, в отсутствие лекарственных препаратов). Репликативная способность - это всегда относительный показатель; выражаться он может в процентах (при этом за 100% принимается скорость размножения «дикого» вируса) либо в виде показателя кратности. Хотя условия в культуре клеток могут отличаться от реальных условий размножения ВИЧ в организме человека, все эти отличия «приводятся у нулю», когда оба вируса размножаются в одинаковых, пусть и не природных, условиях. Окружение вируса фактически не учитывается, и именно этим достигается объективность сравнительной оценки.

Фитнес - понятие более всеобъемлющее и зависит как от PC, так и от факторов хозяйского организма, а также активности лекарственного препарата, если он применяется. Оценка фитнеса не может быть произведена без учета его окружения. Это легко понять на примере: резистентный вирус лучше размножается в присутствии лекарства (то есть имеет лучший фитнес), хотя может иметь сниженную PC; в отсутствие препарата ситуация меняется на противоположную.

В реальных условиях размножения в популяции вируса всегда идет борьба за выживание варианта, наиболее приспособленного к этим условиям. Описывая эту ситуацию, вирусологи применяют термин, который может встретиться любознательному читателю в литературе, - гипотеза Червонной королевы (Red queen hypothesis). Название это возникло под впечатлением хорошо известной фразы из «Алисы в Зазеркалье» Л. Кэ- ролла - «Иногда приходится бежать со всех ног лишь для того, чтобы просто оставаться на месте»; не секрет, что ученые всего мира очень любят это произведение. Смысл ее в данном контексте заключается в том, что в меняющихся обстоятельствах вирусная популяция меняется постоянно, и даже малейшие изменения могут оказаться выигрышными в каждый отдельно взятый момент.

Не всегда преимуществом будет обладать тот вариант вируса, который дает более многочисленное потомство; благоприятные различия могут касаться использования дополнительных рецепторов в момент присоединения к клетке, возможностей для передачи от человека к человеку (трансмиссивности) или отношений с иммунной системой. Все это включает в себя понятие фитнеса в широком смысле. Тем не менее, наиболее очевидное и частое проявление различий в фитнесе - это разница в скорости размножения, и в книжке мы будем употреблять этот термин в узком смысле, подразумевая только показатель вирусной нагрузки.

Итак, далее в тексте речь будет идти о PC как о лабораторном параметре, который позволяет производить объективную оценку, то есть измерять способность штаммов к размножению в условиях in vitro. Понятие фитнеса, во всей полноте отражая истинную картину in vivo, количественного характера не носит и будет использоваться в случаях общих рас- суждений.

В разделе, касающемся мутаций лекарственной устойчивости ВИЧ, уже шла речь о том, что, приобретая способность размножаться в присутствии лекарства, вирус, как правило, «расплачивается» снижением фитнеса. Это связано с тем, что устойчивость чаще всего определяется структурными изменениями активного центра ферментов, которые являются следствием мутаций и одновременно приводят к двум эффектам - нарушению связывания ингибиторов и снижению каталитической активности молекулы. Степень нарушения репликации вируса сильно варьирует в зависимости от характера мутационных изменений, ассоциированных с устойчивостью (см. ниже). Не лишне будет напомнить, что фитнес ВИЧ неодинаков и у наивных пациентов вследствие

естественного полиморфизма вируса и различий иммунной системы их хозяев.

Феномен снижения фитнеса

у устойчивых вариантов вируса в ряде случаев позволяет продолжать применение текущей схемы антиретровирусной терапии, несмотря на выявление устойчивых вариантов ВИЧ (см. далее). Вирус, заплативший высокую цену за возможность существовать, размножается на низком уровне, за счет чего терапевтический эффект сохраняется. Такой прием может быть полезен для пациентов, у которых возможности альтернативных способов лечения сильно ограничены.

Что касается развития событий после отмены препарата, то тут продолжают действовать законы эволюции: вирусы, имеющие мутации устойчивости к каким-либо препаратам, в отсутствие лекарства размножаются хуже «диких» вариантов, то есть имеют относительно сниженный фитнес. Интересно, что некоторые мутации способны, наоборот, повышать фитнес вируса в присутствии лекарства; тем не менее, эти же мутации в отсутствие препарата препятствуют размножению ВИЧ.

Методы определения PC применяются в практике научных лабораторий, а также при необходимости выбора препарата у пациентов с большим опытом лечения в ряде хорошо оснащенных западных клиник; некоторые из методологий будут рассмотрены в V главе. Заметим, что оценка влияния отдельно взятой мутации на фитнес вируса серьезно осложняется в присутствии нескольких мутаций резистентности (а также мутаций в других областях генома), каждая из которых способна повлиять на размножение ВИЧ; предсказывать сочетанное действие мутаций - пока еще неблагодарная задача.

Самые известные из мутаций устойчивости к НИОТ ассоциированы с заметным снижением фитнеса. К их числу относятся мутации в положении 184 (например, M184V), тимидин-аналоговые мутации группы I (см. главу IV) M41L, L210W и T215Y, а также K65R и L74V и все варианты замен в 69-ом положении. Тимидин- аналоговые мутации II группы (D67N, K70R и K219Q/E), напротив, незначительно отличаются по фитнесу от «диких» вариантов; то же касается и мутации Q151M, сообщающей вирусу устойчивость ко многим НИОТ.

Мутации, возникающие под действием нниот, оказывают умеренное влияние на фитнес ВИЧ; по всей вероятности, этим объясняется их медленный «уход» из популяции после прерывания терапии, основанной на ННИОТ. Штаммы, содержащие чаще других встречающиеся мутации K103N и Y181C, размножаются практически «вровень» с «дикарями». Относительно редкие V106A, Y188C и G190S имеют более низкие показатели фитнеса.

Анализ фитнеса вариантов вируса, имеющих мутации устойчивости к ИП, весьма затруднен, поскольку именно эти мутанты чаще всех имеют множественные изменения в разных участках генома (первичные и вторичные мутации, см. ниже). Комбинации этих мутаций оказывают на фитнес влияние самого разного рода. Немногие клинические наблюдения, позволяющие определить вклад одиночных замен, продемонстрировали существенное снижение фитнеса ВИЧ при наличии у него мутаций D30N, G48V, I50V и V82A/T. Мутации M46I/L, I54V,

I84V, N88D/S и L90M также были связаны с понижением фитнеса.

Данных, касающихся ингибиторов слияния, пока немного, не идентифицированы и конкретные положения мутаций резистентности. Есть информация о том, что мутации в области HR-1 области гена em/ВИЧ, кодирующей гликопротеин др41, связаны со сниженным фитнесом вируса. Хорошим подтверждением этому, как всегда, является быстрое исчезновение мутантов после прекращения терапии этими препаратами.

На репликативные свойства ВИЧ могут оказывать влияние, и зачастую немалое, не только мутации в областях генома, кодирующих мишени лекарственных препаратов. Мутация, компенсирующая недостаток фитнеса, может возникнуть в составе другого вирусного белка, и механизм компенсации при этом не будет связан напрямую с активностью белка- мишени. Например, важная роль в определении уровня фитнеса принадлежит оболочечному белку др120, кодируемому геном env мутации в его составе, способные обеспечить более эффективное связывание вирусных частиц с мембраной клетки, повышают фитнес «диких» вариантов ВИЧ. Фактов, подтверждающих аналогичное воздействие таких мутаций на лекарственно-устойчивые штаммы, пока не получено.

Гораздо больше известно о компенсаторных мутациях в области гена дад, содержащей участки нарезания белка- предшественника (между р7 и р1). Среди них выделяют мутации, усиливающие процессинг полипротеина Gag, мутации, делающие участок нарезания более доступным для протеазы, а также мутации в составе сигнала сдвига рамки, в конечном счете приводящие к повышению уровня синтеза самой протеазы (L449F, Q430R, A431V,

I437V). Мутации могут происходить в разных участках гена дад и всячески приспосабливают белок-

предшественник к измененному в результате мутаций активному центру протеазы. Эти мутации, компенсирующие дефицит фитнеса, не следует путать с мутациями в гене дад, компенсирующими устойчивость к ингибиторам протеазы (см. IV главу); на чувствительности вируса мутации L449F, Q430R, A431Vn I437V никак не сказываются, зато его репликативные свойства повышают в десятки раз.

Значение репликативной способности ВИЧ для прогнозирования клинического течения пока недостаточно оценено, однако уверенно можно утверждать, что между этим показателем и числом CD4+ Т-клеток существует обратная статистическая зависимость. В некоторых работах базовый уровень PC служил лучшим прогностическим фактором для повышения уровня CD4+ Т-клеток, хотя исхода лечения в целом не предсказывал. У пациентов с трудно поддающейся снижению вирусной нагрузкой информация о PC может быть полезной, наряду с результатами анализа устойчивости, для выработки решения о дальнейшем лечении (см. VII главу).

Как можно заключить, фитнес и репликативная способность ВИЧ - понятия, тесно связанные друг с другом, определяемые генетическими свойствами вируса и влияющие на вирусологические и клинические особенности течения ВИЧ-инфекции. Как правило, снижение фитнеса сопровождает появление лекарственно-устойчивых штаммов ВИЧ, однако фитнес может быть снижен и у «диких» вариантов

вируса. В настоящее время индивидуальные мутации ВИЧ, определяющие его фитнес, еще не систематизированы, и потребуется еще довольно много исследований для того, чтобы можно было применять данные о фитнесе и его влиянии на лекарственную устойчивость для оптимизации антиретровирусной терапии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >