Alphaviruses: a modern view on the problem

全文:

Трансмиссивные инфекционные заболевания составляют более 17% от общей инфекционной заболеваемости. Данные болезни выявляются более чем в 100 странах, а риску заражения ими подвергается примерно 60% населения земного шара. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения в мире ежегодно регистрируется более 500 миллионов случаев трансмиссивных инфекций, около 700 тысяч из них заканчиваются летальными исходами.

Трансмиссивные инфекции продолжают оставаться значимой проблемой как для гражданского здравоохранения, так и военной медицины. Существенный «вклад» в структуру заболеваемости трансмиссивными инфекциями вносят возбудители, относящиеся к роду Alphavirus. Это обусловлено расширением ареала их обитания, патогенными свойствами, нередко приводящими к летальным исходам, а также возможностью применения в качестве патогенных биологических агентов (ПБА). Ситуация усугубляется тем, что в отношении большинства из них отсутствуют эффективные средства диагностики, профилактики и лечения.

Представители рода альфавирусов присутствуют на всех континентах, за исключением Антарктиды. Основными их резервуарами и переносчиками являются членистоногие, птицы, млекопитающие (в том числе человек); в отдельных случаях — земноводные и пресмыкающиеся [1]. Географическое распространение и циркуляция в природе отдельных видов альфавирусов ограничены специфическими экологическими условиями, наличием переносчиков и восприимчивых хозяев. Основным способом передачи альфавирусов является укус инфицированным комаром [1−3]. Возможен трансконтинентальный перенос альфавирусов, обусловленный сезонной миграцией птиц. Для многих альфавирусных инфекций существуют предпосылки расширения сложившегося ареала [4].

Род Alphavirus, включающий 31 вид, относится к семейству Togaviridae. Внутри данного рода выделяют 10 антигенных комплексов вирусов: венесуэльского энцефалита лошадей, восточного энцефалита лошадей, западного энцефалита лошадей, леса Барма, леса Семлики, Миддельбург, Ндуму, панкреатита лососей, Трокара, южных морских слонов [1].

Большинство альфавирусов участвуют в трансмиссивном цикле между специфичными кровососущими комарами и восприимчивыми позвоночными хозяевами.

Альфавирусы представляют собой оболочечные вирусы размером 60−70 нм с геномом в виде одноцепочечной позитивной молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) (42S, длина около 12 000 нуклеотидов), обладающей инфекционной активностью. Геномная РНК на 5’-конце имеет кэп-структуру с 7’-метилгуанозином и поли-А на 3’-конце (для защиты от клеточных экзорибонуклеаз и обеспечения трансляции в клетках эукариот соответственно). 5’-концевая область генома (длиной около 7500 нуклеотидов) кодирует четыре неструктурных белка. Она заканчивается терминирующим участком и консервативной нуклеотидной последовательностью. За ними находится область, кодирующая структурные гены. Геномная РНК покрыта капсидом, состоящим из 240 молекул капсидного белка (С-белка). Поверх капсида располагается бислойная липидная мембрана, в которую встроены трансмембранные гликопротеины. В их составе белки Е1, Е2, и у некоторых альфавирусов — E3. Взаимодействие белков мембраны и С-белка обеспечивает связывание капсида и вирусной мембраны. Гликозилированные части белков мембраны находятся на наружной стороне липидного бислоя; комплексы этих белков формируют гликопротеиновые шипы длиной около 10 нм.

После адсорбции вириона на клеточных рецепторах плазматической мембраны происходит рецептор-опосредованный эндоцитоз (в качестве рецепторов могут выступать VLA-1, молекулы главного комплекса гистосовместимости 1-го класса, α1β1-интегрин, гепарансульфат, лектиновые рецепторы типа C и др.) и последующее слияние вирусных и клеточных мембран [5]. В результате высвобождается нуклеокапсид, а затем и РНК, вступающая во взаимодействие с клеточными рибосомными системами. В ходе трансляции образуется вирусная РНК-полимераза. Транскрипция геномной РНК происходит следующим образом: первоначально синтезируется комплементарная негативная цепь РНК, а затем уже на ней синтезируется множество копий РНК двух размеров — вирионная РНК (42S) и субгеномная (26S). Синтез 42S РНК инициируется с 3’-конца, и транскрибируется полная цепь 42S РНК. 26S РНК продуцируется независимо, инициация ее транскрипции начинается со второго сайта инициации, находящегося на расстоянии примерно 8000 нуклеотидов от 3’-конца, и продолжается до 5’-конца молекулы матрицы. 42S РНК идет на сборку новых нуклеокапсидов, а также кодируется синтез неструктурных белков. 26S РНК служит матрицей для структурных белков С, Е1, Е2 и, у ряда альфавирусов, для Е3. Каждая из этих РНК транслируется в большой полипептид, который последовательно подвергается каскадному расщеплению. Синтез белков оболочки происходит на мембраносвязанных рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума, а белок капсида синтезируется на свободных рибосомах цитоплазмы. Затем синтезированный капсидный белок, взаимодействуя к реплицированными копиями геномной РНК, образует нуклеокапсиды. Белки внешней оболочки включаются в мембрану эндоплазматического ретикулума, где происходит их гликозилирование. Далее они транспортируются к комплексу Гольджи, где подвергаются дополнительному гликозилированию, а затем переносятся к цитоплазматической мембране. Проходя через мембрану, нуклеокапсиды обволакиваются ее липидсодержащим участком, сильно обогащенным белками внешней оболочки, встроенными в липидную оболочку клетки-хозяина. Далее происходит отпочковывание новой вирусной частицы [2, 6, 7]. Инфекционный цикл альфавирусов занимает 6−8 ч.

Наличие липидсодержащей оболочки обусловливает чувствительность альфавирусов к диэтиловому эфиру и детергентам. Они легко разрушаются при 56 °С, устойчивы к рН 6–9. Также они высоко чувствительны к ультрафиолетовому облучению, действию формалина и хлорсодержащих дезинфектантов. В то же время сообщается о сохранении инфекционной активности при замораживании.

Согласно принятой в Российской Федерации (РФ) классификации ПБА (СанПиН 3.3686-21 «Санитарно-эпидемиологические требования по профилактике инфекционных болезней»), наиболее опасными среди альфавирусов (отнесены ко второй группе патогенности) считаются следующие возбудители: вирусы лошадиных энцефалитов (венесуэльского, восточного и западного), вирусы Чикунгунья, Синдбис, леса Семлики, Бибару, Евергладес, О’Ньонг-ньонг, реки Росс, Майяро, Мукамбо, Окельбо (в российских источниках часто используется название «вирус карельской лихорадки»), Сагиума (два последних следует рассматривать как варианты вирусов Синдбис и реки Росс соответственно). Результаты поиска информации об указанных, а также иных альфавирусах, представляющих угрозу для здоровья и хозяйственной деятельности человека, приведены в таблице [1, 2, 8, 9].

 

Таблица. Характеристика эпидемиологически значимых альфавирусов

Table. Characterization of epidemiologically significant alphaviruses

Вирус	Резервуар возбудителя инфекции	Ареал распространения	Клинические проявления заболевания у человека	Родовая принадлежность комаров-переносчиков
Венесуэльского энцефалита лошадей	Грызуны, лошади	СА, ЮА	Л, Э	Aedes, Anopheles, Coquillettidia, Culex, Psorophora
Восточного энцефалита лошадей	Грызуны, лошади	СА, ЮА	Л, Э	Aedes, Coquillettidia, Culex
Евергладес	Грызуны	СА	Л, Э	Culex
Мукамбо	Приматы	ЮА	Л, Э	Culex
Западного энцефалита лошадей	Птицы, лошади	СА	А, Л, С, Э	Aedes, Anopheles, Culex, Culiseta
Леса Барма	Сумчатые	Ав	А, Л, С	Aedes, Culex
Леса Семлики	Птицы	Аф	А, Л, С, Э	Aedes, Anopheles, Culex
Майяро	Приматы	ЮА	А, Л, С, единичные геморрагические случаи	Aedes, Haemoagogus
О’Ньонг-ньонг	Приматы	Аф	А, Л, С	Anopheles
Пиксуна	Грызуны, лошади	ЮА	Л, миалгия	Anopheles
Реки Росс	Млекопитающие	Ав, острова южной части Тихого океана	А, Л, С	Aedes, Culex
Синдбис	Птицы	Аз, Ав, Аф, Е	А, Л, С	Aedes, Culex
Бабанки	Птицы	Аф	А, Л, С	Culex
Тонат	Птицы	ЮА	Л, Э	Anopheles, Coquillettidia, Culex, Lutzomyia, Mansonia, Uranotaenia, Wyeomiya
Уна	Приматы	ЮА	А, С	Psorophora
Чикунгунья	Приматы	Аф, Е, Латинская Америка	А, Л, С	Aedes, Culex
Бибару	Нет данных	Малайзия	Нет данных	Culex
Гета	Лошади, свиньи (предположительно безвреден для людей)	Ав, Аз, Е, острова южной части Тихого океана	Нет данных	Aedes, Anopheles, Culex

Примечание: А — артралгия; Л — лихорадка; С — сыпь; Э — энцефалит; Ав — Австралия; Аз — Азия; Аф — Африка; Е — Европа; СА — Северная Америка; ЮА — Южная Америка.

 

Данные, представленные в таблице, свидетельствуют, что альфавирусы наиболее распространены в экваториальной и субэкваториальной климатических зонах, меньше — в тропиках и субтропиках. Отдельные виды альфавирусов выявляются в умеренной и субполярной климатической зонах. Такой территориальный охват обусловлен адаптацией вследствие эффективной мутационной изменчивости, обеспечивающей высокую экологическую пластичность альфавирусов.

В различных регионах РФ периодически возникают вспышки инфекционных заболеваний, обусловленные альфавирусами. В Карелии, Вологодской и Смоленской областях выделен один из вариантов вируса Синдбис — Окельбо [10]. Так, в августе-сентябре 1981 г. на территории Карельской автономной советской социалистической республики (АССР) были зафиксированы множественные лихорадочные заболевания с сыпью, артралгиями. В ряде случаев их течение стало хроническим с развитием артрозов и потерей трудоспособности. Был установлен трансмиссивный путь их передачи [11, 12]. Информация о наличии очагов вируса западного энцефалита лошадей на территории РФ носит противоречивый характер. Большинство специалистов отмечает распространение данного вируса только в западном полушарии и, соответственно, отсутствие эндемичных очагов инфекции на территории РФ и граничащих с ней стран [13]. Напротив, имеется информация о выделении в 1962 г. вируса западного энцефалита лошадей на территории Удмуртии (штамм Y62-33) [1]. В Приморском крае встречается вирус леса Семлики, первоначально выделенный в Уганде в 1942 г. [14]. При обследовании комаров в 1987 г. в Магаданской области был выявлен вирус Гета [14]. Данный вирус, по имеющейся информации, не представляя угрозу непосредственно человеку, способен вызывать эпизоотии среди лошадей и свиней, хотя сведения о значимых вспышках на территории РФ, обусловленных данным этиологическим агентом, отсутствуют.

Таким образом, на территории РФ имеются условия для распространения опасных для человека альфавирусов, ряд из которых характеризуется значительным эпидемическим потенциалом.

Климатические изменения, расширение глобальных торговых и туристических связей способствуют распространению инвазивных комаров и появлению их популяций за пределами исторических ареалов. Данные обстоятельства, а также адаптационная изменчивость самих вирусов к новым переносчикам и позвоночным хозяевам, способствуют расширению вирусных ареалов. Так, случаи заболевания, вызванные вирусом Синдбис — Окельбо, помимо Карельской АССР, регистрировались в тот же период в близких по экологическим условиям районах Финляндии (болезнь Погоста) и Швеции (болезнь Окельбо). Было установлено, что неожиданное возникновение эпидемической ситуации связано с заносом птицами популяции вируса Синдбис из Африки. Дальнейшая эволюция позволила вирусу адаптироваться к природным условиям приполярных областей Скандинавии, в результате чего и появился вирус Окельбо. Причина возникновения описанной эпидемически нештатной ситуации явилась миграция птиц — переносчиков вируса через Скандинавский регион. Этот пример свидетельствует о продолжающейся эволюции альфавирусов, что может привести к ухудшению эпидемической ситуации [11].

Анализ имеющейся информации показал, что появление отдельных точечных мутаций в геноме вируса венесуэльского энцефалита лошадей вызывает увеличение уровня виремии у лошадей, что, в свою очередь, обеспечивает возможность переноса вируса нехарактерными видами комаров, например, Aedes taeniorhynchus. Данное обстоятельство рассматривается как крайне значимый фактор возможного усиления эпидемического потенциала данного вируса [4].

Согласно данным литературы, имеется возможность мутационной адаптации вирусов Чикунгунья и Майаро к новым переносчикам. Так, незначительные мутации в геномах упомянутых вирусов обеспечили возможность эффективного переноса вируса Чикунгунья комарами Ae. albopictus, обитающими в более холодных условиях, и, как следствие, расширение ареала в сторону более холодных широт. Изучена и описана адаптация вируса Майаро к так называемым «городским» антропофильным видам комаров [4]. Подобная ситуация указывает на необходимость мониторинга вирусных популяций (внутри популяций комаров и позвоночных хозяев) на наличие мутаций, обуславливающих повышение эпидемического потенциала, что обеспечивает возможность прогнозирования возникновения крупных вспышек и планирования противоэпидемических мероприятий.

Наиболее эпидемиологически значимыми для человека группами альфавирусов являются вирусы Старого и Нового Света. Группа вирусов Старого Света: Синдбис, Окельбо, Чикунгунья, реки Росс, леса Барма, Майяро, О’Ньонг-ньонг — вызывают относительно легкое течение инфекции у человека, характеризующееся поражениями внутренних органов (печень, селезенка), артралгиями, лихорадкой и сыпью [1, 15]. Для вирусов Нового Света: венесуэльского, восточного и западного энцефалитов лошадей — характерны заболевания с более тяжелым течением, включая лихорадку и энцефалиты, иногда с летальным исходом. В ранней стадии инфекции размножение вирусов происходит вне нервной ткани, после чего они могут быть занесены с кровью в центральную нервную систему, где происходит их последующее размножение вследствие тропности возбудителей к нервным клеткам. Существует мнение, что инфицирование человека, даже наименее патогенными альфавирусами, может приводить к пожизненному снижению иммунитета и инвалидизации (до 20%) в результате хронического поражения суставов, а при обострении хронической инфекции — к стрессовым состояниям функциональных систем организма (иммунной, эндокринной, кроветворной) [1].

Таким образом, многие представители рода Alphavirus являются этиологическими факторами, представляющими угрозу здоровью человека.

Для диагностики альфавирусных инфекций исследуют ротоглоточные смывы, спинно-мозговую жидкость, сыворотку крови, мозговую ткань (в случае летального исхода). Традиционное выявление чистых альфавирусных культур связано с необходимостью селективного накопления в культуре клеток, организме лабораторного животного или куриного эмбриона. Данный подход, обладая рядом положительных моментов (в первую очередь возможность выделения чистой культуры), зачастую не может быть использован в обычной лабораторной практике ввиду дороговизны, сложности и длительности проведения. Большинство современных методик диагностики основаны либо на обнаружении специфических геномных маркеров (в основном с помощью полимеразной цепной реакции — ПЦР), либо на детекцию специфических маркеров иммунного ответа – иммуноглобулинов класса M и G [6]. В РФ разработаны флуоресцирующие иммуноглобулины, культуральные диагностикумы для реакций связывания комплемента и торможения гемагглютинации, иммуноферментные и ПЦР тест-системы для диагностики альфавирусных инфекций, но их производство не налажено из-за отсутствия спроса [6].

Среди профилактических мероприятий большое внимание уделяется контролю популяций специфических антропофильных комаров — переносчиков альфавирусов. Также осуществляется контроль зараженности птиц (в том числе домашних), участвующих в поддержании природных популяций альфавирусов. В Соединенных Штатах Америки (США) и РФ разработаны вакцины против венесуэльского энцефалита лошадей для применения в медицинских и ветеринарных целях. Кроме того, в США для ветеринарии разработаны вакцины против восточного и западного энцефалитов лошадей. Имеются сообщения о проведении в настоящий момент в США клинических испытаний вакцины для человека против восточного и западного энцефалитов лошадей, а также лихорадки Чикунгунья. Противовирусные препараты, специфичные в отношении альфавирусов, в настоящий момент отсутствуют. В ряде исследований проводится поиск таких препаратов, мишенями которых выступают неструктурные белки альфавирусов. При этом в качестве эффективных и перспективных рассматриваются хлорохин, рибавирин, интерферон, карбодин, антисмысловые РНК [16].

Помимо естественной опасности, отдельные альфавирусы классифицируются как ПБА. Среди последних особое внимание специалистов в области биологического оружия привлекают виды, относящиеся к группе вирусов лошадиных энцефалитов:

• возможность производства в больших количествах недорогими и простыми способами;
• относительная стабильность и сохранение инфекционности в аэрозолях;
• возможность использования, в зависимости от штамма, либо для инкапаситации, либо для смертельного поражения;
• большое количество серотипов вирусов восточного и венесуэльского энцефалитов лошадей обусловливает проблемы при разработке средств иммунопрофилактики [17].

В связи с этим, согласно вышеприведенным данным, в настоящее время не исключается возможность использования отдельных видов альфавирусов в качестве потенциальных ПБА и агентов биотерроризма.

В целом в современных условиях альфавирусы имеют важное как общебиологическое, так и военно-эпидемиологическое значение, поскольку могут являться причиной как природно-очаговой заболеваемости в определенных регионах мира, так и поражений населения, в том числе личного состава войск (сил), в результате применения в качестве ПБА.

На сегодняшний день недостаточность арсенала, в том числе и в РФ, средств диагностики, профилактики и лечения большинства альфавирусных инфекций при возникновении заболевания обуславливает риск значительного ухудшения эпидемической ситуации. В этой связи очевидно, что контроль за альфавирусными инфекциями, особенно за случаями, регистрируемыми в неэндемичных для них регионах, в том числе в местах дислокации воинских контингентов, является важной задачей сохранения их боеспособности. По нашему мнению, основными направлениями решения данной проблемы являются:

• разработка новых и совершенствование существующих средств и систем контроля за численностью и распространенностью альфавирусов и их переносчиков в различных, в том числе, в неэндемичных, регионах;
• разработка экспрессных средств выявления альфавирусов, основанных на современных методах;
• создание эффективных иммунобиологических лекарственных препаратов против альфавирусов, прежде всего относящихся к ПБА;
• скрининг соединений, обладающих потенциальной широкой противовирусной активностью, в том числе в отношении альфавирусов, для создания на их основе средств экстренной профилактики.

作者简介

Aleksandr Stepanov

The State Research and Testing Institute for Military Medicine of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: alexander_58@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1917-2895
SPIN 代码: 7279-7055

doctor of medical sciences

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Ilya Yudnikov

The State Research and Testing Institute for Military Medicine of the Ministry of Defense of the Russian Federation

编辑信件的主要联系方式.
Email: uiv3@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-3392-9206
SPIN 代码: 6316-2049

senior researcher

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Aleksandr Kvardakov

The State Research and Testing Institute for Military Medicine of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: kvardakov73@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1498-1316
SPIN 代码: 1301-4440

candidate of medical sciences

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

参考

补充文件