Phenomenon of antibody-dependent amplification in infectious pathology

Full Text

Список сокращений

ВИЧ - вируса иммунодефицита человека

США - Соединенные Штаты Америки

мРНК - матричная рибонуклеиновая кислота

ADE- antibody-dependent enhancement

АЗУ-антителозависимое усиление

 

Введение

После прикрепления инфекционной частицы к мембране на поверхности клетки начинается вирусный процесс, при котором специфические рецепторы клетки связываются с поверхностным вирусным белком. Чтобы блокировать это вирусное прикрепление к клеткам-мишеням, секретируются антитела, которые специально нацелены на белки вирусной поверхности. Они контактируют с вирусом, ослабляя их инфекционную способность. Однако существуют антитела, которые при связывании с вирусными поверхностными белками способствуют вирусной инвазии при определенных условиях и усиливают инфекционный процесс. Этот эффект называется антителозависимым усилением [30]. В 2020 году Всемирная организация здравоохранения опубликовала статистику, согласно которой 7 место из 10 ведущих причин смерти занимают инфекционные заболевания [1]. Одно из значений в борьбе с инфекционными агентами принадлежит иммунитету, который зависит от многих факторов.

Феномен антителозависимого усиления (АЗУ) инфекции впервые был описан в работе R. A. Hawkes в 1964 г. [13]. Он первым заметил, что при заражении куриного эмбриона флавивирусами при наличии там специфических антител “выход” вируса увеличивался. Далее в 70-х годах 20 века, учеными была обнаружена роль AЗУ в патогенезе тяжелых форм лихорадки Денге. У больного, в крови которого были обнаружены специфические антитела, отмечалось более тяжелое течение при заражении другим серотипом [12].

Существует два основных варианта феномена АЗУ: первый, при котором вирусспецифическое антиитело облегчает проникновение инфекционного агента в фагоцитирующие клетки макроорганизма и второй, когда происходит усиление инфекционного процесса путем взаимодействия с Fc-рецептором (FcR) и/или рецептором комплемента. Этот феномен проявлялся в ответ на образование антител изотипа IgG1: это сиалогликопротеины FcγRI, FcγRII и FcγRIII (CD16). Рецептор FcγRI в основном находится на поверхности фагоцитирующих клеток человека и активно взаимодействует с IgG. Поэтому он наиболее часто встречается при появлении феномена антитело-зависимого усиления инфекционного процесса [21]. Во время взаимодействия комплекса “антитело-возбудитель” с Fc- рецепторами и рецепторами комплемента моноцитов изменяется тропность возбудителя.

Наибольшее значение имеет усиление связи между инфекцией и клетками-мишенями. Явление АЗУ было замечено более чем у 40 видов вирусов. Эти вирусы имеют несколько различных антигенов, некоторые стимулируют нейтрализующие антитела, другие активизируют усиленные антитела. Примером можно считать патогенез коронавируса. SARS-CoV на начальном этапе не может проникнуть в моноциты'макрофаги из-за отсутствия на них узнаваемых рецепторов. Через некоторое время после попадания вируса в организм, начинается выработка антител к оболочке коронавируса, с помощью которых вирус приобретает способность к проникновению в моноциты'макрофаги через FcγRIIА-рецептор, утяжеляя течение болезни [31].

ADE состоит из двух этапов. Вначале появляется внешний путь антитело-зависимого усиления инфекционного процесса, с образованием на поверхности макрофагов\моноцитов комплексов специфических антител с помощью Fc-фрагмента с рецептором Fc и/или с рецепторами комплемента Этот процесс способствует активному распространению вируса по фагоцитам.Внутриклеточное антитело-зависимое усиление инфекционного процесса наступает, когда комплексы «вирусспецифическое антитело» дают сигналы, блокирующие клеточную защиту против вирусову, и тем самым способствуют внутриклеточной персистенции инфекции, что клинически проявляется вирусемией.

Исследователи предполагают, что в основе АЗУ лежит пять механизмов и что все пять активно используются разными вирусами и не обязательно облегчаются единственным вариантом.

Первый механизм, когда АЗУ развивается после предшествующего инфекционного процесса, то есть в сенсибилизированном организме с зависимостью от FcR. FcR находятся на клетках иммунитета и являются рецепторaми, нaцеленными нa учaстки Fc на aнтителах [7]. При взаимодействии антитела и поверхностного вирусного белка образуется комплекс антитело-вирус. Комплекс облегчает присоединение вируса за счет взаимодействия Fc-части антитела и его рецептора на поверхности определенных клеток. Данный механизм был обнаружен у вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) , вируса денге и вируса Западного Нила . Среди них лихорадка денге является болезнью, наиболее сильно проявляющейся АЗУ [6], что может привести к глобальной эпидемией.

Вирус лихорадки Денге (DENV) проникает в эндосомы клетки, на которых есть рецепторы: toll-подобный рецептор 3 (toll-like receptor, TLR-3)19 — распознает двухцепочечную РНК (dsRNA) вируса; TLR8 — распознает G-богатые олигонуклеотиды; TLR7 — распознает ssРНК. После работы рецепторов начинается активная выработка интерферонов и противовоспалительных цитокинов [25]. Данная реакция ограничивает инфекционный процесс и защищает соседние клетки, которые становятся невосприимчивыми к вирусу [26]. Антитела, которые являются специфическими к B- и T-клеткам лихорадки Денге образуются спустя шесть суток после появления вируса в организме и полностью контролируют развитие инфекции. Нейтрализующая активность специфических антител к лихорадке Денге проявляется блоком взаимодействия вируса и рецептора клетки.

При вторичном инфицировании реакция организма на DENV не похожа на типичный иммунный ответ. Во-первых наблюдается антигенный импринтинг или феномен первичного антигенного греха, затем происходит феномен антителозависимого усиления инфекционного процесса. Комплекс, который состоит из молекулы вируса Денге и специфического антитела запускает обратные регуляторы инфекции через Fc рецептор. Клетка не узнает вирус, а значит, не происходит производство интерферонов и интерлейкинов. Таким образом, клетки не защищают себя и ограничения процесса не происходит. В клетках идет активное размножение вируса Денге [14]. Из этого следует, что при вторичном инфицировании течение болезни становится более тяжелым. В 2019 г. в США было разрешено использование живой аттенуированной вакцины от лихорадки Денге лишь в ограниченном количестве. Причина этого ограничения связана с наличием опасение, что вакцина увеличит шанс развития АЗУ у вакцинированных людей [20].

Второй механизм АЗУ развивается в результате персистирующего инфекционного процесса и зависит от C3. Комплемент C3 активируется классическим путем с помощью связывания антитела с поверхностным белком вируса, далее комплекс вирус–антитело–комплемент способствует усилению адгезии вируса. Рецептор комплемента располагается на иммунных клетках, фолликулярных дендритных клетках и гладкомышечных клетках [7].

В этом механизме АЗУ молекулы C1q, входящие в состав комплемента C1, действуют совместно с проэнзимом сериновой протеазы, C1r и C1s. После связывания C1q с антителом C1r и C1s отходят от C1q под действием индукции ингибитора C1 в плазме крови. Затем C1s расщепляет комплемент C2 и C4, позволяя C1q активировать комбинацию между удаленным эффекторным комплементом C3 и его рецепторами на клетках. Так происходит связывание вируса и комплемента. Данный вариант развития феномена антитело-зависимого усиления инфекционного процесса лежит в основе вируса ЗАпадного Нилаи ВИЧ-инфекции. При ВИЧ-инфекции существует этапность в развитии антитело-зависимого усиления. Сначала феномен реализуется через V3-петлю gp120 (по типу FcR-ADE); по типу C - АЗУ феномен начинает проявляться перед клиническим прогрессированием ВИЧ-инфекции [24].

Третий механизм АЗУ инфекционного процесса может существовать и без предшествующей сенсибилизации организма инфекционным антигеном и зависит от C1q. Комплексы вирус–антитела объединяются C1q, происходит соединение капсулы вируса и мембраной клетки [28]. Прочное объединение антител и вирусов вызывает образование C1q-вирус-антитело. Данный комплекс образуется на поверхности клеток, запуская сигнальный путь внутри клеток, далее способствуя связыванию вируса и его специфического рецептора, а тaкже эндoцитoзу клетoк-мишеней. Бывают случаи, когда C1q связывается напрямую с gp41, который является одним из гликопротеинов на внешней мембране вируса во время ВИЧ-инфекции. Рецепторы C1q обнаруживаются моноцитах/макрофагах, нейтрофилах, В-клетках, фибробластах, гладкомышечных клетках и эндотелиальных клетках. Таким образом, ADE, опосредованный C1q, объясняет, почему на начальных этапах противовирусная сыворотка активизирует инфекцию в немоноцитах. Данный путь также присущ вирусу Эбола. ADE, который образовался при лихорадке Эбола развивается в результате взаимодействия образующихся вирусспецифических антител с вирусом и Fc1-рецептором или компонентом комплемента C1q и его рецептором (C1ADE) у макрофагов [22].

Четвертым механизмом АЗУ является снижение уровня экспрессии противовирусных генов через активацию определенных эффектов клеток-мишеней, таких как эндоцитоз [27]. Этот механизм был выявлен у вируса реки Росс. В ходе этого механизма вирусы полагаются на Fc-рецепторы, которые под действием АЗУ усиливают проникновение вируса, а контакт между вирусом и вирусным рецептором снижается. Данный процесс появляется при размножении вируса, приводя к подавлению противовирусных генов. Примером таких генов является фактор некроза опухоли (TNF). Вирус имеет возможность в данном случае иммунологически избежать [18]. Такой        же путь существует у лихорадки Денге.

Последним вариантом АЗУ является усиление слияния вирусов и клеток за счет изменения конформации вирусного белка путем его связывания с антителом. Это было обнаружено при ВИЧ-инфекции Салливаном и его коллегами. Моноклональные антитела распознают gp120 на наружной мембране ВИЧ и образуют конгломерат, состоящий из антитела и субъединицы вируса, образуя субнейтрализующей концентрации. Затем это организует структурные изменения в остаточных субъединицах и способствует слиянию вирусов и клеток-мишеней через мембрану путем активации вирусного гликопротеина. Специфическое антитело к gp120 также будет регулировать взаимодействие между gp120 и вирусным лигандом CCR5 [11].

После декабря 2019 г., весь мир погрузился в пандемию Новой коронавирусной инфекции COVID-19. Механизм развития и быстрого прогрессирования атипичной пневмонии оставался неясным до некоторого времени. Многими коллективами авторов было доказано наличие феномена АЗУ у больных с этой новой инфекцией [ 10, 23, 33]. В 2005 г.команда китайских ученых разработала первую вакцину против SARS, которая полностью блокировала и препятствовала развитию вирусемию SARS-CoV в модифицированном аттенуированном белке вируса оспы [17]. В 2019 г, когда началась эпидемия атипичной пневмонии в Китае, на введение первой вакцины в организме больного увеличивается синтез большого количества нейтрализующих антител (S-IgG). Эти антитела эффективно снижали вирусную нагрузку в верхних дыхательных путях, однако, они также усиливали и эффект повреждение легочной ткани. Была обнаружена положительная корреляция степенью повреждения легких и количеством антител в сыворотке крови [4].

Существует два основных типа макрофагов. Первый- активированный макрофаг (M1), он запускает синтез провосполительных факторов. Данный тип имеет все возможности для фагоцитоза. Второй тип- альтернативно активированный макрофаг (М2), который обладает противовоспалительными функциями, влияет на заживление ран. Антитело против спайка SARS-CoV изменяет функцию макрофагов М2 путем связывания с FcR. Затем эндоцитоз гликопротеина и иммунодепрессия в макрофагах ослабляются, в то время как обогащение цитокинами увеличивается. Макрофаги М1, которые должны восстанавливать патологические повреждения в легких, наоборот провоцируют и способствуют возникновению воспаления [16].

Существует мнение, что при некоторых инфекционных нозологиях сформированные антитела не приводят к выздоровлению, а наоборот приводят к прогрессированию инфекционного процесса. Примерами могут служить лихорадка Денге [27, 3], ВИЧ- инфекция [24],новая коронавирусная инфекция COVID-19 [30]. Этот процесс называется феноменом антителозависимого усиления инфекционного процесса.

Феномен АЗУ инфекционного процесса, довольно часто работает совместно с антигенным импринтингом. Иммунная система при появлении нового серотипа вируса начинает вырабатывать антитела, на предыдущий вариант антигена. Данные антитела не в силах справиться с новым вариантом вируса и образуется, так называемое “слепое пятно”, при котором выработанные антитела не могут повлиять на антиген, а быстрое производство новых антител невозможно, из-за наличия уже образованных. Эти перекрестные антитела могут образовывать феномен АЗУ инфекции [8]. Существует мнение, что АЗУ может усугублять соматические заболевания, например СД 1 типа, при котором подвергаются разрушению бета-клетки поджелудочной железы. Считается, что в патогенезе данной нозологии участвуют как внутренние (генетические факторы), так и внешние факторы.

Внешним фактором является вирус Коксаки типа В (CV-B), энтеровирус семейства Picornaviridae. Доминирующим антигеном этого вируса является структурный белок- антиген VP4 [2]. Он координирует попадание вируса в клетку, но антитела к VP4 не блокируют инфекцию, а зaпускaют мехaнизм ее aнтителозависимого усиления [14]. Повторное инфицирование вирусом Коксаки типа В в сочетании с AЗУ стимулируют активный синтез IFN-α, который способствует развитию аутоиммунных реакций в отношении β-клеток поджелудочной железы у пациентов, которые имеют предрасположенность к СД первого типа. В это же время моноциты распространяют вирус по клеткам поджелудочной железы [2, 14].

АЗУ может наблюдаться при вакцинации. Для его устранения необходимо в состав вакцины включать антигенный компонент без эпитопов, вызывающий синтез антител с перекрестной специфичностью. Данные антитела не блокируют синтез инфекции, но взаимодействуют с Fc- или С-рецепторами на поверхности моноцитов/макрофагов [29, 5]. Другим вариантом является развитие в организме антител к специфическому инфекционному процессу, но без полноценного Fc-участка антитела. Для этого необходимо использовать векторную вакцину или ДНК-вакцину [9].

Современной векторной вакциной является Спутник. В состав препарата входит рекомбинантный аденовирусный вектор на основе аденовируса человека 26 серотипа, несущий ген белка S - вируса SARS-CoV-2. .

В нашей стране большая часть населения была привита векторной вакциной Спутник. В некоторых других странах активно используют вакцины Pfizer и Moderna. Данные вакцины разработаны на базе генетической информации SARS-CoV-2 в форме мРНК. Она содержит код-спайк-белок. Код транспортируется в клутку при помозщи наночастиц. Данные частицы не наносят вред клетке и не несут опасность человеческому организму.

Через некоторое время иРНК исчезает. Она не влияет на структуру и работу человеческой ДНК. После разрушения мРНК дальнейшее производство антигена прекращается.

Главным плюсом мРНК-вакцин является быстрая реакция на изменчивость вируса. А также быстрое производство: за несколько недель производится большое количество доз [32].

Pfizer также является РНК-вакциной. Обе вакцины показали хороший результат [19]. На данный момент сложно сказать какой механизм действия вакцины является более успешным, но РНК-вакцины имеют ряд преимуществ.

Заключение

Делая выводы из всех вышеприведенных данных, можно заметить, что не все реакции нашей иммунной системы направлены на защиту организма. В своем порыве быстрее защитить, наш организм отвечает слишком бурно, что приводит к таким понятиям как феномен антитело-зависимого усиления инфекционного процесса и антигенного импринтинга. ADE – частый процесс, возникающий при инфекционных болезнях, вакцинопрофилактике и лечении иммуноглобулинами. Существующий лозунг вакцинопрофилактики «чем выше титр антител, тем сильнее иммунитет», не является истинным при вероятности развитияе антитело-зависимого усиления инфекции. Данный феномен должен заставить медицинское сообщество по-новому оценить подходы к иммунологической безопасности населения, которое имеет антитела к различным инфекциям.

About the authors

A. V. Demyanenko

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: a79831137252@mail.ru

студентка 633 группы 

Russian Federation, Omsk

L. V. Puzyreva

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of the Russian Federation

Email: a79831137252@mail.ru
Russian Federation, Omsk

References

Supplementary files