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.
Итак, известны следующие возбудители СПИД:
-вирус иммунодефицита человека(ВИЧ) - LAV/HTLV-3 (HIV, ВИЧ-1),
распространенный в основном в Америке, Европе, центральных,
восточных и южных районах Африки;
-родственные обезьяньим вирусы подгруппы западно-африканских
Т-лимфотропных ретровирусов (LAV-2, HIV-2, ВИЧ-2), выделенные
группой Л.Монтанье в 1986 г. От больных СПИД 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. Споры продолжаются. По мере накопления
материала возникли гипотезы происхождения ВИЧ, основные из
которых будут приведены ниже.
1. Вирус создан искусственно в конце 70-х годов текущего столетия
посредством методов генной инженерии на основе новых знаний
о влиянии различного рода излучений, иммунодепрессантов и
мононуклеарных 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 СПИД длительное время,
затем через о. Гаити попал в США и в последующем довольно
быстро распространялся на все континенты;
" ВИЧ - не африканского происхождения, а возник и до
нынешней пандемии, существовал в странах умеренного климата
(Северная Америка, Европа), в силу слабой патогенности вызывая
отдельные заболевания, практически не диагностируемые как
СПИД
3. Зоонозное происхождение вируса иммунодефицита человека,
что могло быть реализовано следующими путями:
" в начале 50-х годов нашего столетия конструирование
ВИЧ произошло при генетических рекомбинациях (видимо, случайных)
вируса лейкоза человека и животных (ретровируса типа С) с
вирусом опухоли молочной железы мышей (ретровирус типа В)
или с вирусом обезьяньего СПИД (ретровирус типа D);
" в древние времена мутанты вируса иммунодефицита зеленой
мартышки трансформировались и обрели нового хозяина - человека;
" по структуре генома и биологическим свойствам ВИЧ близок
к лентивирусу висна и вирусу инфекционной анемии лошадей,
отмечается выраженная общность их внутренних (сердцевинных)
белков.
Ряд авторов утверждают, что пробел в структуре и свойствах
между вирусами иммунодефицита обезьян и человека уже частично
заполнен сходными вирусами HTLV-4, ВИЧ-2, а также недавно
открытым шведским ученым вирусом SBL, 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 (в первую очередь онкогенные) часто и абсолютно
оправданно рассматриваются в неразрывной связи с мобильными
клеточными элементами генома эукариот. Примечательным является
факт удивительного структурного сходства провирусных нуклеотидных
последовательностей и перемещающихся элементов эукариотических
геномов.
В первую очередь обращает на себя внимание тот факт, что как
проретровирусы, так и мобильные генетические элементы ограничены
с обеих сторон регуляторными последовательностями - длинными
концевыми повторами (LTR).
Более того, LTR проретровирусов и подвижных генетических элементов
сами характеризуются сходством молекулярной организации. У
всех перечисленных полинуклеотидных 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, то есть указывает на общий механизм их интеграции с клеточным
геномом. Одной из общих характеристик процесса интеграции
в геном мобильных элементов (ретропозонов) 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 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 начиналась
с того, что два небольших мобильных элемента, переместившись
к краям гена ДНК-полимеразы, в дальнейшем в виде единого транспозона
мигрировали совместно с названным геном, причем последний
постепенно трансформировался в ген РНК-зависимой ДНК-полимеразы
(обратной транскриптазы), а фланкирующие последовательности
превратились в LTR. В дальнейшем подобный новообразованный
мобильный элемент в процессе транспозиции мог захватить и
включить в свой состав другие структурные гены, характерные
для ретровирусов (gag, env).
Одним из убедительных современных подтверждений Темина могут
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 функционировании
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 а культуре клеток. Более того, зона
LTR ВИЧ, которая связывает белки, распознающие ДНК, оказывается
гомологичной соответствующей зоне в составе генов синтеза
белков теплового шока. Это указывает на отчетливую взаимосвязь
экспрессии генетических элементов ретровируса (ретротранспозона?)
с клеточным стрессом. Если подобные явления имеют место in
vivo, то это позволило бы приблизиться к пониманию не только
самих внутриклеточных процессов, но и природы конкретных биохимических
медиаторов (типа белков теплового шока), способствующих увеличению
лабильности генома.
Среди факторов-индукторов клеточного стресса особая роль принадлежит
ультрафиолетовому излучению. Продемонстрирована интенсивная
наработка мРНК, гибридизующейся с ДНК гена белка теплового
шока hsp 70, под влиянием ультрафиолета in vivo.
Следовательно, УФ, индуцируя синтез белков теплового шока
в облученных клетках, должно было бы тем самым усиливать экспрессию
элементов генома ВИЧ. Действительно, в экспериментах установлен
факт более чем 150-кратного увеличения экспрессии ВИЧ-специфичных
LTR, интегрированных в геном клеток HeLa, после облучения
их УФ. Более того, степень ее интенсификации 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 для подтверждения данной гипотезы
был сделан вывод, что лимфоциты крови больных ВИЧ-инфекцией
характеризуются повышенной лабильностью генома, степень которого
возрастает по мере развития заболевания. Одним из ключевых
патобиохимических механизмов дестабилизации генома лимфоцитов
в этих условиях являются процессы свободнорадикального окисления.
Атака ДНК лимфоцитов свободными радикалами вызывает образование
однонитевых разрывов, что одновременно служит инициирующим
сигналом для репарации указанных повреждений.
УФ-эндонуклеаза, активируемая под влиянием УФ-миметического
действия активных форм 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
(в зависимости от сайтов их встраивания в репарирующую ДНК),
либо даже структурными их элементами. В пользу данного предположения
косвенным образом свидетельствуют результаты работы, согласно
которым тепловой шок и окислительный стресс существенно усиливают
транскрипцию ретротранспозонов у дрозофилы.
Последующая автономизация ретротранспозонов в лимфоидных клетках
(в том числе в процессе пассирования через организм реципиента
генетического материала лимфоцитов) посредством соответствующих
реаранжировок и сплайсинга, согласно представленной гипотезе,
приводит к постепенной трансформации ретротранспозонов в ВИЧ.
Несомненно, значение факта значительной 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 (по данным исследования методом
ДНК-зондов), а в сыворотке отсутствовали антитела к белкам
ВИЧ, было установлено, что после переливания донорской крови
(не имевшей никаких маркеров ВИЧ) и последующей процедуры
реинфузии аутокрови, облученной ультрафиолетом, в сроки от
1 до 3 месяцев в сыворотке этих пациентов появляются антитела
к белкам р17 и р24 ВИЧ. Результаты обнаружения провирусных
последовательностей с помощью ДНК-зондов в лимфоцитах обследованных
к настоящему моменту оцениваются как неопределенные.
Безусловно, эти данные еще трудно трактовать как однозначные,
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.