Лентивирусы

Лентивирусы (лат. Lentivirus, от лат. lentus — медленный) — это род вирусов семейства ретровирусов (Retroviridae), характеризующихся длительным инкубационным периодом и способностью вызывать хронические, медленно прогрессирующие заболевания. Отличительной особенностью лентивирусов является их способность инфицировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки, что связано с наличием у них сложной системы транспорта преинтеграционного комплекса в ядро клетки-хозяина. К лентивирусам относятся вирусы, вызывающие иммунодефицит у различных видов млекопитающих, в том числе вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и вирус иммунодефицита обезьян (ВИО).

История открытия

Первые лентивирусы были идентифицированы в начале XX века. В 1904 году французские исследователи Валле и Карре описали инфекционную анемию лошадей, вызванную вирусом, который впоследствии был классифицирован как лентивирус. Однако систематическое изучение этой группы началось лишь в середине XX века. В 1960-х годах были открыты вирусы висны и мэди у овец, вызывающие медленные прогрессирующие поражения нервной системы и лёгких. Термин «лентивирус» был предложен в 1980-х годах после открытия ВИЧ, когда стало ясно, что эти вирусы объединены общим механизмом патогенеза и длительным латентным периодом. В 1983 году группа французских учёных под руководством Люка Монтанье и Франсуазы Барре-Синусси выделила ВИЧ-1, что стало поворотным моментом в понимании биологии лентивирусов.

Классификация

Род Lentivirus входит в подсемейство Orthoretrovirinae семейства Retroviridae. Согласно Международному комитету по таксономии вирусов (ICTV), на 2024 год выделяют несколько видов лентивирусов, которые подразделяются на группы в зависимости от хозяина:

• Приматы: ВИЧ-1 (HIV-1), ВИЧ-2 (HIV-2), вирус иммунодефицита обезьян (SIV), вирус иммунодефицита шимпанзе (SIVcpz), вирус иммунодефицита макак-резусов (SIVmac).
• Кошачьи: вирус иммунодефицита кошек (FIV).
• Крупный рогатый скот: вирус иммунодефицита крупного рогатого скота (BIV).
• Лошади: вирус инфекционной анемии лошадей (EIAV).
• Овцы и козы: вирус висны-мэди (VMV), вирус артрита-энцефалита коз (CAEV).
• Грызуны: вирус иммунодефицита мышей (MIV) — выделен у некоторых видов мышей.

Строение и геном

Лентивирусы имеют сферическую форму диаметром около 80–120 нм. Вирион состоит из липидной оболочки, происходящей из мембраны клетки-хозяина, и внутреннего капсида. Геном лентивирусов представлен двумя идентичными молекулами одноцепочечной РНК положительной полярности, длиной около 9–10 тысяч нуклеотидов.

Геном лентивирусов, как и всех ретровирусов, содержит три основных гена: gag (кодирует структурные белки капсида, матрикса и нуклеокапсида), pol (кодирует ферменты — обратную транскриптазу, интегразу и протеазу) и env (кодирует белки оболочки — поверхностный gp120 и трансмембранный gp41). Однако в отличие от простых ретровирусов, лентивирусы имеют сложный геном, содержащий дополнительные регуляторные гены. У ВИЧ-1, например, это гены tat, rev, nef, vif, vpr и vpu. Эти гены обеспечивают тонкую регуляцию репликации, уклонение от иммунного ответа и транспорт вирусной РНК из ядра в цитоплазму.

Жизненный цикл

Жизненный цикл лентивирусов включает несколько этапов:

1. Прикрепление и проникновение: Вирус связывается с рецепторами на поверхности клетки-мишени (например, CD4 и корецепторами CCR5 или CXCR4 для ВИЧ). После слияния оболочки вируса с мембраной клетки капсид высвобождается в цитоплазму.
2. Обратная транскрипция: Внутри капсида вирусная РНК с помощью обратной транскриптазы преобразуется в двуцепочечную ДНК. Этот процесс происходит в цитоплазме.
3. Транспорт в ядро: В отличие от других ретровирусов, лентивирусы способны активно транспортировать преинтеграционный комплекс (ДНК с белками) в ядро неделящихся клеток, используя белки вируса (например, Vpr) и клеточные факторы. Это ключевое отличие, позволяющее им инфицировать макрофаги, дендритные клетки и другие неактивные клетки.
4. Интеграция: Вирусная ДНК встраивается в геном клетки-хозяина с помощью фермента интегразы. Интегрированная ДНК называется провирусом.
5. Транскрипция и трансляция: Провирус транскрибируется клеточной РНК-полимеразой, образуя вирусные мРНК и геномную РНК. Регуляторные белки Tat и Rev контролируют эффективность транскрипции и транспорт РНК из ядра.
6. Сборка и отпочковывание: Новые вирусные частицы собираются на клеточной мембране, захватывая её фрагмент. Отпочковывание происходит с участием клеточных белков ESCRT.

Патогенез и заболевания

Лентивирусы вызывают хронические, медленно прогрессирующие инфекции, которые часто заканчиваются летальным исходом. Основной механизм патогенеза — истощение иммунной системы, вызванное гибелью инфицированных клеток (особенно CD4+ Т-лимфоцитов) и нарушением их функций.

• ВИЧ-инфекция: ВИЧ-1 и ВИЧ-2 являются возбудителями синдрома приобретённого иммунодефицита (СПИД). Без лечения инфекция приводит к необратимому разрушению иммунной системы, делая организм уязвимым для оппортунистических инфекций и опухолей. ВИЧ-1 более распространён и патогенен, чем ВИЧ-2. ВИЧ-инфекция остаётся глобальной пандемией: по данным ВОЗ, на конец 2023 года в мире насчитывалось около 39 миллионов человек, живущих с ВИЧ.
• ВИЧ-2 распространён преимущественно в Западной Африке и характеризуется более медленным прогрессированием заболевания.
• Вирус иммунодефицита обезьян (SIV) вызывает у своих естественных хозяев (например, африканских зелёных мартышек) хроническую инфекцию без развития иммунодефицита, что связано с коэволюцией вируса и иммунной системы хозяина. Однако при передаче другим видам (например, макакам) SIV может вызывать СПИД-подобное заболевание.
• Вирус иммунодефицита кошек (FIV) вызывает у кошек синдром, сходный с ВИЧ-инфекцией у человека, включая иммунодефицит и повышенную восприимчивость к вторичным инфекциям. Распространён повсеместно.
• Вирус висны-мэди (VMV) у овец вызывает хроническое воспаление лёгких (мэди) и демиелинизирующее поражение центральной нервной системы (висна), приводящее к параличу.
• Вирус инфекционной анемии лошадей (EIAV) вызывает у лошадей периодические эпизоды лихорадки, анемии и отёков, однако у большинства животных инфекция переходит в латентную форму.

Применение в биотехнологии и генной терапии

Благодаря способности инфицировать неделящиеся клетки и интегрировать свой геном в хромосомную ДНК, лентивирусы стали важным инструментом в генной инженерии. На основе лентивирусов (чаще всего ВИЧ-1) создают лентивирусные векторы — искусственно модифицированные вирусные частицы, лишённые патогенных генов, но сохранившие способность доставлять чужеродный генетический материал в клетки.

Лентивирусные векторы используются для:

• Генной терапии: Доставка терапевтических генов в клетки пациентов с наследственными заболеваниями (например, тяжёлый комбинированный иммунодефицит, бета-талассемия, серповидно-клеточная анемия). В 2019 году в США и Европе был одобрен препарат Zynteglo для лечения бета-талассемии, основанный на лентивирусном векторе.
• Создания клеточных моделей: Введение генов в клетки для изучения их функций или моделирования заболеваний.
• CAR-T-терапии: Генетическая модификация Т-лимфоцитов для экспрессии химерных антигенных рецепторов (CAR), используемых в лечении некоторых видов рака.
• Создания трансгенных животных: Доставка генов в эмбрионы или стволовые клетки для получения животных с заданными свойствами.

Профилактика и лечение

Лечение ВИЧ-инфекции основано на антиретровирусной терапии (АРТ), которая подавляет репликацию вируса, но не элиминирует его из организма. АРТ позволяет перевести инфекцию в хроническую контролируемую форму, значительно увеличивая продолжительность и качество жизни пациентов. Профилактика включает использование презервативов, доконтактную и постконтактную профилактику (ДКП и ПКП), а также тестирование и лечение инфицированных. Вакцины против ВИЧ на 2024 год не существует, хотя ведутся активные исследования.

Для лечения инфекций, вызванных другими лентивирусами (например, FIV у кошек), также используются антиретровирусные препараты, хотя их эффективность может быть ниже.

Интересные факты

• Лентивирусы, такие как ВИЧ, обладают чрезвычайно высокой генетической изменчивостью, что затрудняет создание вакцины и приводит к быстрому развитию лекарственной устойчивости.
• В 2024 году был зарегистрирован второй в истории случай полного излечения от ВИЧ-инфекции (так называемый «пациент из Лондона»), достигнутый после трансплантации стволовых клеток от донора с мутацией CCR5-Δ32, устойчивой к ВИЧ.
• Некоторые лентивирусы, например, вирус инфекционной анемии лошадей, могут передаваться через кровососущих насекомых (слепней), что нехарактерно для большинства ретровирусов.
• Лентивирусные векторы, используемые в генной терапии, проходят строгий контроль, чтобы исключить риск реверсии к патогенной форме. В России такие исследования регулируются Федеральным законом «О биологической безопасности» и требуют разрешения Министерства здравоохранения.

Источники

1. Fields Virology, 7th Edition, Volume 1, Chapter 29: Lentiviruses. Wolters Kluwer, 2023.
2. Retroviruses. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997.
3. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Информационный бюллетень по ВИЧ/СПИДу, 2024.
4. International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). Virus Taxonomy: 2023 Release.
5. Naldini, L. et al. In vivo gene delivery and stable transduction of nondividing cells by a lentiviral vector. Science, 1996.
6. Государственный реестр лекарственных средств РФ. Инструкции по медицинскому применению антиретровирусных препаратов.