Текст книги "Вирусы: Скорее друзья, чем враги"

Вирусные онкогены, не содержащие вирусов, – парадокс?

Ретровирус может вызвать развитие рака даже при отсутствии онкогена. Интеграция ДНК провируса в клеточный геном чрезвычайно опасна для клетки. Где бы такая интеграция ни происходила, она происходит случайным образом и может обусловить «генотоксический» эффект, повреждая гены, ДНК. К числу наиболее значимых факторов развития рака относятся, в частности, нездоровый образ жизни и факторы среды, в том числе курение, алкоголь, действие ядовитых веществ, выхлопные газы, заражение, радиоактивность (хотя в настоящее время этот фактор считается менее опасным, чем ранее), дым из труб. Многие трубочисты умерли от рака яичек – так впервые были выявлены «средовые» канцерогены. Относительно недавно было установлено, что некоторые бактерии, населяющие желудок, являются потенциальными канцерогенами. Мы до сих пор не знаем всех факторов. Кроме того, пока неизвестна роль следующих факторов: время воздействия, дозозависимость и комбинация факторов.

Благодаря онкогенным вирусам мы поняли, как под действием онкогенов развивается рак. Как это ни парадоксально, но лучше всего исследованными ДНК-онкогенными вирусами являются вирусы животных, которые обычно у человека не вызывают развитие заболевания, – Simian virus 40 (SV40) и Polyoma virus (PY). Обычно эти вирусы не ассоциируются с раком у человека, и все же оба очень важны для понимания молекулярных механизмов злокачественных перерождений. Наш выбор объяснялся просто: у нас была качественная клеточная культура и животные системы. Кроме того, благодаря этим вирусам мы определили, что они вызывают развитие рака только в редких случаях в так называемых непермессивных клетках, где вирус не реплицируется, а скорее, интегрирует свои геномы в клетку-хозяина. В пермиссивных клетках вирусы реплицируются и оказывают лизирующее действие на клетки, высвобождая потомство – вирусные частицы, не индуцируя при этом развитие рака. Интеграция в непермессивные клетки опасна и может вызвать рак в клетках животных. Кроме того, интеграция является признаком онкогенности ретровирусов даже при отсутствии онкогена, и тогда медиаторами этого процесса являются «мощные» промоторы – LTR-последовательности, которые обычно обеспечивают экспрессию вируса, но могут добраться и до соседних генов и внести путаницу в их экспрессию. Сверхэкспрессия или дерегулирование генов может привести к некорректной дозировке или активации в несоответствующий момент времени. Это явление называется «вставочный мутагенез» или «даунстрим-стимулирование». Только недавно было установлено, что в нашем геноме находится большое количество вирусных промоторов – одиночных LTR-последовательностей, которые являются «остатками» после встраивания ретровирусов в наш геном, произошедшего примерно 100 млн лет назад! В нашем геноме содержится около 0,5 млн таких одиночных LTR-последовательностей – остальная часть вируса утеряна. Звучит немного угрожающе, и в настоящее время ученые задаются вопросом, сохранили ли эти последовательности способность вызывать рак. Наши клетки могут им противостоять и подавлять их активность, особенно на этапе эмбриогенеза, для защиты следующего поколения. Достаточно ли этого?

А сейчас подойдем к настоящему парадоксу: когда исследователи изучали раковые клетки человека, многие онкогены, известные ученым из исследований ретровирусных онкогенов (v-онк), были выявлены в раке человека, но без каких бы то ни было признаков онкогенных вирусов. Звучит странно, но этому есть простое объяснение: обычно опухолевые клетки растут быстрее нормальных независимо от стимула и от того, что инициирует такой рост, – химические канцерогены, сигаретный дым, генетические нарушения, нездоровый образ жизни, вирусные онкогены или вирусные промоторы. Таким образом, любой мутировавший клеточный ген может усилить клеточный рост, а это – признак рака. Но значение имеет результат, а не причина (не вирус!).

Вирусы и рак

Вирусы могут способствовать развитию рака, но они никогда не действуют в одиночку.

Выделяется шесть далеких друг от друга семейств вирусов, которые могут быть задействованы в развитии рака у человека. Примерно в 15–20 % случаев рака у человека вирусы являются «кофакторами» – слово, которое нужно подчеркнуть.

Эти вирусы включают редкий ретровирус, Т-лимфотропный вирус человека типа 1 (HTLV-1, имеющий дальнее родство с ВИЧ), вирус гепатита В (HBV, параретровирус) и вирус гепатита С (HCV, РНК вирус) – оба вызывают рак печени; два вируса папилломы человека (ВПЧ), которые индуцируют рак шейки матки и другие виды рака половых органов; герпесвирусы, в частности вирус Эпштейна – Барр (ЭБВ), который участвует в развитии двух видов опухолей – лимфомы Беркитта (ЛБ) в Африке и назофаренгеальной саркомы носа в Китае (ЭБВ также является возбудителем мононуклеоза, который не является раком); а также вирус саркомы Капоши (он еще называется вирусом герпеса человека 8, HHV-8).

ВИЧ не относится к канцерогенным вирусам, но в сочетании с другими вирусами и факторами опосредованно повышает риск развития рака. HTLV-1 – единственный известный ретровирус человека, вызывающий рак. Этот эндемический вирус из Японии может индуцировать скоротечное заболевание – Т-клеточный лейкоз взрослых (ТКЛВ), а в Африке – тропический спастический парапарез (TSP). Японский вирус передается с молоком матери, и его распространения можно без труда избежать, если вести среди кормящих женщин просветительскую работу и постараться убедить их отказаться от грудного вскармливания. У этого вируса есть один особенный ген Taх, который не относится к клеточным генам, как другие онкогены, хотя и ведет себя так же: это транскрипционный активатор, который активирует клеточные гены, что приводит к образованию «химической петли», состоящей из какого-либо фактора роста и его рецептора. Такая комбинация стимулирует клеточный рост. Считается, что Тах играет определенную роль в развитии опухоли яичек – доброкачественной опухоли у молодых мужчин, которая часто выявляется у призывников во время медицинского осмотра. Прочие вирусы лейкемии встречаются у животных, например у овец, коров и мышей. Были проведены широкомасштабные исследования гормонзависимого вируса опухоли молочной железы мышей, но его не выявили в опухоли молочной железы у человека. Работа по поиску доказательств его существования зашла настолько далеко, что Сол Шпигельман из Нью-Йорка опубликовал шкалы с делением, равным 10 минутам (вместо стандартного деления, равного 1 минуте), чтобы результаты его поисков казались более впечатляющими. Возможно, он надеялся, что этого никто не заметит. Но все заметили! Насколько нам известно, онкогенного вируса, вызывающего рак молочной железы у человека, не существует.

Ретровирусы могут вызывать заболевания у коз, овец и лошадей (вирус артрита-энцефалита коз и овец и вирус инфекционной анемии лошадей), но они, как правило, не носят летального характера. Эквивалентов таких «животных» вирусов не выявлено, как это ни удивительно.

К важным онкогенным вирусам человека относятся вирусы гепатита: HBV и HCV; оба эти вируса способны индуцировать рак. Геном HBV состоит из двуспиральной ДНК с некоторым количеством односпиральных участков, которые выглядят незаконченными; он реплицируется так же, как и ретровирусы, с участием обратной транскриптазы, в силу чего относится к параретровирусам. Основное различие между этими вирусами заключается в содержании вирусных частиц; геном ретровирусов состоит из РНК, а параретровирусов – из ДНК. Последующие циклы репликации очень схожи. Обычно ВГВ не интегрируется в геном клетки-хозяина. Если же вопреки всем правилам это случается, он становится генотоксичным и очень онкогенным. HBV сопровождается хроническим воспалением печени, которое иногда усиливается вследствие нездорового образа жизни и алкоголизма. В этом случае фактором, индуцирующим развитие рака, становится один из видов онкогенов, многофункциональный белок Х. Рак, индуцируемый HBV, – это гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК), чаще всего наблюдающаяся в определенных регионах мира вследствие действия прочих факторов, в частности афлатоксинов в Китае, источником которых являются грибы Aspergillus flavus, загрязняющие пищу. После Второй мировой войны мы соскребали плесень с мармелада и обрезали пораженные ею края хлеба. Но этого мало. Мы делали это из-за нехватки продуктов, чего не нужно повторять, поскольку, действуя таким образом, невозможно полностью удалить мицелий, представляющий опасность для здоровья, и заплесневелый кусок хлеба нужно выбрасывать. Против этих двух проблем – рака и вируса – первым эффективным средством стала вакцина от HBV. Более того, она стала первой рекомбинантной вакциной, полученной с использованием технологии рекомбинантной ДНК в дрожжах (части ДНК скомбинированы), которая не представляет опасности для реципиента. Столь впечатляющий успех был достигнут легендарным Морисом Хиллеманом из Merck, который, помимо этого, разработал около 10 других противовирусных вакцин. Он спас миллионы жизней, создав вакцину от вируса гепатита В, но не получил Нобелевскую премию. Вакцина от вируса гепатита В послужила моделью для разработки вакцины от ВИЧ, которую до сих пор не удается получить. ВИЧ отличается высокой вариабельностью, а HBV – нет.

«Кто из вас сделал прививку от HBV?» – спросила я у студентов-медиков, когда преподавала в Цюрихском университете. Из нескольких сот слушателей вакцинированными оказались всего несколько человек. Когда моя племянница поехала работать в английскую больницу, я положила ей в чемодан шприц для необходимой третьей вакцинации от HBV. В то время об этом никто не думал. В настоящее время гепатит В более не является приемлемым профессиональным заболеванием для медиков. Сегодня вакцинирование от HBV обязательно для всех медицинских работников. Эту прививку нужно делать любому человеку, а потом еще проводить тест, чтобы проверить иммунный ответ или сделать повторную инъекцию, особенно перед тем как отправиться в дальнее путешествие.

Затем идет вирус гепатита С (HCV) – относительно новое заболевание. Оно вызывается РНК-вирусом и может перейти в хроническую форму, что приводит к развитию гепатоцеллюлярного рака. Это заболевание исследовали продолжительное время как вирус «гепатита не А и не В». И наконец его идентифицировали, проведя исследование за счет федерального бюджета, которое затем прекратили по инициативе американской компании – это ужасная история, в результате которой исследования были надолго приостановлены. Не вполне понятен способ передачи инфекции. Многие люди не представляют себе, как можно заразиться гепатитом С, – через кровь, из-за уже использованных игл или даже при клинических процедурах. Примерно 40 лет назад использование зараженных игл привело к непреднамеренному инфицированию миллионов египтян, которым делали по три инъекции препарата против шистосомоза (также называемого бильгарциозом). Это паразитическая инфекция, которой можно заразиться даже во время купания в естественных водоемах, в частности в Ниле. Заболеваемость паразитическим заболеванием существенно снизилась, но вместо этого вследствие использования нестерильных игл произошло инфицирование HCV. В то время об этом заболевании еще не знали, и инфицирование происходило вследствие повторного использования зараженных игл. Несмотря на то, что в настоящее время известно об опасности повторного использования игл, все равно это зачастую происходит из соображений экономии. В настоящее время, когда отмечается повышение заболеваемости раком печени, египетские медики считаются высококлассными специалистами по пересадке печени. Подобное инфицирование зараженными иглами также отмечалось на территории бывшей Восточной Германии, когда 3000 женщин делали прививку от фактора резус-несовместимости, белка, характерного для эритроцитов. При такой генетической манипуляции у пары нет шансов на рождение второго ребенка – так произошло у Гёте с его женой. Никому не хочется, чтобы им напоминали о «загадке бернской футбольной команды», о событиях, произошедших в 1954 г., когда несколько членов команды заболели гепатитом, – в то время еще неизвестным HCV. Разобраться в этом явлении ученые смогли только через несколько десятилетий, когда показатель распространенности некоторых видов опухолей повысился. Причиной заражения игроков бернской команды стало использование зараженных игл для инъекций витаминов.

Пионерами исследований HCV являются Чарльз Райс из Института Рокфеллера (Нью-Йорк) и Ральф Бартеншлягер из Гейдельбергского университета, разработавшие упрощенный репликационный цикл HCV в «пробирке» за счет использования «репликона», укороченного вируса, позволяющего осуществлять поиск лекарств без повышенных требований к безопасности. Недавно были разработаны новые препараты, убивающие HCV в течение трех месяцев; при этом наблюдается полное выведение вируса из организма пациента – мечта, остающаяся недостижимой в отношении ВИЧ. Это серьезная история успеха, несмотря на то что терапия стоит €54 000. Она должна быть доступна всем инфицированным пациентам, но существуют определенные ограничения, когда в соответствии с медицинской страховкой оплата таких расходов распространяется только на пациентов на поздних стадиях заболевания. Много лет интерферон был единственной, но гораздо менее эффективной терапией. К счастью, в Египте пациенты получают препарат стоимостью $900 за цикл лечения. Но непонятно, почему в Египте до сих пор распространяется HCV. Этим вирусом инфицировано 15 % населения страны, что объясняется привычкой бриться в парикмахерских. Может быть, именно там люди заражаются? По данным врачей-ортопедов, специализирующихся на лечении заболеваний стоп, гигиена ног в Египте не слишком распространена (!), однако в западных странах тоже есть некоторые риски. Во всем мире HCV заражено 170 млн человек. В 2015 г. Райс и Бартеншлягер были удостоены медали Роберта Коха. Они заявили, что до сих пор сохраняется потребность в вакцине, которая позволила бы полностью уничтожить этот вирус. Возможно, его разработкой должны заниматься академические институты, поскольку фармкомпании в настоящее время вполне устраивают уже имеющиеся прибыльные препараты!

Вероятно, стоит упомянуть, что хроническое воспаление является одной из причин, вызывающих рак, даже при отсутствии других факторов. Мы установили, что у животных кусок металла, «установленный» под кожей, может привести к развитию рака. Аналогичным образом постоянное царапание десен зубными протезами может привести к развитию рака. Всем известно имя велосипедиста Лэнса Армстронга, заболевшего раком, – вполне возможно, причиной развития у него заболевания стало постоянное трение кожи о седло, поскольку он занимался велосипедным спортом много часов и много лет! Возникновение опухоли, вероятно, было вызвано постоянным трением.

Папилломавирусы принадлежат к группе, называемой «паповавирусы»: вирус папилломы, полиомы и вирус SV40. Они похожи на вирусы-прототипы, состоящие из структур в форме икосаэдра с двуспиральными ДНК. Папилломавирус человека (ПВЧ) привлек пристальное внимание ученых, когда в 2008 г. Харальд цур Хаузен из Гейдельберга получил Нобелевскую премию вместе с двумя исследователями ВИЧ – Франсуазой Барре-Синусси и Люком Монтанье. В настоящее время у матерей молодых девушек возникает вопрос: нужно ли делать их дочерям прививку от рак-специфических вирусов папилломы человека прежде, чем их дочери достигнут половой зрелости, поскольку вакцины против вирусов оказывают только профилактическое действие, несмотря даже на то, что вирус может вызвать рак шейки матки в течение жизни женщины спустя лишь несколько десятков лет; в ряде случаев он выявляется в виде генитальных папиллом, но рак развивается лишь в редких случаях. Прочие факторы, в частности соблюдение гигиенических требований, генитальные инфекции и даже курение, могут стать одной из причин развития рака. Только два из 178 известных вирусов папилломы человека вызывают рак, а именно ВПЧ-16 и ВПЧ-18. Кроме того, по мнению Харальда цур Хаузена, молодым мужчинам следует вакцинироваться. ВПЧ является одним из факторов развития рака полового члена, заднего прохода, рта и глотки. На долю этого вируса приходится 5 % всех опухолей в мире. Мы сих пор не знаем, насколько эффективны эти вакцины, поскольку для развития опухоли требуется несколько десятилетий, и только тогда мы увидим их защитный эффект. В настоящее время молодым мужчинам рекомендуется делать прививку (онкогенные варианты ВПЧ, а именно ВПЧ-16 и ВПЧ-18 экспрессируют два онкопротеина – E6 и Е7, ранние транскрипционные факторы, которые блокируют действие супрессоров опухоли (p53 и Rb) и действуют в качестве стимуляторов роста).

Паповавирусы, как правило, не интегрируются, но, если это происходит, они становятся генотоксичными и опасными. Вирусы палиомы (Py) могут представлять угрозу для здоровья пациентов со сниженным после трансплантаций иммунитетом (в частности, так называемые вирусы BK или JС, получившие свое название по имени пациентов, могут привести к развитию опухолей, в то время как SV40 обычно проявляет активность только в организме животных). Обычно такие вирусы не вызывают развития заболеваний – инфицирование происходит у 75 % людей, но только трансплантация печени и ассоциированная иммуносупрессия относятся к рискам активации этих вирусов. Интеграция вирусной ДНК в геном клеток наблюдается только в 1 % клеток, но эта фактически случайность все равно является одним из факторов развития рака. Обезьяний вирус SV40 однажды «загрязнил» вакцину от полиовируса, которую разработали много лет назад, используя клетки почек африканских зеленых мартышек. Серьезное беспокойство вызвал вопрос, могла бы эта вакцина в долгосрочной перспективе вызвать развитие рака. Этой вакциной вакцинировали миллионы русских в бывшем Восточном лагере. На протяжении нескольких десятилетий осуществлялся мониторинг возможности развития опухоли. Но катастрофы не произошло.

Производство полиовируса для вакцинации также рассматривалось как возможный источник SIV, обезьяньего вируса, родственного ВИЧ, потенциальным последствием которого может стать распространение ВИЧ. Но, согласно заключению специального комитета, это маловероятно.

Ежегодно в мире от рака умирает около 10 млн человек, и этот показатель растет, особенно в экономически неразвитых странах. Примерно в 15–20 % случаев его причиной становятся вирусы. Старомодная эпидемиология по-прежнему чрезвычайно информативна при выявлении новых вирусов как причины рака. Цур Хаузен занимается поиском новых вирусов-кандидатов (провоцирующих рак прямой кишки) в стейках, особенно в Аргентине, жители которой часто едят говядину. В этой стране стейки очень толстые и часто недостаточно прожарены, чтобы любые вирусы, находящиеся в мясе, оказались уничтожены. Другое эпидемиологическое исследование показало, что в Норвегии, где пьют мало молока в силу непереносимости норвежцами лактозы, показатель заболеваемости раком молочных желез низкий. Содержатся ли в молоке агенты, провоцирующие рак? Пока еще слишком рано об этом говорить. Обе эти возможности рассматриваются цур Хаузеном, который до этого не ошибся в отношении вируса папилломы человека (ВПЧ)!

С недавнего времени внимание исследователей привлекает рак, индуцированный микроорганизмами. Бактерия Helicobacter pylori может вызвать развитие рака желудка или расположенного выше участка ЖКТ – пищевода. Кроме того, бактерии Chlamydia trachomatis, передаваемые половым путем и реплицирующиеся внутри клетки, способствуют развитию рака, как следует из заключения Института инфекционной биологии Общества Макса Планка. Chlamydia trachomatis оказывает опасное генотоксическое действие, а также блокирует репарацию генов и предотвращает гибель клеток – все это свойства, стимулирующие развитие рака. Антибиотики тоже рассматриваются как опосредованные «промоутеры рака». Если пациенту, проходящему курс химиотерапии, показаны антибиотики, это может стать серьезным недостатком, ограничивающим эффективность химиотерапии, поскольку бактерии в ЖКТ необходимы для обеспечения эффективности противораковой терапии и не должны быть уничтожены антибиотиками. «Интересно, сколько пациентов я, возможно, погубил, не владея этой информацией?» – сказал недавно известный онколог.

Итак, один вирус вызывает один вид рака? Нет, это не так. Разные вирусы в сочетании с большим числом кофакторов могут вызвать много заболеваний – факт, который неоднократно вызывал недопонимание и замешательство. Герпесвирус Эпштейна – Барр (ЭБВ) характеризуется многочисленными проявлениями. Он вызывает лимфому Беркитта (ЛБ), сопровождающуюся воспалением лимфоузлов, часто наблюдаемую у африканских детей, и назофаренгеальный рак в Китае. Согласно описанию в учебниках, возбудителем рака является один какой-нибудь вирус и различные кофакторы. Безусловно, новые технологии секвенирования позволили определить генетические различия вируса в обоих случаях, а также при третьем заболевании – мононуклеозе (грандулярная лихорадка) или «болезни поцелуев», часто встречающейся у студентов американских колледжей. Заболевание не является раком, но его возбудитель – тот же вирус ЭБВ. В настоящее время путем секвенирования трех вирусных геномов были выявлены генетические варианты. Вирусы отличаются друг от друга. Различные кофакторы, равно как и белок Myc, обусловливают рост этих опухолевых клеток.

Еще один вирус герпеса человека – HHV-8, или вирус герпеса человека, ассоциированный с саркомой Капоши (KSHV). Когда ВИЧ только открыли, в Сан-Франциско KSHV считался одним из признаков ВИЧ, поскольку отмечалось инфицирование молодых мужчин, в то время как, по известным на тот момент данным, саркома Капоши развивалась чаще у пожилых мужчин. HHV-8 обусловливает развитие ангиогенеза (разрастание кровяных сосудов), поэтому были разработаны антиангиогенные препараты, в частности препараты для подавления активности васкулоэндотелиального фактора роста (VEGF). Эти препараты также могли бы способствовать лечению и других опухолей, поскольку новые кровеносные сосуды необходимы для обеспечения питательными веществами растущих опухолей. Существует препарат для лечения рака яичников, и он же показан при макулярной дегенерации сетчатки глаза, которая может привести к слепоте. Такая терапия стоимостью $100 000 весьма спорна и зачастую дает лишь временный эффект.

ВИЧ не вызывает рак, хотя рак у носителей ВИЧ часто оказывается следствием этого вируса на поздней стадии: ВИЧ проявляет свое канцерогенное действие в комбинации с другими вирусами: например, ВИЧ в сочетании с ЭБВ индуцирует развитие лимфомы, ВИЧ с KSHV – саркому Капоши, а ВИЧ с ВПЧ – рак шейки матки. На поздних стадиях ВИЧ-инфекции может наблюдаться комбинированное действие нескольких вирусов. В этом процессе важная роль отводится иммунной системе. Даже на фоне противоретровирусной терапии наблюдается ослабление иммунной системы, и такой терапии недостаточно для профилактики развития рака. Относится ли это и к иммунной системе у пожилых людей? Показатель заболеваемости раком с возрастом увеличивается. Какие способности с возрастом утрачиваются организмом? Почему показатель заболеваемости повышается с возрастом независимо от наличия или отсутствия ВИЧ-инфекции? Для того, чтобы получить больше информации по данному вопросу, был создан новый Институт исследования рака, которым руководит нобелевский лауреат Гарольд Вармус – один из ученых, открывших онкогенный белок Src.