Текст книги "Morbillivirus – вирус кори. Общая характеристика и диагностика инфекции. Учебно-методическое пособие"

Ольга Орлова, Оксана Рыбальченко, Елена Ермоленко
Morbillivirus – вирус кори. Общая характеристика и диагностика инфекции. Учебно-методическое пособие

Условные сокращения

ВИЧ – вирус иммунодефицита человека

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

РНК – рибонуклеиновая кислота

ТЦД – тканевая цитопатическая доза

ФГУП – Федеральное государственное унитарное предприятие

CDV – вирус собачьей чумы (Canine distemper virus)

DC-SIGN – мембран-ассоциированная молекула адгезии дендритных клеток (dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3 grabbing non-integrin)

HTLV1 – человеческий Т-клеточный лимфотропный вирус 1-го типа (human T-lymphotropic virus type 1)

MCP – мембранный кофакторный белок (membrane cofactor protein)

MeV – вирус кори (Measles virus)

NK-1 – рецептор нейротоксина-1

PPRV – вирус чумы мелких жвачных животных (Peste des petits ruminants virus)

RPV – вирус чумы крупного рогатого скота (Rinderpest virus)

SAP – SLAM-ассоциированный белок (SLAM-associated protein)

SCR – короткие повторяющиеся фрагменты (short consensus repeats)

SLAM – сигнальная молекула активации лимфоцитов (signaling-lymphocyte-activation molecule)

TCR – T-клеточный рецептор (T-cell receptor)

Введение

В настоящее время корь остается одной из основных причин смертности среди детей раннего возраста (Duke T. [et al.], 2003). По оценкам специалистов, за последние 150 лет во всем мире от кори погибло около 200 млн человек (Torrey E. F. [et al.], 2005).

Корь — вирусное, высококонтагиозное, антропонозное, инфекционное заболевание, сопровождающееся пятнисто-папулезной сыпью, лихорадкой, респираторными и желудочно-кишечными проявлениями. Развитие вирусной инфекции приводит к индукции тяжелой иммуносупрессии и часто к смертельному исходу в результате таких осложнений, как пневмония и энцефалит (Griffin D. E., 2007).

Английское название болезни «measles» происходит от латинского слова «misellus», что означает «жалкий, несчастный». Иногда это заболевание называют «rubeola» (от лат. rubeolus – красноватый) или «morbilli» (от лат. morbus – болезнь). Корь известна с VI века н. э. Первое описание кори принадлежит персидскому врачу Razi (или Abu Bakr Razi) (860 – 932) в труде «Об оспе и кори» (Harminder S. D. [et al.], 2008). В европейской литературе заболевание получило название «morbilli», в отличие от «ilmorbo» – чума (Агафонов А. П. [и др.], 2005).

В 1911 году J. F. Anderson и J. Goldberger доказали вирусную этиологию кори (Anderson J. F. [et al.], 1911). Выделить сам вирус удалось исследователям J. F. Enders и T. C. Peebles только в 1954 году от больного корью 11-летнего мальчика из США по имени David Edmonston (Enders J. F. [et al.], 1954).

Выделенный штамм вируса кори был назван «Edmonston» и в дальнейшем адаптирован к репродукции в амниотической полости куриных эмбрионов. Путем многократного пассирования вируса в 1963 г. была получена лицензированная живая аттенуированная Edmonston B вакцина (Griffin D. E., 2007), вызывающая стойкий иммунный ответ, но не стимулирующая иммуносупрессию.

Распространение вирусов кори

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) 2010 год был объявлен годом борьбы с корью и краснухой в Европе. Однако, несмотря на все усилия, по оценкам ВОЗ, в 2011 году от кори умерло 158 000 человек – почти 430 случаев в день, или 18 случаев в час. Большинство случаев заболевания зарегистрированы среди детей в странах с низким уровнем дохода, со слабыми системами здравоохранения (Корь, 2013).

Дети первого года жизни получают защитный врожденный иммунитет от вакцинированной или переболевшей корью матери, такой иммунитет сохраняется до 15 мес. жизни ребенка. До появления вакцины вирус кори чаще всего поражал детей в возрасте от 2 до 10 лет, в настоящее время – от 5 до 14 лет. Так, в России в первой половине 1990-х годов дети в возрасте до 14 лет составляли свыше 70 % общего числа больных корью, сейчас эта цифра не превышает 40 – 50 %. «Повзросление» заболевания, вероятно, связано с увеличением доли лиц с низким титром специфических антител к вирусу кори в этой возрастной группе (Агафонов А. П. [и др.], 2005).

Систематика семейства Paramyxoviridae

Возбудитель кори Morbillivirus принадлежит к порядку Mononegavirales, семейству Paramyxoviridae, роду Morbillivirus, включающему в себя: вирус кори Measles virus (MeV), вирус чумы крупного рогатого скота Rinderpest virus (RPV), вирус собачьей чумы Canine distemper virus (CDV), вирус чумы мелких жвачных животных Peste des petits ruminants virus (PPRV).

Строение вируса кори MeV

Представитель рода Morbillivirus, или MeV, – сложно организованный вирус, его диаметр составляет от 150 до 350 нм (рис. 1), это наиболее крупный РНК-содержащий вирус человека и животных. Белковый капсид вируса устроен по икосаэдрическому типу симметрии и содержит геном, представленный одной линейной отрицательной нитью рибонуклеиновой кислоты (РНК) – 1Н(–)РНК.

Геном вируса состоит из 15 894 пар оснований. Его молекулярная масса 5,2 % 10⁶– 5,6 % 10⁶ Да. РНК составляет от 0,5 до 3,0 % от сухой массы вириона и в чистом виде не обладает инфекционной активностью.

В геноме вируса закодирована информация о шести структурных белках: белок M (матричный белок), два гликопротеина (гемагглютинин НN и белок слияния F), два ассоциированных с РНК-полимеразой белка (фосфопротеин P и большой белок L) и нуклеокапсидный белок N, который инкапсулирует вирусную РНК (рис. 2).

Рис. 1. Схема строения Morbillivirus. Вирусная частица состоит из рибонуклеопротеинового комплекса: нуклеокапсид (геномная РНК и белок N) и вирусная РНК-полимераза (белки P и L); и оболочки, состоящей из белков M, F, H, встроенных в мембрану клетки-хозяина: 1 – белок слияния (F); 2 – гемагглютинин (HN); 3 – матричный белок (М); 4 – нуклеопротеин (N); 5 – полимераза (L); 6 – фосфопротеин (P)

Белок HN обладает функциями гемагглютинина и нейраминидазы и служит для прикрепления вируса MeV к специфическим рецепторам чувствительной клетки на первом этапе инфекции. HN имеет вариабельный участок и присутствует на поверхности вириона как тетрамер, состоящий из двух ковалентно связанных димеров (Hardwick J. M. [et al.], 1978; Plemper R. K. [et al.], 2000).

Рис. 2. Строение генома Morbillivirus (ViralZone. [S. a.])

Связывание рецептора на поверхности клеток и белка HN приводит к активации белка F, отвечающего за слияние мембраны вируса и клетки-мишени (Griffin D. E., 2007). Белок F синтезируется в виде белка-предшественника F₀, состоящего из белков F₁ иF₂. N-конец белка F₁, являясь гидрофобным, включает 10 – 15 нейтрально заряженных аминокислот и обусловливает слияние вирусной и клеточной мембран при проникновении вируса в клетку. При заражении ряда чувствительных клеток белок F Morbillivirus вызывает их слияние, инициируя образование гигантских многоядерных клеток (рис. 3). Подобный эффект является результатом типичного цитопатического действия вируса кори на клетки. При кори в фолликулах лимфатических узлов обнаруживают гигантские многоядерные клетки Уортина – Финкельдея. Подобные клетки, содержащие включения в ядрах и цитоплазме, были впервые выявлены в XX веке американским и немецким патологоанатомами A. S. Warthin и W. Finkeldey.

Характерный цитопатический эффект был выявлен на пятые сутки на этапе заражения во флаконе с пробой мононуклеаров периферической крови. Он выражался в образовании гигантских многоядерных клеток – симпластов, включающих до 100 ядер, с последующей деструкцией и формированием крупных полостей типа мыльных пузырей.

Рис. 3. Интактные клетки линии Vero-SLAM (а) и цитопатическое действие вируса AIK-HDC на клетки Vero-SLAM (б) (Haratian K. [et al.] 2007)

Белок М (см. рис. 2) (мембранный, или матриксный) играет важную роль в развитии вирусной инфекции (Cathomen T. [et al.], 1998) и регуляции транскрипции (Suryanarayana K. [et al.], 1994). Он встроен с внутренней стороны в липопротеиновую мембрану Morbillivirus. Белок М стабилизирует вирусную частицу и является медиатором ее сборки (Hirano A., 1992; Riedl P. М. [et al.], 2002).

Ген P кодирует дополнительные белки V и С. Считается, что они являются антагонистами интерферона (Palosaari Н. [et al.], 2003; Shaffer J. A. [et al.], 2003; Takeuchi K. [et al.], 2003; Yokota S.

[et al.], 2003).

Репродукция MeV

После проникновения вируса в цитоплазму клетки-мишени путем слияния с клеточной мембраной происходит его раздевание и высвобождение вирусной РНК. Далее следует репликация на первом этапе: с помощью РНК-зависимой РНК-полимеразы происходит транскрипция антисенс-цепи вирусной РНК в информационную иРНК; далее синтезируются дополнительные копии (+)РНК, служащие матрицами для синтеза геномных (–)РНК. Репликация геномных (–)РНК вируса осуществляется в цитоплазме.

Формирование нуклеокапсида происходит за счет специфического узнавания белками определенных участков на молекуле генома и белок-белкового узнавания, приводящего к самосборке структуры вириона. Нуклеокапсид подходит к тем участкам плазматической мембраны, на которых с наружной стороны уже встроены вирусные гликопротеины, а с внутренней стороны – белок М. Готовые вирусные частицы отпочковываются от клетки, захватывая часть ее мембраны.

Решающее значение в развитии инфекции, вызванной MeV, играет белок HN, являющийся ключевым фактором, определяющим развитие инфекционного цикла (Griffin D. E., 2007). В 1993 году при выявлении клеточных рецепторов для белка HN двумя независимыми группами исследователей показано, что рецептором для MеV является человеческий мембранный кофакторный белок (MCP) – CD46, ингибирующий рецептор системы комплемента, экспрессируется повсеместно во всех органах и тканях организма человека (Dörig R. E. [et al.], 1993; Naniche D. [et al.], 1993). В дальнейшем оказалось, что CD46 выполняет роль рецептора только для лабораторных адаптированных вакцинных штаммов MeV, а клинические штаммы эту молекулу в качестве рецептора не используют (рис. 4).

Рис. 4. Структура рецепторов Morbillivirus. Рецептор CD46. Короткие повторяющиеся фрагменты рецептора CD46 – SCR1 и SCR2 взаимодействуют с лабораторными штаммами вируса кори, в то время как SCR3 и SCR4 взаимодействуют с белками системы комплемента C3b и C4b (Sato H. [et al.], 2012)

В 2000 году выявили рецептор SLAM (signaling-lymphocyte-activation molecule), известный также как CD150, который является клеточным рецептором для вируса кори как дикого типа, так и вакцинных штаммов (рис. 5) (Tatsuo H. [et al.], 2000).

В норме человеческий рецептор SLAM экспрессируется на Ти В-лимфоцитах и моноцитах, на зрелых дендритных клетках, макрофагах и тромбоцитах (Sidorenko S. P. [et al.], 1993; Cocks B. G. [et al.], 1995; Aversa G. [et al.], 1997; Veillette A., 2006). Сродство белка HN к клеткам иммунной системы объясняет лимфотропизм и иммуносупрессивные свойства MeV (Yanagi Y. [et al.], 2006). В настоящее время принято считать, что MеV является лимфотропным вирусом, специфически ориентированным на заражение иммунных клеток, как в случае с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) и человеческим Т-клеточным лимфотропным вирусом 1-го типа (HTLV1) (Makoto Takeda [et al.], 2011).

Как известно, лимфотропные вирусы, такие как ВИЧ и HTLV1, никогда не распространяются аэрогенным путем, в то время как основным путем заражения MеV является именно аэрогенный. Таким образом, рецепторы SLAM не могут быть единственными для вируса кори. В 2011 году был открыт еще один рецептор для адгезии диких штаммов MeV – нектин-4 (nectin-4 или PVRL4 (poliovirus receptor-related 4)) (Mühlebach M. D. [et al.], 2011; Noyce R. S. [et al.], 2011). В состав внеклеточного домена нектина-4 входят три Ig-подобные петли: вариабельный участок (V) и два константных участка (C2). Показано, что в организме человека нектин-4 в основном образуется в плаценте и в меньшей степени в трахее, простате, легких и желудке (Reymond N. [et al.], 2001; Brancati F. [et al.], 2010). Кроме того, нектины-4 обнаружены в кератиноцитах, базальных слоях эпидермиса и в ороговевших структурах волос (Brancati F. [et al.], 2010). Некоторое количество нектинов-4 обнаруживают в эпителиальных клетках миндалин, слизистой оболочки полости рта, пищевода и носоглотки.

Рис. 5. Структура рецепторов Morbillivirus. Рецептор SLAM. Receptors and Tropism: Multiple Pathways for Infection. Внеклеточный участок рецептора SLAM состоит из вариабельного (V) и константного (C2) доменов. Рецепторы SLAM соединяются с такими же рецепторами на соседней клетке. Вирус кори присоединяется к вариабельному участку SLAM. В случае CD4 T-лимфоцитов, активация SLAM рецептора приводит к активации комплекса SLAM-ассоциированного белка (SAP) и T-клеточного рецептора (TCR), вследствие чего происходит стимуляция продукции T-хелперов 2 типа(Th2) и цитокинов, таких как итерлекин 4 (IL-4) и 13 (IL-13) (Veillette А., 2006; Sato H. [et al.], 2012)

Нектины играют ключевую роль в инициации формирования плотных контактов, регулируют различные физиологические функции эпителиальных клеток, такие как ингибирование клеточного движения и пролиферации, выживания, дифференциации и поляризации клетки (Takai Y. [et al.], 2008; Ogita H. [et al.], 2010) (рис. 6).

В настоящее время нет сомнений, что SLAM и нектин-4 являются основными рецепторами для MеV. Тем не менее есть данные, подтверждающие, что и другие рецепторы могут участвовать в развитии инфекции MеV в естественных условиях. Например, лектин типа С, в частности CD209 (или DC-SIGN – dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing non-integrin), действует как рецептор для распространения MеV (De Witte L. [et al.], 2006; 2008).

Однако до сих пор остаются неясными механизмы, лежащие в основе распространения MеV в центральной нервной системе при развитии постинфекционного энцефалита, энцефаломиелита и подострого склерозирующего панэнцефалита. Подобного рода осложнения встречаются в течение латентного периода с частотой 1 на 5000 – 100 000 зарегистрированных случаев острой кори (Takasu T. [et al.], 2003; Bellini W. J. [et al.], 2005). Возможным кандидатом на MеV-рецептор в центральной нервной системе является нектин-4 (Reymond N. [et al.], 2001; Brancati F. [et al.], 2010). Есть данные о том, что рецептор нейрокинина-1 (вещество Р) способствует транссинаптической передаче MеV, действуя в качестве рецептора для белка F (Makhortova N. R. [et al.], 2007). Рецептор нейрокинина-1 является членом суперсемейства рецепторов, ассоциированных с белком G, и носит название рецептор NK-1. Этот рецептор широко распространен в нервной системе млекопитающих (прежде всего, в головном мозге и спинальных ганглиях) и, кроме того, присутствует в кровеносной системе, в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке и мочеполовом тракте.

Рис. 6. Структура рецепторов Morbillivirus. Рецептор нектин-4. Вирус кори связывается с вариабельным участком (V) рецептора (Sato H. [et al.], 2012)

CD46 – трансмембранный гликопротеин с молекулярной массой 57 – 67 кДа. Он является рецептором клеточной поверхности, принадлежит к семейству регуляторов активации комплемента и экспрессируется во всех клетках человека. Наиболее важная функция CD46 – роль кофактора комплемента I сериновой протеазы, которая защищает аутологичные клетки от атаки белков системы комплемента с помощью протеолиза факторов C3b и C4b, прикрепляющихся к ткани (Liszewski M. K. [et al.], 1991). Кроме того, CD46 действует как костимулирующий фактор для T-лейкоцитов при дифференцировке CD4⁺-клеток в T-регуляторные клетки 1 типа (Marie J. C. [et al.], 2002). T-регуляторные клетки 1 типа подавляют иммунный ответ, секретируя интерлейкин-10, предотвращая аутоиммунную реакцию (Kemper C. [et al.], 2003). CD46 участвует также в процессе слияния сперматозоида и яйцеклетки (Riley-Vargas R. C. [et al.], 2004, 2005; Harris C. L. [et al.], 2006).

Патогенез кори

Корь – антропонозное заболевание, поэтому источником инфекции может быть только больной корью человек независимо от клинической формы заболевания. Высококонтагиозный вирус кори распространяется при катаральных явлениях (кашле и чихании) воздушно-капельным или аэрогенным путем. Возможно заражение при контакте с инфицированными выделениями из носоглотки или высохшими капельками слизи.

Известно, что основной путь заражения вирусом кори – аэрогенный. Клетками-мишенями для MеV являются альвеолярные макрофаги и дендритные клетки дыхательных путей, при этом проникновение вируса происходит опосредованно через рецепторы SLAM (De Witte L. [et al.], 2008; De Vries R. D. [et al.], 2010; Lemon K. [et al.], 2011). Зараженные MеV клетки мигрируют в лимфоидные органы и ткани, клетки которых в изобилии снабжены рецепторами SLAM (Corry D. [et al.], 1984; Lehmann C. [et al.], 2001). Именно там и происходит первичная репликация и накопление вирусов. В результате наблюдается развитие инфекции MеV во всех лимфоидных органах: селезенке, вилочковой железе, аппендиксе, миндалинах и лимфатических узлах по всему телу (Moench T. R. [et al.], 1988; Kobune F. [et al.], 1996; De Swart R. L. [et al.], 2007; De Vries R. D. [et al.], 2010). Затем инфицированные MеV лимфоциты и частицы вируса попадают в кровяное русло. Среди клеток крови основными мишенями MеV являются моноциты и лимфоциты (Esolen L. M. [et al.], 1993; Osunkoya B. O. [et al.], 1990), они же являются переносчиками вируса к различным органам по всему организму, что приводит к развитию виремии. Когда развитие инфекции лимфоидных органов достигает своего пика, начинаются клинические проявления инфекции на эпителии языка и слизистой оболочке ротовой полости, мерцательном эпителии трахеи (Nii S. [et al.], 1964; Olding-Stenkvist E. [et al.], 1976; Moench T. R. [et al.], 1988; De Swart R. L. [et al.], 2007).

Кроме того, MеV через рецепторы нектина-4 способен к заражению и репродукции во многих других органах, включая кожу, конъюнктиву, легкие, желудочно-кишечный тракт, печень, почки и слизистую оболочку половых органов (Hall W. C. [et al.], 1971; Kobune F. [et al.], 1996; McChesney M. B. [et al.], 1997; Sakaguchi M. [et al.], 1986).

Период появления клинических симптомов сопровождается иммуносупрессией организма и часто приводит к присоединению вторичной бактериальной инфекции. Развитие инфекции MеV в центральной нервной системе вызывает различные типы неврологических заболеваний: постинфекционный энцефалит, энцефаломиелит и подострый склерозирующий панэнцефалит (Griffin D. E., 2001; Rima B. K. [et al.], 2006). Несмотря на многочисленные исследования, многие аспекты патогенеза кори по-прежнему остаются невыясненными.

Устойчивость MeV к физико-химическим факторам

Парамиксовирусы относятся к наименее устойчивым вирусам. Они чувствительны к эфиру, детергентам, трипсину и фосфолипам. Вирусы легко разрушаются даже при слабом рассеянном свете, быстро инактивируются при низких значениях рН (2,0 – 4,0), при температуре 56 °C разрушаются в течение 30 мин. Однако в высохшей слизи от больного при температуре 12 – 15 °C вирусы могут сохраняться на протяжении нескольких дней. В замороженном виде при –70 °C вирусы длительно сохраняют инфекционную активность.

Особенности течения заболевания корью

Пик инфицирующей активности больного корью приходится на 4 сут до и первые 4 сут после появления кожных высыпаний.

ВОЗ предложено следующее стандартное описание кори: «…любой человек с температурой 38 °C и выше, пятнисто-папулезной (не везикулярной) сыпью и хотя бы одним из следующих симптомов: кашель, насморк, конъюнктивит (красные глаза)» может рассматриваться как больной корью (О реализации, 2003).

Инкубационный период при кори составляет 10 – 14 сут. При типичном течении кори различают три периода: катаральный, появление папулезных высыпаний и период пигментации. Первым признаком кори обычно является повышение температуры до 38 °C и выше, продолжающееся от 4 до 7 сут. На этой стадии могут появляться насморк, кашель, покраснение глаз и слезотечение. Через 1 – 2 сут на поверхности слизистой оболочки щек появляются мелкие белые пятна Бельского – Филатова – Коплика. Высыпания в ротовой полости были описаны в 1895 г. российскими педиатрами А. П. Бельским, Н. Ф. Филатовым и американским врачом Henry Koplik (Mason W. H., 2007) независимо друг от друга.

Через 2 – 3 сут от начала проявления клинических признаков наблюдается обильная сыпь папулезного характера с возвышением в центре, сначала за ушами и на волосистой части головы, затем на шее и лице. Диаметр пятен превышает 10 мм, они могут сливаться, образуя сложные фигуры с фестончатыми краями. Сыпи местами предшествует появление сливающейся в сплошные поля эритемы. Спустя 1 – 2 сут сыпь распространяется на кожные покровы тела и конечностей. Именно в это время наблюдается пик виремии, когда MеV в большом количестве содержатся в отделяемом из слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В этот период происходит репродукция MеV в клетках макрофагальной системы лимфатических узлов, миндалин, печени, селезенки.

Через 3 – 4 сут с момента появления элементы сыпи бледнеют, на их месте остаются буроватые пятна – пигментация, сохраняющаяся 7 – 10 дней. В дальнейшем на местах пигментации наблюдается шелушение.

После 3 сут от начала появления высыпаний количество выделяемого вируса резко уменьшается; к 5-м суткам вирус перестает обнаруживаться в крови.

Полная элиминация вируса кори из крови и других тканей происходит в течение 1 – 2 нед. с начала появления сыпи. В настоящее время известно, что образование типичной макулопапулезной сыпи при кори является эффекторной фазой вирус-специфического клеточного и гуморального иммунного ответа и начинающегося клиренса вируса кори из крови и других тканей.

Появление сыпи связано с инфильтрацией Т-лимфоцитов (CD4 и CD8) в местах активной репликации вируса (рис. 7). Количество вирус-специфических CD8 Т-лимфоцитов быстро нарастает, но и достаточно быстро снижается, в отличие от CD4 Т-лимфоцитов, количество которых долго сохраняется на высоком уровне. MеVспецифический иммуноглобулин М (IgM) обнаруживают в крови с момента появления сыпи и обычно используют для подтверждения диагноза корь. Кроме того, отмечают и устойчивое нарастание MеV-специфических иммуноглобулин G (IgG) (Makoto Takeda, 2008).

Отличительными особенностями кори у взрослых являются резко выраженная гипертермия и интоксикация при слабом катаральном синдроме. К атипичным формам кори относят тяжелые варианты клинического течения: гипертоксические, осложненные инфекционно-токсическим шоком; геморрагические, при которых отмечают множественные кровоизлияния в коже и слизистых оболочках различных органов. Перенесшие корь лица приобретают пожизненный постинфекционный иммунитет.

Рис. 7. Иммунный ответ при острой коревой инфекции (Redd S. C. [et al.], 1999)