Коронавирусы: от сезонных ОРВИ до «атипичной пневмонии» и COVID-19

История открытия коронавирусов

О коронавирусах впервые заговорили в начале 30-х годов ХХ века, когда A.F. Schalk и M.C. Hawn впервые выделили новый возбудитель, вызывавший бронхит у цыплят (Infectious bronchitis virus — IBV). В последующие годы были описаны коронавирусные инфекции у свиней, кошек, собак, грызунов, кур и индеек, а также у крупного рогатого скота [1, 2].

Однако первый штамм коронавируса, поражающий человека (Humаn cоrоnаvirus — НСоV), был изолирован от больного ОРЗ британскими вирусологами D.A. Tyrrell и M.L. Bynoe только в 1965 году. Свое открытие авторы опубликовали в Британском медицинском журнале в том же году. Двумя годами позже К. McIntosh в культуре клеток человеческой трахеи вновь обнаружил штаммы коронавируса [3, 4].

Классификация коронавирусов

На сегодняшний день таксономическая классификация коронавирусов, принятая в 1996 году на Х Международном вирусологическом конгрессе, выглядит следующим образом: отряд — Nidovirales (лат. nidos — гнездо); семейство — Coronaviridae; подсемейство — Coronavirinae; род — Alphaletovirus, Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus, Deltacoronavirus. Таксономическая основа коронавирусов сформирована на принципе экспрессии генома вирусов, которая включает в себя синтез 3»-котерминальных вложенных субгеномных Мрнк [5—7].

SARS, MERS и COVID-19: три вспышки

До 2002 года коронавирусы не доставляли особых хлопот человечеству — основные штаммы сезонных коронавирусов, такие как HCoV 229E, HCoVО С43, HCoV NL63, HCoV HKU1, по своей клинической картине соответствовали «стандартным» ОРЗ, протекающим в легкой или среднетяжелой форме. Доля сезонных коронавирусов в общей этиологической структуре острых респираторно-вирусных инфекций в общей популяции, по данным разных авторов, составляет в среднем 14,%, с колебаниями в отдельные годы от 2,4 до 28,6% [8—12].

В 2002 году в южнокитайской провинции Гуандун случилась вспышка острой респираторной инфекции, которую назвали «тяжелый острый респираторный синдром — ТОРС» (Severe acute respiratory syndrome — SARS) или «атипичная пневмония». Новое заболевание вызывало летальность в 11%, а возбудителем явился коронавирус из рода Betacoronavirus и подрода Sarbecovirus, который так и назвали — SARS-CoV. Эпидемия распространилась на 29 стран, всего было зарегистрировано 8098 случаев, погибли 774 человека [13—15].

Сентябрь 2012 года ознаменовался регистрацией на Ближнем Востоке случаев нового респираторно-вирусного заболевания, который назвали «ближневосточный респираторный синдром» — БВРС (Middle East respiratory syndrome — MERS). Возбудителем инфекции явился коронавирус из рода Betacoronavirus, подрод Merbecovirus. Природным резервуаром вируса стал верблюд, от которого и произошла передача человеку. Вирус MERS-CoV, в отличие от вируса «атипичной пневмонии», продолжает циркулировать в популяции. Так, по состоянию на конец 2019—начало 2020 гг., отмечено от 2484 до 2506 случаев заболевания, 34% пациентов из этого количества погибли [16].

В ноябре-декабре 2019 года в г. Ухань (Китай) была зарегистрирована вспышка острой респираторной инфекции, которая вызывалась новым, неизвестным ранее коронавирусом. Анализ генома нового возбудителя показал, что вирус относится к роду Betacoronavirus, подрода Sarbecovirus и является близкородственным к вирусу «атипичной пневмонии», в связи с чем ВОЗ ему было присвоено наименование SARS-CoV-2, а инфекцию, которую он вызывал, стали называть «COVID-19» (от слов COrona VIrus Disease 2019). Распространение вируса по планете приняло характер пандемии [17, 18].

Две группы коронавирусов

Таким образом, исходя из таксономического положения, морфологических и молекулярно-биологических свойств различных видов коронавирусов, следует выделить две коронавирусные группы, имеющих важное медицинское значение, а именно: I группа — особо опасные для человека коронавирусы — SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2 и II группа — сезонные или «традиционные» коронавирусы — HCoV 229E, HCoV NL63, HCoV HKU1, HCoV ОС43 и др. [19, 20].

Коронавирусы опасной группы — SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 относятся к зооантропонозным эпидемическим вирусам, поскольку их геномы на 75—95% схожи с геномами летучих мышей с незначительными расхождениями в структуре отдельных вспомогательных белков. Филогенетически эти вирусы формируют в составе рода Betacoronavirus два подрода — Merbecovirus и Sarbecovirus. Важно отметить, что у данных вирусов промежуточными хозяевами в природных резервуарах, помимо летучих мышей, являлись циветы (для SARS-CoV), верблюды (для MERS-CoV) и панголины (в случае с SARS-CoV-2). В процессе биологической эволюции этих вирусов в результате мутационных процессов и различных генетических рекомбинаций сформировались условия для определенного тропизма к человеческим клеткам и инфицирования людей [21].

Строение коронавирусов

Вирионы коронавирусов HCoV обладают сферической формой, в диаметре от 80 до 300 нм, внутри нуклеокапсида располагается одноцепочечная +РНК, а на наружной его поверхности расположена бислойная липидно-протеиновая суперкапсидная оболочка, внутри которой находятся от 4 до 5 структурных белков, защищающих вирусную РНК и формирующих внешний вид самих вирусов, а также участвующих в сборке новых вирусных частиц. У разных видов коронавирусов HCoV размер генома составляет от 26,4 тысяч до 31,7 тысяч пар нуклеотидов, у SARS-CoV — 27,9 тысяч пар нуклеотидов, у MERS-CoV и SARS-CoV-2 — 30,1 и 29,9 тысяч пар нуклеотидов соответственно. Основные гены кодируют структурные и неструктурные белки класса NSP, образующие репликативный комплекс, вспомогательные гены кодируют протеиновые рамки считывания класса ORF. Биологическая суть этих инструментов очень важна — о ней мы расскажем ниже [22, 23].

Общим биологическим механизмом для проникновения в клетку у данных коронавирусов является наличие так называемых пепломеров или специальных выростов на поверхности вирусного суперкапсида, представленных шиповидным S-гликопротеином (англ. spike — шип), который обладает выраженными антигенными свойствами. Кроме S-белка, коронавирусы имеют и другие антигены — поверхностный мембранный М-белок, оболочечный протеин Е. Нуклеокапсидный N-белок защищает вирусную РНК, сохраняет ее в устойчивом состоянии внутри нуклеокапсида. На конце S-белка расположен белковый рецептор-связывающий домен (RBD — receptor-binding domen), с помощью которого коронавирус проникает в клетку [24, 25].

Как коронавирусы проникают в клетку

Отличительной особенностью всех коронавирусов HCoV, участвующих в агрессии на человека, является их способность связывать рецептор ангиотензинпревращающего фермента 2 (рецептор слияния или АСЕ2), расположенного на наружной мембране клеток. Именно вирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 имеют положительную тропность к этому рецептору, который экспрессируется во многих системах и тканях человеческого организма — от легочной ткани и ЖКТ до выделительной, сердечно-сосудистой, эндокринной, нервной, репродуктивной и других систем. У коронавируса МERS-CoV основным рецептором слияния является фермент дипептидилпептидаза-4 (DPP4 или CD26). У сезонного коронавируса HCoV-229E рецептором слияния является белок CD13, который соответствует ферменту аминопептидазе N, а у сезонных коронавирусов HCoV-HKU1 и HCoV-OC43 рецептором слияния является 9-O-ацетилированная сиаловая кислота [26—28].

Последними исследованиями доказано, что коронавирус SARS-CoV-2, вызывающий инфекцию COVID-19, проникает в организм не только с помощью рецептора АСЕ2. Рецептор фермента тирозин-протеинкиназы (AXL), взаимодействуя с N-концевым доменом S-белка вируса SARS-CoV-2, также активно способствует проникновению вируса в клетку [29].

Ученые установили, что S-белок коронавируса SARS-CoV-2 распознает еще один рецептор — белок нейропилин-1 (NPR1), который способствует активному проникновению коронавируса в клетку. В ходе исследования были проанализированы факторы возникновения аносмии (потери обоняния) при COVID-19 — в клетках обонятельного эпителия у таких больных была обнаружена высокая экспрессия нейропилина-1 [30].

Коронавирусный S-белок может активно взаимодействовать с еще одним антигеном клетки-мишени — белком CD147, который является представителем иммуноглобулинов и индуктором экстраклеточных матричных металлопротеиназ, обеспечивающих перестройку межклеточного матрикса в тканях. Таким же сродством к рецептору CD147 обладает малярийный плазмодий — возбудитель малярии из класса простейших. Лекарственное блокирование CD147 помогает не заразиться малярией. Вот почему предлагается использовать при лечении COVID-19 противомалярийный препарат гидроксихлорохин, поскольку блокада CD147 противомалярийным препаратом не позволит коронавирусу SARS-CoV-2 прикрепляться к клетке мишени [31,32].

Коронавирусы и интерфероновая защита

Известно, что в процессе эволюции природа наградила нас уникальным механизмом противодействия вирусной агрессии — интерфероновой системой, являющейся первым, генетически-детерминированным фактором иммунного ответа, проявляющим свою активность буквально с первых минут и часов от начала инфекционного процесса. Исследованиями установлено, что повышение продукции интерферона I-го типа, в частности интерферона-α, наблюдается через 30—40 минут после вирусного внедрения в клетку. Интерфероновые белки, синтезируемые пораженной клеткой, препятствуют внутриклеточной репликации вирусов и с помощью сложной сигналлинговой системы дают команду другим, интактным от вируса клеткам запускать синтез собственного интерферона. Вирус SARS-CoV-2 высокочувствителен к действию интерферона. Американские и отечественные исследователи отметили повышенную чувствительность нового коронавируса SARS-CoV-2 к интерферону I-го типа, по сравнению с предыдущим штаммом коронавируса SARS-CoV, вызывающего «атипичную пневмонию». Доказано, что рекомбинантный интерферон-α2b полностью подавляет репродукцию вируса SARS-CoV-2 в культуре клеток Vero Cl008 при применении в концентрациях 102—106 МЕ/мл через два часа после инфицирования [33—35].

Однако еще в 2016 году было показано, что коронавирусы на начальном этапе заражения блокируют синтез эндогенного интерферона с помощью рамки считывания — белка ORF9b, о котором было сказано выше. Нарушения иммунного ответа белком, экспрессируемым с гена ORF3b нового коронавируса SARS-CoV-2 связаны в первую очередь с подавлением синтеза и дизрегуляцией интерферонов I-го типа, что способствует накоплению патогенных воспалительных моноцитов и макрофагов (так называемых IMMs), приводящих к повышению уровня провоспалительных цитокинов/хемокинов. Данный механизм в определенной степени объясняет проблему «цитокинового шторма», патогномоничного для тяжелых форм COVID-19 [36, 37].

C помощью неструктурного вирусного белка NSP1 коронавирус SARS-CoV-2 блокирует выход из ядра клетки транскриптов генов мРНК, содержащей информацию о первичной аминокислотной последовательности всех клеточных белков, в результате чего инфицированные клетки не могут выделять достаточное количество интерферонов [38].

Датские ученые установили, что альвеолярные макрофаги легочной ткани совершенно не продуцируют интерфероны в ответ на внедрение вируса SARS-CoV-2, хотя известно, что эти макрофаги дают стойкий интерфероновый ответ при других респираторных вирусах, таких как вирус гриппа А [39].

Научные исследования выявили зависимость между тяжестью клинического течения инфекции COVID-19 и продукцией интерферона. Так, у пациентов с легкой и средней степенью тяжести заболевания наблюдался высокий уровень интерферона-α в плазме крови. У них более активными были гены, кодирующие белки, ассоциированные с интерферонами-α и интерферонами-β. У тяжелых больных уровень интерферона был высоким, но крайне непродолжительное время. Кроме того, выявлялась высокая экспрессия генов, кодирующих воспалительный ответ, с увеличением продукции провоспалительных цитокинов. Активация интерферон-стимулированных генов (ISG) была резко снижена. Пациенты в критической ситуации демонстрировали низкий уровень интерферона-α (IFN-α), часто он вовсе отсутствовал, отмечалось сильное ингибирование регуляции ISG, высокая вирусемия и выраженный воспалительный ответ по типу «цитокинового шторма» [40].

Подтверждением этого тезиса служит работа исследователей из США. Авторы показали в эксперименте на культуре клеток эпителия дыхательных путей человека (pHAE), что коронавирус запускает интенсивный провоспалительный ответ, но стимуляции генов, ответственных за синтез интерферонов в клетке, не происходит, экспрессия генов интерферона не изменяется — коронавирус не вызывает интерфероновый ответ в клетках pHAE. Но при обработке клеток интерферонами I-го и III-го типов происходит ингибирование репликации вируса SARS-CoV-2 в этих клетках в среднем на 90%. Чувствительность коронавируса к интерферону оказалась высокой: применение экзогенного интерферона у незараженных клеток за 24 часа до заражения позволило снизить нагрузку вирусной РНК в этих клетках в три раза [41].

Курение и интерфероновый ответ

В исследовании ученых из США показано, что сигаретный дым вызывает деградацию рецепторов интерферона I-го типа и подавляет генную экспрессию интерферона II-го типа. Более того, курение увеличивает экспрессию рецептора АСЕ2 и других клеточных рецепторов, с которыми взаимодействует S-белок коронавирусов. По результатам проведенного исследования было показано, что после влияния сигаретного дыма на клетки, зараженные вирусом SARS-CoV-2, в последних снижалась экспрессия генов (IFIT1, IFIT2, IFIT3, IFI44L), активируемых интерферонами, а сам сигаретный конденсат вызывал деградацию субъединицы INFAR1 рецептора интерферона I-го типа и снижение сигнальных функций белка-интерферона. В результате сигаретный дым способствовал увеличению клеток, зараженных вирусом SARS-CoV-2 в 2—3 раза. При обработке культуры клеток экзогенным интерфероном степень инфицирования клеток снижалась [42].

Обоснование применения экзогенного интерферона

Известно, что в свободный от вирусной агрессии период концентрация в плазме крови сывороточного интерферона-α составляет около 2—8 ед/мл, депо интерферона в организме отсутствует, и его синтез активизируется в момент вирусной атаки: доказано, что при острой вирусной инфекции концентрация в плазме крови стремительно нарастает, достигая значений от 128 ед/мл и выше, при этом для достижения таких показателей у организма уходит от 15—17 часов до 2—3 суток. Однако в 1981 году S. Levin с соавторами впервые выявили врожденные и приобретенные нарушения в системе интерфероновой защиты, связанные с низким уровнем синтеза эндогенного интерферона: при тяжелых формах вирусных заболеваний интерфероновая система организма испытывает функциональную депрессию и интерфероновый дефицит. Согласно проведенным научным исследованиям, острые коронавирусные инфекции группы SARS-CoV могут приводить к транзиторной иммуносупрессии и истощению интерферонового пула в организме [43, 44].

В этой связи для создания оптимальной терапевтической концентрации интерферона в организме в профилактических и лечебных целях этиопатогенетически оправдано использование экзогенного интерферона, применяемого в виде лекарственных препаратов рекомбинантного интерферона-α2b в различных лекарственных формах — ректальных суппозиториев, геля, мази, раствора. Эффективность и безопасность таких препаратов в случае ОРВИ, гриппа, инфекции COVID-19 подтверждена научными исследованиями [45—49].

Материал носит информационный характер и не заменяет консультацию врача. При симптомах заболевания обратитесь к специалисту.