По Daniel Douek
CCO HIV/AIDS Annual Update 2009

Введение

Наличие взаимосвязи между ВИЧ-1-инфекцией и желудочно-кишечным трактом (ЖКТ) было выявлено еще в 1984 году, когда ВИЧ-1 был определен как этиологический агент СПИДа [1]. Еще тогда Kotler с коллегами [2] наблюдали гистологические изменения в слизистой ЖКТ, мальабсорбцию и лимфоцитодеплецию у пациентов, инфицированных ВИЧ: «Гистологические изменения предполагают наличие специфического патологического процесса, имеющего место в lamina propria тонкого и толстого кишечника некоторых пациентов с данным синдромом.»

Поверхность слизистой оболочки ЖКТ является уникальным анатомо-физиологическим образованием, служащим основным структурным и иммунологическим барьером между организмом человека и микромиром окружающей его среды. Естественно, нарушение ее целостности ведет к развитию разнообразных негативных последствий. И хотя взаимосвязь ВИЧ-1- и ВИО-инфекции [вирус иммунодефицита обезьян, SIV] с патологией ЖКТ установлена довольно давно, действительное ее значение в процессе развития СПИДа становится очевидным лишь в настоящее время.

У ВИЧ-1-инфицированных людей и ВИО-инфицированных обезьян в значительной степени истощаются запасы CD4+ лимфоцитов ЖКТ [3,4]. Более того, и ВИЧ-1 и ВИО вызывают у своих жертв развитие энтеропатии и повышенной проницаемости стенок ЖКТ [4,5]. В результате больной становится крайне уязвим для оппортунистических инфекций. Активация иммунного ответа на ВИЧ-1 является мультикомпонентной и включает в себя поликлональную активацию В-клеток, увеличение скорости замены Т-лимфоцитов, повышение процента активных Т-клеток, рост концентрации сывороточных провоспалительных цитокинов и хемокинов [6].

Следует заметить: последние наблюдения показали, что системная активация иммунитета может являться и следствием транслокации микроорганизмов через поврежденный слизистый барьер ЖКТ [7-10].

Хотя часто ассоциированные со СПИДом заболевания, вызванные потерей иммуной защиты слизистых оболочек, манифестируют лишь через годы после проникновения ВИЧ-1 в организм, многие патологические изменения - как структурные, так и иммунологические - развиваются с самого момента инфицирования. Важно знать, что системная активация иммунитета является более точным предиктором прогрессии заболевания, чем уровень РНК ВИЧ-1 в плазме крови [11,12]. Эта активация играет роль двойного агента: призванная элиминировать патоген из организма, она поставляет вирусу новые CD4+ Т-лимфоциты, поддерживая тем самым его репликацию. При этом редставляется вероятным, что более детальное исследование связи повреждений ЖКТ и системной активации иммунитета может позволить создать новые терапевтические агенты, способные повысить эффективность антиретровирусной терапии.

Повреждение ЖКТ при ВИЧ

ЖКТ испытывает довольно серьезный удар в острой фазе ВИЧ-1-инфекции у людей и ВИО-инфекции у макак резус. Вирус уничтожает значительную часть CD4+ лимфоцитов ЖКТ в течение короткого периода времени; процесс гибели CD4+ лимфоцитов в ЖКТ с этого момента уже не прекращается [3,13,26]. А поскольку большая часть CD4+ лимфоцитов человека находится именно в ЖКТ, вирус подвергает опасному испытанию всю иммунную систему больного.

ВИЧ-1- и ВИО-инфекция ассоциированы и с иными отклонениями в ЖКТ. Исследование профиля экспрессии генов при биопсиях ЖКТ выявило снижение таковой среди генов, регулирующих клеточный цикл, метаболизм липидов, барьерную и пищеварительную функцию эпителия у ВИЧ-инфицированных [17]. Эти изменения могут иметь существенную роль в развитии мальабсорбции и снижении эффективносит антиретровирусной терапии.

ВИЧ-1 и ВИО ассоциированы с энтеропатией, могущей развиться в любой момент болезнетворного процесса. Свежие данные предполагают участие в индукции регенеративной энтеропатии при ранней ВИО-инфекции индуцированных вирусом механизмов апоптоза [18]. Данная энтеропатия включает в себя диарею, воспаление в органах ЖКТ, повышенную (до пятикратных значений по сравнению с нормой) проницаемость кишечника, мальабсорбцию желчных кислот и витамина В12. Гистологически энтеропатия определяется в виде воспалительных инфильтратов из лимфоцитов и повреждения эпителиального слоя ЖКТ, включающего атрофию и уплощение ворсинок, гиперплазию крипт. Важно, что эти изменения наблюдаются в отсутствие бактериальных, вирусных и грибковых патогенов ассоциируемых с развитием энтеропатии [19].

В крови ВИЧ-инфицированных пациентов повышаются концентрации продуктов микробного распада, включая липополисахариды (ЛПС) клеточных стенок [7]. Этот параметр также является индикатором нарушения барьерной функции различных слизистых оболочек, возможно, связанного со снижением при ВИЧ-инфекции концентрации недавно выявленного подтипа Т-клеток, Т-17. Лимфоциты Т-17 секретирующт интерлейкин-17, и считаются критическим элементом противогрибковой и антибактерильной барьерной функции слизистых оболочек. Кроме того, лимфоциты Т-17 играют важную роль в активации нейтрофилов, переключении классов иммуноглобулинов, поддержании жизнеспособности и пролиферации энтероцитов, продукции противомикробных дефенсинов. Недавние исследования показали существенное сокращение популяции лимфоцитов Т-17 при ВИЧ- и ВИО-инфекции, а также плохую ее регенерацию после проведения высокоактивной антиретровирусной терапии (ВААРТ) [20,21].

Последствия активации иммунной системы

Многокомпонентная активация иммунной системы, характерная для ВИЧ-1-инфекции, имеет целый ряд механизмов негативного на нее влияния. Во-первых, ускорение процессов замены CD4+ и CD8+ лимфоцитов повышает нагрузку на гомеостатические Т-клеточные механизмы с общим снижением длительности жизни Т-клеток. Кроме того, клональное истощение Т-клеток может привести к исчезновению пула Т-лимфоцитов памяти. Во-вторых, повреждение лимфоидной ткани вызывает развитие дисфункции тимуса (возможно, вследствие воздействия альфа-интерферона) [22,23] и фиброзу, опосредованному фактором роста бета [24-27]. Фиброзирование лимфатических узлов, в свою очередь, ассоциированно с нарушением работы эффекторных Т-лимфоцитов. В конце-концов, активация иммунной системы создает новые мишени и субстрат для репликации вируса. И хотя пролиферация Т-клеток подразумевает восстановление популяции CD4+ лимфоцитов памяти, что позволяет некоторое время поддерживать определенную степень иммунокомпетентности, в отсутствие лечения со временем вирусная нагрузка растет, а сам вирус проникает во все большее число новых CD4+ лимфоцитов, а также контактирующие с кровью места их хранения и уничтожает.

Развитие СПИДа

Учитывая объем повреждений, наносимых вирусом ВИЧ/ВИО иммунной системе и барьерам ЖКТ во время острой фазы инфицирования, медленной прогрессирование заболевания и отсутствие оппортунистических инфекций на протяжении лет может показаться контринтуитивным. Однако, современные исследования создали логическую цепочку, объясняющую данный феномен.

Первичное повреждение ВИЧ-1 ЖКТ вызывает микробную транслокацию через его стенки, приводящую к существенному увеличению концентраций ЛПС микробных клеток в сыворотке крови больного хронической ВИЧ-инфекцией [7-10]. Элевация ЛПС в свою очередь ассоциирована с ростом концетрации активированных CD8+ лимфоцитов и сывороточных белков: CD 14, ЛПС-связывающего, альфа-интерферона, провоспалительных цитокинов, а также снижением концентрации антител, направленных против ЛПС-антигенов.

Повреждения ЖКТ продолжаются и в хронической фазе заболевания. Okoye и коллеги [28] показали медленное, но стабильное снижение количества CD4+ лимфоцитов в хроническую фазу прогрессирующей ВИО-инфекции у макак резус. Степень истощения запасов CD4+ лимфоцитов В ЖКТ сильно коррелирует с вероятностью развития поздних симптомов СПИДа. Однако считается, что преимущественно уничтожаются не короткоживущие кишечные CD4+ лимфоциты, а их CD4+ предшественники из центрального пула.

Недавно была идентифицирована очень интересная группа ВИЧ-инфицированных пациентов, так называемых «elite controllers», в чьих организмах концентрация РНК ВИЧ-1 даже без назначения фармпрепаратов остается неопределимой. Однако, часть из них все же теряет CD4+ лимфоциты и переходит в фазу СПИДа - Hunt и коллеги [29] показали, что в этой последней подгруппе CD4+ и CD8+ лимфоциты экспрессируют повышенное число маркеров активации и что выраженность такой экспрессии кореллирует со скоростью потери лимфоцитов, кроме того концентрация ЛПС в плазме крови у них также коррелирует со степенью активации CD8+ T-лимфоцитов.

ВААРТ и ЖКТ

Разработанные на сегодняшний день режимы ВААРТ позволяют добиться снижения концентрации РНК ВИЧ-1 в плазме крови до неопределяемых концентраций, что приводит к существенному повышению числа CD4+ Т-лимфоцитов в периферической крови. Можно ожидать, что репликация вируса подавляется во всех частях организма, а восстановление популяции CD4+ лимфоцитов происходит во всех анатомических субъединицах. Исследования показали, что выраженность таких симптомов нарушения функции ЖКТ, как спастические боли в области живота, рвота, жидкий стул, существенно снижается уже через неделю после начала ВААРТ. Более того, в конце первой недели ВААРТ в ректальных тканях больных десятикратно снижается концентрация РНК ВИЧ-1; уменьшается число апоптозов, но число CD4+ лимфоцитов увеличивается незначительно [13,30]. Также показано, что восстановление популяции CD4+ лимфоцитов в стенке тонкого кишечника при ВААРТ происходит значительно медленнее и менее полно, нежели в периферической крови [13,24,31]. Более эффективно популяция CD4+ лимфоцитов ЖКТ восстанавливается при раннем назначении ВААРТ [13]; так, раннее начало ВААРТ может повысить число CD4+ лимфоцитов в два раза, а позднее - не оказать на него вообще никакого влияния. Следует помнить, что у ВИЧ-инфицированных пациентов число CD4+ лимфоцитов в ЖКТ уже никогда не будет таким же, как у здоровых.

Механизмы плохой регенерации популяции CD4+ лимфоцитов в ЖКТ не совсем понятны. Одной из возможных ее причин является локальное воспаление: местная иммунная активация приводит к развитию фиброза в периферических лимфатических узлах, а сама активация может быть причиной более высокой концентрации защищенных ВААРТ CD4+ лимфоцитов в периферической крови [27]. Недавние исследования показали, что в Пейеровых бляшках кишечника во время острой фазы инфекционного процесса развиваются фибротические изменения с отложением коллагена [24], что также препятствует восстановлению их нормальной функции и заселенности. Хотя ВААРТ снижает выраженность иммунной активации ЖКТ, перманентные поврежденния иммуной система могут уже просто не позволить ей функционировать на прежнем уровне.

Повреждение ЖКТ при отсутствии прогрессии болезни

Зараженные непатогенными штаммами ВИО обезьяны видов черный мангабей (sooty mangabey) и африканская зеленая мартышка (African green monkey) служат ценными моделями изучения повреждений ЖКТ при непрогрессирующей ВИЧ-инфекции. ВИЧ-инфекция у этих приматов не развивается в СПИД и, как правило, не вызывает микробной транслокации и иммунной активации даже в присутствии РНК ВИЧ-1 [32]. Кроме того, уровни ЛПС микробных стенок в крови инфицированных приматов этих видов остаются нормальными [7]. Это говорит о способности данных животных каким-то образов сохранять целостность слизистой ЖКТ несмотря на наличие ВИО-инфекции.

Однако недавние исследования показали, что даже у этих приматов в острой фазе ВИО-инфекции происходит потеря существенной части популяции CD4+ Т-лимфоцитов [33,34]. Также у малой части черных мангабеев мультитропический штамм ВИО вызывал персистентную генерализованную потерю CD4+ Т-лимфоцитов в отсутствие каких-либо признаков развития оппортунистических инфекций [35].

Эти данные наводят на мысль, что у природных хозяев генерализованная потеря CD4+ лимфоцитов крови и слизистых не играет существенной роли в развитии СПИДа, хотя африканские зеленые мартышки имеют изначально более низкий их уровень по сравнению с человеком и макакой резус, очевидно, у этого вида и иное процентное количество CCR5+ CD4+ клеток [36]. Несмотря на то, что фракция CD4+ лимфоцитов у черных мангабеев сравнима с таковой у человека, экспрессия CCR5 на CD4+ лимфоцитах ЖКТ у них крайне мала (3%-5%). Следовательно, хотя черные мангабеи теряют клетки-мишени ВИО, абсолютная потеря CD4+ лимфоцитов остается небольшой. В острой фазе ВИО-инфекции африканские зеленые мартышки теряют примерно 80% CD4+ клеток ЖКТ, но в масштабах их организма, в отличие от человеческого, это тоже цифра малая - лишь 4% всех CD4+ лимфоцитов.

Вторым отличием между природными хазяевами вируса и человеком является судьба Th17 клеток инфицированного организма. У природных хозяев клетки Th17 при инфицировании ВИО сохраняются [20]. Очевидно, потому у них и не нступает микробной транслокации, генерализованной активации иммунной системы и развития оппортунистических инфекций.И наконец, несмотря на то, что острая инфекция приводит к массивной активации иммунной системы [33,34,37,38], нечувствительные особи могут выключать ее даже при наличии высоких концентраций РНК ВИЧ-1 [38]. Похоже, что люди и макаки резус не могут этого сделать именно ввиду повреждения ЖКТ и связанной с ним микробной транслокации.

Заключение: практические выводы

Структурные и иммунологические изменения в ЖКТ при ВИЧ-1 инфекции быстрее всего развиваются в фазу острой инфекции и ведут к развитию энтеропатии и источщению пула CD4+ клеток. При этом оопортунистические инфекции не развиваются, пока концентрация CD4+ Т-лимфоцитов не опустится ниже 200 клеток/мм3, а число CD4+ клеток слизистых не станет неопределяемым.

Новые исследования показали, что повреждения ЖКТ приводят к микробной транслокации, ассоциированной с активацией иммунной системы и, опосредовано, развитию болезни. Однако до конца относительная важность вклада микробной транслокации и прочих активирующих факторов неясна.

ВИЧ-1-инфекция вполне заслуженно может считаться заболеванием ЖКТ, что, наверное, позволит разрабатывать новые направления ее терапии. Целью такой терапии может являться блокада или угнетение репликации вируса в слизистых ЖКТ и восстановление структурной и функциональной целостности эпителиального барьера кишечника, что разорвет порочный круг ВИЧ-1-инфекции.

Перспективными направлениями в свысле исследования можно считать вакцины, укрепляющие иммунитет слизистых оболочек, микробициды, пре- и постконтакнтую антиретровирусную терапию, противовоспалительные препараты, противомикробные средства, факторы роста, ускоряющие восстановление лимфоидных и слизистых структур.

Исследование непатогенной ВИО-инфекции позволяет гораздо глубже понять факторы, ответственные за прогрессивное течение таковой, вызванной ВИЧ-1.

Литература

1. Popovic M, Sarngadharan MG, Read E, Gallo RC. Detection, isolation, and continuous production of cytopathic retroviruses (HTLV-III) from patients with AIDS and pre-AIDS. Science. 1984;224:497-500.

2. Kotler DP, Gaetz HP, Lange M, Klein EB, Holt PR. Enteropathy associated with the acquired immunodeficiency syndrome. Ann Intern Med. 1984;101:421-428.

3. Brenchley JM, Schacker TW, Ruff LE, et al. CD4+ T cell depletion during all stages of HIV disease occurs predominantly in the gastrointestinal tract. J Exp Med. 2004;200:749-759.

4. Kewenig S, Schneider T, Hohloch K, et al. Rapid mucosal CD4(+) T-cell depletion and enteropathy in simian immunodeficiency virus-infected rhesus macaques. Gastroenterology. 1999;116:1115-1123.

5. Lima AA, Silva TM, Gifoni AM, et al. Mucosal injury and disruption of intestinal barrier function in HIV-infected individuals with and without diarrhea and cryptosporidiosis in northeast Brazil. Am J Gastroenterol. 1997;92:1861-1866.

6. Douek DC, Picker LJ, Koup RA. T cell dynamics in HIV-1 infection. Annu Rev Immunol. 2003;21:265-304.

7. Brenchley JM, Price DA, Schacker TW, et al. Microbial translocation is a cause of systemic immune activation in chronic HIV infection. Nat Med. 2006;12:1365-1371.

8. Ancuta P, Kamat A, Kunstman KJ, et al. Microbial translocation is associated with increased monocyte activation and dementia in AIDS patients. PLoS ONE. 2008;3:e2516.

9. Balagopal A, Philp FH, Astemborski J, et al. Human immunodeficiency virus-related microbial translocation and progression of hepatitis C. Gastroenterology. 2008;135:226-233.

10. Marchetti G, Bellistrì GM, Borghi E, et al. Microbial translocation is associated with sustained failure in CD4+ T-cell reconstitution in HIV-infected patients on long-term highly active antiretroviral therapy. AIDS. 2008;22:2035-2038.

11. Giorgi JV, Lyles RH, Matud JL, et al. Predictive value of immunologic and virologic markers after long or short duration of HIV-1 infection. J Acquir Immune Defic Syndr. 2002;29:346-355.

12. Rodríguez B, Sethi AK, Cheruvu VK, et al. Predictive value of plasma HIV RNA level on rate of CD4 T-cell decline in untreated HIV infection. JAMA. 2006;296:1498-1506.

13. Guadalupe M, Reay E, Sankaran S, et al. Severe CD4+ T-cell depletion in gut lymphoid tissue during primary human immunodeficiency virus type 1 infection and substantial delay in restoration following highly active antiretroviral therapy. J Virol. 2003;77:11708-11717.

14. Mehandru S, Poles MA, Tenner-Racz K, et al. Primary HIV-1 infection is associated with preferential depletion of CD4+ T lymphocytes from effector sites in the gastrointestinal tract. J Exp Med. 2004;200:761-770.

15. Li Q, Duan L, Estes JD, et al. Peak SIV replication in resting memory CD4+ T cells depletes gut lamina propria CD4+ T cells. Nature. 2005;434:1148-1152.

16. Mattapallil JJ, Douek DC, Hill B, Nishimura Y, Martin M, Roederer M. Massive infection and loss of memory CD4+ T cells in multiple tissues during acute SIV infection. Nature. 2005;434:1093-1097.

17. Sankaran S, George MD, Reay E, et al. Rapid onset of intestinal epithelial barrier dysfunction in primary human immunodeficiency virus infection is driven by an imbalance between immune response and mucosal repair and regeneration. J Virol. 2008;82:538-545.

18. Li Q, Estes JD, Duan L, et al. Simian immunodeficiency virus-induced intestinal cell apoptosis is the underlying mechanism of the regenerative enteropathy of early infection. J Infect Dis. 2008;197:420-429.

19. Heise C, Vogel P, Miller CJ, Halsted CH, Dandekar S. Simian immunodeficiency virus infection of the gastrointestinal tract of rhesus macaques. Functional, pathological, and morphological changes. Am J Pathol. 1993;142:1759-1771.

20. Brenchley JM, Paiardini M, Knox KS, et al. Differential Th17 CD4 T-cell depletion in pathogenic and nonpathogenic lentiviral infections. Blood. 2008;112:2826-2835.

21. Cecchinato V, Trindade CJ, Laurence A, et al. Altered balance between Th17 and Th1 cells at mucosal sites predicts AIDS progression in simian immunodeficiency virus-infected macaques. Mucosal Immunol. 2008;1:279-288.

22. Dion ML, Poulin JF, Bordi R, et al. HIV infection rapidly induces and maintains a substantial suppression of thymocyte proliferation. Immunity. 2004;21:757-768.

23. Douek DC, McFarland RD, Keiser PH, et al. Changes in thymic function with age and during the treatment of HIV infection. Nature. 1998;396:690-695.

24. Estes J, Baker JV, Brenchley JM, et al. Collagen deposition limits immune reconstitution in the gut. J Infect Dis. 2008;198:456-464.

25. Schacker TW, Nguyen PL, Beilman GJ, et al. Collagen deposition in HIV-1 infected lymphatic tissues and T cell homeostasis. J Clin Invest. 2002;110:1133-1139.

26. Schacker TW, Brenchley JM, Beilman GJ, et al. Lymphatic tissue fibrosis is associated with reduced numbers of naive CD4+ T cells in human immunodeficiency virus type 1 infection. Clin Vaccine Immunol. 2006;13:556-560.

27. Schacker TW, Reilly C, Beilman GJ, et al. Amount of lymphatic tissue fibrosis in HIV infection predicts magnitude of HAART-associated change in peripheral CD4 cell count. AIDS. 2005;19:2169-2171.

28. Okoye A, Meier-Schellersheim M, Brenchley JM, et al. Progressive CD4+ central memory T cell decline results in CD4+ effector memory insufficiency and overt disease in chronic SIV infection. J Exp Med. 2007;204:2171-2185.

29. Hunt PW, Brenchley J, Sinclair E, et al. Relationship between T cell activation and CD4+ T cell count in HIV-seropositive individuals with undetectable plasma HIV RNA levels in the absence of therapy. J Infect Dis. 2008;197:126-133.

30. Kotler DP, Shimada T, Snow G, et al. Effect of combination antiretroviral therapy upon rectal mucosal HIV RNA burden and mononuclear cell apoptosis. AIDS. 1998;12:597-604.

31. Mehandru S, Poles MS, Tenner-Racz K, et al. Lack of mucosal immune reconstitution during prolonged treatment of acute and early HIV-1 infection. PLoS Med. 2006;3:e484.

32. Silvestri G, Sodora DL, Koup RA, et al. Nonpathogenic SIV infection of sooty mangabeys is characterized by limited bystander immunopathology despite chronic high-level viremia. Immunity. 2003;18:441-452.

33. Gordon SN, Klatt NR, Bosinger SE, et al. Severe depletion of mucosal CD4+ T cells in AIDS-free simian immunodeficiency virus-infected sooty mangabeys. J Immunol. 2007;179:3026-3034.

34. Pandrea IV, Gautam R, Ribeiro RM, et al. Acute loss of intestinal CD4+ T cells is not predictive of simian immunodeficiency virus virulence. J Immunol. 2007;179:3035-3046.

35. Milush JM, Reeves JD, Gordon SN, et al. Virally induced CD4+ T cell depletion is not sufficient to induce AIDS in a natural host. J Immunol. 2007;179:3047-3056.

36. Pandrea I, Apetrei C, Gordon S, et al. Paucity of CD4+CCR5+ T cells is a typical feature of natural SIV hosts. Blood. 2007;109:1069-1076.

37. Cumont MC, Diop O, Vaslin B, et al. Early divergence in lymphoid tissue apoptosis between pathogenic and nonpathogenic simian immunodeficiency virus infections of nonhuman primates. J Virol. 2008;82:1175-1184.

38. Estes JD, Gordon SN, Zeng M, et al. Early resolution of acute immune activation and induction of PD-1 in SIV-infected sooty mangabeys distinguishes nonpathogenic from pathogenic infection in rhesus macaques. J Immunol. 2008;180:6798-6807.