Грипп этиология, патогенез, клинические симптомы, диагностика, лечение

Простуда, обострение астмы, бронхиолит, пневмония

Примечание. * — Килобаза, кб (kilobase, kb) — единица измерения, используемая для выражения длины нуклеиновых кислот. 1 кб = 1000 нуклеотидов в РНК и одноцепочечной ДНК или пар нуклеотидов (п.н.) в двуцепочечной ДНК.

Циркуляция респираторных вирусов в период пандемии COVID-19

В конце 2019 г. в Китае появился новый коронавирус (SARS-CoV-2), который затем распространился по всему миру. Это привело к пандемии COVID-19, которая продолжается до сих пор. Введение строгих мер общественного здравоохранения для предотвращения передачи SARS-CoV-2 (например, удаленная работа, закрытие школ, ограничение общественных собраний, усиление мер гигиены, ношение масок и т.д.) сразу резко снизило циркуляцию сезонных респираторных вирусов.

Так, в Парме (Северная Италия) в эпидемическом сезоне 2019—2020 гг. до февраля 2020 г. гриппоподобное заболевание вызывал преимущественно респираторно-синцитиальный вирус (HRSV). Затем выделение от больных этого вируса резко сократилось, и с конца февраля у больных тестировали только SARS-CoV-2. Смешанные инфекции фиксировались крайне редко и только у детей младше 1 года. В Ломбардии (Северная Италия) наблюдалась сходная ситуация [6]. Вирусы гриппа и HRSV циркулировали до конца февраля (9-й недели 2020 г.), когда внезапно прекратилось выделение этих вирусов на 7 нед раньше по сравнению с предыдущими 5 сезонами гриппа. С 10-й недели 2020 г. SARS-CoV-2 оставался единственным респираторным вирусом, идентифицированным у больных до конца года [7]. Подобная картина наблюдалась в Юго-Восточной Азии [8].

Интересные данные получила группа канадских ученых. Они проанализировали данные Канадской системы наблюдения за обнаружением респираторных вирусов, начиная с 30.08.14 и по 13.02.21. Было показано, что во время пандемии резко снизилась циркуляция вирусов гриппа A и B, респираторно-синцитиальных вирусов, парамиксовирусов, сезонных коронавирусов, метапневмовирусов, аденовирусов. Но в то же время продолжалась циркуляция энтеровирусов/риновирусов с региональными различиями в интенсивности эпидемии [9].

Европейское отделение ВОЗ в период с 40-й недели 2020 г. по 8-ю неделю 2021 г. получило данные из 37 стран и территорий, где было протестировано более 25 тыс. образцов из дозорных источников, среди которых только 33 образца оказались положительными в отношении вируса гриппа. Из недозорных источников тестировано более 400 тыс. образцов, из которых 679 образцов дали положительный результат на наличие вируса гриппа. Большинство положительных образцов — 488 (72%) собраны в Великобритании [10]. Эксперты Европейского отделения ВОЗ полагают, что к столь резкому сокращению циркуляции вирусов гриппа привели беспрецедентные противоэпидемические мероприятия, введенные в европейских странах после начала пандемии COVID-19.В таком случае непонятно, почему противоэпидемические мероприятия слабо отразились на циркуляции энтеровирусов/риновирусов. По-видимому, это связано с биологией патогенов.

Энтеровирусы

Род Enterovirus является одним из 35 родов семейства Picornaviridae и включает 13 видов, в 7 из которых вошли патогены человека: EnterovirusA—D (более 100 типов) и Rhinovirus A—C (более 160 типов) [11].

Энтеровирусы распространяются фекально-оральным или аэрозольным путем, инфицируя в последнем случае дыхательные пути. Из своих основных мест репликации в желудочно-кишечном или дыхательном тракте они могут распространяться и инфицировать другие ткани и органы, включая центральную нервную систему. Большинство людей, инфицированных респираторными энтеровирусами, не болеют или болеют только в легкой форме в виде обычной простуды. Симптомы болезни могут включать жар, насморк, чихание, кашель, кожную сыпь, волдыри во рту, а также боли в теле и мышцах. Но иногда болезнь протекает в тяжелой форме, вплоть до неврологических поражений (энцефалита, вирусного менингита и периферического паралича)[12]. Двумя наиболее распространенными типами респираторных энтеровирусов являются энтеровирус D68 (EV-D68) и энтеровирус A71 (EV-A71).

За исключением двух вакцин на основе инактивированного энтеровируса EV-A71, которые недавно были лицензированы в Китае, в настоящее время не существует эффективных мер для предотвращения или лечения респираторных энтеровирусных инфекций [13].

Риновирусы

Для проникновения в клетку вирус связывается с рецепторами на поверхности клетки-мишени и попадает внутрь путем эндоцитоза или макропиноцитоза. Снижение pH в эндосоме приводит к «раздеванию» вируса и высвобождению его генома в цитозоль. Плюс-цепь РНК используется для производства вирусных белков, а также в качестве матрицы для получения антигенома, с которого идет синтез геномной РНК новых вирусных частиц. Новые вирионы образуются на внутриклеточных участках двухслойной мембраны и высвобождаются из клетки в результате лизиса [16].

Риновирусная инфекция передается в основном при прямом контакте или через зараженные предметы (фомиты). Риновирусы вызывают литическую инфекцию эпителиальных клеток, выстилающих дыхательные пути, с повышенной инфекцией верхних дыхательных путей по сравнению с нижними. Считается, что эта сегрегация происходит из-за того, что вирус имеет лучшую кинетику репликации при 34 °C по сравнению с 37 °C. Риновирусы являются этиологическим агентом в половине или 2 /₃ обычных простуд [17]. Дети могут быть инфицированы от 8 до 12 раз в год, взрослые — 2—3 раза в год, причем пики инфицирования наблюдаются в течение всего года [18]. Несмотря на то что обычно заболевание протекает легко, риновирусная инфекция связана с бронхиолитом у младенцев, пневмонией при иммуносупрессии и обострениями уже существующих легочных заболеваний, таких как астма или хроническая обструктивная болезнь легких [19].

В настоящее время нет одобренных противовирусных средств для профилактики и лечения риновирусной инфекции. Лечение этой инфекции остается в основном поддерживающим, включая препараты, предназначенные для облегчения симптомов заболевания.

Вирусы парагриппа

Вирусы парагриппа человека (HPIV) (см. рисунок, f, см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_03_04_add.zip) были впервые описаны в 1950-х гг. [20]. В настоящее время они входят в семейство Paramyxoviridae, род Respirovirus. Основываясь на генетическом и антигенном разнообразии, HPIV делят на 4 типа: HPIV-1, -2, -3 и -4, при этом HPIV-4 имеет подтипы a и b. Эти типы далее подразделяются на респировирусы (respiroviruses) — HPIV-1 и HPIV-3 — и рубулавирусы (rubulaviruses) — HPIV-2 и HPIV-4 [21].

Геном вирусов парагриппа кодирует 8 белков [22]. Три поверхностных белка — белок слияния F, белок прикрепления гемагглютинин-нейраминидаза (HN) и небольшой гидрофобный белок (SH). Под двуслойной липидной оболочкой, доставшейся вирусу от зараженной клетки, находится оболочка из вирусного матриксного белка M, которая окружает нуклеокапсид. В нуклеокапсид входят РНК, «обернутая» в белок N, образуя рибонуклеопротеид (РНП), фосфопротеин P, белок V — супрессор врожденной иммунной системы — и РНК-зависимая РНК-полимераза. N-белок защищает геном и предотвращает деградацию РНК нуклеазами, РНП служит матрицей для полимеразного комплекса во время геномной репликации и транскрипции. Жизненный цикл вируса сходен с инфекционным циклом респираторно-синцитиального вируса, описанного ниже [23].

Вирусы парагриппа могут инфицировать людей любой возрастной группы, вызывая обычно неосложненную простуду у взрослых, но часто являются причиной госпитализаций детей, составляя почти треть всех инфекций нижних дыхательных путей у детей в возрасте до 5 лет. HPIV-1 является наиболее частой причиной (более чем в 50% случаев) тяжелого крупа (ларинготрахеобронхита), а HPIV-3 — бронхиолита и пневмонии, уступая только респираторно-синцитиальным вирусам, как причина пневмонии и бронхиолита у детей раннего возраста [24].

Против вирусов парагриппа нет вакцин и лицензированных методов лечения, парацетамол или ибупрофен используют для улучшения состояния пациентов.

Пневмовирусы

Парамиксовирусы и пневмовирусы до недавнего времени входили в одно семейство Paramyxoviridae. Однако в 2016 г. Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV) рекомендовал выделить эти вирусы в отдельные семейства (Paramyxoviridae и Pneumoviridae) [25]. В семейство Pneumoviridae вошли два рода Metapneumovirus и Orthopneumovirus.

Респираторно-синцитиальные вирусы (РСВ, HRSV). В 2016 г. ICTV дал новое латинское название вирусам — Human Orthopneumovirus и отнес их к роду Orthopneumovirus в семействе Pneumoviridae [26]. HRSV— наиболее часто встречающиеся вирусные патогены при острой инфекции нижних дыхательных путей у младенцев, они широко распространены во всем мире [27]. Впервые вирус был выделен в 1956 г. Он получил свое название из-за синцитий, наблюдаемых при электронной микроскопии, синцитии образуются в результате слияния инфицированных клеток-хозяев с соседними, что приводит к образованию многоядерных увеличенных клеток.

Жизненный цикл вируса начинается с прикрепления вириона к рецепторам на клеточной поверхности. Было показано, что сурфактантный белок A, аннексин II и CX3CR1 связывают G-белок, и предполагается, что они являются клеточными рецепторами для HRSV[29]. В отличие от вируса гриппа слияние вирусной и клеточной мембран не зависит от изменения pH. Обычно слияние мембран происходит на поверхности клетки, но также может происходить внутри эндосом. После высвобождения РНК в цитозоль синтезируется вирусная +РНК для продукции белков и репликации генома. Синтез вирусных белков идет как на свободных рибосомах (внутренние белки), так и на рибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом (поверхностные белки). Гликопротеины переносятся к плазматической мембране, где с ними связываются вирусные структурные белки и геномная РНК, после чего новые вирионы отпочковываются от зараженной клетки.

На сегодняшний день рибавирин является единственным противовирусным средством, которое лицензировано для лечения инфекции HRSV [30]. Вместе с тем анализ результатов клинических испытаний не обнаружил достаточных доказательств эффективности рибавирина при лечении HRSV-инфекции у детей первого года жизни. Кроме того, рибавирин — токсичный препарат, поэтому показаниями для его ингаляционного введения являются тяжелые формы лабораторно подтвержденной HRSV-инфекции у детей раннего возраста и больных с врожденными пороками сердца [31].

В настоящее время доступен только один продукт для профилактики HRSV-инфекции — паливизумаб. Этот препарат представляет собой смесь моноклональных антител, которые, как было показано, снижают количество госпитализаций из-за HRSV-инфекции у младенцев из группы высокого риска до 80% [32]. Однако он очень дорогой и поэтому предназначен только для младенцев из группы высокого риска. На текущий момент несколько вакцин-кандидатов находятся в разработке, но ни одна из них еще не получила лицензию [33].

Метапневмовирусы. Метапневмовирус человека (см. рисунок, g, там же) впервые обнаружен в 2001 г. в образцах, взятых у детей с острым заболеванием нижних дыхательных путей [34]. Симптомы, обычно связанные с метапневмовирусами (HMPV), включают кашель, лихорадку, заложенность носа и одышку, но могут прогрессировать до бронхита или пневмонии и аналогичны другим инфекциям верхних и нижних дыхательных путей. Инкубационный период составляет от 3 до 6 дней, а средняя продолжительность заболевания может варьировать в зависимости от степени тяжести, но аналогична другим ОРВИ. Вирус может вызывать заболевание у людей всех возрастов, но особенно опасен для маленьких детей, пожилых людей и людей с ослабленной иммунной системой [35].

Строение геномов HMPV и HRSV сходны, однако метапневмовирус человека несет несколько генов, отличных от генов респираторно-синцитиального вируса, кроме того, HMPV лишен неструктурных белков NS1 и NS2 [36]. Эффекты белков метапневмовируса на иммунную систему хозяина полностью не охарактеризованы. Тем не менее G-белок, один из двух белков, ответственных за проникновение вируса в клетку-мишень, хорошо изучен, поскольку он играет ключевую роль в уклонении от иммунного ответа, ингибируя в зараженной клетке синтез интерферона [37]. Это отличает его от HRSV, у которого функцию ингибирования иммунного ответа выполняют неструктурные белки NS1 и NS2.

В целом репликация метапневмовируса человека аналогична репликации, описанной для HRSV. Несколько лабораторий в разных странах занимаются разработкой вакцин и лекарственных средств для профилактики и лечения инфекции HMPV, но до настоящего времени ни один препарат не был одобрен для широкого клинического использования [38].

Аденовирусы человека

Аденовирусы (AdV) — это большая группа вирусов, геном которых представлен двуспиральной ДНК. Эти вирусы принадлежат к семейству Adenoviridae, роду Mastadenovirus. Первый аденовирус человека был выделен в 1953 г., когда в ткани аденоидов был обнаружен возбудитель инфекции, что и дало название патогену. В настоящее время выявлены семь видов аденовирусов человека (HAdV), A—G, с более чем 90 различными субтипами [39].

Размер ДНК аденовирусов составляет около 36 тыс. пар оснований (генетический материал для кодирования 10—12 белков), между тем в зараженных клетках синтезируется около 40 белков. Это достигается благодаря считыванию информации с обеих нитей ДНК и альтернативному сплайсингу. В зрелый вирион включается 13 белков, остальные относятся к неструктурным белкам (обнаруживаются только в зараженной клетке). Сборка вирионов происходит в ядре, где вирусная ДНК «одевается» в новый капсид. Вирионы потомства высвобождаются в результате лизиса клеток. Однако жизненный цикл HAdV может перейти в скрытую форму существования вируса в клетках организма (персистенция), именно в этом жизненном цикле аденовирус был впервые обнаружен в лимфоидной ткани [40].

HAdV вызывают широкий спектр заболеваний в зависимости от вида, но респираторные инфекции являются одними из самых распространенных, особенно у детей до 5 лет. Во всем мире около 5—7% инфекций дыхательных путей у детей вызываются HAdV. Большинство этих инфекций протекают в легкой форме и проходят самостоятельно, вызывая общие симптомы простуды. Однако в группах риска HAdV могут вызывать и более тяжелые заболевания, такие как пневмония, бронхит и круп [41].

Респираторные HAdV передаются воздушно-капельным путем при кашле и чихании, а также через загрязненные поверхности. Аденовирусы обладают высокой степенью устойчивости к окружающей среде, они стабильны в диапазоне pH 5—9, устойчивы к изопропиловому спирту, эфиру и хлороформу. HAdV может сохраняться на поверхностях в течение нескольких недель при комнатной температуре, а при более низких температурах дольше. Человек, инфицированный HAdV, заразен в течение инкубационного периода, который обычно составляет от 4 до 8 дней, но может длиться до 24 дней в зависимости от серотипа HAdV[42].

В настоящее время нет лицензированных этиотропных препаратов для лечения аденовирусной инфекции. В США разработана живая аттенуированная оральная вакцина, но она используется только для вакцинации военнослужащих США в возрасте от 17 до 50 лет [43].

Бокавирусы человека

Первый бокавирус человека (HBoV) (см. рисунок, a, там же) был идентифицирован в 2005 г. в лаборатории Каролинского университета (Стокгольм, Швеция) при метагеномном анализе носоглоточных смывов на наличие новых вирусов, вызывающих респираторные заболевания [44]. Анализ позволил идентифицировать ранее неизвестного члена семейства Parvoviridae, названного «бокавирус человека». В последующих исследованиях в образцах стула были обнаружены еще три подтипа HBoV (HBoV-2, -3 и -4).

HBoV входят в семейство Parvoviridae,которое представлено вирусами с одноцепочечной ДНК, род Bocaparvovirus[45]. Парвовирусы являются одними из самых мелких известных вирусов как с точки зрения генома (около 5—5,5 тыс. нуклеотидных остатков), так и с точки зрения размера вирусной частицы — от 18 до 26 нм. Вирионы не имеют оболочки, капсид состоит из 60 копий трех капсидных белков. Геном HBoV имеет три рамки считывания. Первые 2 кодируют неструктурные белки NS1-4 и NP1, третья кодирует 3 капсидных белка VP1-3.

Жизненный цикл HBoV еще не полностью охарактеризован. Известно, что репликация происходит в ядре и, как и другие парвовирусы, HBoV требует многих компонентов, используемых клеткой для репликации своей ДНК. Вирус может высвобождаться из клеток посредством литического процесса, но может выходить путем экзоцитоза, детерминанты этих жизненных циклов неясны [46].

Большой метаанализ эпидемиологических исследований, проведенных с 2005 г. по 2016 г., показал, что HBoV обнаруживается примерно в 6% случаев респираторных инфекций, причем более 50% случаев являются сочетанной инфекцией.

Респираторная инфекция HBoV клинически неотличима от других респираторных инфекций и может быть диагностирована только с помощью молекулярных тестов. Симптомы, связанные с HBoV, варьируют от легкой простуды до более тяжелого заболевания. Наиболее частыми симптомами, о которых сообщают в клинических исследованиях, являются кашель, лихорадка, насморк, обострение астмы, бронхиолит, острое свистящее дыхание и пневмония.

Бокавирусы человека стабильны в окружающей среде, их часто обнаруживают в городских сточных водах [47]. В настоящее время не существует противовирусных препаратов или сертифицированных вакцин для профилактики инфекции.

Коронавирусы

Как уже говорилось в первой части статьи, коронавирусы (CoV) являются членами подсемейства Orthocoronavirinae семейства Coronaviridae отряда Nidovirales. Согласно ICTV, подсемейство состоит из четырех родов — Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus и Deltacoronavirus. Альфа- и бета-коронавирусы инфицируют только млекопитающих. Гамма- и дельта-коронавирусы инфицируют птиц, но некоторые из них также могут инфицировать млекопитающих. Первые коронавирусы человека (HCoV-229E и HCoV-OC43) были изолированы почти 50 лет назад, тогда как HCoV-NL63 и HCoV-HKU1 были выявлены только после вспышки SARS-CoV в 2002—2003 гг. [48]. Обычно сезонные коронавирусы вызывают неосложненное простудное заболевание. Более опасны они для пациентов из групп риска. HCoV-NL63 может вызывать острый ларинготрахеит (круп) [49].

Строение сезонных коронавирусов сходно со строением SARS-CoV-2, описанным в первой части статьи. Анализ молекулярных часов коронавирусов человека показал, что появление HCoV-NL63 и HCoV-229E произошло около 500—800 и 200 лет назад соответственно [50, 51].Что касается SARS-CoV и MERS-CoV, они отделились от CoV летучих мышей, по-видимому, за последние 3—4 десятилетия [52].Понятно, что эти даты следует рассматривать как приблизительные, а доверительные интервалы часто бывают широкими.

Перспективы профилактики и лечения ОРВИ

Острая потребность в профилактических и лечебных препаратах от COVID-19 резко ускорила во всем мире процесс разработки вакцин. Возможно, что эволюция новых вакцинных технологий (РНК-вакцины, вирусные векторы и белковые вакцины с мощными адъювантами) в сочетании с опытом иммунотерапии станет в ближайшем будущем ответом на некоторые проблемы современного общества, такие как возникающие вирусные инфекции, в том числе вызванные респираторными вирусами. Тем не менее остается много препятствий на этом пути. Так, разработанные против COVID-19 РНК-вакцины смогли пройти доклинические испытания в рекордно короткие 66 дней, перейти от фазы I к фазе II клинических испытаний менее чем за 5 мес, чтобы получить многообещающие данные об иммуногенности и эффективности у людей через 10 мес [53].

В случае вирусных векторов синтетический ген, кодирующий целевой белок, вставляют в геном одного из вирусов, который не может реплицироваться в организме человека-хозяина. Затем вирус выращивают в культуре клеток и используют для доставки синтетического гена во время вакцинации. В качестве векторов обычно используют аденовирусы, вирус кори, модифицированный вирус осповакцины Анкара, вирус везикулярного стоматита, цитомегаловирус [54]. В среднем векторная вакцина может быть создана за 3—4 нед, и 3—4 мес проходит до начала клинических испытаний. Однако важно отметить, что иммунитет к векторам является проблемой для этого типа вакцин.

При создании белковых вакцин получают клетки-продуценты млекопитающих или растений для синтеза рекомбинантного белка, который затем очищается, комбинируется с адъювантами и используется как вакцина. Потребовалось 2 мес на получение клеток-продуцентов и еще 6 мес на доклинические испытания, прежде чем первая вакцина на основе S-белка SARS-COV-2 была допущена до испытаний на людях [55]. Таким образом, эффективные вакцины от COVID-19 были разработаны в беспрецедентно короткий период времени, и массовая вакцинация началась менее чем через год после начала пандемии. Но если начнется эпидемия, вызванная, например, высокопатогенным вирусом гриппа A, то 8—10 мес без вакцины — слишком длительный срок, и последствия могут быть катастрофическими.

На наш взгляд, в ближайшем будущем можно ожидать появления эффективных лекарственных препаратов как против конкретного патогена, так и обладающих широкой противовирусной активностью. Один из подходов заключается в том, чтобы с помощью компьютерных технологий из огромного множества химических соединений выбирать вещества, которые с большой вероятностью будут связываться с вирусными белками. В этом процессе компьютеры «пристыковывают» типируемые соединения к сайтам связывания в трехмерных моделях белков-мишеней. Наиболее перспективные соединения затем тестируют экспериментально, в культуре клеток и на животных. Успешное проведение доклинических и клинических испытаний позволяет рекомендовать некоторые из них для лечения вирусных заболеваний [56].

Поиск лекарств на основе их структуры сыграл важную роль в появлении противовирусных средств. Так, например, препарат вирасепт, открытый в 1990-х годах для лечения ВИЧ-инфекции, был разработан с помощью компьютерного дизайна. Однако с 1990-х годов мощность суперкомпьютеров возросла в миллионы раз. Анализ более миллиарда соединений теперь может быть выполнен за несколько дней [57].

Таким образом, в скором будущем можно ожидать появления целого ряда высокоэффективных вакцин и новых противовирусных препаратов. Будем надеяться, что среди них будут эффективные лекарственные средства против широкого спектра респираторных вирусов.

Финансирование работы

Исследование в обзорной части выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 20-115-50029, в части информации о разработке новых вакцин и противовирусных препаратов — в рамках госзадания НГУ FSUS-2020-0035.

The reported study was funded by RFBR according to the research project №20-115-50029 (review part) and state assignment FSUS-2020-0035 (development of new vaccines and antiviral drugs).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

* опубликована в № 1 2022 г.

Скачать книгу «COVID-19, грипп и другие острые респираторные вирусные инфекции: этиология, иммунопатогенез, диагностика и лечение. Часть 2. Другие острые респираторные вирусные инфекции» fb2