Вирус Эпштейна-Барр ( EBV ), официально называемый Human gammaherpesvirus 4 , является одним из девяти известных типов вируса герпеса человека в семействе герпеса и является одним из наиболее распространенных вирусов у людей. EBV является двухцепочечным ДНК-вирусом . [2] Вирус Эпштейна-Барр (EBV) является первым идентифицированным онкогенным вирусом , то есть вирусом, который может вызывать рак . EBV вызывает постоянную инфекцию у людей. Он вызывает инфекционный мононуклеоз , а также тесно связан со многими злокачественными заболеваниями (раком). Различные вакцинные формулы прошли испытания на разных животных или на людях. Однако ни одна из них не смогла предотвратить заражение EBV, и на сегодняшний день ни одна вакцина не была одобрена. [3]
Инфекционный мононуклеоз («моно» или «железистая лихорадка»), заболевание, вызываемое вирусом, характеризуется крайней усталостью, лихорадкой, болью в горле и опухшими лимфатическими узлами. Вирус также связан с различными незлокачественными, предзлокачественными и злокачественными лимфопролиферативными заболеваниями, связанными с вирусом Эпштейна–Барр, такими как лимфома Беркитта , гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз [ 4] и лимфома Ходжкина ; нелимфоидными злокачественными новообразованиями, такими как рак желудка и носоглоточная карцинома ; и состояниями, связанными с вирусом иммунодефицита человека , такими как волосатая лейкоплакия и лимфомы центральной нервной системы . [5] [6] Вирус также связан с детскими расстройствами, такими как синдром Алисы в стране чудес [7] и острая мозжечковая атаксия [8], а также, по некоторым данным, с более высоким риском развития некоторых аутоиммунных заболеваний , [9] особенно дерматомиозита , системной красной волчанки , ревматоидного артрита и синдрома Шегрена . [10] [11] Считается, что около 200 000 случаев рака в мире в год связаны с ВЭБ. [12] [13] В 2022 году крупное исследование (популяция 10 миллионов человек за 20 лет) предположило, что ВЭБ является основной причиной рассеянного склероза , а недавняя инфекция ВЭБ привела к 32-кратному увеличению риска развития рассеянного склероза. [14] [15] [16] [17] [18]
Инфицирование вирусом Эпштейна-Барр происходит через ротовую полость слюны [19] и генитальные выделения. Большинство людей заражаются вирусом Эпштейна-Барр и приобретают адаптивный иммунитет . В Соединенных Штатах около половины всех пятилетних детей и около 90% взрослых имеют доказательства предыдущей инфекции. [20] Младенцы становятся восприимчивыми к вирусу Эпштейна-Барр, как только исчезает защита материнских антител . У многих детей, инфицированных вирусом Эпштейна-Барр, симптомы отсутствуют или их невозможно отличить от других легких, кратковременных заболеваний детского возраста. [21] Когда инфекция возникает в подростковом или молодом возрасте, она вызывает инфекционный мононуклеоз в 35–50% случаев. [22]
ВЭБ заражает В-клетки иммунной системы и эпителиальные клетки . После того, как первоначальная литическая инфекция ВЭБ взята под контроль, латентность ВЭБ сохраняется в В-клетках памяти человека на всю оставшуюся жизнь. [19] [23] [24]
Вирус имеет диаметр около 122–180 нм и состоит из двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая содержит около 172 000 пар оснований, кодирующих 85 генов . [19] ДНК окружена белковым нуклеокапсидом , который окружен тегументом из белка, который, в свою очередь, окружен оболочкой, содержащей как липиды , так и поверхностные проекции гликопротеинов , которые необходимы для заражения клетки-хозяина. [25] В июле 2020 года группа исследователей сообщила о первой полной атомной модели нуклеокапсида вируса. Эта «первая полная атомная модель [включает] икосаэдрический капсид, комплекс тегумента, ассоциированный с капсидом (CATC), и додекамерный портал — аппарат транслокации вирусного генома». [26] [27]
Термин «вирусный тропизм» относится к типам клеток, которые инфицирует ВЭБ. ВЭБ может инфицировать различные типы клеток, включая В-клетки и эпителиальные клетки . [28]
Вирусные трехкомпонентные гликопротеиновые комплексы gHgL gp42 опосредуют слияние мембран B-клеток; хотя двухкомпонентные комплексы gHgL опосредуют слияние мембран эпителиальных клеток. EBV, которые производятся в B-клетках, имеют низкое количество комплексов gHgLgp42, поскольку эти трехкомпонентные комплексы взаимодействуют с молекулами человеческого лейкоцитарного антигена II класса, присутствующими в B-клетках в эндоплазматическом ретикулуме, и разрушаются. Напротив, EBV из эпителиальных клеток богат трехкомпонентными комплексами, поскольку эти клетки обычно не содержат молекул HLA II класса . Как следствие, EBV, произведенный из B-клеток, более заразен для эпителиальных клеток, а EBV, произведенный из эпителиальных клеток, более заразен для B-клеток. Вирусы, лишенные части gp42, способны связываться с человеческими B-клетками, но не способны инфицировать. [29]
ВЭБ может инфицировать как В-клетки, так и эпителиальные клетки. Механизмы проникновения в эти две клетки различны.
Чтобы проникнуть в В-клетки, вирусный гликопротеин gp350 связывается с клеточным рецептором CD21 (также известным как CR2). [30] Затем вирусный гликопротеин gp42 взаимодействует с клеточными молекулами MHC класса II . Это запускает слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной, позволяя EBV проникнуть в В-клетку. [25] Человеческий CD35, также известный как рецептор комплемента 1 (CR1), является дополнительным фактором прикрепления для gp350 / 220 и может обеспечить путь для проникновения EBV в CD21-отрицательные клетки, включая незрелые В-клетки. Инфекция EBV снижает экспрессию CD35. [31]
Для проникновения в эпителиальные клетки вирусный белок BMRF-2 взаимодействует с клеточными интегринами β1 . Затем вирусный белок gH/gL взаимодействует с клеточными интегринами αvβ6/αvβ8. Это запускает слияние вирусной оболочки с мембраной эпителиальной клетки, позволяя EBV проникнуть в эпителиальную клетку. [25] В отличие от проникновения в В-клетки, проникновение в эпителиальные клетки фактически затруднено вирусным гликопротеином gp42. [30]
После того, как ВЭБ проникает в клетку, вирусный капсид растворяется, и вирусный геном переносится в ядро клетки . [32]
Литический цикл , или продуктивная инфекция, приводит к образованию инфекционных вирионов . ВЭБ может подвергаться литической репликации как в В-клетках, так и в эпителиальных клетках. В В-клетках литическая репликация обычно происходит только после реактивации из латентного состояния. В эпителиальных клетках литическая репликация часто следует непосредственно за проникновением вируса. [25]
Для литической репликации вирусный геном должен быть линейным. Латентный геном EBV является кольцевым, поэтому он должен линеаризоваться в процессе литической реактивации. Во время литической репликации вирусная ДНК-полимераза отвечает за копирование вирусного генома. Это контрастирует с латентностью, при которой ДНК-полимераза клетки-хозяина копирует вирусный геном. [25]
Продукты литических генов производятся на трех последовательных стадиях: немедленно-ранняя, ранняя и поздняя. [25] Продукты немедленно-ранних литических генов действуют как трансактиваторы , усиливая экспрессию более поздних литических генов. Продукты немедленно-ранних литических генов включают BZLF1 (также известный как Zta, EB1, связанный с его геном-продуктом ZEBRA ) и BRLF1 (связанный с его геном-продуктом Rta ). [25] Продукты ранних литических генов имеют гораздо больше функций, таких как репликация, метаболизм и блокада процессинга антигена . Продукты ранних литических генов включают BNLF2. [25] Наконец, продукты поздних литических генов, как правило, являются белками со структурными ролями, такими как VCA , который образует вирусный капсид . Другие продукты поздних литических генов, такие как BCRF1, помогают EBV уклоняться от иммунной системы. [25]
EGCG , полифенол в зеленом чае , в исследовании показал, что он ингибирует спонтанную литическую инфекцию EBV на уровне ДНК, транскрипции генов и белка в зависимости от времени и дозы ; экспрессия литических генов EBV Zta, Rta и раннего антигенного комплекса EA-D (индуцированного Rta ), однако, высокостабильный ген EBNA-1 , обнаруженный на всех стадиях инфекции EBV, не затронута. [33] Специфические ингибиторы (путей) предполагают, что путь Ras/MEK/MAPK способствует литической инфекции EBV через путь BZLF1 и путь PI3-K через BRLF1, последний полностью отменяет способность вектора аденовируса BRLF1 вызывать литическую форму инфекции EBV. [33] Кроме того, изучается активация некоторых генов, но не других, чтобы определить, как именно вызвать иммунное разрушение латентно инфицированных В-клеток с помощью либо TPA , либо бутирата натрия . [33]
В отличие от литической репликации, латентность не приводит к образованию вирионов. [25] Вместо этого кольцевая ДНК генома EBV находится в ядре клетки как эписома и копируется ДНК-полимеразой клетки-хозяина . [25] Она сохраняется в В-клетках памяти индивидуума . [19] [24] Эпигенетические изменения, такие как метилирование ДНК и компоненты клеточного хроматина , подавляют большинство вирусных генов в латентно инфицированных клетках. [34] Экспрессируется только часть генов EBV , что поддерживает латентное состояние вируса. [34] [19] [35] Латентный EBV экспрессирует свои гены по одному из трех шаблонов, известных как программы латентности. EBV может латентно сохраняться в В-клетках и эпителиальных клетках , но в двух типах клеток возможны различные программы латентности. [36] [37]
ВЭБ может проявлять одну из трех программ латентности: латентность I, латентность II или латентность III. Каждая программа латентности приводит к производству ограниченного, определенного набора вирусных белков и вирусных РНК . [38] [39]
Также постулируется программа, в которой вся экспрессия вирусного белка отключена (латентность 0). [40]
Внутри В-клеток возможны все три программы латентности. [19] Латентность EBV внутри В-клеток обычно прогрессирует от латентности III к латентности II и к латентности I. Каждая стадия латентности уникальным образом влияет на поведение В-клеток. [19] При инфицировании покоящейся наивной В-клетки EBV переходит в латентность III. Набор белков и РНК, продуцируемых в латентности III, трансформирует В-клетку в пролиферирующий бласт (также известный как активация В-клеток). [19] [25] Позже вирус ограничивает экспрессию генов и переходит в латентность II. Более ограниченный набор белков и РНК, продуцируемых в латентности II, побуждает В-клетку дифференцироваться в В-клетку памяти . [19] [25] Наконец, EBV еще больше ограничивает экспрессию генов и переходит в латентность I. Экспрессия EBNA-1 позволяет геному EBV реплицироваться при делении В-клетки памяти. [19] [25]
Внутри эпителиальных клеток возможна только латентность II. [41]
При первичной инфекции вирус Эпштейна-Барр размножается в эпителиальных клетках ротоглотки и вызывает инфекции латентности III, II и I в В-лимфоцитах. Латентная инфекция В-лимфоцитов вирусом Эпштейна-Барр необходима для сохранения вируса, последующей репликации в эпителиальных клетках и высвобождения инфекционного вируса в слюну. Инфекции В-лимфоцитов вирусом Эпштейна-Барр латентности III и II, инфекция эпителиальных клеток ротовой полости латентности II и инфекция NK- или Т-клеток латентности II могут приводить к злокачественным новообразованиям, характеризующимся однородным присутствием генома ВЭБ и экспрессией генов. [42]
Латентный EBV в B-клетках может быть реактивирован для переключения на литическую репликацию. Известно, что это происходит in vivo , но что именно его запускает, точно неизвестно. In vitro латентный EBV в B-клетках может быть реактивирован путем стимуляции рецептора B-клеток, поэтому, вероятно, реактивация in vivo происходит после того, как латентно инфицированные B-клетки реагируют на неродственные инфекции. [25]
Инфицирование В-лимфоцитов вирусом Эпштейна-Барр приводит к « иммортализации » этих клеток, то есть вирус заставляет их продолжать делиться бесконечно. Обычно клетки имеют ограниченную продолжительность жизни и в конечном итоге умирают, но когда ВЭБ заражает В-лимфоциты, он изменяет их поведение, делая их «бессмертными» в том смысле, что они могут продолжать делиться и выживать гораздо дольше, чем обычно. Это позволяет вирусу сохраняться в организме в течение всей жизни человека. [43]
Когда EBV заражает В-клетки in vitro , в конечном итоге появляются лимфобластоидные клеточные линии, способные к неограниченному росту. Трансформация роста этих клеточных линий является следствием экспрессии вирусного белка. [44]
EBNA-2, EBNA-3C и LMP-1 необходимы для трансформации, тогда как EBNA-LP и EBERs не нужны. [45]
После естественного заражения вирусом Эпштейна-Барр вирус, как полагают, выполняет некоторые или все свои программы экспрессии генов для установления персистирующей инфекции. Учитывая изначальное отсутствие иммунитета хозяина , литический цикл производит большое количество вирионов для заражения других (предположительно) В-лимфоцитов внутри хозяина.
Латентные программы перепрограммируют и подрывают инфицированные В-лимфоциты, чтобы они размножались и переносили инфицированные клетки в места, где вирус предположительно сохраняется. В конце концов, когда иммунитет хозяина развивается, вирус сохраняется, отключая большинство (или, возможно, все) своих генов, и только изредка реактивируется и производит потомственные вирионы. В конечном итоге достигается баланс между случайной вирусной реактивацией и иммунным надзором хозяина, удаляющим клетки, которые активируют экспрессию вирусных генов. Манипуляция эпигенетикой человеческого организма с помощью EBV может изменить геном клетки, оставив онкогенные фенотипы. [46] В результате модификация EBV увеличивает вероятность развития у хозяина рака, связанного с EBV. [47] Рак, связанный с EBV, уникален тем, что он часто вносит эпигенетические изменения, но с меньшей вероятностью мутирует. [48]
Местом персистенции ВЭБ может быть костный мозг . У ВЭБ-положительных пациентов, у которых собственный костный мозг был заменен костным мозгом от ВЭБ-отрицательного донора, после трансплантации обнаруживается ВЭБ-отрицательный результат . [49]
Все ядерные белки EBV производятся путем альтернативного сплайсинга транскрипта, начинающегося либо с промоторов Cp, либо с промоторов Wp на левом конце генома ( в общепринятой номенклатуре). Гены упорядочены в геноме как EBNA-LP/EBNA-2/EBNA-3A/EBNA-3B/EBNA-3C/EBNA-1 .
Инициирующий кодон кодирующей области EBNA-LP создается альтернативным сплайсингом транскрипта ядерного белка. При отсутствии этого инициирующего кодона EBNA-2/EBNA-3A/EBNA-3B/EBNA-3C/EBNA-1 будет экспрессироваться в зависимости от того, какой из этих генов альтернативно встраивается в транскрипт.
EBV можно разделить на два основных типа, EBV типа 1 и EBV типа 2. Эти два подтипа имеют разные гены EBNA-3 . В результате два подтипа различаются по своим трансформирующим способностям и способности к реактивации. Тип 1 доминирует в большинстве стран мира, но оба типа одинаково распространены в Африке . Можно отличить EBV типа 1 от EBV типа 2, разрезав вирусный геном с помощью рестриктазы и сравнив полученные образцы переваривания с помощью гель-электрофореза . [25]
Малые РНК, кодируемые вирусом Эпштейна-Барр (EBER), являются наиболее распространенными продуктами EBV, транскрибируемыми в клетках, инфицированных EBV. Они обычно используются в качестве мишеней для обнаружения EBV в гистологических тканях. [50]
Клинически наиболее распространенным способом обнаружения наличия вируса Эпштейна-Барр является иммуноферментный анализ (ИФА). Обнаруживаются антитела (IgM и IgG) к белкам, кодируемым ДНК вируса Эпштейна-Барр. [54] Прямое обнаружение наличия генома вируса Эпштейна-Барр с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводится редко, поскольку этот метод ничего не говорит о реакции иммунной системы на вирус. Вирусная нагрузка вируса Эпштейна-Барр плохо коррелирует с клиническими симптомами инфекции. [55]
ВЭБ вызывает инфекционный мононуклеоз. [56] Дети, инфицированные ВЭБ, имеют мало симптомов или могут казаться бессимптомными, но когда инфекция задерживается до подросткового или взрослого возраста, она может вызвать усталость , лихорадку , воспаление горла , опухшие лимфатические узлы на шее, увеличенную селезенку , опухшую печень или сыпь. [20] Постинфекционный синдром хронической усталости также связан с инфекцией ВЭБ. [57] [58]
ВЭБ также участвует в ряде других заболеваний, включая лимфому Беркитта , [59] гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз , [60] лимфому Ходжкина , [61] рак желудка , [12] [62] карциному носоглотки , [63] рассеянный склероз , [15] [16] [64] [17] и лимфоматоидный гранулематоз . [65]
В частности, было показано, что инфицированные вирусом Эпштейна-Барр В-клетки находятся в очагах поражения головного мозга у пациентов с рассеянным склерозом [17] , а исследование 2022 года, в котором были взяты образцы крови 10 миллионов солдат, показало, что «люди, не инфицированные вирусом Эпштейна-Барр, практически никогда не заболевают рассеянным склерозом. Только после заражения вирусом Эпштейна-Барр риск рассеянного склероза возрастает более чем в 30 раз», и что только вирус Эпштейна-Барр из многих инфекций имел такую четкую связь с этим заболеванием. [66]
Дополнительные заболевания, которые были связаны с ВЭБ, включают синдром Джанотти-Крости , мультиформную эритему , острые генитальные язвы и волосатую лейкоплакию полости рта . [67] Вирусная инфекция также связана и часто способствует развитию широкого спектра незлокачественных лимфопролиферативных заболеваний , таких как тяжелые аллергические реакции гиперчувствительности на укусы комаров , [68] слизисто-кожные язвы, вызванные вирусом Эпштейна-Барр , и вакциноподобная гидроа , а также злокачественные лимфопролиферативные заболевания, такие как лимфома Беркитта, вызванная вирусом Эпштейна-Барр , [69] лимфома Ходжкина, вызванная вирусом Эпштейна-Барр , [70] и первичная выпотная лимфома . [71]
Вирус Эпштейна-Барр участвует в расстройствах, связанных с агрегацией альфа-синуклеина (например, болезнь Паркинсона , деменция с тельцами Леви и мультисистемная атрофия ). [72]
Было обнаружено, что EBNA1 может вызывать хромосомный разрыв в 11-й хромосоме , в частности, в области 11q23 между геном FAM55D и FAM55B, к которой EBNA-1, по-видимому, имеет высокое сродство из-за его ДНК-связывающего домена, имеющего интерес к определенному палиндромному повтору в этой части генома. [73] Хотя причина и точный механизм этого неизвестны, побочный продукт приводит к ошибкам и разрыву хромосомной структуры, поскольку клетки, происходящие от линии испорченного генома, подвергаются митозу . Поскольку гены в этой области были вовлечены в лейкемию и являются домом для гена-супрессора опухолей , который модифицирован или отсутствует в большинстве случаев экспрессии генов опухолей, была выдвинута гипотеза, что разрыв в этой области является основным виновником рака, вероятность которого повышается из-за EBV. Разрывы также зависят от дозы: у человека с латентной инфекцией разрывы будут меньше, чем у человека с новой или реактивированной инфекцией, поскольку уровни EBNA1 в ядре и ядрышке выше во время активной атаки организма из-за постоянной репликации и захвата клеток в организме.
Вирус Эпштейна-Барр был назван в честь М. А. Эпштейна и Ивонн Барр , которые открыли вирус вместе с Бертом Ачонгом . [74] [75] В 1961 году Эпштейн, патолог и эксперт по электронной микроскопии , посетил лекцию на тему «Самый распространенный детский рак в тропической Африке — до сих пор нераспознанный синдром» Д. П. Беркитта , хирурга, практикующего в Уганде , в которой Беркитт описал «эндемичный вариант» (детскую форму) заболевания, которое теперь носит его имя . В 1963 году образец был отправлен из Уганды в больницу Миддлсекса для культивирования. Вирусные частицы были идентифицированы в культивируемых клетках, и результаты были опубликованы в журнале The Lancet в 1964 году Эпштейном, Ачонгом и Барром. [75] [76] Клеточные линии были отправлены Вернеру и Гертруде Генле в Детскую больницу Филадельфии, которые разработали серологические маркеры. [77] В 1967 году у лаборанта в их лаборатории развился мононуклеоз, и они смогли сравнить сохраненный образец сыворотки, показав, что выработались антитела к вирусу. [76] [78] [79] В 1968 году они обнаружили, что ВЭБ может напрямую увековечивать В-клетки после заражения, [43] имитируя некоторые формы инфекций, связанных с ВЭБ, [77] и подтвердили связь между вирусом и инфекционным мононуклеозом. [80]
Как относительно сложный вирус, EBV еще не полностью изучен. Лаборатории по всему миру продолжают изучать вирус и разрабатывать новые способы лечения заболеваний, которые он вызывает. Одним из популярных способов изучения EBV in vitro является использование бактериальных искусственных хромосом . [81] Вирус Эпштейна-Барр можно поддерживать и манипулировать им в лаборатории в непрерывной латентности (свойство, общее с герпесвирусом, ассоциированным с саркомой Капоши , другим из восьми вирусов герпеса человека). Хотя предполагается, что многие вирусы обладают этим свойством во время заражения своих естественных хозяев, не существует легко управляемой системы для изучения этой части жизненного цикла вируса. Геномные исследования EBV смогли изучить литическую реактивацию и регуляцию латентной вирусной эписомы. [82]
Несмотря на активные исследования, вакцина против вируса Эпштейна-Барр пока недоступна. Разработка эффективной вакцины могла бы предотвратить до 200 000 случаев рака в мире в год. [12] [13] Отсутствие эффективных животных моделей является препятствием для разработки профилактических и терапевтических вакцин против ВЭБ. [24]
Как и другие вирусы герпеса человека, вирус Эпштейна-Барр может позволить себе искоренить себя с помощью курса препарата валацикловир , но необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, достижима ли ликвидация. [46] Противовирусные агенты действуют путем ингибирования репликации вирусной ДНК, но мало доказательств того, что они эффективны против вируса Эпштейна-Барр. Более того, они дороги, рискуют вызвать резистентность к противовирусным агентам и (в 1–10 % случаев) могут вызывать неприятные побочные эффекты . [47]