Количественные аспекты вич инфекции.
Данные, полученные в результате этих экспериментов, не только свидетельствуют в пользу динамической модели персистенции вируса, но и позволяют провести некоторые количественные оценки инфекционного процесса (рис.2).
Учитывая, что среднее время генерации вируса составляет по данным Ho 1,3 суток, за 1 год это составит 300 генераций, а за 10 лет носительства эта величина составит 3000 генераций вируса. Эти простые подсчеты, по-видимому, легко объясняют причины столь круциальных нарушений в иммунной системе при довольно низких титрах вируса. Действительно, до тех пор пока иммунная система способна восполнить повреждения, вызываемые вирусом, для пациента сохраняется период бессимптомного носительства. Так как резервы иммунной системы не бесконечны, то начиная с момента, когда организм становиться не способным восполнить эти потери, начинают проявляться признаки заболевания. В данных рассчетах не учитываются “непрямые” воздействия вируса (индукция ADCC активности, апоптоза, гиперпродукции некоторых цитокинов и т.д.) , которые вызывают существенную гибель клеток иммунной системы.
В организме человека насчитывается около 2*10^11 T4 лимфоцитов (Ho D.D. et al., 1995) . Учитывая, что соотношение инфицированных к неинфицированным Т клеткам составляет 1:100, 1:10 000, общее число инфицированных лимфоцитов в организме ВИЧ позитивных пациентов составляет величину 10^7 - 10^9 клеток (Embretson J. et al.,1993). Титры вируса, как уже указывалось ранее, находятся в пределах 10^2 - 10^5 на мл крови, то есть общее количество вируса представлено величиной 10^6 - 10^9. Исходя из этих числовых данных мы должны предположить, что каждая инфицированная клетка должна продуцировать самое большое 0,1-1 вирусную частицу. Эти данные выглядят по крайней мере очень странными, при условии, что число продуцирующих вирусную РНК клеток составляет около 70-80% от общего числа ВИЧ содержащих Т лимфоцитов (Embretson J. et al.,1993). В действительности они отражают процесс элиминации инфицированных клеток за счет активности CTL хозяйской иммунной системы. Предполагая, что 1 инфицированная клетка способна продуцировать 10^2-10^3 вирусных частиц , то для продукции 10^6-10^9 вирионов достаточно 10^4-10^6 инфицированных клеток . Сопоставив с общим числом инфицированных клеток мы должны заключить, что 99 - 99,99 % инфицированных клеток будет уничтожено в результате активности CTL.
Проведя сравнительную оценку количества вирионов в крови и количества инфицированных клеток мы должны сделать парадоксальное заключение о том, что каждая вирусная частица должна инфицировать клетку-мишень со 100% вероятностью. Это в принципе возможно, но в идеальных условиях и при отсутствии нейтрализующих вирус антител. Однако, как известно, в крови ВИЧ инфицированного присутствуют высокие концентрации нейтрализующих антиВИЧ антител. Следовательно, активность этих антител не нейтрализует или обладают слабой нейтрализующей активностью по отношению к вирусу, присутствующему в крови.
Суммируя основные результаты по изучению динамической модели персистенции вируса можно сделать следующие заключения.
1. На протяжении всего периода заболевания в организме инфицированного идет активный процесс репродукции вируса со средним временем генерации равным 2-3 суткам.
2. Длительная персистенция ВИЧ в организме инфицированного обусловлена уравновешиванием процессов вирусной продукции и его элиминации факторами иммунной системы.
3. Вирус оказывает прямое цитопатическое действие на клетки иммунной системы и вызывает гибель значительной части этих клеток.
4. Гибель клеток, в свою очередь, активизирует компенсаторные механизмы, что приводит к повышенной репродукции клеток иммунной системы и быстрому исчерпанию “резервов”, и обуславливает, в конечном счете, летальный исход заболевания.
Динамическая модель конечно же не в коей мере не отвергает возможности иных способов персистенции ВИЧ (в частности, существования в организме популяций клеток, являющихся резервуаром этого вируса). Однако, несомненно, то, что одним из основных способов длительной персистенции является процесс активной репликации вируса, уравновешенный его элиминацией факторами иммунной системы.
Динамическая модель и процессы микроэволюции вируса.
а) химиопрепараты
Как известно, для ВИЧ характерен аномально высокий уровень генетической изменчивости, который обусловлен свойствами вирусной полимеразы. Количество ошибок, которые сопровождают работу обратной транскриптазы ВИЧ, составляет величину 10^-3 (частота мутаций 10^-4) (Katz R.A. et al., 1990; Hu W.-S. et al., 1990 ). Поэтому при высокой скорости репликации вируса в условиях жесткой селекции, которую обеспечивает использование высокоэффективных ингибиторов, мы должны ожидать высокую скорость отбора устойчивых форм. Действительно, при прямом мониторинге в организме инфицированного за локусом, обеспечивающим устойчивость к азидотимидину, после применения ингибитора удалось установить, что отбор мутанта происходит с очень высокой скоростью. Титр вируса в крови восстанавливается в течение 3-4 месяцев несмотря на продолжение применения ингибитора (Wei. et al., 1995). При этом мутантный вирус практически полностью вытесняет из популяции плазменного вируса варианты дикого типа. Аналогичная смена в популяциях клеточного вируса идет несколько медленнее. Необходимо отметить, что одновременно с восстановлением титра вируса происходит падение уровня клеток CD4. По этим параметрам система возвращается практически к исходному состоянию, которое обнаруживалось у ВИЧ инфицированных до применения химиопрепарата. Конечно же во всех этих случаях речь идет об отборе предсуществующих мутантов. Прямое секвинирование локусов устойчивости к разным ингибиторам у вариантов вируса, выделенных от ВИЧ инфицированных пациентов никогда ранее не применявших эти ингибиторы, показывает присутствие устойчивых форм от 1 до 5% (Najera I. et al., 1995). Эти данные хорошо согласуются с простым подсчетом числа устойчивых форм. Частота мутаций для ВИЧ составляет 10^-4, общее число инфицированных клеток в среднем 10^6 - 10^9, длина генома 10^4. Из этих данных следует, что на каждый сайт приходится в среднем около 10^-2 - 10^1 мутаций. Естественно, встает вопрос о роли химиопрепаратов в терапии ВИЧ инфекции. В чем же роль химиопрепаратов, если все равно в течение нескольких месяцев уровень вируса возвращается практически к исходному состоянию, и при этом все возможные мутанты предсуществуют в популяции ВИЧ в пределах одного организма. Из положения о равновесии варианты ВИЧ, доминирующие в популяции, должны быть чувствительны к лекарственным соединениям, в силу того, что они обладают большей репродуктивной способностью, чем штаммы устойчивые к химиопрепаратам. Действительно, проведенный ранее сравнительный анализ репродуктивных способностей штаммов, устойчивых к азидотимидину и вариантов дикого типа экспериментально подтверждают это предположение (Mohri H. et al., 1993). Снижение даже на небольшое значение уровня репродукции вируса при огромном числе генераций ВИЧ будет приводить к существенному удлинению периода бессимптомного носительства и продлению жизни пациента. Из этого следует, что на сегодняшний день, когда проблема полного излечения от СПИДа очень далека от разрешения, основной смысл химиотерапии состоит в отборе мутантов, обладающих сниженными потенциями к репликации. Внесение дополнительных мутаций устойчивости в ряде случаев будет приводить к дальнейшему снижению репродуктивных способностей мутантного вируса. В связи с этим важным направлением химиотерапии является разработка схем комбинированного применения ингибиторов с разними точками приложения. Примером удачного использования этого принципа является получение 30% терапевтического эффекта при комбинированном использовании ингибиторов протеазы и полимеразы в рамках европейской программы “Дельта”.