СОВРЕМЕННЫЕ ДАННЫЕ О ВИРУСОЛОГИИ И ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ ВИРУСНОГО ГЕПАТИТА С

СОВРЕМЕННЫЕ ДАННЫЕ О ВИРУСОЛОГИИ И ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ ВИРУСНОГО ГЕПАТИТА С

Авторы публикации

Рубрика

Медицина

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 50 (148), декабрь ‘23

Дата публикации 19.12.2023

Поделиться

В данной обзорной статье представлены сведения из литературных источников, которые дают представления о вирусе гепатита С (ВГС), который является важным патогеном человека вызывающий гепатит, цирроз печени и гепатоцеллюлярную карциному. Это создает серьезную проблему для общественного здравоохранения во всем мире, поскольку, по прогнозам, в ближайшие десятилетия значительно увеличится популяция хронически инфицированных пациентов с ВГС, подверженных риску прогрессирующего заболевания печени. Однако появление новых противовирусных молекул постепенно меняет ландшафт лечения гепатита С. Поиск новых методов лечения против ВГС также стал движущей силой для лучшего понимания того, как ВГС взаимодействует со своим хозяином, и были достигнуты значительные успехи на различных этапах жизненного цикла ВГС. Здесь мы рассматриваем самые последние достижения в быстрорастущих знаниях о жизненном цикле ВГС и взаимодействии с факторами и путями хозяина.

Актуальность исследования: Вирус гепатита С (ВГС) - это позитивный одноцепочечный РНК-вирус семейства Flaviviridae. Он вызывает острый гепатит с высокой склонностью к хронической инфекции. Хроническая инфекция может прогрессировать до тяжелых заболеваний печени, включая цирроз и гепатоцеллюлярную карциному. За последние десятилетия наше базовое понимание вирусологии и жизненного цикла ВГС значительно продвинулось с развитием систем культивирования и репликации клеток. Наша способность лечить вирус гепатита С также была улучшена при комбинированном применении интерферона, рибавирина и низкомолекулярных ингибиторов вирусно кодируемой протеазы NS3/4A, хотя необходимы лучшие терапевтические варианты с большей противовирусной эффективностью и меньшей токсичностью. В этой статье мы рассмотрим различные аспекты жизненного цикла ВГС, включая прикрепление вируса, вхождение, слияние, трансляцию вирусной РНК, посттрансляционный процессинг, репликацию ВГС, сборку и высвобождение вируса. Каждый из этих этапов обеспечивает потенциальные мишени для новой противовирусной терапии для лечения и предотвращения неблагоприятных последствий прогрессирующего заболевания печени.

Цель нашей работы заключается в анализе интернет ресурсов о последних достижениях в вирусологии и клеточной биологии жизненного цикла вируса гепатита С.

Обнаруженный в 1989 году [6], ВГС представляет собой одноцепочечный РНК-вирус позитивного смысла семейства Flaviviridae, который также включает в себя многие переносимые членистоногими человеческие патогены рода Flavivirus, такие как вирус желтой лихорадки, вирус Западного Нила и вирус денге. Изоляты ВГС были сгруппированы в семь генотипов и ряд подтипов [11] с различными географическими распределениями и чувствительностью к лечению на основе интерферона [12, 13]. Единственной настоящей животной моделью ВГС является шимпанзе, которая сыграла решающую роль в исследованиях иммунитета и патогенеза ВГС [14]. Кроме того, также были разработаны химерные модели человеческой печени и генетически модифицированные модели мышей, устойчивых к ВГС [15]. Долгое время отсутствие системы культивирования клеток было серьезным препятствием для изучения жизненного цикла ВГС. Однако системы селектируемых репликонов [16] и псевдотипированные частицы на основе ретровирусов были основными инструментами для понимания геномной репликации ВГС и проникновения вируса соответственно. Наконец, с 2005 года полный жизненный цикл вируса может быть исследован с помощью полных систем репликации вируса [18, 19, 20]. Следует отметить, что в этих системах культивирования клеток обычно используются клетки гепатомы, полученные из HuH-7. Однако этой клеточной линии недостаточно много особенностей гепатоцитов [21]. Поэтому были разработаны первичные гепатоциты человека или срезы печени человека для проверки некоторых экспериментов на более физиологических моделях [22, 23, 24].

Ядро ВГС - это вирусный нуклеокапсидный белок с многочисленными функциональными возможностями, включающими связывание РНК, иммунную модуляцию, клеточную сигнализацию, онкогенный потенциал и аутофагию. Основной белок ВГС также связывается с липидными каплями, где также происходит сборка ВГС. E1/E2-это гликозилированные гликопротеины оболочки, которые окружают вирусные частицы. Оболочка ВГС нацелена на нейтрализующее вирус давление отбора антител с высокой степенью вариации последовательности, что может сделать ответы антител неэффективными и способствует персистенции ВГС.  Белок малого ионного канала р7 находится ниже по течению от области оболочки и необходим для сборки и высвобождения вируса. 

NS2-это вирусная аутопротеаза, которая играет ключевую роль в вирусной сборке, опосредуя расщепление между NS2 и NS3. NS3 кодирует N-концевую сериновую протеазу ВГС и С-концевую РНК-геликазу-NTPase. Протеаза NS3 играет критическую роль в процессинге ВГС. Он также расщепляет адапторный белок TLR3 TRIF и митохондриальный противовирусный сигнальный белок MAVS, тем самым блокируя путь индукции ИФН I типа в клетках [23]. NS3 является одной из ключевых мишеней для разработки противовирусных препаратов против ВГС. NS4A образует стабильный комплекс с NS3 и является кофактором протеазы NS3. Роль NS4B до конца не изучена, хотя известно, что он индуцирует образование мембранного полотна. NS5A представляет собой димерный цинк-связывающий металлопротеин, который связывает вирусную РНК и различные факторы хозяина в непосредственной близости от ядра ВГС и липидных капель. Ингибиторы ВГС NS5A проявили противовирусный эффект у пациентов и находятся в быстром клиническом развитии. Наконец, NS5B-это РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp), которая также активно используется для разработки противовирусных препаратов. В совокупности эти белки также вносят вклад в различные аспекты жизненного цикла ВГС, включая прикрепление вируса, проникновение и слияние, трансляцию РНК ВГС, посттрансляционный процессинг, репликацию ВГС, сборку и высвобождение вируса.

Вирусная частица ВГС включает геном РНК, ядро и гликопротеины оболочки, E1 и E2 [2]. Геном РНК ВГС взаимодействует с белком ядра с образованием вирусного нуклеокапсида в ассоциации с цитозольными липидными каплями (cLD). Вирусный нуклеокапсид окутан богатой липидами вирусной оболочкой с гликопротеинами Е1 и Е2, которые играют ключевую роль в проникновении вируса через связывание рецепторов и слияние [24,25]. Гликопротеины Е1/Е2-это трансмембранные гликопротеины I типа, которые могут образовывать нековалентные гетеродимеры внутри инфицированных клеток или большие ковалентно связанные комплексы на вирусной частице. Они включают большой N-концевой эктодомен и короткий С-концевой трансмембранный домен. Трансмембранные домены участвуют в закреплении мембраны, локализации эндоплазматического ретикулума (ЭР) и гетеродимеризации гликопротеинов оболочки[26-28]. Е1 и Е2 сильно гликозилированы, содержат до 6 и 11 сайтов гликозилирования соответственно[29].

В гликопротеине оболочки Е2 были выявлены гипервариабельные области. В частности, гипервариабельная область 1 (HVR1) представляет собой сегмент длиной 27 аминокислот основных остатков с высокой степенью вариабельности последовательности, а также высококонсервативной конформацией,что предполагает роль нейтрализующего HCV эпитопа и участие в факторе входа хозяина[31-33]. Вирион ВГС также ассоциируется с различными липопротеинами, такими как apoE, apoB, apoC1, apoC2 и apoC3 с образованием сложных липовирочастиц (LVP) и различных липопротеиновых компонентов могут влиять на проникновение. 

Проникновение вируса в клетку-хозяина включает в себя сложную серию взаимодействий, включая прикрепление, проникновение и слияние. Первоначальное прикрепление вируса к его рецептору/ко-рецепторам может включать HVR1 в ВГС E2 [35,36] с облегчением гепарансульфатными протеогликанами, экспрессируемыми на поверхности гепатоцитов [37-40]. В то время как рецепторы ЛПНП могут связывать ВГС и способствовать его проникновению в клетки, [41] Взаимодействие ВГС-ЛПНП может быть непродуктивным и потенциально приводить к деградации вирусных частиц [40]. После присоединения к входящим факторам ВГС интернализуется в клетки-мишени посредством рН-зависимого и клатрин-опосредованного эндоцитоз [42-45]. 

Были идентифицированы множественные клеточные рецепторы и факторы входа для HCV, включая мусорные рецепторы класса B типа I (SRB1) [46]  и CD81 [47], а также белки плотного соединения, клаудин-1 (CLDN1) [48]  и окклюдин (OCLN) [49,50]. Дополнительные недавно идентифицированные факторы входа включают рецепторные тирозинкиназы (RTK) рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), рецептор эфрина A2 (EphA2) [51] и рецептор поглощения холестерина Niemann-Pick C1-like 1 (NPC1L1) [52]. 

Человеческий CD81-это молекула тетраспанина, которая широко экспрессируется и участвует во многих клеточных функциях, включая адгезию, морфологию, пролиферацию и дифференцировку. Он включает в себя 4 трансмембранных домена, 2 коротких внутриклеточных домена и два домена внеклеточной петли (малый и большой) [54]. CD81, вероятно, вовлекается после очень ранней фазы проникновения ВГС (т.е. После SRB1), способствуя конформационному изменению гликопротеина оболочки ВГС E1/E2 для облегчения низкого рН-зависимого слияния и вирусного эндоцитоза [61]. Недавно также было высказано предположение о вовлечении в более позднюю фазу после интернализации вируса [62].  CD81 большая внеклеточная петля связывает ВГС через его оболочку гликопротеин Е2 [47,63]. Последовательность большой внеклеточной петли CD81 сохраняется между людьми и шимпанзе, единственными видами 2, пермиссивными к инфекции ВГС in vivo [64,65]. Однако CD81 от других видов (например, африканская зеленая обезьяна, тамарин, крысы, мыши, хомяк) может поддерживать вход клонов ВГС in vitro, предполагая, что полиморфизм CD81 недостаточно для определения восприимчивости к ВГС. Хотя повсеместная экспрессия CD81 в нескольких типах клеток может ограничивать целенаправленное терапевтическое применение, было показано, что анти-CD81 ингибирует проникновение ВГС in vivo в химерную мышиную модель репликации ВГС [67].

Было показано, что два белка с плотным соединением (CLDN1 и OCLN), идентифицированные с помощью скрининга библиотеки кДНК на наличие клеточных факторов, которые обеспечивают инфицирование псевдочастицами HCV, являются важными факторами входа для ВГС [48,50]. Интересно, что ни CLDN1, ни OCLN, по-видимому, не взаимодействуют непосредственно с частицами ВГС. Однако CLDN1 может взаимодействовать с CD81 как часть рецепторного комплекса ВГС [68,69] считается, что CLDN1 и OCLN участвуют в более поздней фазе проникновения ВГС, после SRB1 и CD81, хотя их точные роли полностью не определены. Было также показано, что гликопротеины оболочки ВГС способствуют коэндоцитозу CD81 и CLDN1 в клатрин - и динамин-зависимом процессе [62]. Наконец, было показано, что моноклональные антитела против CLDN1 ингибируют ВГС -инфекцию в гепатоцитах in vitro путем нейтрализации взаимодействий между ВГС E2 и CLDN1 [70,71].

Два RTK, включая EGFR и EphA2, были недавно идентифицированы как факторы входа в ВГС с помощью функционального рнккиназного скрининга [51]. Эти RTK, по-видимому, участвуют в проникновении ВГС после начальной стадии прикрепления/связывания, регулируя взаимодействие CD81 и CLDN1 ко-рецепторов и слияние мембран. РТК также способствовали межклеточной передаче ВГС. Что касается клинического применения, то инфекция всеми основными генотипами ВГС и вариантами побега может быть ингибирована RTK-специфическими лигандами и антителами, включая эрлотиниб (EGFR-специфическое антитело, одобренное FDA для терапии рака).

В совокупности эти рецепторы и факторы входа обеспечивают потенциальные пути предотвращения инфекции и распространения ВГС при условии, что модуляция их физиологической роли не приводит к значительной токсичности.

После проникновения клетки-мишени через рецептор-опосредованный эндоцитоз частица ВГС подвергается рН-зависимому слиянию мембран в кислом эндосомальном компартменте, чтобы высвободить свой геном РНК в цитоплазму [19,44,45]. Полипротеин ВГС транслируется в грубом ER с положительной цепью РНК ВГС в качестве матрицы, причем трансляция инициируется независимым от cap способом через IRES в 5'NTR. Трансляция ВГС дает один полипротеиновый предшественник длиной приблизительно 3000 аминокислот, который далее обрабатывается клеточными (например, сигнальными пептидазами) и вирусными протеазами (NS2, NS3/4A) для генерации 10 отдельных вирусных белков, включая гликопротеины ядра и оболочки, E1 и E2, p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A и NS5B.

В ходе полипротеинового процессинга белки ВГС ассоциируются с "мембранной паутиной", которая включает двухмембранные везикулы, содержащие неструктурные белки ВГС, РНК ВГС, ER-мембраны и липидные капли [19,72,73]. Мембранная сеть в клетках, экспрессирующих ВГС, по-видимому, индуцируется ВГС NS4B, возможно, в комбинации с NS5A [74,75]. Считается, что репликация вирусной РНК происходит в этих сетях с геномом положительной цепи РНК в качестве шаблона для NS5B RdRp для генерации отрицательного репликативного промежуточного звена для получения дальнейших положительных смысловых геномов. Зарождающиеся геномы РНК с положительной цепью могут быть дополнительно переведены для получения новых вирусных белков, или служить шаблонами для дальнейшей репликации РНК, или быть собраны в инфекционные вирионы.

В репликации ВГС участвуют различные клеточные факторы, включая циклофилин А и фосфатидилинозитол-4-киназу IIIa (PI4KIIIa). Циклофилин А может модулировать РНК-связывающую способность полимеразы NS5B и взаимодействовать с NS5A. Таким образом, ингибиторы циклофилина оказывают противовирусное действие против ВГС с продолжающимся клиническим развитием [76-80].

Процесс сборки и высвобождения ВГС до конца не изучен. Однако он, по-видимому, тесно связан с липидным обменом. Связь между ВГС и липидным обменом впервые была отмечена в клинической практике на основе жировых изменений в ткани печени, которые в дальнейшем были связаны с ядром ВГС [86]. ВГС-инфекция индуцирует глубокое изменение внутриклеточного распределения липидных капель (ЛДС) от генерализованного цитоплазматического паттерна в неинфицированных клетках до накопления вокруг перинуклеарной области в ВГС-инфицированных клетках, ассоциированных с вирусными белками и геномом [88,89]. Основная ассоциация HCV с LDs, по-видимому, имеет решающее значение для вирусной сборки, и вмешательства, блокирующие это взаимодействие, нарушают выработку вируса [90-92]. Вполне вероятно, что все другие вирусные белки играют ключевую роль в процессе сборки, центрируясь вокруг липидных капель, где сборка запускается в мембранной и богатой липидами среде структурными белками HCV (core/E1/E2/p7/NS2) и репликационным комплексом. Путь секреции липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) тесно связан с путем секреции собранных вирионов [93,94]. Вирион представляет собой липовирочастицу с липидным составом, который напоминает ЛПОНП и ЛПНП с ассоциированными apoE и/или apoB, которые необходимы для сборки инфекционного вируса [93-96]. Клиническое значение имеет то, что гистологические жировые изменения в печени были связаны с клиническими и терапевтическими исходами [97],а генотип ВГС 3, как было показано, опосредует больший стеатоз [98] хотя его патогенетические механизмы, связанные с жизненным циклом ВГС, не ясны. Следует также отметить, что репликацию ВГС можно контролировать с помощью биосинтеза холестерина, а гиполипидемические препараты могут подавлять репликацию ВГС in vitro.

Заключение. Понимание жизненного цикла ВГС и факторов хозяина, препятствующих или способствующих персистированию инфекции, имеет решающее значение для разработки постконтактных и профилактических мер по глобальной борьбе с ВГС. Была диагностирована только часть мировой популяции пациентов, и, несмотря на вышеупомянутые замечательные достижения в области противовирусной терапии, менее 1% из них получили лечение, а те, кто прошел лечение, остаются уязвимыми для повторного заражения. Таким образом, одной терапии недостаточно для устранения глобального бремени ВГС-инфекции и хронических заболеваний печени в ближайшем будущем. Напротив, люди, которые установили успешный иммунный ответ против ВГС, имеют значительную степень защиты при последующем воздействии. Это говорит о том, что эффективные иммунологические стратегии защиты от персистирующей инфекции вполне осуществимы и, вероятно, способен противостоять огромному генетическому разнообразию ВГС.

Список литературы

  1. Argentini C. et al. Molecular characterization of HCV 1b intra-familiar infection through three generations // Virus Genes. 1999. No. 18 (2). Р. 169-174.
  2. Ashfaq U.A. et al. siRNAs: potential therapeutic agents against hepatitis C virus // Virology Journal. 2011. No. 8. Р. 276.
  3. Au J.S., Pockros P.J. Novel therapeutic approaches for hepatitis C // Clinical Pharmacology & Therapeutics. 2014. No. 95 (1). P. 78-88.
  4. Berger K.L. et al. Roles for endocytic trafficking and phosphatidylinositol 4-kinase III alpha in hepatitis C virus replication // PNAS. 2009. No. 106 (18). P. 7577-7582.
  5. Bichoupan K., Dieterich D., Martel-Laferri-ere V. HIV-hepatitis C virus co-infection in the era of direct-acting antivirals // Current HIV/AIDS Reports. 2014. No. 11 (3). P. 241-249.
  6. Bowen D.G., Walker C.M. Adaptive immune responses in acute and chronic hepatitis C virus infection // Nature. 2005. No. 436 (7053). P. 946-952.
  7. Carneiro B., Braga A., Batista M. et al. Evaluation of canonical siRNA and Dicer substrate RNA for inhibition of hepatitis C virus genome replication - a comparative study // PLoS One. 2015. No. 10 (2). P. e0117742.
  8. Гепатит С // Всемирная организация здравоохранения. Информационный бюллетень № 164. Апрель 2014 г. Доступ: http:// www.who.int/mediacentre/factsheets/ fs164/ru/ (дата обращения: 27.07.2015).
  9. Abe K. et al. Three different patterns of hepatitis C virus infection in chimpanzees // Hepatology. 1992. No. 15 (4). Р. 690-695.
  10. Cooper S. et al. Analysis of a successful immune response against hepatitis C virus // Immunity. 1999. No. 10 (4). P. 439-449.
  11. Cormier E.G. et al. CD81 is an entry coreceptor for hepatitis C virus // PNAS. 2004. No. 101 (19). P. 7270-7274.
  12. Dannull J. et al. Immunoproteasome down-modulation enhances the ability of dendritic cells to stimulate antitumor immunity // Blood. 2007. No. 110 (13). P. 4341-4350.
  13. Davidson B.L., McCray P.B. Current prospects for RNA interference-based therapies // Nature Reviews Genetics. 2011. No. 12 (5). P. 329-340.
  14. De Ledinghen V. et al. Epidemiological and phylogenetic evidence for patient-to-patient hepatitis C virus transmission during sclerotherapy of varicose veins // Journal of Medical Virology. 2005. No. 76 (2). P. 279-284.
  15. DiGiusto D.L. et al. RNA-based gene therapy for HIV with lentiviral vector-modified CD34( + ) cells in patients undergoing transplantation for AIDS-related lymphoma // Science Translational Medicine. 2010. No. 2 (36). P. 36-43.
  16. Dominska M., Dykxhoorn D. Breaking down the barriers: siRNA delivery and endosome escape // Journal of Cell Science. 2010. No. 123 (Pt. 8). P. 1183-1189.
  17. Echeverria N., Moratorio G., Cristina J., Moreno P. Hepatitis C virus genetic variability and evolution // World Journal of Hepatology. 2015. No. 7 (6). P. 831-845.
  18. Failla C. et al. An amino-terminal domain of the hepatitis C virus NS3 protease is essential for interaction with NS4A // Journal of Virology. 1995. No. 69 (3). P. 1769-1777.
  19. Иванов А.В., Кузякин А.О., Кочетков С.Н. Молекулярная биология вируса гепатита С // Успехи биологической химии. 2005. № 45. С. 37-86.
  20. Николаева Л.И. Вирус гепатита С: антигены вируса и реакция на них иммунной системы макроорганизма: Информационно-методическое пособие. Новосибирск, 2009.
  21. Файзулоев Е.Б., Никонова А.А., Зверев В.В. Перспективы создания противовирусных препаратов на основе малых интерферирующих РНК // Вопросы вирусологии. 2013. № 1. С. 155-169.
  22. Хаитов М.Р. Биобезопасность и интерференция РНК. Постгеномные процессы, иммунонанотехнологии, новые принципы создания и применения лекарств. М.: ВИНИТИ; Наука, 2012.
  23. Andre P. et al. Characterization of low- and very-low-density hepatitis C virus RNA-containing particles // Journal of Virology. 2002. No. 76 (14). Р. 6919-6928.
  24. Conte D. et al. Prevalence and clinical course of chronic hepatitis C virus (HCV) infection and rate of HCV vertical transmission in a cohort of 15,250 pregnant women // Hepatology. 2000. No. 31 (3). P. 751-755.
  25. Farci P. et al. The outcome of acute hepatitis C predicted by the evolution of the viral quasispecies // Science. 2000. No. 288 (5464). P. 339-344.
  26. Friebe P., Bartenschlager R. Genetic analysis of sequences in the 3' nontranslated region of hepatitis C virus that are important for RNA replication // Journal of Virology. 2002. No. 76 (11). P. 5326-5338.
  27. Backus L.I. et al. A sustained virologic response reduces risk of all-cause mortality in patients with hepatitis C // Clinical Gastroenterology and Hepatology. 2011. No. 9 (6). P. 509-516 e1.
  28. Bartenschlager R. et al. Assembly of infectious hepatitis C virus particles // Trends in Microbiology. 2011. No. 19 (2). P. 95-103.
  29. Bartenschlager R., Lohmann V. Novel cell culture systems for the hepatitis C virus // Antiviral Research. 2001. No. 52 (1). P. 1-17.
  30. Baumert T.F. et al. Hepatitis C virus structural proteins assemble into viruslike particles in insect cells // Journal of Virology. 1998. No. 72 (5). P. 3827-3836.
Справка о публикации и препринт статьи
предоставляется сразу после оплаты
Прием материалов
c по
Осталось 5 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary