Етіологія і патогенез ВІЛ-інфекції

Завдання

• з’ясувати структуру і особливості вірусу імунодефіциту людини

• знати цикл реплікації ВІЛ• охарактеризувати патогенез ВІЛ-інфекції• з’ясувати маркери прогресування ВІЛ-

інфекції• визначити шляхи передачі ВІЛ• знати групи підвищеного ризику щодо

інфікування ВІЛ

Класифікація ретровірусівРодина 00.061. RETROVIRINAE

Підродина 00.061.1 Orthoretrovirinaeрід тип

Betaretrovirus Вірус раку молочної залози мишей

Gammaretrovirus Мишачий вірус лейкеміїAlpharetrovirus Вірус лейкозу птахівDeltaretrovirus Вірус лейкозу великої рогатої

худоби, НTLV-1, -2, -5Lentivirus ВІЛ-1, ВІЛ-2

Epsilonretrovirus Вірус саркоми шкіри китівПідродина 00.061.2 Spumaretrovirinae

Spumaretrovirus Спумавірус мавп

ВІЛ-1 і ВІЛ-2 виникли в результаті еволюції вірусу імунодефіциту мавп (SIV)

Особливості ВІЛ-2

• циркулює тільки у Західній Африці• більш тривалий інкубаційний період• багато пацієнтів одночасно інфіковані і ВІЛ-1• менш вірулентний• рідше передається статевим шляхом і через

плаценту• резистентний до ННІЗТ (NVP, EFV)

Більшість тестів на ВІЛ визначають ВІЛ-1 і ВІЛ-2

Структура ВІЛ

Геном ВІЛ-1

Субтип А – СІНСубтип В – ЧСЧСубтип С – гетеросексуальний

Поширення різних субтипів ВІЛ-1

Клітини-мішені ВІЛ

• CD4-лімфоцити• Макрофаги• Дендритні клітини (в тому числі

клітини Лангерганса)

Головний рецептор ВІЛ на клітинах – CD4, ко-рецептори – CCR5 чи CXCR4 (рецептори

хемокінів)

Рецептори ВІЛ на клітинах

Розрізняють R5-тропні, X4-тропні і R5/X4-тропні штами ВІЛ

Хемокінові рецептори CCR5 і CXCR4

CCR5Потрібен для

макрофаготропних штамів ВІЛ

CCR5-тропні штами превалюють на ранніх стадіях ВІЛ-інфекція

Не формують синцитій

CXCR4Потрібен для

лімфотропних штамів ВІЛІнфекція і руйнація CD4-

лімфоцитівCXCR4-тропні штами

превалюють на пізніх стадіях ВІЛ-інфекція

Формують синцитій

Мутація CCR5-delta32Мутація гену CCR5 з утратою 32 пари нуклеотидів

призводить до синтезу нефункціонального білкуCCR5-delta 32 мутація присутня тільки у Європеоїдів

10% гетерозиготи1% гомозиготи

Гомозиготи гену CCR5-delta32 можуть мати природну стійкість до інфікування ВІЛ

У гетерозигот гену CCR5-delta32 ВІЛ-інфекція прогресує дуже повільно, їх називають "повільні прогресори"

Фази життєвого циклу ВІЛ: рання

1. Взаємодія ВІЛ з рецепторами і ко-рецепторами на поверхні клітини-мішені.

2. «Роздягання» (фузія) і проникнення вірусу.

3. Начало процесу зворотної транскрипції РНК ВІЛ. Синтез провірусної ДНК.

4. Транспорт провірусної ДНК через ядерні пори в ядро.

5. Інтеграція провірусної ДНК в геном клітини-мішені.

CD4

CXCR4

Прикріплення

Фузія і вхід у клітину

Вхіду ядро

Зворотна транскрипція

Інтеграція

gp120

p24

Вірусна РНК

Ферменти вірусу

Цикл реплікації ВІЛ (рання фаза)

РНК ВІЛ ДНК ВІЛ

Фази життєвого циклу ВІЛ: пізня

1. Початок процесів транскрипції вірусної РНК на матриці провірусної ДНК. Синтез геномних РНК і мРНК.

2. Експорт геномних РНК через ядерні пори в цитоплазму.

3. Трансляція вірусних мРНК, процесинг вірусних білків-попередників.

4. Збірка та вихід вірусу з клітини.

gp120

p24

Вірусна РНК

Ферменти вірусу Вихід

з клітини

Збірка

Транскрипція

Трансляція(синтез вірусних білків)

Пострансляційний процесінг

Цикл реплікації ВІЛ (пізня фаза)

Динаміка репродукції ВІЛ

• 10 мільярдів нових вірусів продукується щодня• 200 мільйонів CD4 клітин руйнуються щодня• кожен цикл репродукції – численні мутації

– 1 мутація на 1000 реплікацій * 10 мільярдів реплікацій в день = 10 мільйонів мутацій щодня

• виникнення генетично споріднених варіантів ВІЛ• мутації надають вірусу стійкість до АРТ препаратів

і знижують або підвищують його вірулентність

Механізми ураження CD4-лімфоцитів

• Прямі– Елімінація ВІЛ-інфікованих клітин при

специфічні імунній відповіді – Порушення цілісності клітинної мембрани при

масовому виході нових вірусів • Непрямі

– Формування синцитію– Апоптоз– Аутоімунні реакції

Втрата CD4-лімфоцитів

Формування синцитію

• Найчастіше спостерігається в головному мозку

• Неінфіковані CD4-лімфоцити зв'язуються з інфікованими клітинами через вірусний протеїн gp 120

• Це призводить до злиття мембран клітин і утворення синцитіїв

• Синцитії швидко руйнуються і клітини гинуть

Патогенез ВІЛ-інфекції (1)

ВІЛ-інфекція - Вірусна реплікація

Руйнування CD4-лімфоцитів в тому числі на слизуватій кишечнику, Th17

Мікробна транслокація

Вірусна реактивація (CMV, HCV..)

Продукція білків ВІЛgp120, Nef

Вроджена і набута імунна відповідь

проти ВІЛ

Системна імунна активація(хронічне запалення)

Adapted from Appay, 2008

Зниження цілісності інтестінального бар'єру

Активація моноцитів

D’après Mc Michael Nat Rev Immunol 2010

Цитокіновий шторм при ВІЛ-інфекції

Дні після інфікування ВІЛ

Середній рівень РНК ВІЛ у плазмі копій/м

л

Проп

орці

йне

збіл

ьшен

ня

сере

дньо

го р

івня

, раз

ів

Патогенез ВІЛ-інфекції (2) Системна імунна активація

Вичерпанняімунних ресурсів

Зниження регенеративної здатностіВтрата ефективного анти-ВІЛ імунітету

= Старіння імунітету?

Поступовийапоптоз Т-клітин

Колапс імунної системи/СНІДAdapted from Appay, 2008

Секреція прозапальних цитокінів, IL-6, TNFα

Розлади пов'язані із запаленнямостеопороз

атеросклерознейрокогнітівні порушення= Запальне старіння?

Гомеостатичні механізмиКлітинне оновлення

Гемопоез

Пош

кодж

ення

лі

мф

оїни

х тк

анин

Серцево-судинні

захворювання

Когнітивні порушення

Імуннезапалення

РАК

Хронічна вірусна інфекція

(ВІЛ)

Остеопороз

Перебіг ВІЛ-інфекції (без АРТ)Вірусне навантаж

ення

0 3 6 9 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Тижні РокиІнфікування

CD4<50500>CD4>300 300>CD4>50

Гострий ретровірусний синдром

Ріве

нь C

D4 в

1 м

кл

0

200

400

600

800

1000

Інфікування

Клінічна латенція

Опортуністичніінфекції

Конституційні симптоми

Смерть

Маркери прогресування ВІЛ-інфекції

• Кількість CD4-лімфоцитів• Вірусне навантаження РНК ВІЛ-1• Маркери імунної активації

Маркери прогресування ВІЛ-інфекції: кількість CD4-лімфоцитів

• Головний фактор початку лікування– CD4<500: дуже сильна рекомендація– CD4>500: сильна рекомендація

• Профілактика опортуністичних інфекцій

The Lancet Volume 360, Issue 9327 2002 119 - 129

Абсолютна і відносна кількість CD4-лімфоцитів (відповідність)

Абсолютна Відносна

> 500 у мкл > 29%

200 - 500 у мкл 14 – 28%

< 200 у мкл < 14%

Дж. Бартлетт, Дж. Галлант, Пол Фам. Клинические аспекты ВИЧ-инфекции, 2010

Причини виснаження функції CD4-лімфоцитів

• Втрата CD4-лімфоцитів– Хронічна активація імунної системи: активація апоптозу

клітин– Пряме руйнування клітин ВІЛ– Руйнування інфікованих CD4-лімфоцитів за допомогою

імунної реакції (CD8-лімфоцити, АЗКЦ).• Неможливість відновити CD4-лімфоци

– Дисфункція тимусу– Дисфункція кісткового мозку– Обмежена здатність Т-клітин до клональної проліферації

на периферії (вкорочення теломер)

Туберкулез

Орофарингеальний кандидоз

Пневмоцистна пневмонияКандидоз стравоходу

Токсоплазмоз, криптококоз, МАК-комплекс, ЦМВ

400

300

200

100

Криптоспоридіоз, ПМЛ50

0

Кіль

кіст

ь C

D4-

лім

фоц

итів

, кл/

мкл

Звязок між кількістю CD4-лімфоцитів і ризиком опортуністичних інфекцій

Маркери прогресування ВІЛ-інфекції: вірусне навантаження РНК ВІЛ-1

• Вірусне навантаження вказує кількість копій РНК ВІЛ-1 у мл плазми

• Вірусне навантаження є точним відображенням тяжкості інфекції і величини вірусної реплікації

• Вкрай важливий тест для моніторингу вірусологічної відповіді на АРТ

The Lancet Volume 360, Issue 9327 2002 119 - 129

Фактори вірусу, що впливають на прогресування захворювання• Тропність до ко-рецепторів

– CCR5-тропний вірус, пов'язаний з повільною втратою CD4-лімфоцитів

– CXCR4-троний вірус призводить до швидкої втрати CD4-лімфоцитів і розвитку СНІДу

• Функції гену NEF– При видаленні гену Nef відбувається слабка

реплікація ВІЛ (низьке ВН) повільна втрата CD4-лімфоцитів

• Clade D (Східна Африка), пов'язаний зі швидким прогресуванням захворювання

Низький ризик прогресії

Високий ризик прогресії

Тижні після інфікування

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 26

Антитіла до ВІЛВірусне невантаження РНК ВІЛ-1

Динаміка лібораторних показників після інфікування ВІЛ

Кількість CD4-лімфоцитів

Помірний ризик прогресії

Гост

ра В

ІЛ-ін

фек

ція

<3 років

7-10 років

>10-15 років

Маркери прогресування ВІЛ-інфекції: маркери імунної активації

• Хронічна активація імунної системи є важливою причиною прогресування ВІЛ-інфекції

• В долідженні SMART підвищені рівні ІЛ-6, СРБ і D-димеру пов'язані з підвищеною смертністю, в тому числі від серцево-судинних захворювань

Kuller Plos Medicine 2008, Rodger JID 2008, Duprez PlosOne 2012

Шляхи передачі ВІЛ• Статевий шлях

– Гетеросексуальний (оральний, вагінальний, анальний) – гомосексуальний (оральний, анальний)

• Парентеральний шлях– переливання ВІЛ-інфікованої крові та її препаратів– використання забруднених ВІЛ медичних і немедичних

інструментів (ін'єкції, операції, татуаж, пірсинг та ін.)– споживання ін'єкційних наркотиків– трансплантація органів і тканин ВІЛ-інфікованого донора

• Від ВІЛ-інфікованої матері до дитини– під час вагітності (антенатальний)– пологів (інтранатальний)– через грудне молоко (постнатальний)

Фактори, що підвищують статеву трансмісію ВІЛ

• Вірусне навантаження– гостра ВІЛ-інфекція (високе ВН)

• ЗПСШ підвищують сприйнятливість до ВІЛ у 2-5 рази– ВПГ-2, N. gonorrhea, T. pallidum

• Тип слизової оболонки– Пряма кишка> Піхва> Статевий член

• Обрізання крайньої плоті– майже у 2 рази зменшується ризик інфікування

чоловіків (гетеросексуальних)• Гормональні контрацептиви або вагітність, скоріш за все,

збільшують ризик інфікування ВІЛ• Секс з новим партнером> секс з постійним партнером

Ризик передачі ВІЛ під час одноразового контакту

Під час переливання крові або її компонентів, що містять ВІЛ 90-100%

У разі ін'єкційного вживання наркотиків одним шприцем із ВІЛ-позитивним 30%

Анальний секс без використання презерватива 3%При уколах голкою, на якій є сліди крові, що містить ВІЛ 0,3%

Вагінальний секс, коли один із партнерів є ВІЛ-позитивним (ВІЛ-позитивний партнер – чоловік) 0,1-0,2%

Вагінальний секс, коли один із партнерів є ВІЛ-позитивним (ВІЛ-позитивний партнер – жінка) 0,05-0,1%

Наказ МОЗ України від 08.02.2013 №104 «Про затвердження Переліку та критеріїв визначення груп підвищеного ризику щодо інфікування ВІЛ»

Споживачі ін’єкційних наркотиків

Статеві партнери СІН

Чоловіки, які мають сексуальні стосунки з чоловіками

Статеві партнери чоловіків, які практикують секс з чоловіками

Особи, які надають сексуальні послуги за винагороду

Клієнти осіб, які надають сексуальні послуги за винагороду

Групи підвищеного ризику щодо інфікування ВІЛ