Денге, переносимый комарами вирус, заражает около 50 миллионов человек ежегодно и убивает 22 000 человек. Вспышки в этом году в Индии и на Тайване привели к тысячам инфекций и нескольким десяткам смертей. Там нет лечения денге, и нет вакцины, которая полностью эффективна.
Связанный контент
- Могут ли ГМ-комары проложить путь для распространения тропического вируса?
- Консервативная оценка числа случаев лихорадки денге в Индии: 37 миллионов в год
Две команды ученых, одна в австралийском Университете Квинсленда и другая в Калифорнийском университете в Беркли, считают, что они обнаружили секрет вирулентности денге: один белок, называемый неструктурным белком 1 или NS1, действует как яды, выделяемые бактериальные инфекции. Исследования находятся на этой неделе в выпуске Science Transal Medicine .
Симптомы Денге включают лихорадку, сыпь, мышечные боли и повреждение кровеносных сосудов, что приводит к утечке плазмы. В тяжелых случаях потеря жидкости может быть смертельной, и заболевание в его наиболее серьезной форме может стать геморрагической лихорадкой денге, которая вызывает тошноту, рвоту и кровотечение или кровоподтеки под кожей.
Большинство людей просто выздоравливают, и тогда у них появляется иммунитет к одному из четырех штаммов вируса. Но не было ясно, как геморрагическая форма болезни наносила ущерб, который убивал пациентов. «В основном проблема заключается в том, что вы получаете утечку из своих капилляров и системы кровообращения», - говорит Ева Харрис, профессор инфекционных заболеваний и вирусологии, возглавлявшая команду Калифорнийского университета в Беркли. «Если жидкости не пополняются, вы впадаете в декомпенсированный шок».
Пол Янг, главный профессор Школы химии и биологических наук в Университете Квинсленда, и его команда нашли механизм, с помощью которого работает NS1, в то время как Харрису удалось выделить сам белок и использовать его для вакцинации мышей.
Денге не всегда была такой проблемой; столетие назад это было ограничено очень немногими местами в тропиках. Вторая мировая война изменила это, потому что комар, который несет его, Aedes aegypti, перевозился по всему миру на грузовых судах. Там, где когда-то лихорадке требовалось распространение определенных животных, теперь она зависит от людей. Янг отметил, что люди эффективно переносят лихорадку комаров. Aedes aegypti любит размножаться в небольших водоемах: детские бассейны, крышки для мусорных баков и даже пол в ванной комнате. Самки тоже много кусают.
Ученые уже предположили, что тяжелые случаи были вызваны чрезмерно активным иммунным ответом. Денге, как и все вирусы, размножается, захватывая механизмы клеток-хозяев. В случае денге клетки, называемые дендритными клетками, предупреждают организм о заражении. Инфекция стимулирует клетки продуцировать цитокины, небольшие белки, которые являются частью воспалительного ответа. Это обычно не смертельно.
Вторая инфекция, однако, с другим типом лихорадки денге, приведет к неправильной работе иммунной системы. Антитела от первой инфекции присоединяются к новому штамму лихорадки денге, потому что он выглядит так же, как и первая. Но новый штамм немного отличается, поэтому антитела не могут полностью нейтрализовать вирус. Вместо этого они позволяют вирусу прикрепляться к Т-клеткам, которые обычно убивают его, и это распространяет вирус дальше, увеличивая вирусную нагрузку на пациента.
Эта анимация объясняет, как передаются такие заболевания, как лихорадка денге. Предоставлено: C. Schaffer / AAAS.В результате вырабатывается больше цитокинов. Одна из функций цитокинов состоит в том, чтобы сделать стенки кровеносных сосудов более проницаемыми, а перепроизводство делает их протекающими. Вот почему вторые инфекции часто приводят к тяжелым формам заболевания и кровотечению. Крошечные пятна крови появляются на коже пациента, и большие скопления крови накапливаются под кожей.
Тайна была в том, какой именно белок был вовлечен и как он действовал. Вот где пришла команда Янга. В начале 2000-х годов команда разработала способ тестирования на денге путем измерения концентрации белка NS1 в кровотоке.
«То, что мы обнаружили в исследовании в Таиланде, заключалось в том, что, если у пациентов был высокий уровень NS1, они с большей вероятностью переходили в тяжелое заболевание. Мы думали, что это просто маркер вирусной инфекции», - говорит Янг. «Но потом мы спросили, оказывает ли это непосредственное влияние».
Они решили присмотреться к NS1. Именно тогда они обнаружили, что он связывается с другой молекулой, называемой toll-like рецептором 4 (TLR4). Это позволяет ему связываться с клетками в стенках кровеносных сосудов, называемыми эндотелиальными клетками. NS1 также стимулировал иммунные клетки к выделению цитокинов - чрезмерно активной воспалительной реакции. NS1 действовал очень похоже на бактериальный токсин.
Янг говорит, что результаты NS1 означают, что для лечения денге можно использовать существующие лекарства. Некоторые версии тех, кто лечит сепсис, например, могут работать.
NS1 непосредственно активирует макрофаги мыши и иммунные клетки человека через рецептор врожденного иммунитета TLR4. Секретированный NS1 индуцировал дозозависимое увеличение провоспалительных цитокинов, нарушая целостность монослоя эндотелиальных клеток и приводя к утечке сосудов. Блокада TLR4, либо антагонистом, либо антителом к NS1, поддерживала целостность эндотелия и ингибировала сосудистую утечку. (Х. Макдональд / Наука трансляционной медицины) Следующий вопрос состоял в том, можно ли это остановить. Команда Харриса более непосредственно рассмотрела роль NS1 в заражении денге. Они экспериментировали на мышах, заражая их денге, а затем самим белком. Они использовали NS1 от всех четырех штаммов лихорадки денге.
Исследователи обнаружили, что в обоих случаях у мышей вырабатывались антитела. Они также обнаружили, что NS1 сам по себе может вызвать утечку жидкости из кровеносных сосудов. «Мы подумали, что, возможно, белок играет роль в утечке сосудов», - говорит Харрис.
Мыши, которым давали небольшое количество NS1, которые показали иммунный ответ, казалось, были защищены от вируса. По словам Харриса, причина в том, что антитела связываются с самим белком, а не с конкретным вирусным штаммом, а NS1, продуцируемый всеми четырьмя штаммами лихорадки денге, одинаков.
Защита от вируса не была на 100 процентов в разных штаммах денге (называемых DENV1, DENV2, DENV3 и DENV4). В своем исследовании команда Харриса обнаружила, что при инокуляции NS1 от DENV2 защита составляла 100% от этого штамма. Это было 75 процентов от DENV1 и 60 процентов от DENV3 и DENV4.
Затем они проверили белок и вирус на человеческих легочных эндотелиальных клетках в культуре. Они увидели, что NS1 не может повредить клетки, когда белок TLR4 был заблокирован - больше доказательств того, что NS1 вызывает утечку сосудов у людей.
Харрис отмечает, что их работа в сочетании с выводами команды Янга о том, что TLR4 связывает лихорадку денге с другими клетками, предлагает важную информацию. «Если мы сможем нацелиться на TLR4, у нас будет новый способ проведения терапии», - говорит она в дополнение к вакцине.
По ее словам, предстоит еще много работы. Хотя они знают, что NS1 является виновником, пока не ясно, какой именно фрагмент NS1 генерирует правильные антитела и повреждает клетки. Она отмечает, что вирус Западного Нила также имеет NS1 и ведет себя по-другому. «У NS1 есть целый ряд ролей, которые не совсем понятны», - говорит она.
Тем не менее, новая работа может добавить еще одно оружие для должностных лиц общественного здравоохранения, чтобы контролировать болезнь; обычные методы направлены на борьбу с комарами.
Группы Юнга и Харриса - не единственные, кто занимается денге. Санофи Пастер, компания, которая разрабатывает, производит и поставляет вакцины, имеет новую вакцину, которая зарегистрирована в ряде стран; разрешение на использование может прийти в ближайшие несколько месяцев, говорит Сьюзен Уоткинс, старший директор по коммуникациям. В вакцине Санофи используется ослабленный вирус (на самом деле это вирус желтой лихорадки с «оболочкой» денге).
Согласно исследованию New England Journal of Medicine, кандидат на вакцину санофи защищал в среднем 66 процентов добровольцев в возрасте от 9 лет и старше от всех четырех штаммов лихорадки денге, а из них 93 процента были защищены от тяжелой формы заболевания. Вакцина Санофи, тем не менее, не обеспечивает одинаковый уровень защиты от всех четырех штаммов - против одного типа она была эффективна только на 42 процента, а против другого - на 77 процентов.
Еще одно преимущество использования NS1 в качестве основы для вакцины заключается в том, что она вообще не предполагает использования вируса. «FDA было бы счастливее, если бы мы могли выбить кусочки белка, вызывающего заболевание, и оставить те, которые защищают», - говорит Харрис.
