Роль отдельных субпопуляций CD4+ Т - лимфоцитов в патогенезе ВИЧ - инфекции

Летом 1981 г. Центр по контролю заболеваемости США опубликовал сообщение о пяти молодых людях, обратившихся в медицинские учреждения Лос-Анджелеса с диагнозом пневмония, вызванная Pneumocystis carinii [Centers for Disease, 1981b]. Как правило, это заболевание поражает людей с ослабленной иммунной системой [Walzer et al., 1974]. Поэтому у тридцатилетних мужчин, прежде не испытывавших проблем со здоровьем, диагноз «пневмоцистная пневмония» казался необъяснимым. Всего через месяц представители Центра по контролю заболеваемости США сообщили о всплеске заболеваемости редкой и очень агрессивной формой рака кожи – саркомой Капоши [Centers for Disease, 1981a]. Ранее саркома Капоши встречалась в основном у людей старшего возраста [Safai, Good, 1981], однако всего за 2.5 года в Нью-Йорке и Калифорнии с этим диагнозом были госпитализированы 26 относительно молодых мужчин (средний возраст 39 лет). Данные о том, что вероятность развития этой разновидности рака увеличена у людей, принимающих иммуносупрессивные препараты [Gange, Jones, 1978], наталкивали на мысль о существовании связи между больными саркомой Капоши и людьми, заболевшими пнев-

моцистной пневмонией. Всего в течение года количество сообщений о молодых мужчинах, страдающих от заболеваний, опосредованных иммунодефицитом, увеличилось до двухсот семидесяти [Haverkos, Curran, 1982].

В сентябре 1982 г. уже 600 пациентам был официально поставлен диагноз «синдром приобретенного иммунодефицита» (СПИД) [Centers for Disease, 1982]. Случай СПИД определяли как заболевание (пневмоцистная пневмония, саркома Капоши и др.), опосредованное дефектом в клеточном иммунитете [Centers for Disease, 1982]. Важно, что пациент не должен был иметь видимых причин для снижения резистентности к болезни. На тот момент основными иммунологическими характеристиками СПИД были подавленная пролиферация Т-лимфоцитов в ответ на воздействие митогенами и сниженное соотношение числа CD4+ и CD8+ Т-клеток [Hersh et al., 1983]. Причины развития СПИД оставались неизвестными.

В 1983 г. независимо друг от друга два научных коллектива [Barre-Sinoussi et al., 1983; Gallo et al., 1983] изолировали и описали ретровирус, вероятно, вызывающий СПИД. Позже Международный комитет по таксономии вирусов присвоит патогену название вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) [Case, 1986]. Было установлено, что основной мишенью ВИЧ являются Т-лимфоциты [Gallo et al., 1983], а именно CD4+ Т-клетки [Klatzmann et al., 1984]. Позже, основываясь на экспрессии поверхностных молекул, исследователям удалось описать различные субпопуляции CD4+ Т-клеток, которые, как оказалось, неодинаково реагируют на ВИЧ-инфекцию и играют различные роли в патогенезе заболевания. При этом данные об изменении субпопуляционного состава CD4+ Т-клеток дают более полное представление о течении заболевания и позволяют делать прогнозы относительно результатов лечения больных. Цель настоящего обзора – систематизировать и представить данные о роли отдельных субпопуляций CD4+ Т-лимфоцитов в патогенезе ВИЧ-инфекции.

Клетки-мишени ВИЧ

Не все клетки организма могут быть инфицированы ВИЧ. Для проникновения вирус использует два набора корецепторных молекул на поверхности клетки-мишени: CD4/CCR5, либо CD4/CXCR4 [Deng et al., 1996]. Некоторое количество этих белков экспрессируется на моноцитарно-макрофагальной клеточной линии и дендритных клетках, которые, как следствие, пермиссивны в отношении вирусных частиц [Pan et al., 2013]. Будучи лишь вторичными мишенями, макрофаги и дендритные клетки формируют вирусный резервуар, способствующий персистенции возбудителя и прогрессированию ВИЧ-инфекции [Venzke, Keppler, 2006].

Основной же мишенью вируса являются клетки, экспрессирующие значительное количество необходимых ВИЧ корецепторов, а именно CD4+ Т-лимфоциты.

В гетерогенном пуле CD4+ Т-клеток выделяют несколько основных субпопуляций (наивные, центральной памяти, эффекторной памяти и т.д.), отличающихся степенью зрелости, фенотипом, функциями и, что важно, плотностью экспрессии молекул CD4 и CCR5. Так как пермиссивность клеток по отношению к ВИЧ во многом зависит от количества корецепто-ров, наиболее чувствительными к инфекции являются лимфоциты, экспрессирующие максимальное число этих молекул: CD4+ Т-клетки эффекторной памяти [Groot et al., 2006].

Следует отметить, что подверженность CD4+ Т-лимфоцитов инфицированию в значительной мере зависит и от активационного статуса. Так, делящиеся CD4+ Т-клетки, будучи активированными, высоко пермиссивны для инфекции, а также способны поддерживать продуктивную вирусную репликацию и распространение вирусных частиц [Schnittman et al., 1990]. Со значительно меньшей эффективностью ВИЧ проникает в покоящиеся CD4+ Т-лимфоциты. При этом его размножение ограничено [Stevenson, 2003].

CD4 + Т-клетки эффекторной памяти

CD4⁺ Т-клетки эффекторной памяти – основные мишени ВИЧ – являются долгоживущими лимфоцитами [Imamichi et al., 2014]. Они могут находиться как в лимфоидных, так и в нелимфоидных тканях организма [Sallusto et al., 1999]. Большинство этих клеток расположено в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) [Schieferdecker et al., 1992]. При этом из-за постоянного воздействия пищевых и бактериальных антигенов значительная часть Т-лимфоцитов ЖКТ находится в активированном состоянии [Schieferdecker et al., 1992]. Так, в lamina propria доля активированных CD4⁺ Т-клеток памяти значительно больше, чем в периферической крови или лимфатических узлах [Veazey et al., 1997], что делает кишечник предпочтительным местом для первичного развития инфекции. Возможно поэтому в первые дни болезни из слизистых исчезают 30‒60% CD4⁺ Т-клеток эффекторной памяти [Mattapallil et al., 2005]. Опустошение иммунной системы кишечника приводит к нарушению целостности кишечного барьера и неконтролируемому поступлению в кровоток бактерий и их продуктов (микробная транслокация), которые, воздействуя на иммунокомпетентные клетки, провоцируют развитие хронической иммунной активации [Li et al., 2008].

При неконтролируемом течении ВИЧ-инфекции CD4+ Т-клетки эффекторной памяти исчезают не только из слизистых, но и из крови больных

[Shmagel et al., 2014]. В начале инфекционного процесса снижение общего числа периферических CD4+ Т-лимфоцитов совпадает с уменьшением доли циркулирующих клеток, относящихся к субпопуляции эффекторной памяти [Pastor et al., 2017]. По мере развития заболевания доля этих лимфоцитов на периферии, напротив, увеличивается, так как всё больше CD4+ Т-клеток вовлекается в борьбу с инфекцией. Введение антиретровирусной терапии и подавление вирусной нагрузки ВИЧ способствует увеличению общего количества периферических CD4+ Т-лимфоцитов и нормализации процентного содержания клеток эффекторной памяти в крови хронически инфицированных больных [Breton et al., 2013]. Динамичность размера субпопуляции CD4+ Т-клеток эффекторной памяти обеспечивается постоянным поступлением новых лимфоцитов из пула клеток-предшественников [Okoye et al., 2007]. Благодаря интенсивной пролиферации и дифференцировке последних число CD4+ Т-клеток эффекторной памяти в крови ВИЧ-инфицированных больных долгое время поддерживается на уровне, близком к таковому у здоровых людей [Rallon et al., 2013].

CD4 + Т-клетки центральной памяти

Как было отмечено выше, при попадании в организм ВИЧ, в первую очередь, поражает и разрушает пул CD4+CCR5+ Т-клеток эффекторной памяти, лишь незначительно затрагивая другие субпопуляции CD4+ Т-лимфоцитов [Mattapallil et al., 2005]. Это провоцирует пролиферацию и дифференцировку клеток-предшественников для восстановления утраченных элементов [Okoye et al., 2007]. Ранее считалось, что регенерация происходит за счет наивных Т-лимфоцитов и клеток центральной памяти [Gattinoni et al., 2011]. Однако позже было показано, что наивные лимфоциты играют далеко не первостепенную роль в поддержании пула CD4+ Т-клеток при ВИЧ-инфекции. Так, у макак-резус СПИД может развиваться вне зависимости от числа наивных CD4+ Т-лимфоцитов [Okoye et al., 2007]. При этом у тимэктомирован-ных обезьян CD4+ Т-клетки центральной памяти способны поддерживать численность как собственной субпопуляции, так и пула лимфоцитов эффекторной памяти [Okoye et al., 2012]. Таким образом, при ВИЧ-инфекции основным источником CD4+ Т-клеток эффекторной памяти являются Т-лимфоциты центральной памяти.

В процессе естественного развития ВИЧ-инфекции происходит постепенное опустошение пула CD4+ Т-клеток центральной памяти. В исследованиях, проведенных на приматах, было показано, что у животных, инфицированных вирусом иммунодефицита обезьян, низкая численность CD4+ Т-лимфоцитов центральной памяти приводит к быстрому развитию СПИД [Okoye et al., 2007]. Назначение АРТ способствует увеличению доли этих клеток, однако не приводит к полному восстановлению их абсолютного количества [Rallon et al., 2013]. Было отмечено, что у ВИЧ-инфицированных лиц, получающих АРТ, численность CD4+ Т-клеток центральной памяти прямо коррелирует с числом периферических CD4+ Т-лимфоцитов [Rallon et al., 2013]. Другими словами, эффективное восстановление иммунной системы при проведении лечения определяется относительно большим количеством CD4+ Т-клеток центральной памяти. А дефицит этих лимфоцитов может препятствовать увеличению числа периферических CD4+ Т-клеток и способствовать сохранению иммунодефицитного состояния даже на фоне терапии. Таким образом, в хроническую стадию ВИЧ-инфекции CD4+ Т-клетки центральной памяти играют важную роль в поддержании работоспособности иммунной системы.

Медленное нарушение гомеостаза CD4+ Т-кле-ток центральной памяти при ВИЧ-инфекции наталкивает на мысль о существовании внешних или внутренних факторов, ограничивающих способность лимфоцитов к самовосстановлению и дифференцировке в другие субпопуляции. Под влиянием этих сил происходит постепенное сокращение размера пула CD4+ Т-клеток центральной памяти, что, со временем, делает его слишком маленьким для поддержания компетентности иммунной системы. Одним из таких факторов может являться хроническое воспаление, вызванное ВИЧ-инфекцией. Воспалительный процесс провоцирует фиброзирование лимфоидных тканей, разрушает микроструктуру вторичных лимфоидных органов [Zeng, Haase, Schacker, 2012] и ограничивает доступ CD4+ Т-клеток центральной памяти к цитокинам и факторам роста, необходимым для выживания [Okoye et al., 2007]. Также с течением ВИЧ-инфекции CD4+ Т-клетки центральной памяти могут подвергаться репликативному старению из-за укорочения теломер и угнетения активности теломеразы [Franzese et al., 2007]. Такие «постаревшие» лимфоциты теряют способность поддерживать должный уровень деления.

При неконтролируемом развитии ВИЧ-инфекции продолжительное воздействие факторов, ограничивающих функциональную активность CD4+ Т-клеток центральной памяти, приводит к уменьшению регенеративного потенциала всего пула CD4+ Т-лимфоцитов [Okoye, Picker, 2013]. При этом разрушительные эффекты могут быть ограничены применением АРТ. Было показано, что раннее назначение терапии, сохраняющей пул CD4+ Т-кле-ток центральной памяти в начале инфекции, способствует лучшему восстановлению иммунной системы на фоне лечения. Однако не стоит забывать, что CD4+ Т-клетки центральной памяти – это источник клеток эффекторной памяти [Gattinoni et al., 2011] – основных мишеней ВИЧ. Пул латентно инфицированных, долгоживущих CD4+ Т-клеток центральной памяти является основным препятствием на пути к полной эрадикации вируса [Chomont et al., 2009].

Наивные CD4 + Т-лимфоциты

Когда разрушительное влияние ВИЧ приводит к уменьшению количества CD4+CCR5+ Т-клеток, вирус может приобрести CXCR4-тропизм и инфицировать наивные CD4+ Т-лимфоциты [Ribeiro et al., 2006]. Это приводит к значительным изменениям в субпопуляционном составе CD4+ Т-клеток. Было показано, что в периферической крови и лимфатических узлах ВИЧ-позитивных больных происходит выраженное (более чем в 3 раза) снижение количества наивных CD4+ Т-клеток [Douek et al., 1998]. Исследователи выделяют ряд факторов, обусловливающих этот процесс. Во-первых, ВИЧ-инфекция характеризуется угнетением продуктивной функции тимуса [Douek et al., 1998], что значительно снижает количество поступающих на периферию недавних тимических мигрантов – наименее дифференцированных наивных Т-клеток. Во-вторых, инфекционный процесс приводит к увеличению уровня иммунной активации [Hazenberg et al., 2000] и дифференцировке наивных Т-лимфоцитов в клетки других субпопуляций [Di Mascio et al., 2006]. В-третьих, наивные Т-лимфоциты могут быть напрямую инфицированы ВИЧ [Zamarchi et al., 2002], что увеличивает вероятность их смерти. Ситуация отягощается отложением коллагена в паракортикальных Т-клеточных зонах лимфоидной ткани. Плотные фиброзированные участки ограничивают доступ наивных Т-клеток к цитокинам, факторам роста и сигналам, необходимым для выживания и пролиферации [Schacker et al., 2002].

ВИЧ-инфекция характеризуется не только опустошением пула наивных CD4+ Т-лимфоцитов. На фоне прогрессирования заболевания также нарушается функциональная активность клеток, оставшихся в составе наивной субпопуляции. Так, наивные CD4+ Т-лимфоциты ВИЧ-инфицированных пациентов по сравнению с клетками, полученными от здоровых людей, неэффективно пролиферируют в ответ на стимуляцию цитокинами (например, IL-7). Исследователи [Rethi et al., 2005] связывают это со снижением уровня экспрессии цитокиновых рецепторов, таких как CD127 (IL-7R), на поверхности наивных CD4+ Т-клеток ВИЧ-позитивных больных. Кроме того, наивные CD4+ Т-клетки инфицированных людей по сравнению с лимфоцитами здоровых доноров хуже пролиферируют после стимуляции через Т-клеточный рецептор [Bazdar,

Sieg, 2007]. При этом добавление стимула от IL-7, усиливающего пролиферативный ответ клеток у людей без признаков ВИЧ-инфекции, не оказывает соответствующего действия на наивные CD4+ Т-лимфоциты ВИЧ-позитивных лиц [Bazdar, Sieg, 2007]. Также при ВИЧ-инфекции изменяется функциональная активность слабодифференцированных наивных CD4+ Т-клеток – CD31+ тимических мигрантов. В норме после получения сигнала через Т-клеточный рецептор эти клетки экспрессируют ко-стимулирующие молекулы CD28 и CD27, однако этого не происходит при ВИЧ-инфекции [Luciano et al., 2007]. И хотя стимулированные зрелые наивные (CD31–) Т-лимфоциты индуцируют экспрессию ко-стимулирующих белков, многие клетки оказываются не способны войти в клеточный цикл и начать процесс деления.

В большинстве случаев назначение АРТ способствует постепенному увеличению общего числа наивных CD4+ Т-лимфоцитов [Douek et al., 1998]. При этом высокая численность наивных Т-клеток в момент начала лечения ассоциирована с успешным восстановлением иммунной системы на фоне терапии [Schacker et al., 2010]. Следует отметить, что позднее назначение АРТ взрослым людям снижает шансы на полное восстановление количества наивных CD4+ Т-лимфоцитов даже при продолжительном лечении [Vrisekoop et al., 2008]. Дефицит наивных CD4+ Т-клеток, характеризующихся большим разнообразием антигенраспозна-ющих рецепторов, может привести к неблагоприятным последствиям: снижению возможности развития иммунного ответа на антигены, с которыми организм прежде не встречался [Roederer et al., 1995]. Особенно важным это становится ввиду высокой мутагенности ВИЧ, который постоянно образует модифицированные штаммы в организме зараженного [Abram et al., 2010]. Снижение числа наивных Т-клеток приводит к уменьшению давления на вирус со стороны иммунной системы, что ускоряет прогрессирование заболевания в фазу СПИД [Pacheco et al., 2009].

Стволовые CD4 + Т-клетки памяти

Наивные CD4+ Т-лимфоциты, клетки центральной памяти и лимфоциты эффекторной памяти – основные, но не единственные субпопуляции CD4+ Т-клеток, участвующие в патогенезе ВИЧ-инфекции. Еще одной группой CD4+ Т-лимфоцитов, пермиссивных в отношении вируса, являются стволовые Т-клетки памяти. Эти лимфоциты способны дифференцироваться и восстанавливать полное разнообразие субпопуляций CD4+ Т-клеток [Oliveira et al., 2015]. У человека стволовые Т-клетки памяти составляют 2‒3% циркулирующих CD4+ Т-лимфоцитов. Стволовые CD4+ Т-клетки памяти являются фенотипически наивными лимфоцитами, экспрессирующими некоторые маркеры, характерные для более зрелых субпопуляций (CD95, CXCR3, IL-2Rβ, CD58 и CD11a) [Gattinoni et al., 2011].

Стволовые CD4+ Т-клетки памяти могут играть неоднозначную роль в развитии ВИЧ-инфекции. Так, у больных, находящихся в хронической стадии заболевания, была отмечена негативная корреляционная зависимость между численностью циркулирующих стволовых Т-клеток памяти и тяжестью болезни [Ribeiro et al., 2014]. Другими словами, большое количество стволовых Т-клеток памяти, способных дифференцироваться в клетки-эффекторы, ассоциировано с более медленным развитием СПИД. Однако стволовые CD4+ Т-клет-ки памяти могут оказывать и негативный эффект на течение инфекционного процесса. Не следует забывать, что они являются долгоживущими CD4+ Т-лимфоцитами, пермиссивными в отношении ВИЧ [Buzon et al., 2014]. Пул стволовых Т-клеток памяти может служить небольшим, но стабильным и самостоятельно пополняющимся резервуаром ВИЧ, поддерживающим персистенцию вируса [Buzon et al., 2014]. Было показано, что высокий уровень зараженности стволовых CD4+ Т-клеток памяти ассоциирован с развитием СПИД, что подтверждено экспериментами на животных [Cartwright et al., 2014; Klatt et al., 2014]. С другой стороны, низкое количество вирионов в стволовых CD4+ Т-клетках памяти обнаруживают у ВИЧ-инфицированных нонпрогрессоров [Klatt et al., 2014], длительное время не проявляющих признаков болезни, а также у дымчатых мангобеев [Calascibetta et al., 2016] – природных носителей вируса, не страдающих от СПИД. Эти факты подчеркивают важнейшую роль стволовых CD4+ Т-клеток памяти в поддержании иммунитета против инфекционных заболеваний: здоровые клетки замедляют развитие СПИД и, наоборот, нарушение гомеостаза стволовых CD4+ Т-лимфоцитов памяти приводит к ускорению патогенеза лентивирусной инфекции.

Заключение

При ВИЧ-инфекции степень пораженности иммунной системы оценивают по снижению абсолютного количества периферических CD4+ Т-лимфоцитов [Klatzmann et al., 1984]. Вместе с тем, следует учитывать, что пул этих клеток является неоднородным и состоит из нескольких субпопуляций, отличающихся по степени зрелости, фенотипу, выполняемым функциям, пермиссивности в отношении ВИЧ и роли в поддержании иммунной системы. Среди основных субпопуляций CD4+ Т-лимфоцитов, принимающих участие в патогенезе ВИЧ-инфекции, особенно важными являются Т-клетки эффекторной памяти, Т-лимфоциты центральной памяти, стволовые Т-клетки памяти и наивные Т-лимфоциты [Groot et al., 2006]. Определение их содержания в крови наряду с исследованием абсолютного количества CD4+ Т-лимфоцитов позволяет судить о скорости прогрессирования ВИЧ-инфекции и делать прогнозы эффективности восстановления иммунной системы при назначении АРТ [Schacker et al., 2010; Okoye, Picker, 2013].

Все CD4+ Т-лимфоциты, вне зависимости от субпопуляционной принадлежности, могут быть вовлечены в патогенез ВИЧ-инфекции. В процессе развития заболевания заражение этих клеток происходит не единовременно, а постепенно: субпопуляция за субпопуляцией. Так, в острую фазу ВИЧ-инфекции вирус поражает преимущественно им-муноциты кишечника, большинство которых представлено CD4+ Т-лимфоцитами эффекторной памяти [Schieferdecker et al., 1992]. Массовая гибель этих клеток запускает гомеостатические механизмы: активацию, пролиферацию и дифференцировку CD4+ Т-лимфоцитов центральной памяти [Okoye et al., 2007]. При продолжительном течении заболевания клетки центральной памяти истощаются, а их число снижается [Okoye et al., 2007]. На фоне дефицита клеток-мишеней ВИЧ инфицирует менее зрелые Т-лимфоциты: тимоциты, наивные клетки и стволовые Т-лимфоциты памяти [Ribeiro et al., 2006].

Назначение антиретровирусной терапии подавляет репликацию ВИЧ, снижает уровень системного воспаления и способствует увеличению количества периферических CD4+ Т-клеток. Однако у ВИЧ-инфицированных больных, принимающих АРТ, содержание наивных Т-лимфоцитов и Т-клеток центральной памяти редко возвращается к значениям, характерным для здоровых людей [Rallon et al., 2013]. Со временем в крови ВИЧ-инфицированных пациентов накапливаются CD4+ Т-клетки эффекторной памяти, что характерно для стареющего организма [Moro-Garcia, Alonso-Arias, Lopez-Larrea, 2013]. Поэтому некоторые исследователи [Appay, Kelleher, 2016] рассматривают изменение субпопуляционного состава CD4+ Т-клеток при ВИЧ-инфекции как ускоренное старение иммунной системы.

Следует отметить, что CD4+ Т-клетки обладают большой пластичностью и способны дифференцироваться в лимфоциты с разнообразными функциями и свойствами [Zhou, Chong, Littman, 2009]. По способности клеток продуцировать те или иные цитокины среди CD4+ Т-лимфоцитов выделяют Th1 и Th2 субпопуляции [Abbas, Murphy, Sher, 1996], регуляторные Т-клетки [Sakaguchi et al., 1995], Th17 клетки [Harrington et al., 2005], прай-мированные Т-клеточные прекурсоры [Wang, Mosmann, 2001], Th9 и Th22 лимфоциты [Veldhoen et al., 2008; Trifari et al., 2009], фолли- кулярные хелперные клетки [Schaerli et al., 2000] и др. Лимфоциты каждой субпопуляции вносят свой собственный, зачастую кардинально противоположный, вклад в развитие ВИЧ-инфекции. При этом клетки каждой из «функциональных» субпопуляций могут принадлежать как к наивным Т-лимфоцитам, так и входить в состав пулов различных CD4+ Т-клеток памяти. Известно, что ВИЧ-инфекция влияет не только на субпопуляции, отличающиеся степенью зрелости клеток, но и на разнообразие CD4+ Т-лимфоцитов, выполняющих различные функции. Совмещение двух подходов к определению субпопуляционного состава Т-клеток при ВИЧ-инфекции является задачей, которую еще предстоит решить.