Риновирус — одна из самых частых вирусных инфекций у человека. Он вызывает примерно половину всех простуд и нередко протекает без симптомов. Однако именно этот вирус часто запускает обострения астмы и хронической обструктивной болезни легких, а также провоцирует тяжелое свистящее дыхание у детей и курильщиков. Риновирусная инфекция может протекать по-разному — и решающую роль в этом играют особенности организма.
Основное место размножения риновируса — респираторный эпителий. Он не только выполняет функцию защитного барьера, но и участвует во врожденной иммунной сигнализации. Клетки эпителия распознают РНК вируса и запускают ответ интерферона (ИФН). В результате активируется белок IRF3, и клетки начинают вырабатывать ИФН-I и III и активируют стимулированные интерфероном гены (ISG). Эти сигналы распространяются на соседние клетки и ограничивают размножение вируса. Если ответ ИФН ослаблен — вирус размножается активнее, а риск тяжелого течения инфекции возрастает. Кроме того, несколько исследований показали, что предварительное лечение респираторного эпителия экзогенным рекомбинантным ИФН снижает или блокирует репликацию вируса.
Чтобы разобраться в механизмах, лежащих в основе ответа на риновирусную инфекцию, ученые из Медицинской школы Йельского университета (США) провели серию экспериментов на культуре человеческих носовых эпителиальных клеток. В этой модели клетки формируют структуру, похожую на слизистую оболочку, и поддерживают размножение вируса. Ученые искусственно подавляли ответ ИФН и наблюдали за течением инфекции.
Результаты показали, что нормальный ответ ИФН эффективно сдерживает репликацию риновируса. Но если ответ ИФН ослаблен, то включается другая программа — выраженное воспаление. Ее запускают сигнальные пути NF-κB, NLRP1 и рецептор к IL-1. В итоге клетки начинают активно продуцировать IL-1β и другие провоспалительные молекулы, а также усиливают выработку слизи.
Когда ученые блокировали сигнальный путь NLRP1-IL-1, воспаление снижалось. Это указывает на возможные стратегии лечения риновирусной инфекции.
Подавление эпителиального ответа ИФН увеличивает вирусную нагрузку и гибель клеток при заражении риновирусом. Доля инфицированных клеток возрастает с 2 до 30%
ИФН-III — преобладающий тип интерферонов, который клетки носового эпителия производят во время риновирусной инфекции. При нормальном ответе ИФН репликация риновируса достигала пика на 2-й день и затем снижалась.
Подавление ответа ИФН с помощью препарата BX795, который предотвращает активацию IRF3, приводило к резкому усилению репликации вируса, увеличению выделения вирусных частиц и гибели клеток. Также репликацию риновируса усиливало введение руксолитиниба — ингибитора JAK1, препятствующего сигнализации ИФН.
В слизистой носа риновирус преимущественно инфицирует реснитчатые клетки, при этом доля инфицированных клеток остается низкой — менее 2%. Подавление ответа ИФН резко изменяет картину — число инфицированных клеток возрастает до более чем 30%, и вирус начинает активно заражать не только реснитчатые, но и базальные и секреторные клетки.
Напротив, предварительное введение рекомбинантного ИФН-λ1 подавляло вирусную репликацию.
Ответ ИФН на риновирус запускает экспрессию ISG в инфицированных и соседних клетках
При инфекции риновирусом ISG активируются почти во всех клетках эпителия, несмотря на то, что инфицировано менее 2% клеток. Ранний ответ ISG включает противовирусные эффекторы, вирусные сенсоры, положительные регуляторы, включая STAT1, и хемокины, включая CXCL10 и CXCL11. Базальные клетки продуцируют хемокины, привлекающие Т-клетки, что соответствует их расположению у границы с тканью, из которой рекрутируются лейкоциты.
После пика вирусной репликации (2-5 дней) эпителиальные клетки носа демонстрировали повышенную экспрессию поздних ISG, связанных с презентацией антигена, и ряда противовирусных генов. Одновременно возрастала продукция провоспалительных хемокинов (CXCL1 и CXCL8) и секретируемых белков (LCN2 и SLPI) в базальных и секреторных клетках.
Ранняя фаза риновирусной инфекции характеризуется активацией программ, управляемых IRF и STAT1, тогда как на поздней стадии их активность снижается и активируются программы, связанные с клеточным циклом и антиоксидантной защитой, что отражает переход к разрешению противовирусного состояния.
Подавление ответа ИФН переключает эпителий на провоспалительную и гиперсекреторную программу
Подавление сигнала ИФН полностью блокирует активацию ISG и переключает ответ эпителия на выраженную воспалительную программу: усиливается продукция хемокинов, которые привлекают нейтрофилы и другие миелоидные клетки, и цитокинов IL-1α/β, а также муцинов и секретируемых антимикробных белков. Это сопровождается повышенной вязкостью слизи и нарушением функции ресничек.
NF-κB регулирует воспалительные и гиперсекреторные ответы на риновирусную инфекцию и участвует в регуляции ответа ISG в носовом эпителии
Блокада NF-κB увеличивает репликацию риновируса примерно в 10 раз — аналогично подавлению сигнала ИФН. При этом блокада NF-κB устраняет выраженный провоспалительный ответ, вызванный подавлением ИФН, включая секрецию IL-1β и экспрессию муцинов и антимикробных белков.
Одновременно подавление NF-κB снижает продукцию ИФН-λ1 и экспрессию ISG. Таким образом, NF-κB не только регулирует провоспалительный ответ, но и участвует в регуляции ответа ИФН в эпителии носа при риновирусной инфекции.
NF-κB предотвращает повреждение и эпителия и нарушение дифференцировки клеток при риновирусной инфекции
При блокаде NF-κB подавляются как противовирусные, так и воспалительные реакции. В ответ работа клеток нарушается — активируются системы, реагирующие на эпителиальное повреждение, наблюдаемое при прогрессировании хронических заболеваний дыхательных путей. Это сопровождается нарушением дифференцировки клеток — они становятся менее специализированными и хуже выполняют свои функции.
Эти результаты показывают, что NF-κB помогает поддерживать нормальное состояние эпителия при инфекции, предотвращая его повреждение и нарушение дифференцировки клеток.
Инфламмасома NLRP1 усиливает воспаление при риновирусной инфекции
Риновирусная инфекция вызывает секрецию IL-1β через активацию инфламмасомы NLRP1, которая запускается вирусной протеазой 3C.
Блокада NLRP1, каспазы-1 или IL-1R снижает выработку IL-1β, а ингибитор протеазы 3C (рупинтривир) подавляет воспаление эффективнее, чем ингибиторы репликации вируса. При генетическом удалении NLRP1 также снижается продукция провоспалительных цитокинов и хемокинов.
Вывод
Сигнальные пути IRF и NF-κB управляют ответом ИФН III типа — главной защитой носового эпителия от риновируса. В то же время NF-κB вместе с IL-1 и NLRP1 регулирует провоспалительный ответ. При этом IL-1 и NLRP1 можно рассматривать как потенциальные мишени для снижения чрезмерного воспаления при риновирусной инфекции.
