Біологія вірусу папіломи людини

Решта 75 % спричинені генітальними типами вірусів папіломи людини, найчастіше типами 6 і 11, і вони пояснюються можливим існуванням вертикальної передачі (від матері дитині). Однак кілька досліджень засвідчили, що перинатальна передача вірусів папіломи людини є надзвичайно рідкісним явищем у дітей [30]. Якщо таке відбувається, типи вірусів папіломи людини зазвичай не знаходять у дітей з кондиломами, а саме типи 16 і 18. І на останнє, кондиломи у дітей, про яких відомо, що з ними здійснювали сексуальні дії, містять переважно типи вірусів папіломи людини 6 і 11, за якими йдуть віруси 16 і 18, підтверджуючи роль статевої передачі вірусів кондилом, виявлених у дітей [32, c. 15].

Рис. 1.5. Оцінка поширеності папілома вірусної інфекції геніальної локалізації (за Koutsky). Передруковано з American Journal of Medicine, 102 (5a). Koutsky L.A. Epidemiology of genital human papillomavirus infection, 3-8, 1997, за дозволом від Excerpta Medica, Inc.

Можливим є зараження ВПЛ немовлят під час пологів від матері, в якої є кондиломи. У таких дітей з часом можуть розвиватися папіломи гортані, що спричинюють закупорювання дихальних шляхів і потребують хірургічного втручання. Крім того, кондиломи значних розмірів можуть зумовлювати обструктивні та геморагічні ускладнення під час пологів. Є повідомлення про наявність ВПЛ в амніотичній рідині. Зареєстровано випадки народження дітей шляхом операції кесарева розтину з папіломатозом гортані, що розглядають як наслідок інфікування плода в період гестації. Можливо також перенесення ВПЛ від батьків до дітей. Зазначено випадки масових захворювань серед школярів, захворювання кількох дітей у родині.

Збільшення кількості проявів кондилом у хворих із синдромом набутого імунодефіциту (СНІД) у вагітних і їх подальше зникнення після пологів підтверджують опортуністичний характер ВПЛ-інфекції.

Генітальні прояви ВПЛ можуть поєднуватися з екстрагенітальними. Появу бородавок зазначають у людей різного віку, однак діти частіше хворіють на вульгарні та юнацькі бородавки. ГК спостерігають в основному у осіб 16-30 років і старших.

Інкубаційний період варіює від 3 тиж до 9 міс (у середньому – 3 міс). Вірус, потрапляючи на шкіру або слизову оболонку, проникає в клітину та вкорінюється в ядро. Він може залишатися там у неактивному стані тривалий період. За зниження захисних сил організму вірус починає розмножуватися в ядрі, зумовлюючи проліферацію епітеліальної тканини, та проникає в інші клітини.

Під час морфологічних досліджень проявів ПВІ встановлено наявність  папіломатозу, гіпер- і паракератозу. Клітини верхніх відділів шипоподібного  та зернистого шарів епідермісу вакуолізовані, не містять гранул кератогіаліну, їхні ядра оточені світлим обідком (койлоцити), відбувається екзоцитоз лімфоїдних елементів.

Койлоцити розглядають як маркер ПВІ  при цитологічній і морфологічній  діагностиці. Вони є специфічними клітинами  – деструктивно зміненими епітеліоцитами з різко зниженим метаболізмом. У їхній цитоплазмі практично немає рибонуклеїнової кислоти (РНК), глікогену, а в ядрах – ДНК. Койлоцити можуть перетворюватися в балоноподібні клітини. У разі патогенного впливу вірусу вміст клітини «викидається» у міжклітинний простір разом з вірусними частками, що потрапляють у макрофаги, проникають у дерму, судини капілярного сплетення, утворюючи резервуар ПВІ [10, c. 43].

У наукових дослідженнях для визначення білків вірусної оболонки всіх типів  ВПЛ застосовують імунологічні методи з використанням пероксидазної й антипероксидазної реакцій. Для ідентифікації типу вірусу використовують методи молекулярної біології, в тому числі ДНК-гібридизації та полімеразно-ланцюгової реакції (ПЛР). Точне визначення фізичного статусу ДНК ВПЛ у клітині надзвичайно важливе для прогнозування розвитку неопластичних процесів.

У разі зараження  першою клітиною, що вступає в боротьбу зі збудником, є тканинний макрофаг. Він поглинає збудників і представляє  антигенні пептиди Т- і В-клітинам й ініціює розвиток клітинної та гуморальної імунної відповіді. При цьому макрофаг виділяє цитокіни, що активують фактори неспецифічної резистентності: нейтрофіли, моноцити/макрофаги, NK-клітини, а також діють на Т- і В-лімфоцити, включаючи специфічну імунну відповідь. З огляду на виклади, для активації імунітету при вірусних інфекціях показані лікарські засоби, що впливають на клітини моноцитарно-макрофагальної системи.

Для папіломавірусів  постійний зв'язок з клітиною організму-господаря  –невід'ємна частина їхнього життєвого  циклу, а онкогенність варіабельна. Віруси папіломи людини здатні переключатися з інфекції «непродуктивного» типу до інфекції «продуктивного» типу і навпаки. У першому випадку вірус реплікується синхронно з клітиною, не приносячи їй шкоди, у другому випадку він швидко розмножується і вбиває клітину. Папіломавіруси здатні підпорядковувати клітинну систему синтезу ДНК, а вірусні гени, що здійснюють цю функцію можуть діяти як онкогени.

 Онкогенність  папіломавірусів обумовлена особливостями  будови геному, представленого кільцевою дволанцюговою ДНК. У клітинах бородавок та інших доброякісних утворень геном вірусу стабільно існує у вигляді плазміди, що самостійно реплікується. Лише в окремих випадках (під впливом невідомих факторів) вірусний геном може вбудовуватися в хромосому господаря [17, c. 20].

При цьому змінюється оточення вірусних генів і порушується  контроль експресії клітинних генів. Безконтрольний синтез білків, що регулюють  клітинний цикл, «підштовхує» клітину  до вступу в S-фазу клітинного циклу, сприяючи тим самим виникненню пухлинного росту.

1.3 Організація геному вірусу папіломи людини

Геном представлений кільцеподібною замкненою двохланцюговою ДНК з  молекулярною масою близько 5,0×10⁶ дальтон. Розмір геному різних типів папіломавірусів становить 8000 нуклеотидних пар (геном ВПЛ-16 – 7904 пари основ) і містить 9 відкритих рамок зчитування.

Геном містить 9 генів, з яких 2 кодують структурні білки віріону L1 і L2, а решта (Е1-Е7) належать до так званих ранніх генів (60-70% геному) і кодують білки, необхідні  для здійснення характерних для даного вірусу функцій. Гени Е6 і Е7 є ключовими при перетворенні нормальних клітин у пухлинні  і завжди виявляються в пухлинних клітинах заражених ВПЧ, в той час як інші фрагменти вірусного генома можуть бути загублені в процесі його тривалої персистенції в пухлинних клітинах.

Геном ВПЛ розділений на три функціонально-активних регіони: LCR (long control region), earty (E) і late (L). Область LCR бере участь у регуляції транскрипції вірусних генів. Регіон Е включає  гени Е1, Е2, Е4, Е6, Е7, які кодують білки, що відповідають за процеси вірусної реплікації. Гени L1 і L2 регіону L кодують структурні білки вірусного капсиду. У нормальній клітині геном ВПЛ знаходиться в епісомальній формі, тоді як інтеграція ВПЛ-ДНК в хромосому клітини-господаря призводить до пухлинної прогресії клітин цервікального епітелію.

Незважаючи на досить просту організацію геному, ВПЛ являє собою особливу небезпеку, що обумовлено його вираженими онкогенними  потенціями. ВПЛ здатний існувати як у вільній епісомальній, так і в інтегрованій формі. При включенні вірусної ДНК в ядерний матеріал клітини господаря говорять про інтеграцію в клітину господаря. Встановлено, що тільки інтегрована форма ВПЛ здатна до злоякісної трансформації, тому що вірусна ДНК здійснює контроль над клітинним генетичним матеріалом, що необхідно для виробництва ВПЛ-кодованих білків. Неінтегрована інфекція є продуктивною інфекцією, тому що в цьому випадку виробляються неушкоджені вірусні частинки [21, c. 67].

 У разі  інтеграції ДНК ВПЛ вірусні частинки не виробляються, і це називається непродуктивною ВПЛ-інфекцією. Продуктивна інфекція призводить до утворення гострих кондилом, які мають дуже низьку ймовірність розвитку в передрак або рак, а непродуктивні плоскі кондиломи, які зазвичай не видно неозброєним оком, є набагато більш небезпечним ураженням.

Міцність утвореного зв'язку, ступінь інактивації зазначених супресорних білків визначає вираженість  подальшої трансформації клітини. Відзначено, чим міцніше встановлений зв'язок і вище ступінь інактивації, тим більш ймовірно переродження папіломи в злоякісне новоутворення. Папіломавіруси – єдина група вірусів, для яких доведено, що вони індукують утворення пухлин у людини в природних умовах.

Успіхи у вивченні молекулярної біології вірусу папіломи людини пояснюють його роль у розвитку плоскоклітинних внутрішньоепітеліальних ушкоджень і ракових утворень. Визначено кілька провідних шляхів, які сприяють онкогенезу. Геном вірусу папіломи людини ділиться на три ділянки: ранню (early-E), пізню (late-L) і вхідну регулюючу (upstream regulatory region-URR), яку також називають ділянкою довгочасного контролю (long control region-LCR). Білки ділянки Е пов’язані з реплікацією клітини та її трансформацією, які виконують важливі функції в онкогенезі. Ділянка L, що поділяється на L1 і L2, потрібна для складання елементів вірусів. LCR розташована між ділянками Е і L і є важливою для регуляції транскрипції вірусного гена (синтезу вірусних білків). З білків ранньої ділянки білки Е6 і Е7 вважають найважливішими вірусними білками для розвитку злоякісних утворень. Вони здатні стимулювати перетворення клітини, приєднуючись до пухлинопригнічувальних генів р53 і Rb, які відповідають за регуляцію нормального клітинного росту, за відновлення та реплікацію клітин. За нормальних фізіологічних умов ушкодження ДНК часто відбуваються у процесі реплікації клітини (тобто природна випадковість). Клітини звичайно програмуються в такий спосіб, щоб припинити реплікацію для виправлення ушкоджень за допомогою генів Rb і р53. Коли функціонуванню р53 і Rb заважає приєднання до них білків Е6 і Е7 вірусу папіломи людини, аномальна реплікація клітини завершується злоякісними змінами.

У нормі Е6 і Е7 регулюються іншими білками з ділянок Е і LCR. Інтегрування ДНК вірусів папіломи людини в  клітину-хазяїна вважають ключовою подією канцерогенезу, як наслідок, відбувається втрата регуляторних білків для Е6 і Е7, а отже, і збільшена транскрипція Е6 і Е7. Згодом інтегрування вірусів до клітини може посилювати функціонування Е6 і Е7, що завершується порушенням її функціонування. Відмінності в біологічній дії цих білків знайдено для типів вірусу папіломи людини високого і низького ризику. Підвищену експресію Е7 знайдено в тканинах, інфікованих типами ВПЛ високого ризику порівняно з типами низького ризику [30, c. 51] .

Білки Е6 типу ВПЛ високого ризику приєднуються до гена р53 ефективніше, ніж типи ВПЛ низького ризику. Виявлено також більш високий потенціал перетворення клітин ВПЛ типу 18 порівняно з ВПЛ типу 16 in vitro.

Однак оскільки більшість  інфекційних уражень вірусами папіломи людини, включаючи спричинені типами високого ризику, не прогресують до злоякісних новоутворень, для виникнення раку мають існувати інші чинники. Наприклад, елементи довгочасного контролю відповідають за регуляторні чинники росту, такі як трансформуючі чинники росту (transforming growth factors-TGFs) бета 1 і 2, які пригнічують проліферацію нормальних епітеліальних клітин, однак водночас вони функціонують як регулятори експресії генів вірусів папіломи людини в інфікованих клітинах.

 Останній і, звичайно, найменш зрозумілий чинник — імунна реакція хазяїна на первинну інфекцію вірусів папіломи людини — є, найімовірніше, провідним щодо усунення інфекції або її латентного перебігу.

Більшість даних щодо молекулярної біології ВПЛ отримано з досліджень вірусів папіломи людини типу 16 і меншою мірою типу 18, а також типів «низького ризику» 6 і 11.

Важливо пам’ятати про  це, узагальнюючи дані щодо ролі вірусів  папіломи людини. Розбіжності можуть пояснюватися відмінностями в молекулярній біології штамів, які достатньо не досліджувалися.

Розділ 2. Молекулярні основи патогенності вірусу папіломи людини

2.1 Інфікування молекулярними варіантами вірусу папіломи людини

Інфекція ВПЛ служить передумовою  раку шийки матки, пухлин статевих органів  і заднепроходного каналу, гострокінцевих кондилом і папіломатоз горла. Раз на рік в світі, в основному в країнах, що розвиваються, приблизно 250 000 дам гине від раку шийки матки.

 На цьому  тлі пошук дієвих способів  зцілення інфекції ВПЛ стає  дуже принциповим. В даний момент описано приблизно сто типів ВПЛ. При цьому різні типи ВПЛ асоціюються з різними хворобами.

Наприклад, ВПЛ  типу 16 і 18 викликають рак шийки матки, ВПЛ типу 2 і 27 - звичайні бородавки, ВПЛ типу 6 і 11 - гострокінцеві кондиломи  і папіломатоз горла. ВПЛ характеризується незвичайним і складним циклом розвитку, що ускладнює його дослідження і розробку дієвих способів зцілення. ВПЛ вражає тільки епітеліальні клітини. Цикл розвитку ВПЛ залежить від часу і ступеня диференціювання клітин. Реплікація вірусу відбувається в базальному шарі епідермісу.

Експресія білків та збирання вірусів відбувається в  диференціюються клітинах шиповатого і зернистого шарів епідермісу. In vitro створити умови для активної генерації ВПЛ не вдалося. Геном  ВПЛ маленький.

Він наданий двухцепочечной кільцеподібної ДНК, що містить приблизно 8000 пар основ. У ВПЛ 8 генів, з яких 6 (E1, E2, E4, E5, E6 і E7) кодують неструктурні білки, 2 гена (L1 і L2) кодують структурні білки. Експресія генів відбувається в процесі циклу розвитку ВПЛ і залежить від часу і ступеня диференціювання епітеліальних клітин [12, c. 41].

 Онкобелкі  Е6 і Е7 инактивируют білки-супресори  пухлинного росту P53 і Rb. Білки  Е1 і Е2 регулюють реплікацію  вірусної ДНК і експресію генів.  Білок L1 формує капсомери. Уже одна родзинка ВПЛ - можливість латентної інфекції. ВПЛ може перебувати внутрішньоклітинно в неактивному стані до або після активної інфекції. При всьому цьому відбувається транскрипція і експресія, але інфекційних вірусів не з'являється.