Автореферат и диссертация по медицине (14.03.09) на тему:Характеристики Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунитета при проведении антиретровирусной терапии
Автореферат диссертации по медицине на тему Характеристики Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунитета при проведении антиретровирусной терапии
005537573
На правах рукописи
САЙДАКОВА ЕВГЕНИЯ ВЛАДИМИРОВНА
ХАРАКТЕРИСТИКИ Т-ЛИМФОЦИТОВ ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИММУНИТЕТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АНТИРЕТРОВИРУСНОЙ ТЕРАПИИ
14.03.09 - клиническая иммунология, аллергология
7 НОЯ 2013
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Екатеринбург — 2013
005537573
Работа выполнена в лаборатории экологической иммунологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь
Научный руководитель:
доктор медицинских наук Шмагель Константин Владимирович
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией иммунологии
воспаления ИИФ УрО РАН Гусев Евгений Юрьевич
доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник
лаборатории биохимии развития
микроорганизмов ИЭГМ УрО РАН Гейн Сергей Владимирович
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт вирусологии имени Д.И. Ивановского» Минздрава России (123098, Москва, ул. Гамалеи, 16).
..СО
Защита состоится «27» ноября 2013 г. в 4Ъ час. на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, соискание ученой степени доктора наук Д 004.027.01 при ИИФ УрО РАН (620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106).
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке УрО РАН по адресу: 620049, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской/ Академическая, 22/20; с авторефератом - на сайте ВАК http://vak.ed.gov.ru.
Автореферат разослан октября 2013 г.
Ученый секретарь Совета Д 004.027.01
при ИИФ УрО РАН,
доктор медицинских наук, профессор
И.А. Тузанкина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
ВИЧ-инфекция является актуальной проблемой, требующей активного исследования (Беляков и соавт., 2010; Онищенко и соавт., 2009; Покровский, 2010). Согласно данным ЮНЭЙДС, к концу 2011 года в мире проживало около 34 миллионов человек, инфицированных вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Примерно 0,8% населения Земли в возрасте 15-49 лет имели ВИЧ-положительный статус. В России, согласно данным Федерального научно-методического центра по профилактике и борьбе со СПИДом, на ноябрь 2012 года было зарегистрировано уже более 700 тысяч случаев ВИЧ-инфекции. Показатель распространенности заболевания за 10 месяцев 2012 года в среднем по Российской Федерации составил 491,9 на 100 тыс. населения.
До появления антиретровирусной терапии (APT) с момента инфицирования человека ВИЧ и до развития у него глубокого иммунодефицита проходило около 10-12 лет, а смерть пациента наступала в течение 2-4 лет после первых проявлений СПИДа (Muñoz et al., 1989; Hendriks et al., 1998). Введение APT в клиническую практику позволило существенно увеличить продолжительность жизни ВИЧ-позитивных больных.
Эффективность терапии оценивают по двум показателям: снижению вирусной нагрузки и увеличению числа периферических CD4+ Т-клеток. Удовлетворительным ответом на APT считают уменьшение концентрации ВИЧ ниже 50 копий/мл и рост уровня CD4+Т-лимфоцитов выше 350 кл/мкл. При этом следует отметить, что именно количество Т-лимфоцитов является фактором, обуславливающим скорость развития СПИДа. Поэтому не вирусная нагрузка, а показатель числа CD4+ Т-клеток является основным для диагностики состояния пациента. Однако, даже при высокой эффективности терапии, число периферических CD4+Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных больных не возвращается к нормальному уровню, характерному для здоровых людей (French et al., 2009).
Вместе с тем, у 10-30% ВИЧ-позитивных больных, получающих лечение, не происходит достаточного прироста количества CD4+ Т-клеток на фоне полного подавления вирусной нагрузки, так называемый «дискордантный ответ» на терапию (Autran et al., 1999; Piketty et al., 1998). Эти пациенты часто начинают лечение, имея низкий исходный уровень CD4+ Т-лимфоцитов в периферической крови, что негативно отражается на продуктивности восстановления иммунитета при проведении APT (Kelley et al., 2009; Florence et
al., 2003). Ввиду сохраняющегося иммунодефицитного состояния, такие больные подвержены большему риску развития осложнений, чем ВИЧ-инфицированные пациенты, у которых наблюдается восстановление числа периферических CD4+ Т-лимфоцитов в ответ на лечение. Среди осложнений можно отметить тяжелые инфекции, злокачественные новообразования, сердечнососудистые заболевания и смерть (Lapadula et al., 2013; Tan et al., 2008). Высокий риск заболеваемости и смертности ВИЧ-инфицированных пациентов со слабым восстановлением числа CD4+ Т-лимфоцитов при проведении APT, а также их существенная доля среди больных, получающих терапию, обуславливает большую актуальность проблемы. В то же время причины и механизмы нарушения восстановления количества CD4+ Т-клеток на фоне полного подавления репликации вируса у части ВИЧ-инфицированных пациентов на сегодняшний день остаются неясными.
Цель работы: охарактеризовать субпопуляционный состав Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных пациентов с неэффективным восстановлением иммунной системы при проведении антиретровирусной терапии.
Основные задачи исследования:
1. Определить субпопуляционный состав CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-позитивных пациентов с нарушением восстановления количества CD4+ Т-клеток на фоне терапии.
2. Проанализировать параметры активации, апоптоза и пролиферации CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления пула Т-клеток при проведении лечения.
3. Оценить наличие маркеров функциональных нарушений CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-позитивных людей с неэффективным ответом на антиретровирусную терапию.
Научная новизна исследования
В результате сравнительного анализа характеристик Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением прироста числа CD4+ Т-клеток при проведении антиретровирусной терапии по сравнению с больными с эффективным ответом на лечение впервые было обнаружено следующее:
- увеличение доли CD4+ Т-клеток центральной памяти;
— уменьшение абсолютного количества наивных Т-лимфоцитов, клеток
центральной и эффекторной памяти, а также терминальных эффекторов в
субпопуляции CD4+ Т-лимфоцитов;
- увеличение относительного количества активированных CD4+ Т-клеток и
доли CD4+ Т-лимфоцитов, находящихся в состоянии апоптоза;
- рост относительного числа пролиферирующих CD4+ Т-клеток памяти;
- уменьшение численности CD4+ Т-лимфоцитов, несущих рецептор к IL-7;
- накопление PD1+ Т-лимфоцитов в субпопуляциях CD4+ и CD8+Т-клеток
памяти.
У ВИЧ-инфицированных пациентов с дискордантным ответом на антиретровирусную терапию впервые установлена связь дефицита наивных Т-лимфоцитов с угнетением продуктивной функции тимуса. Кроме того, обнаружено, что у ВИЧ-инфицированных пациентов с подавленной репликацией вируса доля пролиферирующих CD4+ Т-клеток памяти имеет обратную зависимость от общего числа CD4+ Т-лимфоцитов.
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные результаты расширяют представления о механизмах нарушения восстановления уровня CD4+ Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных больных, принимающих терапию. Установлено, что у пациентов, не дающих адекватного ответа на APT, наблюдалась низкая эффективность работы двух наиболее важных механизмов восстановления пула периферических Т-клеток, а именно: поступления наивных Т-лимфоцитов из тимуса и гомеостатической пролиферации Т-клеток на периферии. При этом у данной категории больных, по сравнению с людьми с эффективным ответом иммунной системы на APT, была увеличена доля умирающих CD4+ Т-лимфоцитов, и CD4+ Т-клеток, несущих маркеры CD38, HLA-DR и PD1.
В практическом плане работа демонстрирует необходимость назначения антиретровирусной терапии ВИЧ-инфицированным пациентам в более ранние сроки заболевания.
Внедрение в практику
Материалы диссертации используются в лекционных курсах «Иммунология» кафедры микробиологии и иммунологии биологического факультета ГОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» и кафедры иммунологии ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. Е.А. Вагнера» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
Положения, выносимые на защиту:
1. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления числа CD4+ Т-клеток на фоне антиретровирусной терапии по сравнению с пациентами, эффективно отвечающими на лечение, снижено абсолютное количество CD4+ наивных Т-лимфоцитов, клеток центральной и эффекторной памяти, а также терминальных эффекторов. Основной причиной сокращения числа наивных Т-лимфоцитов является угнетение продуктивной активности тимуса.
2. Среди CD4+Т-клеток ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления иммунной системы при проведении антиретровирусной терапии увеличена доля активированных, пролиферирующих и умирающих CD4+ Т-лимфоцитов по сравнению с соответствующими показателями ВИЧ-позитивных людей с эффективным ответом на лечение.
3. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления численности CD4+ Т-клеток на фоне терапии происходит накопление PD1-позитивных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации представлены и обсуждены на IV Международной школе молодых ученых по молекулярной генетике «Геномика и биология клетки» (Москва; Звенигород, 2010); VIII Конференции иммунологов Урала (г. Сыктывкар, 2010); Международной конференции «Brokerage event» ERA.Net RUS (Екатеринбург, 2011); Объединенном иммунологическом форуме (VI Съезд иммунологов России, VI Конференция РЦО, VI Конференция по иммунологии репродукции, VI Конференция по нейроиммунологии, Конференция по дендритным клеткам и их роли в норме и при патологии), Нижний Новгород, 2013; и Рабочей встрече руководителей Российско-Американских исследовательских проектов в области предотвращения и лечения ВИЧ инфекции и сопутствующих заболеваний в рамках научного сотрудничества между РФФИ и НИЗ в области биомедицины (Москва, 2013).
Основные результаты представлены в 11 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации материалов диссертационных исследований.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 192 страницах, иллюстрирована 22 таблицами и 26 рисунками. Состоит из введения, обзора литературы, 3-х глав собственных исследований, выводов, списка цитированной литературы, включающего 528 источников, в том числе 2 работ отечественных и 526 зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Пациенты. В исследование были включены 100 человек. Все ВИЧ-инфицированные пациенты (п=80) находились на терапии не менее двух лет, а до начала лечения имели уровень CD4+ Т-клеток в крови < 200 в мкл. К моменту обследования репликация ВИЧ у них была полностью подавлена (< 50 копий в мл крови), в связи с чем, в данной работе эффективность ответа на APT рассматривалась только с позиции прироста числа периферических CD4+Т-лимфоцитов. В зависимости от наличия ВИЧ-инфекции и эффективности роста уровня CD4+ Т-клеток в ответ на лечение все пациенты были разделены на три группы: 1) ВИЧ-инфицированные пациенты с отсутствием, либо замедлением прироста CD4+ Т-лимфоцитов при проведении терапии («иммунные неответчики» - ИН), п=38; 2) больные, демонстрирующие рост количества периферических CD4+ Т-лимфоцитов на фоне APT («иммунные ответчики» - ИО), п=42; 3) и здоровые добровольцы (контроль -К), п=20.
В группе ИН мужчины составили 55,3%, женщины - 44,7%. Средний возраст пациентов - 35,5 лет. Преобладал парентеральный путь передачи ВИЧ-инфекции (55,3%). Средний срок заболевания был равен 10 годам; средняя продолжительность APT - 3 годам. Благодаря терапии средняя вирусная нагрузка ВИЧ, составлявшая до начала лечения 320285 копий/мл, была полностью подавлена. Несмотря на угнетение репликации вируса, у больных не наблюдался удовлетворительный рост числа CD4+ Т-лимфоцитов в периферической крови. Среднее количество этих клеток в группе ИН до начала терапии составляло 97 в мкл (phh-ho^.OOI). На момент исследования это значение поднялось до 260 кл/мкл.
Группа ИО была преимущественно представлена женщинами (66,7%). Средний возраст пациентов составил 33,5 года. В группе преобладал половой путь передачи ВИЧ-инфекции (57,1%). Средний срок заболевания был равен 10 годам. Из них, в среднем, пациенты находились на терапии в течение 4 лет. За
это время средняя вирусная нагрузка ВИЧ, до начала лечения составлявшая 95195 копий/мл, была полностью подавлена. Эффективность терапии проявилась в повышении среднего уровня периферических CD4+ Т-лимфоцитов со 140 кл/мкл перед началом лечения до 490 кл/мкл на момент исследования.
В группе К женщины составили 60%. Средний возраст участников был равен 30,5 годам. ИФА анализ не обнаружил признаков наличия ВИЧ-инфекции. На момент исследования число периферических CD4+ Т-лимфоцитов в крови пациентов контрольной группы составило 1054 кл/мкл.
План работы был одобрен этическим комитетом ГУЗ «Пермского краевого центра по профилактике и борьбе со СПИД и инфекционными заболеваниями» (регистрационный номер - 1RB00008964). Каждый пациент дал письменное информированное согласие на участие в исследовании.
Методы исследования. Мононуклеары периферической крови выделяли путем центрифугирования в градиенте плотности диаколла (р= 1,077; «Диа-М») общепринятым методом. Абсолютный и относительный уровни спонтанного апоптоза свежевыделенных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов оценивали при одновременном окрашивании реагентами Annexin V-FITC/7-AAD и анти-С04-PE/aHTH-CD8-PE (наборы Beckman Coulter Company, США). Остальные клетки замораживали при -80°С, а затем переносили в жидкий азот до момента дальнейшего использования.
Сравнительный анализ субпопуляционного состава Т-лимфоцитов, а также экспрессии маркеров активации и «иммунной усталости» проводили с использованием клеток, выведенных из состояния глубокой заморозки. В работе были использованы две панели антител.
Панель №1 была представлена антителами: CD3-PerCP, CD4-AF700, CD8-PE-CF594, CD27-APC-Cy7, CD45RA-APC, CCR7-PE-Cy7, CD31-FITC, Ki67-PE (Becton Dickinson, США), PD1-BV421 (Biolegend, США), витальный краситель LIVE/DEAD® Fixable Yellow Dead Cell Stain Kit (Invitrogen, США).
Панель №2 включала антитела: CD3-PerCP, CD4-AF700, CD8-PE-CF594, HLA-DR-FITC, CD38-PE, CD28-APC (Becton Dickinson, США), CD57-Pacific Blue, CD127-PE-Cy7 (Biolegend, США), витальный краситель LIVE/DEAD® Fixable Yellow Dead Cell Stain Kit (Invitrogen, США).
К каждому из представленных антител был подобран соответствующий изотипический контроль.
При анализе образцов, окрашенных с помощью панели антител №1, мононуклеары разделяли на CD3+CD4+ и CD3+CD8+ Т-клетки, среди которых выделяли наивные (CD27+CD45RA+CCR7+) и терминальные (CD27 CD45RA+CCR7)
Т-лимфоциты, а также клетки центральной (CD27CD45RA CCR71") и эффекторной памяти (CD27 CD45RA CCR7 ). Определены относительные и абсолютные количества Т-лимфоцитов и клеток, экспрессирующих маркеры пролиферации (KÍ67) и «иммунной усталости» (PD1), в каждой из выделенных групп.
При анализе образцов, окрашенных с помощью панели антител №2, определяли абсолютное и относительное количество CD3+CD4+ и CD3+CD8+ Т-лимфоцитов, несущих на своей поверхности маркеры активации (HLA-DR, CD38), костимулирующую молекулу CD28, маркер деградации и старения Т-клеток - CD57, и a-цепь рецептора к IL-7 (CD127). Работу проводили на проточном цитофлуориметре BD LSR II.
Анализ продуктивной активности тимуса осуществляли, рассчитывая количество CD4+ и CD8+ тимических мигрантов. Их определяли по наличию в составе молекулы aTREC (a-chain Т cell receptor excision circle - вырезанные кольца a-цепи Т-клеточного рецептора), образованной при реаранжировке Т-клеточного рецептора. Мононуклеары периферической крови разделяли на CD4+ и CD8+ субпопуляции при помощи магнитных бус (Miltenyi Biotech, Германия), согласно инструкции производителя. Выделенные клетки были лизированы в растворе протеиназы К (по 10 мкл фермента концентрацией 100 мкг/мл на каждые 100000 клеток), а полученная ДНК была использована в качестве матрицы при проведении полимеразной цепной реакции в реальном времени. Протокол исследования продуктивной функции тимуса был описан нами ранее (Сайдакова и соавт., 2011).
Прямой праймер TCR2: 5'-CACATCCCTTTCAACCATGCT; обратный праймер TCR2: З'-GCCAGCTGCAGGGTTTAGG; флуоресцентный зонд TCR2: FAM-ACACCTCTGGTTTTTGTA AAGGTGCCCACT-BHQ1; прямой праймер Alb: TGCATGAGAAAACGCCAGTAA; обратный праймер Alb: ATGGTCGCCTGTTCACCAA; флуоресцентный зонд Alb: FAM-TGACAGAGTCACCAA ATGCTGC ACAGAA-BHQ1.
Статистическая обработка результатов выполнялась методами параметрического и непараметрического анализов. Рассчитывали медиану и квартальный размах. Сравнение величин проводили с использованием U-критерия Манна-Уитни. При оценке апоптоза в выборке определяли среднюю арифметическую и ее ошибку, а сравнение средних величин проводили по t-критерию Стыодента. Оценку связей выполняли путем корреляционного анализа (г - коэффициент ранговой корреляции Спирмена). Вычисления проводили с использованием пакетов компьютерных программ «STATISTICА 6» и «Statal 1 SE».
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изменения лейкоцитарной формулы и субпопуляционного состава CD4+ и CD8+ Т-клеток ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления пула периферических Т-лимфоцитов при проведении APT
Исследование клеточного состава лейкоцитов показало, что в группе ИН, в сравнении с ИО, наблюдалось статистически достоверное снижение относительного и абсолютного числа лимфоцитов (р<0,01). При этом количество лейкоцитов в этих группах не имело статистически значимых отличий. Число моноцитов, нейтрофилов, эозинофилов и базофилов у ИН также было сопоставимым с аналогичными значениями ИО (р>0,05).
При анализе распределения Т-лимфоцитов было показано, что у ИН, по сравнению с ИО, наблюдалось более значительное снижение количества CD4+ Т-лимфоцитов: относительного - в 1,7 раза; абсолютного - в 1,9 раза (р<0,001). Процентное содержание CD8+ Т-клеток в группе ИН было наибольшим и достоверно отличалось от соответствующих показателей ВИЧ-инфицированных пациентов с эффективным ответом на APT (р<0,01). При этом абсолютное количество CD8+ Т-лимфоцитов в группе ИН не имело статистически достоверных отличий от соответствующих значений группы ИО.
Следует отметить, что пул Т-лимфоцитов гетерогенен. Среди CD4+ и CD8+ Т-клеток выделяют четыре основные субпопуляции, которые отличаются друг от друга по фенотипу и функциям.
Первая - это наивные Т-лимфоциты, вышедшие из тимуса, но не встречавшиеся с чужеродными антигенами. Они постоянно циркулируют между периферической кровью и вторичными лимфоидными органами в поисках специфичного чужеродного антигена, презентируемого антигенпрезентирующими клетками (Miller et al., 2002; Miller et al., 2004; Cahalan, Parker, 2006).
Вторая - Т-клетки центральной памяти. Они образуются после завершения первичного иммунного ответа на чужеродный антиген, и опосредуют долговременную защиту организма. Эти лимфоциты циркулируют между вторичными лимфоидными органами, обладают незначительными эффекторными функциями, но с готовностью пролиферируют и дифференцируются в клетки эффекторной памяти в ответ на антигенную стимуляцию (Lanzavecchia, Sallusto, 2000).
Третья — Т-клетки эффекторной памяти. Эти лимфоциты способны избирательно проникать в зоны воспаления в различных органах и тканях.
После активации клетки эффекторной памяти быстро дифференцируются в эффекторные Т-лимфоциты (Hikono et al., 2007).
Четвертая - терминальные эффекторы. Они образуются либо при индукции первичного иммунного ответа из наивных Т-лимфоцитов, либо при вторичном ответе из клеток эффекторной памяти. Терминальные эффекторы являются конечной стадией дифференцировки и могут накапливаться в условиях продолжительной персистенции антигена (Harari et al., 2004).
Основой для диагностики нарушения иммунитета у ВИЧ-позитивных больных является показатель абсолютного количества CD4+ Т-клеток. Их дефицит может приводить к развитию терминальной фазы заболевания и смерти пациента (Margolick et al., 1992, Gunthard et al., 1993). У больных с нарушением восстановления иммунитета на фоне подавления репликации вируса при проведении терапии было отмечено более существенное, чем у людей со стандартным ответом на APT, сокращение абсолютного количества Т-лимфоцитов во всех субпопуляциях CD4+ Т-клеток. По сравнению с группой ИО, у ИН число наивных CD4+ Т-лимфоцитов оказалось снижено в 2,4 раза (таблица 1). Разница количества CD4+ Т-клеток центральной памяти между двумя группами ВИЧ-инфицированных пациентов составила 1,7 раза. Число CD4+ клеток эффекторной памяти было меньше в 1,8 раза в группе ИН относительно группы ИО. Абсолютное количество CD4+ терминальных эффекторов у ИН оказалось снижено в 3 раза по сравнению с пациентами,
Таблица 1 - Показатели абсолютного числа CD4+ Т-лимфоцитов в субпопуляциях Т-клеток у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунитета на фоне APT__
Субпопуляции Т-клеток Группы пациентов
ИН (1 группа) ИО (2 группа) К (3 группа)
Наивные клетки (хЮ3 кл/мл) 87' (52-118) р,.,л<0,001 211 (123-254) 475 (302-598) р,.1<0,001 Ри<0,001
Клетки центральной памяти (хЮ кл/мл) 82 (60-119) Р,.2<0,001 136 (106-209) 333 (165-456) ри<0,001 Ри<0,001
Клетки эффекторной памяти (хЮ3 кл/мл) 43 (32-65) Р,.1<0,001 79 (56-143) 97 (70-158) Ри<0,001
Терминальные 3 9 17
эффекторы (хЮ3 кл/мл) (0,7-7) р,.¡<0,001 (2-20) (6-25) Pi-i<0,001
Примечание:А - 1,2, 3 - группы сравне/шя (нумерация в подразделах таблицы). - Цифры, указанные в ячейках таблицы, - медианы значений и их квартальный размах.
эффективно восстанавливающими число периферических Т-лимфоцитов на фоне терапии. При этом статистически достоверных отличий абсолютного количества CD8+Т-лимфоцитов у пациентов групп ИН и ИО обнаружено не было.
Таким образом, у ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT аномалии наблюдались только в пуле CD4+ Т-клеток. Низкое число этих лимфоцитов было связано с сокращением абсолютного количества Т-клеток в каждой из четырех субпопуляций, причем наиболее глубокий дефицит Т-лимфоцитов у ИН был отмечен среди С04-позитивных наивных Т-клеток и терминальных эффекторов. Клетки памяти оказались меньше подвержены негативному влиянию факторов, обуславливающих истощение у пациентов со слабым восстановлением иммунной системы при проведении терапии. Следует отдельно отметить, что наиболее глубокий дефицит CD4+ Т-лимфоцитов был отмечен у ВИЧ-позитивных пациентов, начавших лечение, имея более низкое число CD4+Т-клеток Срииио<0,001). Эти данные позволяют заключить, что позднее начало APT может способствовать менее эффективному восстановлению иммунной системы.
Нарушение механизма пополнения пула наивных Т-лимфоцитов
Основным механизмом пополнения пула наивных Т-лимфоцитов является продукция новых Т-клеток тимусом (Mackall et al., 1995; Weinberg et al., 1995). Оценить продуктивную функцию этого органа можно, определив количество наивных Т-лимфоцитов, недавно покинувших железу и еще не стимулированных чужеродными антигенами (Douek et al., 1998). Эти клетки, называемые тимическими мигрантами, несут в своем составе маркерную молекулу aTREC (Kohler, Thiel, 2009).
У больных с неадекватным ответом на APT по сравнению с ВИЧ-инфицированными пациентами, удовлетворительно отвечающими на лечение, было выявлено более значительное снижение числа CD4+ и CD8+ мигрантов из тимуса. Абсолютное количество CD4+aTREC+ Т-лимфоцитов в группе больных с низким показателем эффективности восстановления иммунной системы при проведении APT было значительно (в 15,3 раза) меньше соответствующего показателя ВИЧ-инфицированных больных, дающих адекватный ответ на терапию (рисунок 1): ИН - 1,9х103 кл/мл (к.р. (квартальный размах): 0,4-2,9x103 кл/мл), ИО - 29х103 кл/мл (к.р.: 16-40х103 кл/мл), К - 44х103 кл/мл (к.р.: 33-68х103 кл/мл); рИн-ио<0,001; рип-к<0,001 и рИО-к<0,05.
Абсолютное количество CD8+aTREC+ тимических мигрантов у пациентов с нарушением восстановления иммунитета на фоне лечения было также резко снижено (в 16 раз) относительно аналогичного показателя больных с эффективным ответом на APT: ИН - 1,5х I03 кл/мл (к.р.:0,7-2,4х103 кл/мл), ИО -24x103 кл/мл (к.р.: 13-37х103 кл/мл), К - 42х103 кл/мл (26-52х103 кл/мл); Рии-ио<0,001; рии.к<0,001 и рио_к<0,05.
100
I 80
=г
о ■&
5 1 (О
el
«
ь-о
8 200-
ИН ИО К ИН ИО к
Рисунок 1 Абсолютное количество CD4+aTREC+ и CD8+aTREC+ мигрантов из тимуса у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT
Примечание: ось абсцисс - группы сравнения.
*** - р<0,001 относительно группы К; ### - р<0,00] относительно группы ИО.
Таким образом, у ИН было выявлено значительное уменьшение абсолютного количества aTREC-положительных CD4' и CD8+Т-лимфоцитов, что свидетельствует о нарушении продуктивной активности тимуса.
Активация и апоитоз периферических Т-лимфоцитов у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне антиретровирусной терапии
На сегодняшний день одним из наиболее значимых факторов, способствующих прогрессу ВИЧ-инфекции в терминальную фазу, считается хроническая иммунная активация. Степень активации Т-лимфоцитов — это самый надежный прогностический фактор скорости развития ВИЧ-инфекции, который тесно связан с восстановлением иммунитета при проведении APT (Deeks etal., 2004; Giorgi etal., 1999; Hunt et al„ 2008; Liu et al., 1997).
Исследование маркеров, характеризующих активацию Т-лимфоцитов, продемонстрировало повышенное относительное количество CD4+CD38HLA-DRf Т-клеток у больных со слабым восстановлением иммунной системы при
***
X
§ 1 'г
О о 4Q
ш; ос
о
о
***
проведении APT по сравнению с аналогичным показателем ВИЧ-инфицированных пациентов, дающих эффективный ответ на терапию (рисунок 2): ИН - 12,1% (к.р.: 7,7-15,7%), ИО - 7,4% (к.р.: 5,1-13%), К - 4,8% (к.р.: 2,8-5,7%); рин-ио<0,05;
Рин-к<0,001 ирио_к<0,01.
Анализ CD8+ Т-лимфоцитов не выявил отличий по относительному количеству активированных клеток между группами ИН и ИО. Однако следует отметить, что доля активированных CD8+ Т-лимфоцитов у ИН значительно превосходила соответствующий показатель CD4+ Т-клеток.
ой
81. и
ей ^
а £
а н
о
но
Рисунок 2 - Содержание активированных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT Примечание: ось абсцисс - группы сравнения.
** -р<0,01 относительно группы К; *** - р<0,001 относительно группы К; #-р<0,05 относительно группы ИО.
Таким образом, было показано, что у ВИЧ-позитивных больных со слабым восстановлением иммунной системы при проведении APT доля активированных CD4+ Т-лимфоцитов значительно превышала таковую ВИЧ-инфицированных пациентов, дающих стандартный ответ на терапию.
Следует отметить, что апоптоз является следствием активации клетки (Lewis et al., 2007), и в группе ИН относительное количество активированных CD4+Т-лимфоцитов превышало соответствующий показатель ИО. В связи с этим, было выдвинуто предположение, что у людей с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT должен быть повышен уровень программируемой клеточной смерти Т-лимфоцитов. Было выявлено, что по сравнению с ВИЧ-инфицированными больными, эффективно отвечающими на APT, у ИН наблюдалось увеличение относительного количества CD4+ Т-лимфоцитов, находящихся на ранней стадии программируемой клеточной смерти (рисунок 3): ИН - 17,5±1,3%, ИО -14±0,9%, К - 10±0,9%; рИН-ио<0,05; рИН-к<0,001 и рИо-к<0,01. Вместе с тем,
абсолютное количество погибающих СЭ4+ Т-клеток в расчете на 1 мкл крови было наименьшим в группе неответчиков: ИН - 54±5,7 кл/мкл, ИО -87±7 кл/мкл, К - 109±16,8 кл/мкл; рИН-ио<0,001 и рт.к<0,01.
В пуле С08+ Т-клеток не было выявлено отличий по относительному и абсолютному количеству аннексии Vй Т-клеток между группами ИН и ИО. Однако следует отметить, что доля цитотоксических клеток, находящихся на начальном этапе программной клеточной гибели, значительно превышала соответствующие значения С 1)4 Т-лимфоцитов.
20 : 35
18 ^ * * /—V
о ...... ■ 0 . ^янщ янин. им
ИН ИО К ИН ИО к
Рисунок 3 - Относительное количество СЭ41 и СБ8+ Т-лимфоцитов, находящихся в состоянии апоптоза, у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне АРТ Примечание: ось абсцисс - группы сравнения.
** - р<0.01 относительно группы К: *** - р«1,00/ относительно группы К; # ~р<0,05 относительно группы ИО; ### - р<0,001 относительно группы ИО.
Полученные данные демонстрируют, что у больных с неэффективным ответом иммунной системы на терапию, даже при низкой численности СЭ4+ Т-лимфоцитов, темпы гибели этих клеток существенно превышают таковые не только здоровых людей, но и ВИЧ-инфицированных больных, дающих адекватный ответ на лечение.
Нарушение механизма поддержания численности и «иммунная усталость» клеток в субпопуляциях Т-лимфоцитов у пациентов с неэффективным восстановлением иммунной системы при проведении АРТ
Пролиферация является важным механизмом поддержания численности Т-лимфоцитов. Существуют два основных стимула для запуска процесса деления клеток: лимфопения и антиген (Ргекав е? о/., 1993; \%е1 ег а/., 1999). В первом случае пролиферация, получившая название гомеостатическая, начинается вследствие действия цитокинов 1Ь-7 и ГЬ-15 на С04+ и СЭ8+
Т-лимфоциты. Во втором случае происходит антигензависимое деление определенных клонов Т-клеток. При ВИЧ-инфекции имеют место оба типа деления ввиду дефицита Т-лимфоцитов и присутствия вирусных и бактериальных антигенов.
На сегодняшний день для оценки пролиферации широко применяют метод определения маркера Ki67. Этот ядерный белок присутствует только в делящихся клетках (Gerdes et al., 1983). Показано, что Ki67 экспрессируется в Gl, S и G2, но не GO фазах клеточного цикла. Пик его количества наблюдается в процессе митоза (Lopez et al., 1991).
У больных с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT было выявлено увеличение относительного количества CD4+Ki67+ Т-клеток центральной памяти по сравнению с аналогичным показателем пациентов, дающих стандартный ответ на лечение (рисунок 4): ИН - 4% (к.р.: 2,6-5,3%), ИО - 2,6% (к.р.: 2-3,4%), К - 1,5% (к.р.:1,1-1,9%); ри„.ио<0,001; Рин-к<0,001 и рио-к<0,001. При этом, абсолютное количество пролиферирующих CD4+Т-лимфоцитов этой субпопуляции было снижено в группе пациентов с неэффективным ответом на терапию, относительно соответствующего показателя ВИЧ-инфицированных больных с адекватной реакцией на APT: ИН - 2946 кл/мл (к.р.: 1906-4427 кл/мл), ИО - 3770 кл/мл (к.р.: ЗОЮ- 5632 кл/мл); К - 4526 кл/мл (к.р.: 2818-6403 кл/мл); рИн-ио<0,05 и Рин-к<0,05.
iE i
Н в 4
О и
###
h- е
+ 'S
г- о |§<
Q 8 , U •0-2
■е-
т ***
Рисунок 4 - Содержание CD4+Ki67+ клеток центральной и эффекторной памяти у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT
Примечание: ось абсцисс - труппы сравнения.
*** -р<0,001 относительно группы К;
##-р<0,01 относительно группы ИО; Ш#-р<0,001 относительно группы ИО.
Среди CD4+ Т-клеток эффекторной памяти, как и в субпопуляции центральной памяти, было выявлено увеличение доли пролиферирующих Т-лимфоцитов у пациентов со слабым восстановлением иммунной системы на фоне APT по сравнению с людьми, дающими эффективный ответ на лечение: ИН - 4,8% (к.р.: 3,4-5,9%), ИО - 3,8% (к.р.: 2,7-4,7%), К - 2% (к.р.: 1,3-3%); Рш1-ио<0,01; рИц.к<0,001 и Рио-к<0,001. При этом, как и в предыдущем случае, абсолютное количество делящихся CD4+ Т-клеток у пациентов группы ИН было снижено относительно аналогичных показателей ИО: ИН - 1981 кл/мл (к.р.: 1261-3173 кл/мл), ИО - 3136 кл/мл (к.р.: 2144-4888 кл/мл), К - 2124 кл/мл (к.р.: 1223-3015 кл/мл); рШыю<0,01 ирШ-к<0,05.
В пуле CD8+ Т-клеток в группах ИН и ИО не было выявлено достоверных отличий по абсолютному и относительному количеству Ki67+ Т-лимфоцитов ни в одной из исследованных субпопуляций.
С учетом данных, изложенных выше, становится очевидным, что у больных со слабым восстановлением числа Т-лимфоцитов при проведении APT происходит увеличение относительного количества пролиферирующих CD4+ Т-клеток. Однако их деление является непродуктивным, так как абсолютное количество Кл67-позитивных CD4+ Т-клеток невелико. Корреляционный анализ показал наличие достоверной обратной связи между абсолютным числом CD4+ Т-клеток и относительным количеством CD4+Ki67+ Т-лимфоцитов (г= -0,422; р<0,001). Это свидетельствует о том, что увеличение доли пролиферирующих Т-клеток напрямую обусловлено дефицитом CD4+ Т-лимфоцитов. Данный вывод также подтверждается отсутствием ВИЧ в крови обследованных больных и, следовательно, незначительным вкладом вируса в стимуляцию клеток иммунной системы у пациентов, принимающих APT. Таким образом, было установлено, что гомеостатическая пролиферация является основным механизмом деления Т-лимфоцитов у пациентов с нарушением восстановления иммунитета при проведении антиретровирусной терапии.
Гомеостатическое деление CD4+ Т-клеток запускается под действием IL-7 (Kaech et al., 2003; Kondrack et al, 2003; Li et al., 2003). Известно, что среди клеток памяти данный процесс может происходить независимо от сигналов, поступающих с Т-клеточного рецептора (Unutmaz et al., 1994; Geginat et al, 2003; Geginat et al, 2001). Известно, что при ВИЧ-инфекции не наблюдается дефицита IL-7 (Llano et al., 2001; Rethi et al, 2005). На Т-лимфоцитах цитокин имеет единственный рецептор, основной структурной единицей которого является CD127 (IL-7Ra).
У пациентов с неэффективным восстановлением числа периферических СБ4+ Т-клеток в ответ на терапию было обнаружено уменьшение процентного содержания СБ4+С0127+Т-лимфоцитов относительно соответствующего значения ИО (таблица 2). Абсолютное количество СБ4+ Т-клеток, несущих \L-lKa, у больных с нарушением восстановления иммунной системы на фоне терапии также было снижено (в 2 раза) относительно соответствующих значений ВИЧ-инфицированных пациентов, дающих стандартный ответ на лечение.
Таблица 2 - Показатели относительного и абсолютного количества CD4+CD127+ и CD8+CD127+Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT
Группы пациентов
Показатели ИН ИО К
(1 группа)1 (2 группа) (3 группа)
CD4+CD127+ Т-клетки (хЮ! кл/мл) 210* (162-249) Pi-!<0,001 410 (347-519) 894 (541-113) ри<0,001 Р!-,<0,001
CD8+CD127+ Т-клетки (х103 кл/мл) 272 (184-386) Pi-!<0,01 332 (272-478) 363 (247-457)
CD4+CD127+ Т-клетки (%) 79,9 (75,3-85,5) р, ><0,01 87,5 (75,7-91,6) 88,1 (81,9-90,1) ри<0,001
CD8+CD127+ Т-клетки (%) 43,6 (34-60,6) 54,3 (43,5-62) 66,7 (53,9-71,7) р„<0,001 PI-J<0,05
Примечание:4 - I, 2, 3 - группы сравнения (нумерация в подразделах таблицы); - Цифры, указанные в ячейках таблицы, - медианы значений и их квартальный размах.
Таким образом, у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунитета на фоне APT наиболее глубокий дефицит CD127-no3HTHBHbix Т-клеток наблюдался в пуле CD4+Т-лимфоцитов. Это, по-видимому, может быть одной из причин, вызвавших нарушение восстановления иммунной системы у пациентов группы ИН.
Следует отметить, что хроническая активация иммунитета, обусловленная постоянным воздействием на клетки антигенов и факторов, запускающих гомеостатическую пролиферацию, приводит к развитию «иммунной усталости» Т-лимфоцитов и, как следствие, к их функциональной неполноценности (Boni et al, 2007; Brooks et al, 2005; Golden-Mason et al, 2009). Состояние «иммунной усталости» характеризуется усиленной экспрессией ингибиторных рецепторов на поверхности Т-клеток, ограничением функциональной активности этих лимфоцитов и их клональным удалением
(Welsh, 2001; Moskophidis et al., 1993; Wherry, 2011). Молекула PD1 является одним из наиболее часто используемых маркеров для оценки «иммунной усталости» Т-клеток.
У пациентов с неэффективным восстановлением иммунной системы на фойе APT было отмечено увеличение процентного содержания наивных CD4+PD1 Т-лимфоцитов относительно соответствующего показателя больных с эффективным ответом на лечение (рисунок 5): ИН - 0,46% (к.р.: 0,34-0,87%), ИО - 0,33% (к.р.: 0,22-0,44%); К - 0,36% (к.р.: 0,24-0,5%); рин-ио<0,001. Среди CD4+ клеток центральной памяти также была увеличена доля PDI+ Т-лимфоцитов в группе ВИЧ-инфицированных больных со слабым ответом на APT по сравнению с пациентами, эффективно увеличивавшими число периферических Т-клеток: ИН - 37,3% (к.р.: 29,3-46,1%), ИО - 28,1% (к.р.: 22,5-36,2%); К - 25% (к.р.: 18,9-32,9%); Рин-ио<0,001 и рШ-к<0,001. Эта же закономерность наблюдалась в субпопуляции CD4+ клеток эффекторной памяти: ИН - 57,4% (к.р.: 48,1-64,5%), ИО 46,8% (к.р.: 40,7-56,5%), К - 36,3%
8
###
В |
5 Я 7 § -ю
н с t-'g
0 Я J0
1 1 ii1-
fI4° (j
«•20 л
ИН
ио
Рисунок 5 — Содержание CD4+PD1+ наивных Т-лимфоцитов, клеток центральной и эффекторной памяти у пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT
Примечание', ось абсцисс - группы сравнения. *** -р<0,001 относительно группы К;
## - р<0,01 относительно группы ИО; ### - р<0,П01 относительно группы ИО.
(к.р.: 29,7-42,4%); рИн-ио<0,01; рШ1.к<0,001 и рИО-К<0,001.
В субпопуляции CD8f Т-клеток эффекториой памяти среди пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне APT по сравнению с пациентами, дающими адекватный ответ на лечение, также как и в пуле CD4+ Т-лимфоцитов, было отмечено увеличенное относительное количество клеток, экспрессирующих маркер «иммунной усталости»: ИН - 46,7% (к.р.: 34,2-57,7%), ИО - 35,8% (к.р.: 23,6-44,1%), К - 49,94% (к.р.: 28,2-55,9%); Рин-ио<0,01 и Рио к<0,05. Аналогичная ситуация наблюдалась в субпопуляции CD8+ терминальных эффекторов: ИН - 18,5% (к.р.: 13,4-31,5%), ИО - 14,9% (к.р.: 8,4-21,8%); К - 15,3% (к.р.: 9,5-34,1%); Рин.ио<0,05.
Таким образом, у пациентов с нарушением восстановления числа периферических CD4+ Т-лимфоцитов на фоне терапии было обнаружено более выраженное, чем у ИО, накопление CD4+PD1+ и CD8+PD1+ Т-клеток, что может служить показателем нарушения функциональной активности периферических Т-лимфоцитов. Следует отметить, что именно CD4+ Т-клетки в большей степени подвержены развитию «иммунной усталости».
Выводы
1. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления CD4+ Т-клеток при проведении антиретровирусной терапии по сравнению с больными, дающими адекватный ответ на лечение, снижено абсолютное количество CD4+ наивных Т-лимфоцитов, клеток центральной и эффекторной памяти, а также терминальных эффекторов.
2. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунной системы на фоне терапии дефицит наивных CD4+ Т-лимфоцитов связан с выраженным угнетением продуктивной активности тимуса.
3. У ВИЧ-инфицированных больных, неспособных дать адекватный ответ на антиретровирусную терапию, увеличено относительное количество активированных и находящихся на ранней стадии апоптоза CD4+ Т-лимфоцитов.
4. На фоне полного подавления вирусной нагрузки у ВИЧ-инфицированных пациентов, неэффективно восстанавливающих число периферических Т-лимфоцитов при проведении лечения, увеличивается относительное количество пролиферирующих CD4+ Т-клеток, что, в первую очередь, обусловлено дефицитом CD4+ Т-лимфоцитов; однако, из-за недостаточного абсолютного количества делящихся Т-клеток, в том числе CD4+CD127+ Т-лимфоцитов, деление непродуктивно.
5. При нарушении восстановления численности CD4+ Т-лимфоцитов на фоне антиретровирусной терапии происходит выраженное накопление PD1-позитивных CD4+ и CD8+Т-клеток, что обуславливает развитие «иммунной усталости» Т-лимфоцитов.
Практические рекомендации
Метод оценки кольцевых ДНК а-цепи Т-клеточного рецептора для анализа продуктивной функции тимуса необходимо включить в схему обследования ВИЧ-инфицированных больных, получающих
антиретровирусную терапию.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ
1. Сайдакова, Е.В. Оценка продуктивной функции тимуса на основе метода определения кольцевых ДНК / Е.В. Сайдакова, К.В. Шмагель // Клиническая лабораторная диагностика. - 2011. -№ 11. - С.45—49.
2. Сайдакова, Е.В. Апоптоз Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления иммунитета при проведении антиретровирусной терапии / Е.В. Сайдакова, Л.Б. Королевская, Н.Г. Шмагель, К.В. Шмагель, В.А. Черешнев // Доклады академии наук. - 2013. - Т.450, № 1. — С.116-118.
3. Сайдакова, Е.В. Роль коинфекции вирусным гепатитом С в нарушении продуктивной функции тимуса у ВИЧ-инфицированных пациентов на фоне иммунологически неэффективной антиретровирусной терапии / Е.В. Сайдакова, Л.Б. Королевская, Н.Г. Шмагель, К.В. Шмагель, В.А. Черешнев // Медицинская иммунология. - 2013. - Т. 15, №6. - С.545-554.
4. Черешнев, В.А. Влияние коинфекции вирусом гепатита С на активацию и апоптоз Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов, получающих антиретровирусную терапию / В.А. Черешнев, К.В. Шмагель, Л.Б. Королевская, Е.В. Сайдакова, Н.Г. Шмагель, C.B. Слободчикова, С.Я. Зверев, A.B. Таранин // Иммунология. - 2013. - Т.34, № 5. - С.244-247.
Публикации в других изданиях
5. Сайдакова, Е.В. Аналитические характеристики метода определения продуктивной функции тимуса на основе ПЦР реальном времени / Е.В. Сайдакова // Фундаментальные и прикладные исследования в биологии и экологии: материалы регионал. студ. науч. конф. - Пермь, 2010. - С.124-127.
6. Сайдакова, Е.В. Определение эффективности работы тимуса методом полимеразной цепной реакции в масштабе реального времени / Е.В. Сайдакова //
Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2010. - №. 2/1 (29).-С.69-70.
7. Сайдакова, Е.В. Оценка продуктивной функции тимуса на основе метода определения кольцевых ДНК / Е.В. Сайдакова, К.В. Шмагель // Молекулярная диагностика - 2010: сб. тр. - М., 2010. - Т.4. -С.431-433.
8. Сайдакова, Е.В. Разработка молекулярного метода исследования продуктивной функции тимуса / Е.В. Сайдакова, К.В. Шмагель // IV междунар. школа молодых ученых по молекулярной генетике Геномика и биология клетки. - М.; Звенигород, 2010.-С.178-179.
9. Shmagel, K.V. Investigation of mechanisms of immunological inefficiency of antiretroviral therapy in HIV-infected patients / K.V. Shmagel, N.G. Shmagel, E.V. Saydakova, S.Ya. Zverev, L.B. Korolevskaya, V.P. Timganova, N.N. Vorobyeva, V.A. Chereshnev // ERA.Net RUS Brokerage Event. - Moscow, 2011. - P.34.
10. Сайдакова, Е.В. Особенности апоптоза CD4+ Т-клеток у ВИЧ-инфицированных пациентов с недостаточным уровнем восстановления иммунитета на фоне лечения / Е.В. Сайдакова, Л.Б. Королевская, Н.Г. Шмагель, К.В. Шмагель, В.А. Черешиев // Материалы V Ежегодного Всероссийского конгресса по инфекционным болезням. - М., 2013. - С.350.
11. Сайдакова, Е.В. Роль вирусного гепатита С в апоптозе Т-клеток у больных со слабым иммунологическим ответом на антиретровирусную терапию / Е.В. Сайдакова, Л.Б. Королевская, Н.Г. Шмагель, К.В. Шмагель, A.B. Таранин, C.B. Кулемзин, В.А. Черешнев // Российский иммунологический журнал: материалы Объединенного иммунол. форума. - Нижний Новгород, 2013. - Т.7, № 2-3. - С.264.
Список сокращений и условных обозначений
aTREC - вырезанное кольцо альфа-цепи Т-клеточного рецептора
AnV - аннексии V
CD - кластер дифференцировки
IL - интерлейкин
APT - антиретровирусная терапия
ВИЧ - вирус иммунодефицита человека
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота
ИН - «иммунные неответчики»
ИО - «иммунные ответчики»
К - контроль
кл - клетки
к.р. - квартальный размах
СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита
САЙДАКОВА ЕВГЕНИЯ ВЛАДИМИРОВНА
ХАРАКТЕРИСТИКИ Т-ЛИМФОЦИТОВ ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИММУНИТЕТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АНТИРЕТРОВИРУСНОЙ ТЕРАПИИ
14.03.09 - клиническая иммунология, аллергология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Объем - 1 усл. печ. л. Тираж 120 экз. Формат 60x90/16. Набор компьютерный.
Отпечатано в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Текст научной работы по медицине, диссертация 2013 года, Сайдакова, Евгения Владимировна
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ МИКРООРГАНИЗМОВ УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Сайдакова Евгения Владимировна
ХАРАКТЕРИСТИКИ Т-ЛИМФОЦИТОВ ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИММУНИТЕТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АНТИРЕТРОВИРУСНОЙ
ТЕРАПИИ
14.03.09 - клиническая иммунология, аллергология Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук
На правах рукописи
04201364371
Научный руководитель:
Шмагель Константин Владимирович,
доктор медицинских наук
Екатеринбург - 2013
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..................................................................................................................4
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................11
1.1 Классификация ВИЧ..............................................................................................................11
1.2 Строение и репликация ВИЧ..........................................................................................13
1.2.1 Геном и структура вируса..................................................................................................13
1.2.2 Жизненный цикл ВИЧ............................................................................................................14
1.3 Кинетика развития ВИЧ-инфекции..........................................................................16
1.3.1 Острая фаза ВИЧ-1-инфекции........................................................................................16
1.3.2 Хроническая фаза ВИЧ-1-инфекции........................................................................18
1.3.3 Фаза СПИД......................................................................................................................................19
1.4 Принципы высокоактивной антиретровирусной терапии....................20
1.5 Нарушение восстановления иммунитета при ВААРТ..............................22
1.5.1 Механизмы истощения иммунной системы при ВИЧ-инфекции 24
1.5.1.1 Хроническая иммунная активация............................................................................24
1.5.1.2 Транслокация бактериальных продуктов из желудочно-кишечного тракта......................................................................................................................30
1.5.1.3 Иммунная усталость................................................................................................................32
1.5.2 Факторы, способствующие истощению иммунной системы при ВИЧ-инфекции..............................................................................................................................36
1.5.2.1 Низкий уровень СЭ4+Т-клеток на момент начала лечения................36
1.5.2.2 Возраст................................................................................................................................................37
1.5.2.3 Коинфекции......................................................................................................................................40
1.5.2.4 Прочие факторы..........................................................................................................................42
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..........................43
2.1 Общие подходы к исследованию................................................................................43
2.2 Клинические группы. Основные характеристики........................................45
2.3 Получение биологического материала..................................................................47
2.4 Определение апоптоза............................................................................................................47
2.5 Цитофлуориметрический анализ..................................................................................49
2.6 Магнитная сепарация клеток..........................................................................................55
2.7 Получение клеточных лизатов для полимеразной цепной
реакции......................................................................... 56
2.8 Полимеразная цепная реакция в режиме реального времени...... 56
2.9 Статистический анализ данных.......................................... 57
ГЛАВА 3. НАРУШЕНИЕ СУБПОПУЛЯЦИОННОГО СОСТАВА Т-ЛИМФОЦИТОВ У ПАЦИЕНТОВ СО СЛАБЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИММУНИТЕТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВААРТ................................................................................... 58
3.1 Изменения лейкоцитарной формулы, содержания CD4+ и CD8+ Т-клеток периферической крови у больных с нарушением восстановления иммунитета на фоне антиретровирусной терапии........................................................................ 58
3.2 Нарушение субпопуляционного состава CD4+ и CD8+ Т-клеток у ВИЧ-инфицированных больных с неэффективным восстановлением иммунной системы на фоне ВААРТ.............. 63
3.3 Нарушение механизма пополнения пула наивных Т-лимфоцитов................................................................ 72
ГЛАВА 4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАРУШЕНИЯ Т-КЛЕТОК У ВИЧ-ИНФИЦИРОВАННЫХ ПАЦИЕНТОВ СО СЛАБЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИММУНИТЕТА НА ФОНЕ ВААРТ.......... 83
4.1 Активация и апоптоз периферических Т-лимфоцитов у пациентов с нарушением восстановления иммунитета на фоне антиретровирусной терапии.............................................. 83
4.2 Нарушение механизма поддержания численности клеток в субпопуляциях Т-лимфоцитов у пациентов группы ИН............ 90
4.3 Нарушение функциональной активности иммунокомпетентных клеток у пациентов с неэффективным восстановлением CD4+ Т-лимфоцитов на фоне ВААРТ.......................................... 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................ 120
ВЫВОДЫ................................................................................ 129
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ............................................ 130
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................. 132
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АПК - Антигенпрезентирующие клетки
APT, В A APT - Высокоактивная антиретровирусная терапия
ВГС - Вирусный гепатит С
ВИЧ - Вирус иммунодефицита человека
ДНК - Дезоксирибонуклеиновая кислота
ЖКТ - Желудочно-кишечный тракт
ИН - Иммунологические неответчики
ИО - Иммунологические ответчики
ИП - Ингибиторы протеаз
К - Контрольная группа
кл - Клетки
к.р. - Квартальный размах
ЛПС - Липополисахариды
НИОТ - Нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы
ННИОТ - Ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы
ПЦР-РВ - Полимеразная цепная реакция в реальном времени
РНК - Рибонуклеиновая кислота
СПИД - Синдром приобретенного иммунодефицита
ТкР - Т-клеточный рецептор
ТЭ - Терминальные эффекторы
ЦНС - Центральная нервная система
ЦП - Клетки центральной памяти
ЦТЛ - Цитотоксические Т-лимфоциты
ЭП - Клетки эффекторной памяти
TREC - Вырезанные кольца Т-клеточного рецептора (Т cell
receptor excision circles)
Treg - Регуляторная Т-клетка
AnV - Аннексии V (Annexin V)
GM-CSF - Гранулоцитарно-макрофагальный
колониестимулирующий фактор
CI - Доверительная область (Confidence interval)
IFN - Интерфероны
IL - Интерлейкины
IgA, IgG, IgM - Иммуноглобулины классов A, G, M
kDa - Килодальтон
МНС - Главный комплекс гистосовместимости
TNF - Фактор некроза опухолей
ВВЕДЕНИЕ
Согласно данным ЮНЭЙДС, к концу 2011 года в мире проживало около 34 миллионов человек, инфицированных вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Примерно 0,8% населения Земли в возрасте 15-49 лет имели ВИЧ-положительный статус. В России, согласно данным Федерального научно-методического центра по профилактике и борьбе со СПИДом, на ноябрь 2012 года было зарегистрировано уже более 700 тысяч случаев ВИЧ-инфекции. Показатель распространенности заболевания за 10 месяцев 2012 года в среднем по Российской федерации составил 491,9 на 100 тыс. населения.
До появления высокоактивной антиретровирусной терапии (ВААРТ, APT) с момента инфицирования человека ВИЧ и до развития у него глубокого иммунодефицита проходило около 10-12 лет, а смерть пациента наступала в течение 2-4 лет после первых проявлений СПИДа (Munoz et al., 1989; Hendriks et al., 1998). Введение APT в клиническую практику позволило существенно увеличить продолжительность жизни ВИЧ-позитивных больных. Антиретровирусная терапия снижает вирусную нагрузку в крови пациентов и удерживает ее на уровне ниже определяемого, что сопровождается подавлением воспалительных реакций (Graziosi et al., 1996). Нормализация количества провоспалительных цитокинов приводит к перераспределению Т-клеток между лимфоидными тканями и кровью (Вису et al., 1999), что отражается в быстром увеличении числа периферических Т-лимфоцитов в течение первых трех месяцев лечения. В дальнейшем скорость подъема численности Т-клеток замедляется, так как основным источником лимфоцитов становится вилочковая железа (Pakker et al., 1998; Smith et al., 2000; Douek et al., 1998). Однако, несмотря на высокую эффективность подавления репликации вируса при применении терапии, количество периферических CD4+ Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов не возвращается к нормальному уровню, характерному для здоровых людей (French et al., 2009).
Вместе с тем, у 10-30% ВИЧ-инфицированных больных, получающих ВААРТ, не происходит прироста количества CD4+ Т-клеток на фоне полного подавления вирусной нагрузки (Autran et al., 1999; Piketty et al., 1998). Эти пациенты часто начинают лечение, имея низкий исходный уровень CD4+ Т-лимфоцитов в периферической крови, что негативно отражается на продуктивности восстановления иммунитета при проведении терапии (Kelley et al., 2009; Florence et al., 2003). Ввиду сохраняющегося иммунодефицитного состояния, такие больные подвержены большему риску развития осложнений, чем ВИЧ-инфицированные пациенты, у которых наблюдается восстановление числа периферических CD4+ Т-лимфоцитов в ответ на лечение. Среди осложнений можно отметить тяжелые инфекции, злокачественные новообразования, сердечнососудистые заболевания и смерть (Lapadula et al., 2013; Tan et al., 2008). Высокий риск заболеваемости и смертности ВИЧ-инфицированных пациентов со слабым восстановлением иммунитета при провдении ВААРТ, а также их существенная доля среди больных, получающих терапию, обуславливает большую актуальность проблемы. В то же время причины и механизмы нарушения регенерации иммунитета на фоне антиретровирусной терапии на сегодняшний день остаются неясными.
Цель работы: охарактеризовать субпопуляционный состав Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных пациентов с неэффективным восстановлением иммунной системы при проведении антиретровирусной терапии.
Основные задачи исследования:
1. Определить субпопуляционный состав CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-позитивных пациентов с нарушением восстановления количества CD4+ Т-клеток на фоне терапии.
2. Проанализировать параметры активации, апоптоза и пролиферации СБ4+ и СЭ8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления пула Т-клеток при проведении лечения.
3. Оценить наличие маркеров функциональных нарушений СЭ4+ и СЭ8+ Т-лимфоцитов ВИЧ-позитивных людей с неэффективным ответом на антиретровирусную терапию.
Научная новизна исследования
В результате сравнительного анализа характеристик Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением прироста числа С04+ Т-клеток при проведении антиретровирусной терапии по сравнению с больными с эффективным ответом на лечение впервые было обнаружено следующее:
- увеличение доли СЭ4+ Т-клеток центральной памяти;
- уменьшение абсолютного количества наивных Т-лимфоцитов, клеток центральной и эффекторной памяти, а также терминальных эффекторов в субпопуляции СЭ4+ Т-лимфоцитов;
- увеличение относительного количества активированных СБ4+ Т-клеток и доли СЭ4+ Т-лимфоцитов, находящихся в состоянии апоптоза;
- рост относительного числа пролиферирующих СБ4+ Т-клеток памяти;
- уменьшение численности СЭ4+ Т-лимфоцитов, несущих рецептор к 1Ь-7;
- накопление РЭ1+Т-лимфоцитов в субпопуляциях СЭ4+ и СЭ8+ Т-клеток памяти.
У ВИЧ-инфицированных пациентов с дискордантным ответом на антиретровирусную терапию впервые установлена связь дефицита наивных Т-лимфоцитов с угнетением продуктивной функции тимуса. Кроме того, обнаружено, что у ВИЧ-инфицированных пациентов с подавленной репликацией вируса доля пролиферирующих СБ4+ Т-клеток памяти имеет обратную зависимость от общего числа СБ4+ Т-лимфоцитов.
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные результаты расширяют представления о механизмах нарушения восстановления уровня CD4+ Т-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных больных, принимающих терапию. Установлено, что у пациентов, не дающих адекватного ответа на APT, наблюдалась низкая эффективность работы двух наиболее важных механизмов восстановления пула периферических Т-клеток, а именно: поступления наивных Т-лимфоцитов из тимуса и гомеостатической пролиферации Т-клеток на периферии. При этом у данной категории больных, по сравнению с людьми с эффективным ответом иммунной системы на APT, была увеличена доля умирающих CD4+Т-лимфоцитов, и CD4+ Т-клеток, несущих маркеры CD38, HLA-DRhPDI.
В практическом плане работа демонстрирует необходимость назначения антиретровирусной терапии ВИЧ-инфицированным пациентам в более ранние сроки заболевания.
Внедрение в практику
Материалы диссертации используются в лекционных курсах «Иммунология» кафедры микробиологии и иммунологии биологического факультета ГОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» (614000, г.Пермь, ул. Букирева, 15) и кафедры иммунологии ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академии им. Е.А. Вагнера» министерства здравоохранения и социального развития (614000, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26).
Положения, выносимые на защиту:
1. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления числа CD4+ Т-клеток на фоне антиретровирусной терапии по сравнению с пациентами, эффективно отвечающими на лечение, снижено абсолютное
количество CD4+ наивных Т-лимфоцитов, клеток центральной и эффекторной памяти, а также терминальных эффекторов. Основной причиной сокращения числа наивных Т-лимфоцитов является угнетение продуктивной активности тимуса.
2. Среди CD4+ Т-клеток ВИЧ-инфицированных больных с нарушением восстановления иммунной системы при проведении антиретровирусной терапии увеличена доля активированных, пролиферирующих и умирающих CD4+ Т-лимфоцитов по сравнению с соответствующими показателями ВИЧ-позитивных людей с эффективным ответом на лечение.
3. У ВИЧ-инфицированных пациентов с нарушением восстановления численности CD4+ Т-клеток на фоне терапии происходит накопление PD1-позитивных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации представлены и обсуждены на IV Международной школе молодых ученых по молекулярной генетике «геномика и биология клетки», Москва-Звенигород, 2010; VIII Конференции иммунологов Урала, Сыктывкар, 2010; Международной конференции «Brokerage event» ERA.Net RUS, Екатеринбург, 2011; Объединенном иммунологическом форуме (VI Съезд иммунологов России, VI Конференция РЦО, VI Конференция по иммунологии репродукции, VI Конференция по нейроиммунологии, Конференция по дендритным клеткам и их роли в норме и при патологии), Нижний Новгород, 2013; и Рабочей встрече руководителей Российско-Американских исследовательских проектов в области предотвращения и лечения ВИЧ инфекции и сопутствующих заболеваний в рамках научного сотрудничества между РФФИ и НИЗ в области биомедицины, Москва, 2013.
Основные результаты представлены в 11 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации материалов диссертационных исследований.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 192 страницах, иллюстрирована 22 таблицами и 26 рисунками. Состоит из введения, обзора литературы, 3-х глав собственных исследований, выводов, списка цитированной литературы, включающего 528 источников, в том числе 2 работ отечественных и 526 зарубежных авторов.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Классификация ВИЧ
Вирус иммунодефицита человека относится к семейству Ретровирусов рода Лентивирусов. Он появился в результате множественных зоонозных заражений человека вирусами иммунодефицита обезьян в Западной и Центральной Африке. Межвидовой перенос, вероятно, происходил в процессе охоты и свежевания добычи, а также ловли, продажи и содержания обезьян в качестве домашних питомцев (Hahn et al., 2000). Сегодня более 40 видов нечеловекообразных приматов являются переносчиками видоспецифичных вирусов иммунодефицита обезьян (Aghokeng et al., 2010).
n__________________________________________________________________nun.
D чслиьсчеткий 1ШИуЛИЦИИ UJJMHHIU ИЫДСЛЛ1Ь два. UCHUBHblA вида Din,
вирус иммунодефицита человека 1 (ВИЧ-1/HIV-1) и вирус иммунодефицита человека 2 (BH4-2/HIV-2).
ВИЧ-1 является самым распространенным и наиболее патогенным видом вируса. Его принято делить на несколько групп (М, О, Р, N), которые, в свою очередь, разделяются на подтипы. Согласно современным представлениям каждая группа является результатом независимого переноса вируса иммунодефицита обезьян человеку (Sharp, Hahn, 2011). Первая группа - М (от «major» - основной, относящийся к большинству). Предполагают, что для всех вирусов этой группы существовал один общий предшественник, который в процессе распространения подвергся дивергенции, дав начало подтипам А-К. К группе М также относят 15 циркулирующих рекомбинантных форм, появившихся путем перераспределения участков генетического материала между вирусами разных подтипов (McCutchan, 2000). В мире около 90% всех случаев ВИЧ-инфекции обусловлены заражением вирусами группы М. Вторая группа - N (от «new» - новый). Вирус идентифицирован в Республике Камерун в 1998 году (Simon et al., 1998). По данным 2006 года было отмечено лишь 10 случаев инфекции вирусами этой группы (Yamaguchi et al, 2006). Группы М и N независимо
произошли от вируса иммунодефицита обезьян SIVcpz, широко распространенного среди шимпанзе {Pan troglodytes troglodytes) в Западной и Центральной Африке (Gao et al., 1999; Keele et al., 2006). Третья и четвертая группы - О и Р - являются малораспространенными. Они родственны друго�