За сорок лет, что пандемия ВИЧ ходит по планете, ни у кого так и не вышло сделать эффективную вакцину, и люди научились кое-как обходиться без нее. Но иммунологи не сдаются. На этот раз надежда на новую вакцину пришла, откуда не ждали: от другого вируса, причем гораздо более успешного — им болеют больше половины людей на Земле.
За последний год даже те, кто раньше не разбирался в иммунологии, выучили, как должна работать противовирусная вакцина. Нужно тем или иным способом доставить в организм вирусные белки, чтобы В-клетки иммунной системы успели их разглядеть со всех сторон и произвести к ним антитела, прежде чем встретятся с самим вирусом. А когда это все-таки случится, антитела должны облепить вирусную частицу, закрывая ей дорогу внутрь клеток. Эта стратегия отлично помогает против кори и полиомиелита, гепатита В и оспы, и, кажется, неплохо справляется с коронавирусом — но совершенно не работает против ВИЧ.
Держи вора
Подобно преступнику из классических детективов, ВИЧ скрывает свое истинное лицо — только вместо шарфа, темных очков и низко надвинутой шляпы у него кусочки углеводов, налепленные на белки со всех сторон. Поэтому зоркому глазу антител часто даже не за что ухватиться, чтобы выяснить, тот ли это подозрительный тип, которого они ищут.
Модель белка оболочки ВИЧ: голый каркас (слева), каркас с углеводным
Кроме того, как тот же преступник, ВИЧ постоянно меняет свою внешность — то есть структуру поверхностных белков. Он становится невидимым для антител так быстро, что тот ВИЧ, с которым сталкиваются антитела, уже не похож на того, который иммунные клетки учились распознавать сразу после заражения. В организме одного человека, по некоторым подсчетам, накапливается столько же вариантов ВИЧ, сколько вариантов гриппа набирается за год по всей планете. Неудивительно, что иммунная система не поспевает за такой быстрой эволюцией.
Если даже собственный иммунитет человека не может догнать изменчивого врага, то что уж говорить о вакцине: в момент, когда иммунолог подбирает вариант, который ляжет в ее основу, тот уже выходит из моды.
Эту проблему можно было бы решить с помощью антител широкого спектра (broadly neutralizing antibodies) — то есть ввести в организм человека один за другим несколько видов вирусных белков и таким образом натаскать иммунную систему сразу на несколько вариантов ВИЧ. Проекты таких вакцин действительно есть, они проходят ранние фазы клинических испытаний.
Но и с ними возникают трудности. С одной стороны, такие антитела не охватывают весь спектр личин, которые может принимать вирус иммунодефицита человека. И иногда достаточно одной мутации, чтобы прорвать эту защиту. С другой стороны, известно, что естественный иммунитет к ВИЧ — у тех людей, которым почти удалось от него избавиться — выглядит совсем по-другому.
Золотые паспорта
Выздороветь естественным путем после заражения ВИЧ не удалось пока никому (за исключением одной женщины, про которую, впрочем, это еще не доказано). Но некоторым людям, буквально доле процента инфицированных (хотя в некоторых регионах они встречаются чаще), удается взять вирус под контроль — их называют элитными контроллерами. В организме этих людей ВИЧ сохраняется, но в низкой концентрации, которая не растет со временем — и СПИД у них развивается гораздо реже.
У элитных контроллеров в крови действительно встречаются антитела широкого спектра — но, как правило, они работают против любых вариантов ВИЧ, кроме того, который «живет» в организме самого контроллера. А когда ученые попробовали выяснить, есть ли у людей генетическая предрасположенность к «контроллерству», то обнаружили, что контроллеры примечательны совсем другим геном — он связан не с антителами, а с Т-клеточным ответом.
Чтобы распознать зараженную вирусом клетку, Т-лимфоциты смотрят на ее мембрану. Из нее торчат молекулы MHC-I (главного комплекса гистосовместимости), которые совмещают в себе функции паспорта и таможенной декларации. В каждой такой молекуле зажат небольшой кусок (пептид) какого-нибудь внутриклеточного белка — тем самым клетка отчитывается Т-лимфоциту о том, что у нее внутри.
Т-клетки, как правило, натренированы игнорировать нормальное внутриклеточное содержимое (кровать, стул, стол, тапочки, горшок с цветами). Но если на МНС появляются кусочки чего-то подозрительного, то есть непривычного, нехарактерного для клеток (например, гильза или бикфордов шнур) — то Т-лимфоцит, который специализируется на этих необычных белках, уничтожает клетку, которой не повезло их в себе произвести.
Схема работы МНС-I: фрагменты внутриклеточных белков связываются с MHC-I внутри эндоплазматической сети, а оттуда попадают на мембрану клетки. Там их узнает T-лимфоцит и посылает сигнал самоубийства или выделяет белки, которые проделывают дырки в мембране.
Оказалось, что элитные контроллеры отличаются от «простых» ВИЧ-инфицированных своими генами MHC-I. Видимо, их MHC-«паспорта» обладают особым сродством к белкам ВИЧ, причем к не самым «модным» и быстро эволюционирующим. Поэтому, как бы вирус ни менял свою внешность, зараженные клетки контроллеров выставляют на поверхность его внутренние, консервативные части, а Т-лимфоциты немедленно на них реагируют.
Получается, что если иммунный ответ и может справиться с ВИЧ — то ставку стоит делать на Т-клетки, а вовсе не на В-клетки с их антителами. Это значит, что нужно знакомить организм не с отдельными вирусными белками, а с целыми клетками, которые этим вирусом заражены. Проблема только в том, что пример взять неоткуда — успешных Т-клеточных вакцин пока не существует.
Новая надежда
Большинство вирусных инфекций проще предупредить с помощью обычных, В-клеточных вакцин, которые запускают производство антител — поэтому нет нужды углубляться в другие технологии. А для самого ВИЧ пока попробовали только две Т-клеточные вакцины, и обе они оказались бесполезными. Поэтому, когда очередная версия Т-клеточной вакцины в доклинических испытаниях защитила около половины тестовых обезьян, поначалу было совершенно непонятно, как ей это удалось.
В эксперименте с макаками-резусами американские иммунологи Луис Пикер (Louis Picker) и Клаус Фрю (Klaus Früh) решили использовать цитомегаловирус — в качестве вектора, то есть системы доставки генов ВИЧ внутрь клеток. Цитомегаловирус — это один из герпесвирусов, который, как многие из этого семейства, очень успешен. Его носят в своих клетках более половины людей (в некоторых популяциях до ста процентов) — но все, кто не страдает иммунодефицитом, вырабатывают против него иммунный ответ, которого достаточно для того, чтобы не давать вирусу размножаться и наносить вред организму. А поскольку этот ответ состоит в основном из Т-клеток, то создатели вакцины рассудили, что цитомегаловирусный вектор поможет сформировать такой же ответ и для белков ВИЧ.
И действительно: когда такую вакцину на основе обезьяньего цитомегаловируса ввели 27 макакам, а потом заразили их вирусом иммунодефицита обезьян (близким родственником ВИЧ), заболели всего 11, то есть меньше половины. В контрольной же группе заболели все животные. И хотя это далеко от привычной нам сегодня 95-процентной эффективности вакцин, это уже гораздо больше, чем 30 процентов — рекорд самой удачной до сих пор вакцины от ВИЧ.
Когда исследователи начали разбираться, что происходит внутри иммунной системы привитых обезьян, то обнаружили, что их Т-лимфоциты реагируют на вакцину не так, как обычно. Вместо того, чтобы требовать от клеток предъявить привычный паспорт — MHC-I, Т-лимфоциты связывались с другим «документом» — молекулой MHC-E.
Обычно MHC-E служит страховкой на случай, если клетку заразит особенно хитрый вирус. Некоторые из них (например, ВИЧ), подавляют производство MHC-I, попадая в клетку. В результате клетка не декларирует свое вирусное имущество и может ускользнуть от иммунитета. Чтобы этого не происходило, на поверхности клеток припасен еще один документ: молекула MHC-E. Она устроена по тому же принципу, но выставляет на поверхность другие белки, в том числе кусочки MHC-I. То есть это документ, который подтверждает наличие у клетки паспорта. А если MHC-I в клетке нет, то и MHC-E показать лимфоцитам не получится.
В иммунной системе есть специализированное подразделение лимфоцитов — натуральные киллеры — которые сканируют все клетки на наличие именно этого удостоверения о наличии паспорта. Если клетка не может предъявить MHC-E с кусочками MHC-I, то киллеры ее немедленно убивают.
Теоретически бюрократическая система из MHC-I и MHC-E должна работать и против ВИЧ тоже. Раз MHC-I на поверхности инфицированных клеток мало, они должны были бы стать мишенью для натуральных киллеров. Но поскольку какое-то количество MHC-E на них все-таки сохраняется, они иногда проходят незамеченными. А уцелевшие молекулы MHC-I тоже не помогают распознать инфекцию, поскольку ВИЧ поражает именно лимфоциты, и иммунная система не успевает «разогнаться».
Как правило, MHC-E (он же HLA-E) распознают натуральные киллеры (сверху). Но иногда его узнают Т-лимфоциты и тогда, если внутри него находится фрагмент чужеродного белка, клетку могут убить.
Пикер, Фрю и их коллеги рассчитывали — как и другие создатели Т-клеточных вакцин — что им удастся обогнать ВИЧ и сделать так, чтобы в организме к моменту встречи с инфекцией уже выстроилось готовое к бою Т-клеточное войско. И в крови обезьян оно действительно выстроилось — только Т-клетки реагировали не на MHC-I, а на MHC-E, то есть проверяли содержимое той «корочки», на которую обычно не обращают внимания. Такой неканонический иммунный ответ до сих пор встречали в очень редких случаях, например, при туберкулезе. Но у обезьян, привитых новой вакциной, работал только он. Все попытки заставить Т-лимфоциты проверять «обычный» паспорт, то есть MHC-I, провалились — такие вакцины не сработали.
Обманутый обманщик
Оказалось, что во всем виноват цитомегаловирус, который служил доставщиком для новой вакцины. В отличие от ВИЧ, он живет с людьми довольно давно и редко их убивает — поэтому у него гораздо более обширный полигон для эволюции. В результате цитомегаловирус успел собрать более сложный механизм ускользания от иммунитета. Там, где ВИЧ ограничивается подавлением MHC-I, цитомегаловирус пошел гораздо дальше.
Для начала, как и ВИЧ, цитомегаловирус запрещает клетке показывать иммунитету паспорт — MHC-I. Но чтобы натуральные киллеры не заподозрили неладное, он завел собственную молекулу-имитатор паспорта, VL9. По структуре она очень похожа на обрывки MHC-I, поэтому, когда MHC-E выставляет VL9 на поверхность, натуральные киллеры считают, что с документами у такой клетки все в порядке.
Правда, иногда в «корочку» MHC-E попадают и другие внутриклеточные белки, в том числе вирусные. И есть опасность, что, если MHC-E на поверхности окажется очень много, то обычные Т-лимфоциты захотят проверить и этот документ — и распознают зараженную клетку. Чтобы этого не происходило, некоторые линии цитомегаловируса (в том числе та, из которой делали вакцину), завели себе целых восемь генов, которые так или иначе запрещают Т-лимфоцитам связываться с MHC-E. Получается, что одни иммунные клетки (натуральные киллеры) узнают зараженные клетки — и не убивают их, принимая за здоровые, а другие иммунные клетки (Т-лимфоциты) их просто не узнают — и тоже не убивают.
Но если бы это так работало в вакцине, то препарат оказался бы не эффективным — клетки обезьян, которые заражает цитомегаловирус, несущий в себе гены ВИЧ, остались бы для иммунитета невидимками и не вызвали бы никакой реакции. И здесь исследователям помог случай: за то время, что они размножали цитомегаловирус в клеточной культуре, чтобы набрать побольше вирусных частиц, он потерял участок генома — тот самый, где находились восемь спасительных для вируса генов. При этом он все так же заставлял клетки производить MHC-E, но уже не мог запретить Т-лимфоцитам его распознавать.
Слева — клетка, зараженная обычным цитомегаловирусом. На ее поверхности находятся молекулы MHC-I и MHC-E, на которые реагируют Т-клетки и натуральные киллера. Справа — клетка, зараженная продвинутым цитомегаловирусом, на основе которого создана вакцина: она не производит MHC-I, зато производит много MHC-E, которые показывают Т-клеткам белки ВИЧ.
Таким образом, в некотором смысле цитомегаловирус попал в свои же сети. Его механизм ускользания от иммунитета оказался настолько хитрым, что хватило одной мутации, чтобы его сломать — и сделать вирус, наоборот, очень заметным. А вместе с ним в сетях запутался и ВИЧ.
Чем обернется
В своем обзоре этой ситуации гарвардский иммунолог Брюс Уолкер называет ее «поводом для надежды» — и, пожалуй, на нынешнем этапе на большее она пока не претендует. В конце концов, эксперименты на обезьянах не гарантируют успеха на людях, а обезьяньи цитомегаловирус и вирус иммунодефицита не тождественны человеческим.
Пока в нашем распоряжении есть только одна работа, в ходе которой исследователи in vitro частично воспроизвели успех этой вакцины на клетках человека. Они собрали Т-клетки из крови здоровых доноров и нашли среди них такие, которые способны связываться с MHC-E на клетках — и убивать их, если они заражены ВИЧ. Так удалось подтвердить, что Т-лимфоциты человека в принципе способны работать так же, как и Т-лимфоциты макак, но в какой степени это сработает в реальности, пока совершенно неясно. Клиническое испытание, которое должно это прояснить, еще только набирает своих добровольцев — это здоровые люди, которым будут вводить экспериментальную вакцину и проверять, развивается ли у них Т-клеточный ответ на ВИЧ.
Одновременно с тем — даже если первая фаза пройдет успешно — создателям вакцины предстоит разобраться с тем, как в точности она работает. Пока, строго говоря, не вполне ясно, почему белки ВИЧ, предъявленные в «корочке» MHC-E, вызывают более успешный иммунный ответ, чем если их показывать лимфоцитам в составе MHC-I. Есть подозрение, что дело здесь в структуре паспортов: в «обложку» MHC-I и MHC-E ложатся разные фрагменты вирусных белков. Поскольку обычно клетки показывают их иммунной системе в составе MHC-I, то именно эти участки белков быстро эволюционируют и становятся разнообразными — и неуловимыми для вакцины. А MHC-E может связываться с другими фрагментами, которые у разных вариантов ВИЧ больше похожи друг на друга — и если это так, то вакцина может оказаться универсальной.
Но даже если и эта надежда не сбудется, у разработчиков есть в запасе еще одна. Те особенности цитомегаловируса, которые вскрылись в ходе этих исследований, фактически позволяют переключать иммунный ответ. То есть создатель вакцины, манипулируя генами цитомегаловирусного вектора, может теперь выбирать, через какой из MHC-паспортов клетка будет показывать иммунной системе свое содержимое. И быть может, появятся и другие вакцины — вирусные, бактериальные или опухолевые — для которых окажется важным, в какой «обложке» предъявлять иммунитету незнакомые белки.