Блог: Как СOVID-19 проникает в организм и начинает его разрушать

Источник: marjan blan marjanblan / unsplash.com

История про коронавирус — уже не законченный фильм, а сериал, съемки которого продолжаются. Но данных до сих пор не так много, а обилие ложных фактов усугубляет ситуацию. Почему SARS-CoV-2 убивает одних и бессимптомно проходит у других? Безопасна ли вакцина? Как протекает болезнь и от чего зависит ее тяжесть? Молекулярный биолог Ирина Якутенко отвечает на эти вопросы в своей книге «Вирус, который сломал планету. Почему SARS-CoV-2 такой особенный и что нам с ним делать». А мы публикуем отрывок из нее.

Проникновение в организм

SARS-CoV-2 — респираторный вирус, то есть он поражает прежде всего дыхательные пути («респираторный» в переводе с английского означает «дыхательный»). Именно там находятся основные входные ворота — клетки, внутрь которых вирусная частица может пробраться для размножения (вопреки распространенному мнению, SARS-CoV-2 инфицирует только определенные типы клеток, а не все подряд). В главе «Как устроен коронавирус» мы уже обсуждали, что клетка подходит паразиту, если на ее поверхности есть определенные белки, при помощи которых он проникает под мембрану. Клетки, у которых этих белков нет, для вируса недоступны (за одним исключением — но об этом ниже). Главный из таких белков — рецептор ACE2. Он входит в большую систему, регулирующую кровяное давление. ACE2 (по-русски ангиотензин-превращающий фермент 2) откусывает одну аминокислоту от пептида2 под названием ангиотензин II, который отвечает за сужение сосудов. В результате тот превращается в пептид ангиотензин (1–7), выполняющий противоположную задачу — расширять просвет сосудов. Логично, что белка ACE2 (и его антагониста ACE, который делает ангиотензин II из предшественника ангиотензина I) много на клетках внутренней поверхности кровеносных сосудов — эндотелии. Кроме того, ACE2 присутствует в клетках легких, сердца, кишечника, почек, половых путей. Что именно он там делает — до конца не ясно, и пока у нас нет убедительных данных, которые бы показывали, что наличие доступных для коронавируса клеток в этих органах как-то влияет на патогенез COVID-19.

Еще два белка, которые необходимы SARS-CoV-2 для проникновения, — это протеазы фурин и TMPRSS2. После того как спайк-белок вируса связывается с рецептором ACE2, они расщепляют его в определенном месте. Отрезанный «хвостик» S-белка уплывает, а оставшийся фрагмент меняет форму, подтягивая вирусную частицу ближе к мембране и облегчая слияние.

Вирус может забраться в клетки и без этого шага, но работа протеаз многократно увеличивает эффективность заражения. А значит, клетки, которые несут на своей поверхности одновременно и ACE2, и TMPRSS2 или фурин, должны поражаться легче остальных. Ученые проанализировали, на поверхности каких клеток встречаются и ACE2, и TMPRSS2, только в апреле 2020 года — спустя четыре месяца после начала эпидемии. И неожиданно оказалось, что клетки, в которых больше всего этих белков, находятся вовсе не в легких, а в носу. ACE2 и TMPRSS2 активно синтезируются производящими слизь бокаловидными клетками и клетками реснитчатого эпителия, которые колеблются и продвигают слизь из глубины ноздри наружу. По мнению авторов, этот факт может указывать, что носовые ходы — магистральный путь, по которому вирус проникает в организм. А сопли могут быть передаточной средой, в которой SARS-CoV-2 путешествует от человека к человеку. В легких ACE2 и TMPRSS2 одновременно присутствуют в том числе на поверхности клеток, из которых впоследствии синтезируются клетки-реснички, выводящие из органа слизь и грязь. Если вирус все-таки поражает их, больные, у которых это произошло, теряют важный инструмент борьбы с вирусом — подробнее об этом через несколько абзацев.

Потенциально важную роль носа в инфицировании коронавирусом позже подтвердила еще одна группа исследователей, заражавшая различные клетки дыхательных путей в культуре. Ученые выяснили, что «липучесть» коронавируса постепенно падает от верхних дыхательных путей к нижним: эффективнее всего он инфицирует клетки в носу, затем идут клетки глотки, потом бронхов и дальше бронхиол. Альвеолы легких вирус поражает наименее охотно. При этом тяжелое течение COVID-19 связано с размножением вируса именно в легких. Кажущееся противоречие разрешает гипотеза об исходном месте, через которое SARS-CoV-2 проникает в организм. Если это нос или верхние дыхательные пути, высока вероятность, что симптомы будут слабыми или средневыраженными. Защитные клетки-соглядатаи заметят вирус, сообщат о нем основным «бойцам» иммунной системы, и те успеют настроить оружие точно под этого возбудителя. Если же человек вдохнул достаточную для инфицирования дозу сразу в легкие и вирус начал размножаться там, у иммунной системы не будет времени развернуть полноценную атаку. Пока она будет раскачиваться, вирус успеет сильно размножиться, спровоцировав патологическую гиперактивацию иммунитета — цитокиновый шторм. Это один из главных факторов, который приводит к тяжелым последствиям коронавирусной инфекции. Ниже мы будем много говорить о нем.

Впрочем, с носом не все так просто. Хотя invitro ученые обнаружили и ACE2, и TMPRSS2 на всех клетках его слизистых, «живые» эксперименты показали, что SARS-CoV-2 заражает только клетки реснитчатого эпителия. То есть одного лишь пространственного совпадения протеазы и ACE2 недостаточно, и для успешного инфицирования имеют значение и другие факторы (скажем, соотношение ACE2 и TMPRSS2 или присутствие еще какого-то белка).

Стремительное появление зачастую противоречащих друг другу данных очень характерно для нынешней коронавирусной эпидемии

До сих пор ученые забивали на исследования простудных заболеваний не в последнюю очередь потому, что такие исследования гласно и негласно считались неважными: на них было трудно получить деньги, а результаты почти гарантированно нельзя было опубликовать в престижных журналах. И когда глбальную пандемию вызвал именно простудный вирус, мир оказался беззащитен и несколько месяцев тыкался вслепую, пытаясь срочно разобраться в патогенезе COVID-19 и подобрать лечение.

Эти метания и отсутствие твердых знаний стоили жизни тысячам людей. Возможно, эта жертва изменит устоявшиеся практики финансирования науки, когда спонсируются главным образом мейнстримовые темы. Поиск под фонарем в краткосрочной перспективе, безусловно, более многообещающ, однако он приводит к тому, что гигантские и потенциально очень опасные черные дыры за пределами узкого освещенного грантами участка остаются совершенно неизученными.

Но вернемся к биологии коронавируса. Помимо дыхательных путей, ACE2 и TMPRSS2 одновременно синтезируются в клетках пищевода, кишечника, мочевого пузыря, общего желчевыводящего протока и роговицы глаза (еще один довод не тереть глаза грязными руками).

Косвенные доказательства, что SARS-CoV-2 может проникать в организм через слизистую глаз, в середине сентября представили китайские ученые из провинции Хубэй. Они оценили, сколько пациентов среди госпитализированных с коронавирусом в городском округе Суйчжоу (это в Хубэе) постоянно носит очки, и сравнили их процент со средним по хубейской популяции. Выяснилось, что, хотя больше восьми часов в день носит очки 31,5% населения провинции, в больнице с положительным тестом на SARS-CoV-2 таких всего 5,8%. Авторы заключили, что стекла, создающие механический барьер на пути капелек с вирусными частицами, служат хорошей защитой от заражения. (Но если верить народной молве, уверяющей, что очкарики самые умные, можно предложить альтернативную трактовку: они реже заражаются просто потому, что лучше соблюдают меры предосторожности.)

Подозрения, что вирус размножается в клетках пище- варительного тракта, появились еще в самом начале эпидемии, так как у значительной части инфицированных наблюдалась кишечная симптоматика — диарея или рвота, и у большинства исследованных на этот предмет больных, в том числе бессимптомных, вирус или его части выделялись с фекалиями. В начале мая группа из Нидерландов, используя выращенные в лаборатории мини-фрагменты кишечника (такие миниатюрные копии органов называют органоидами), показала, что SARS-CoV-2 может внедряться в их клетки и размножаться там. Все эти наблюдения косвенно указывают, что как минимум в некоторых случаях вирус может рассматривать ЖКТ как приемлемое место обитания.

С фурином ACE2 пересекается на клетках бронхов, легких и эпителия ротовой полости — то есть вирус теоретически может проникать в организм и через рот. Эта гипотеза дополнительно подтверждается тем, что живой патоген выделяется из образцов слюны большинства заболевших. Что еще важнее, количество вирусной РНК в слюне хорошо отражает, на какой стадии находится болезнь. Так что вполне вероятно, в будущем, чтобы определить, инфицирован ли человек SARS-CoV-2, его будут просить плюнуть в пробирку или прополоскать горло специальной жидкостью и потом также сплюнуть ее, а не делать соскоб с глотки, что гораздо безопаснее для персонала и приятнее для тестируемого. Более того, люди могут собирать материал самостоятельно, а это значительно упрощает логистику.

Наконец, тесты на основе слюны значительно о легчат проверку детей, которые терпеть не могут, когда им скребут горло щеточкой, как при стандартном тесте. Это особенно важно, учитывая, что с открытием школ детей придется тестировать регулярно. Способность SARS-CoV-2 размножаться в клетках ротовой полости может быть одной из причин того, что он куда более заразен, чем SARS. Этот близкий родственник нынешнего коронавируса был более смертельным — доля погибших составила 10% от заболевших, — но зато относительно плохо передавался от человека к человеку. Вирус атипичной пневмонии внедрялся преимущественно в клетки легких и для распространения должен был подняться — например, при помощи кашля. Как мы обсудим в следующих главах, SARS-CoV-2 эффективнее всего передается от человека к человеку до того, как у заболевшего проявятся симптомы.

Помимо магистрального пути через ACE2, коронавирус, вероятно, может забираться в клетки, используя еще один рецептор под названием CD147. Это трансмембранный белок — он как бы протыкает клеточную мембрану насквозь, и одна его часть торчит наружу, а другая — внутрь клетки. CD147 присутствует на множестве разных типов клеток, в том числе в репродуктивном тракте, мышцах, мозге, глазах, эпителии, иммунных клетках, нейронах и так далее. В экспериментах по заражению вирусом культур клеток блокировка CD147 останавливала распространение SARS-CoV-2. Цепляется вирус за этот рецептор при помощи все того же спайк-белка, хотя в лабораторных экспериментах связывание было не очень сильным. Еще одно косвенное свидетельство, что CD147 может быть причастным к заражению коронавирусом: у людей старшего возраста и/или тех, у кого есть избыточный вес, ген, кодирующий рецептор CD147, работает более активно.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках.
Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.