|
Читайте также: |
Важным достижением ХХ в. в области биологии и медицины стало открытие в 1982 г. американским молекулярным биологом, профессором Стенли Прузинером нового типа инфекционных агентов — прионов. Это не просто важный этап в развитии молекулярной биологии. В результате проведенного исследования открылась новая эра развития биологии и медицины, поскольку выявлен принципиально новый тип инфекционных заболеваний, отличающийся своей природой возникновения и развития. По степени сложности своего строения прионы относятся к наиболее простым из известных на сегодняшний день инфекционным агентам.
Прионы представляют собой новый класс инфекционных агентов, составленных только из измененных белковых молекул хозяина. Прионы не содержат нуклеиновых кислот и этим отличаются от всех известных микроорганизмов, таких как вирусы, бактерии и грибы. Многократные пассажи в культуре клеток показали, что патогенные прион-протеины (PrP), способные к трансмиссии, являются мутантами клеточной изоформы нормального PrP. В настоящее временя установлено 18 различных мутаций человеческого гена PrP, которые связаны с различными прионовыми болезнями.
PrP представляет собой сиалогликопротеид с молекулярной массой 33 000–35 000 Да, кодируемый единственным геном, расположенным у человека на хромосоме 20. Он состоит приблизительно из 254 аминокислот, включая 22-членный N-терминальный сигнальный пептид. Особое значение имеет PrP-с, который найден у всех млекопитающих. PrP-с входит в состав наружных клеточных мембран, связан с внешней поверхностью клеток якорем гликолипида и участвует в эндоцитозе и катаболизме клеток. Его жизненный полупериод составляет несколько часов. Прионы очень устойчивы к различным физико-химическим воздействиям (табл. 5.1): к кипячению — в течение 30–60 мин, высушиванию — до 2 лет, замораживанию — в 3 раза больше, чем известные вирусы, химической обработке спиртами, формальдегидом, кислотами, к УФО (табл. 5.2), g-излучению, гидролизу ферментами (табл. 5.3). Наиболее эффективные воздействия оказываются в дозах, которые денатурируют практически все белки. Таким образом, из всего живого прион погибает последним.
Таблица 5.1. Характеристика устойчивости прионов к физико-химическому воздействию
| Вещество | Доза | Эффект воздействия |
| NH2OH | 0,1–0,5 ммоль/л | Устойчив |
| Псорален | 10–500 мг/мл | |
| Фенол | 100 % | Инактивация |
| Zn2+ | 2 ммоль/л | Устойчив |
| SDS | 1–10 % | Инактивация |
| Мочевина | 3–8 моль/л | |
| Гипохлорид натрия | 2,5 % в течение 1 ч при температуре 20 °C | |
| Сода | 1N в течение 1 ч при температуре 20 °C |
Таблица 5.2. Характеристика устойчивости прионов к физическому воздействию
| Тип воздействия | Режим и продолжительность воздействия | Эффект воздействия |
| Автоклавирование | 136 °C в течение 18 мин | Инактивация |
| Сухой жар | 160 °C в течение 24 ч | |
| УФО | Сильные дозы | Устойчив |
Таблица 5.3. Характеристика устойчивости прионов к воздействию ферментов
| Вещество | Доза | Эффект воздействия |
| ДНKаза A | 0,1–100 мг/мл | Устойчив |
| ДНKаза | 100 мг/мл | |
| Протеиназа K | Инактивация | |
| Трипсин |
Роль нормального PrP у здоровых индивидуумов еще до конца неизвестна. Несмотря на то что самый высокий уровень концентрации PrP выявлен в нейронах, его могут синтезировать и многие другие клетки организма. PrP необходим для нормальной синаптической функции. Предполагается, что прионы принимают участие в межклеточном узнавании и клеточной активации. Ряд исследователей считают, что их функцией является подавление возрастных процессов и поэтому прионовые болезни сходны по своим клиническим и морфологическим характеристикам с геронтологическими заболеваниями.
Сегодня установлено, что PrP существует в двух формах:
— неинфекционная, которая встречается в головном мозге в норме;
— инфекционная, которая обозначается как клеточный PrP, или PrP-c, или изоформа PrP-Sc (от англ. scrapie — болезнь овец), накапливается в головном мозге только у больных людей и животных, страдающих спонгиоформной трансмиссивной энцефалопатией.
В настоящее время у людей известны две группы заболеваний, вызываемых прионами:
— спонгиоформные трансмиссивные энцефалопатии;
— спонгиоформный миозит с прион-ассоциированными включениями.
Наиболее изучены в настоящее время спонгиоформные трансмиссивные энцефалопатии.
Учитывая, что прионовые болезни уникальны с генетической и инфекционной точки зрения, Стенли Прузинер предложил в 1991 г. современную концепцию патогенеза спонгиоформных трансмиссивных энцефалопатий. Согласно предложенной концепции, человек может быть инфицирован прионами двумя способами:
— наследственная передача по Менделю (аутосомно-доминантный тип наследования). В то же время это не абсолютное, а последовательное наследование — через предварительную генную ауторепликацию инфекционного агента;
— трансмиссия инфекционного агента алиментарным или ятрогенным путем.
Таким образом, прионовые заболевания являются одновременно и инфекционными, и наследственными болезнями. Однако они могут быть и спорадическими, учитывая, что имеются случаи, в которых не выявляют никакого известного фактора риска. В то же время нельзя исключить, что и в этих случаях инфекция была приобретена одним из двух ранее указанных способов.
Учитывая инфекционный характер, трансмиссия прионовых энцефалопатий определяется тремя факторами: доза инфекта, путь инфицирования, видовой барьер. Доза инфекционного агента, полученная хозяином, зависит от количества ткани инфекта и его вирулентной способности. Однако необходимо подчеркнуть, что при повторной экспозиции обязательно существует риск кумулятивного эффекта.
Пути инфицирования прионами играют важную роль в развитии заболевания и по степени значимости распределяются в следующей последовательности:
— интрацеребральный;
— интравенозный;
— интраперитонеальный;
— подкожный;
— оральный.
Примером зависимости от дозы и пути поступления инфекта может служить тот факт, что доза, необходимая для заражения прионами мышей при оральном пути в 200 000 раз выше, чем при интрацеребральном.
Устойчивость к прионовой инфекции у различных биологических видов получила название видовой барьер. Установлено, что при первом проявлении прионовой болезни у определенного вида животных время инкубации длительное, тогда как после первого же пассажа новому хозяину в пределах этого же вида оно значительно сокращается. В последующих пассажах время инкубации еще более сокращается, пока не достигнет стабильного периода, характерного для данного вида. Таким образом, для преодоления видового барьера и распространения заражения внутри самого вида необходимы очень высокие дозы инфекта. Однако необходимо отметить, что при одинаковой дозе инфекта трансмиссивность подострых спонгиоформных энцефалитов в одних случаях (например, болезнь скрепи) зависит от источников агента, а в других — и от вида донора, и от вида реципиента.
При различных способах введения патологических прионов через разные периферические пути, включая брюшную полость, желудок, инфекционный агент сначала появляется в клетках лимфоретикулярной системы миндалин, тимуса, лимфатических узлов и, особенно, селезенки. В первую очередь инфект определяется в B-клеточных зонах, при этом дифференцированные B-лимфоциты принимают участие в нейроинвазии прионов. Последнее обстоятельство может иметь значение для разработки методов предупреждения болезни и принципов лечения больных.
При алиментарном заражении прионы в пейеровых бляшках тонкой кишки проникают через клеточные мембраны во внутренние структуры лимфоидных клеток, а затем попадают в другие органы иммунной системы: лимфатические узлы, селезенку, миндалины и др., где происходит частичная репликация прионов. Дендритные клетки могут являться пермиссивными для периферической репродукции прионов. Из органов иммуногенеза прионы достигают ближайших аксонов, где продолжается их репликация, создается высокая концентрация, затем они продвигаются по направлению к спинному и головному мозгу.
Экспериментальные исследования показали, что репликация прионового агента может происходить как в нейронах, так и в глиальных элементах. Астроциты и другие глиальные клетки, возможно, играют ключевую роль в патогенезе прионовой инфекции, что подтверждается высоким уровнем цитокинов на поздней стадии заболевания. Инфицированность органов иммуногенеза может указывать на перенос инфекционного агента с кровью. Однако ни в инкубационный период, ни в преклинической стадии, ни даже в разгар болезни не удается найти биологических сдвигов в периферической крови.
При внутрицеребральном внедрении PrP-Sc он начинает накапливаться в головном мозге, при этом имеет место транспорт PrP-с и PrP-Sc вдоль аксонов.
Значительная часть клеточных PrP прикрепляется к внешней поверхности мембраны клеток за счет гликопротеидов после прохождения через комплекс Гольджи. Как и другие протеины, изоформа PrP-Sc проникает внутрь клетки через фиссуры, находящиеся на поверхности клетки. PrP-Sc в отличие от PrP-c накапливается в клетке. Иммуноэлектронно-микроскопически доказано, что накопление PrP-Sc происходит в структурах вторичных лизосом, содержащих структуры миелина, богатые фосфолипидами. В результате накопления PrP-Sc происходит гибель клетки, а прионы заселяют другие клетки.
В результате внутриклеточного накопления PrP-Sc в головном мозге развивается спонгиоформная дистрофия нейронов, гибель нервных клеток и реактивный астроцитозный глиоз.
В настоящее время установлено, что нейропатология прионовых болезней человека характеризуется 4 классическими микроскопическими признаками:
— спонгиозные изменения;
— потеря нейронов;
— астроцитоз;
— формирование амилоидных бляшек.
Во всех случаях прионовых энцефалопатий наблюдается незначительное уменьшение массы головного мозга, в отдельных случаях — умеренная атрофия извилин, в основном у лиц с длительным течением заболевания.
Морфологические исследования при прионовой спонгиоформной энцефалопатии позволяют выявить множество овальных вакуолей (спонгиоз) от 1 до 50 мкм в диаметре нейропиля серого вещества мозга. Вакуоли выявляются в любом слое коры мозга, как отдельные, так и в виде групп, разделенных на участки. Вакуоли на парафиновых срезах выглядят оптически пустыми, в то же время окраска гематоксилином и эозином позволяет в некоторых из них определить мелкую зернистость. В некоторых случаях вакуоли сливаются в микроцисты (200 мкм и более), что значительно искажает цитоархитектонику коры. Кроме коры головного мозга, спонгиозные изменения нейропиля и вакуолизация цитоплазмы нейронов наблюдаются по ходу всех полей аммоновых рогов, по ходу зубчатой фасции, в области подкорковых ядер, таламусе и коре мозжечка.
Наиболее характерным проявлением прионовой болезни является вовлечение в патологический процесс мозжечка, при этом степень спонгиоза в нем вариабельна. Для мозжечковых повреждений слияние вакуолей нехарактерно (спонгиоз в большинстве случаев представлен микровакуолями диаметром 1–50 мкм).
При прионовых болезнях спонгиоформные изменения сопровождаются уменьшением числа нейронов различных отделов коры. Главным образом страдают нейроны III–VI слоя, в сохранившихся нейронах наблюдается вакуолизация цитоплазмы, некоторые нейроны сморщены, гиперхромны. Имеется прямая корреляция степени выпадения нейронов с выраженностью спонгиоформных изменений и длительностью заболевания.
Описанные признаки сочетаются с пролиферацией клеток астроглии, у которых наблюдаются различные дистрофические изменения, начиная с вакуолизации цитоплазмы и кончая появлением тучных форм с последующим клазматодендрозом. Необходимо отметить, что миелиновые волокна коры остаются неизмененными.
Чем длительнее заболевание, тем более выражены вакуолизация и выпадение нейронов, развивается спонгиозный статус (распространенная во всех отделах грубая вакуолизация, полный коллапс коры головного мозга в виде нерегулярно искаженного каркаса глиальной ткани с небольшими вкраплениями сохранившихся нейронов).
Помимо выше изложенных морфологических особенностей прионовых болезней еще одним признаком является наличие PrP-бляшек, которые обычно выглядят как округленные эозинофильные структуры. Количество, локализация и микроскопические признаки бляшек варьируют при различных формах и типах прионовых энцефалопатий. Такие бляшки характерны для болезни куру. Их так и называют — куру-бляшки. Реже они встречаются при спорадической и семейной болезни Крейтцфельдта—Якоба, но очень часто (более 70 %) — при ее новой форме. Редко наблюдаются и при семейной фатальной бессоннице. Чаще всего амилоидные PrP-бляшки встречаются в клетках зернистого слоя коры мозжечка, реже располагаются в молекулярном слое и в белом веществе и, как правило, окружены бледно-розовым ореолом. Интенсивность окрашивания бляшек различна. Возможно, поэтому их не всегда удается обнаружить.
Визуально изменений спинного мозга не наблюдается, практически не бывает демиелинизации белого вещества спинного мозга. В некоторых случаях может быть уменьшено число мотонейронов. Несмотря на относительно высокую концентрацию прионов, наблюдаемую в периферических нервах, в них выраженных структурных изменений не встречается.
Очень важный аспект, связанный с эпидемиологией прионовых инфекций, — это безопасность групп риска, так или иначе соприкасающихся с зараженным материалом животных или больными людьми. К этой группе относятся ветеринарные и медицинские хирурги, патологоанатомы, ветсанэксперты, работники мясоперерабатывающей промышленности и некоторые другие категории лиц, контактирующие с потенциально возможными источниками инфекционного приона.
Во Франции прион квалифицирован как патоген максимальной степени опасности, в России и Республике Беларусь — как патоген II степени опасности по мерам предосторожности для медицинского персонала.
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 105 | Нарушение авторских прав