Открытие биологического феномена и его последующее научное познание. Ф.И.Ершов

Краткий очерк о 55-ти летней истории изучения интерферонов и вкладе отечественных исследователей в развитие этой проблемы.

На заре вирусологии, был обнаружен загадочный феномен: если животных заражали вирусом одного типа, то они становились невосприимчивыми к другим вирусам. Феномен по аналогии с известным физическим явлением был назван интерференцией и всесторонне изучен, в меру технических возможностей того времени.

С практической точки зрения наибольший интерес представлял вариант интерференции, при котором организм после введения безвредных вирусов становился нечувствительным к последующему заражению смертельно опасными возбудителями. Такой способ защиты от одних вирусов с помощью других принципиально отличался от вакцинации. однако механизм защитной реакции в случае интерференции долгое время оставались неясными.

Естественно, расшифровка этого феномена могла стать ключом к предупреждению вирусных инфекций, однако потребовалось еще почти 30 лет, чтобы открыть механизм интерференции. Это было сделано лишь в 1957 г. английским вирусологом Алексом Айзексом и его швейцарским аспирантом Джоном Линденманом, которые экспериментально доказали, что зараженные вирусом клетки вырабатывают особый белок, обладающий противовирусной активностью (8). Белок был назван интерфероном и сразу же стал объектом изучения многочисленных исследователей в разных лабораториях мира.

Открытие интерферонов стало одним из великих открытий вирусологии ХХ века, которое как оказалось в дальнейшем, далеко вышло за рамки собственно вирусологии!

Сущность феномена сводилась к следующему: в ответ на вирусное инфицирование, в зараженной клетке дерепрессируются гены интерферонов и, после танскрипции и трансляции иРНК, синтезируются интерфероны, которые секретируются зараженными клетками и, прикрепляясь к рецепторам незараженных клеток, защищают их от последующего инфицирования.

Анализ истории изучения интерферонов позволяет буквально по годам проследить стремительный путь от первоначального простого экспериментального наблюдения к научному объяснению этого феномена и его последующему познанию.

Причиной столь быстрого прогресса была острая потребность в эффективном препарате с широким спектром антивирусного этиотропного действия. Именно это обстоятельство стимулировало интенсивные научные разработки. Но была и другая причина. Сам объект исследования - созда нный природой универсальный механизм врожденного иммунитета- представлял непреходящий интерес для теории .

Для удобства изложения историю изучения интерферонов можно разделить на 3 больших периода, каждый из которых занял около 20 лет.

Первый период. Проведены развернутые исследования общих феноменологических закономерностей продукции и действия интерферона и установлена универсальность этого биологического феномена. Как оказалось, образование интерферонов является, чуть ли не самой первой реакцией врожденного иммунитета на сигнал тревоги, связанный с проникновением в организм вирусов. Доказано, что эта система является важным приобретением позвоночных (от рыб до человека включительно) и появилась 500 миллионов лет назад.

К первому периоду относятся наши исследования ИФН, начатые вскоре после его открытия. Одной из первых публикаций того времени была работа, выполненая нами совместно с первым исследователем интерферонов в нашей стране академиком З.В.Ермольевой, в которой было показано, что особоопасные арбовирусы – VEE, EEE и SFV - не только хорошо индуцируют интерфероны, но и отличаются высокой чувствительностью к их действию(4).

Функционирование системы ИФН складывается из строго следующих друг за другом этапов, представляющих своеобразную цепную реакцию организма в ответ на внедрение чужеродной информации (рис. 1).

Рис.1. Функционирование системы интерферонов.

Схематично можно выделить четыре основных звена данной цепочки.

• Индукция или "включение" системы, приводящей к дерепрессии генов ИФН, транскрибции их информационных РНК с их последующей трансляцией.
• Продукция - синтез клетками ИФН альфа, бета, гамма-типов и секреция их в окружающую среду
• Действие - защита окружающих клеток от чужеродной информации (вирусы, бактерии и т.д.) вновь образованными ИФН.
• Эффекты - описано более 300 эффектов ИФН. К наиболее важным для медицины относятся антивирусные, антимикробные, антипролиферативные (в том числе антитуморогенные) и радиопротективные.

Глядя на рис. 1, иожно легко убедиться, что представляющие интерес для медицины конечные эффекты ИФН можно получить, начиная с первого (индукция ИФН) или второго (продукция ИФН) звена данной цепочки. Это заключение принципиально важно, ибо оно, как это будет видно из последующего изложения, определяет стратегию клинического применения индукторов ИФН, "включающих" продукцию собственных (эндогенных).

В этом первом периоде была начата расшифровка молекулярно-биологических основ продукции и действия ИФН; разработаны методы очистки и концентрации ИФН вплоть до гомогенности. На рисунке 2 показано как выглядит кристалл ИФН альфа 2.

Рис. 2 Кристалл интерферона альфа 2 В те же годы была определена локализация ИФН 1-го типа в 9 хромосоме человека генов ИФН (рисунок 3).

Рис. 3 Локализация генов ИФН 1-го типа на карте 9-ой хромосомы человека. Расшифрована нуклеотидная и аминокислотная (9) последовательность этих белков (рисунок 4),.

Рисунок 4. Первичная структура интерферона ИФН-α2 [8].

Изучение вторичной и третичной структуры ИФН-α2 показали, что молекула этого белка, включающая последовательность длиной 165 аминокислотных остатков, состоит из 7 альфа-спиральных доменов, 20 участков бета-структуры и бета-поворотов спирали, 2-х дисульфидных мостов.

Важным этапом первого периода исследований было получение из лейкоцитов донорской крови первого поколения препаратов ИФН и начало их медицинского применения. Второй 20-летний период:

Второй 20-летний период:

Согласно нашей с В.М.Ждановым гипотезе, предложенной четверть века назад, основная функция интерферонов - это распознавание, деградация и элиминация чужеродных нуклеиновых кислот (рисунок 5).

Рисунок 5 Мишени для интерферонов в цикле репродукции вирусов

 

Несмотря на разнообразие генетического материала вирусов, ИФН подавляют их репродукцию на стадии, обязательной для всех вирусов: они блокируют начало трансляции, т.е. синтез вирусспецифических белков, дискриминируя вирусные информационные РНК от клеточных. Собственно механизм действия ИФН заключается в индукции синтеза протеинкиназы, которая фосфорилирует один из инициирующих факторов трансляции. Фосфорилированный фактор не может обеспечить образование инициирующего комплекса. Избирательное подавление трансляции вирусных матриц обусловлено либо большей чувствительностью вирусной системы трансляции к фосфорилированию инициирующего фактора, либо специфическим выключением трансляции в зараженных клетках. В обработанных ИФН клетках индуцируется синтез 21 - 51А-синтетазы - фермента, синтезирующего 2-5 - олигоадениловую кислоту, которая в конечном итоге приводит к активации латентных нуклеаз, разрушающих свободные вирусные иРНК. В результате, те вирусные иРНК, которые не смогли связаться с рибосомами, подвергаются разрушению нуклеазами.

В целом, как мы предположили, интерфероны представляют собой полифункциональные биорегуляторы и гомеостатические агенты, защищающие клетки организма от чужеродной информации (2 ).

Были обнаружены ее прямые и обратные связи системы ИФН с иммунной (цитокины) и нейроэндокринной системами.

ИФН можно рассматривать как своеобразные гормоны иммунной системы, не имеющие, в отличие от классических гормонов, специальных органов. По нашему определению, ИФН - это своеобразные парагормоны или протогормоны( 1 ).

Важнейшим событием 80-тых годов было созданение с помощью генной инженерии рекомбинантных препаратов ИФН второго поколения, что позволило блестяще решить т.н. «сырьевую проблему».

Современный фармацевтический рынок представлен десятками препаратов рекомбинантных интерферонов альфа, бета и гамма типов ( таблица 1).

Таблица 1Классификация наиболее широко используемых препаратов интерферонов

Типы ИФН	Препараты
Природные интерфероны (1-ое поколение)
1. Альфафероны	Альфаинтерферон, веллферон,интерферон лейкоциртарный лиофилизированный, сверофор, эгиферон
2. Бетафероны	Ферон, фрон
Рекомбинантные интерфероны (2-ое поколение)
Альфа - интерфероны	Берофор, генферон, виферон,гриппферон, Инрек, интераль, интерген, интронА, липферон, липинт, пегасис*, реаферон,реальдерон, реколин,
4. Бета – интерфероны	Авонекс, бетаферон, ребиф, рометал
5. Гамма – интерфероны	Ингарон

Параллельно в то же годы нами проводился многолетний скрининг, отбор и клиническая оценка индукторов интерферона - препаратов, включающих существующую в организме СИСТЕМУ интерферонов.

Нами разработаны и в последующем внедрены в медицинскую практику такие известные отечественные индукторы интерферона – Амиксин, Ридостин, Циклоферон, Кагоцел, нашедшие теперь широкое клиническое променение .

Тогда же нами начата разработка методологии определения ИФН-статуса, позволяющая судить в режиме реального времени о состоянии системы интерферонов для последующей научно-обоснованной коррекции ИФН-дефицитов.

3. Наконец, в последний третий период, совпавший по времени с ХХ1 веком, интерфероны стали рассматривать как наиболее изученные медиаторы врожденного иммунитета (цитокины), обладающие широким спектром биологической активности (более 300 эффектов). и пригодные терапии вирусных инфекций и ряда невирусных заболеваний.

В настоящее время существуют для основных способа использования интерферона в медицинской практике. Первый связан с введением в организм готовых препаратов ИФН (), второй – со стимуляцией в организме образования собственного интерферона с помощью различных индукторов.

Спектр заболеваний, при которых показано применение этих препаратов, можно разделить на 3 большие группы: вирусные инфекции; онкологические заболевания; другие формы патологии.

Среди вирусных инфекций довольно четко определен круг заболеваний, при которых доказана эффективность использование интерферона. Это, в первую очередь,. острые и хронические вирусные гепатиты, далее следует грипп и другие ОРВИ и различные герпетические поражения (кератиты и кератоконъюнктивиты, герпес гениталий, опоясывающий лишай).

Менее изучена эффективность ИФН при СПИДе, папилломавирусных инфекциях (остроконечные кондиломы, ювенильный папилломатоз гортани, бородавки и др.), а также кори, эпидемическом паротите и бешенстве. Вместе с тем следует упомянуть вирусные осложнения при пересадке органов на фоне применения иммунодепрессантов, а также гнойно-септические заболевания новорожденных, постнатально приобретенные хронические цитомегаловирусные инфекции; псориаз, эпидемический паротит, рассеянный склероз и, наконец, различные бактериальные заболевания (хламидиозы, легионеллезы, листереллезы, риккетсиозы).

Препараты α- ИФН оказались эффективны для профилактики и лечения ряда детских инфекций. Клиническая эффективность выражается в уменьшении или прекращении инфекционного токсикоза, увеличении массы тела, уменьшении лейкоцитоза и нейтрофилеза, купировании ацидотического синдрома. Описанное выше антивирусное действие интерферонов и их индукторов реализуется посредством следующих механизмов:

• повышение экспрессии гликопротеинов МНС 1 и 2 классов, содействуя тем самым распознаванию антигенов;
• иммунорегуляторный эффект – активация NK-клеток и макрофагов, способных уничтожать вирус-инфицированные мишени, переключение гуморального иммунитета на клеточный иммунитет;
• непосредственное влияние на вирусную репликацию – продукция специфических ингибиторов (Мх и др.), ингибирование различных стадий репликативного цикла вирусов и другие.

К настоящему времени накоплена обширная информация о применении ИФН при различных онкологических заболеваниях. Достоверно установлена высокая эффективность (70% и более) при В- клеточных и Т- клеточных злокачественных новообразованиях крови (лейкемии, лимфомы, миеломы, тромбоцитопении и др.). Достаточно высокий эффект интерферонотерапии (30-70%) наблюдался при солидных опухолях (карциномы, глиомы, меланомы).

В основе антитуморогенных эффектов лежат антипролиферативные и иммунокоррегирующие эффекты ИФН.

При этом важную роль имеет усиление активности цитотоксических Т- лимфоцитов, макрофагов и NK- клеток.

Для отечественных исследователей всегда была свойственна медицинская направленность исследований ИФН.

В нашей стране все прошедшие 50 лет годы признанным центром по изучению интерферонов был и остается отдел интерферонов Института эпидемиологии и микробиологии АМН СССР им.Н.Ф.Гамалеи, созданный полвека назад академиком В.Д. Соловьевым.

Первые три отечественные монографии, посвященные интерферонам и их индукторам, появились почти одновременно около 30 лет назад (3,6,7 ), а последняя в прошлом году ( 5).

Именно в отделе проф.В.П.Кузнецовым был получен первый отечественный препарат лейкоцитарного интерферона, который впервые в мире был успешно использован при эпидемии гриппа в 1967г., а позже проф. В.В.Малиновской создан широко известный препарат виферон.

Нами впервые разработаны и в последующем внедрены в медицинскую практику известные отечественные индукторы интерферона (таблица 2).

Таблица 2. Индукторы интерферона

Химическая природа	Препарат (коммерческое название)
А. Синтетические соединения
1. Низкомолекулярные: флуореноны, акриданоны.	Амиксин, циклоферон, неовир
2. Полимеры (дсРНК): поли(А) поли(У); поли(И) поли(Ц)	Полудан, амплиген
Б. Природные соединения
1. Полифенолы	Мегосин, кагоцел, саврац
2. Полимеры (дсРНК)	Ларифан, ридостин

Считаю своим долгом с благодарностью назвать исследователей, проводивших в течении почти 50-ти лет огромную работу по разработке, созданию, испытанию и производству индукторов интерферона:

Считаю своим долгом с благодарностью назвать исследователей, проводивших в течении почти 50-ти лет огромную работу по разработке, созданию, испытанию и производству индукторов интерферона:

В настоящее время раздел «Индукторы интерферона» занял достойное место в руководствах и учебниках по инфекционным болезням

Не снижающийся с годами постоянный интерес к ИНФ можно объяснить междисциплинарным характером проблемы:

• биология получила важную систему защиты клеток от чужеродной информации;
• инфектология - уникальные антивирусные "антибиотики" широкого спектра действия;
• онкология - наиболее физиологичные антитуморогены.
• иммунология - первую группу полифункциональных цитокинов;
• молекулярная биология получила удобнейшую модель индуцибельных белков эукариотов;
• биотехнология - объект для создания биорегуляторов нового поколения;

Литература

1. Ершов Ф, И. – Природа интерферонов – В кн.»Система интерферонов а норме и при патологии.» – М.»Медицина», 1998, стр.34 – 38

2. Ершов Ф.И., Жданов В.М. – Интерферон и гомеостаз - Вестник АМН СССР, 1985, №7

3. Ершов Ф.И., Новохатский А.С. – Интерферон и его индукторы. – М.: "Медицина", 1980, 173с.

4. Ершов Ф.И., Тазулахова Э.б,. Ермольева З.В. – Продукция интерферона некоторыми арбовирусами группы А. - Антибиотики, 1966, №6

5. Киселев О.И., Ершов Ф.и., Быков А.Т., Покровский В.И. – Пандемия гриппа 2009/2010: противовирусная терапия и тактика леченияю – С.-Птрб-Москва-Сочи, 2010, 97 стр.

6. Садыков А.С., Ершов Ф.И., Новохатский А.С. и др. – Индукторы интерферона. – Ташкент: "Фан", 1978, 304 с.

7. Соловьев В.Д., Бектемиров Т.А. – Интерфероны в теории и практике медицины. – М.: "Медицина", 1981, 400 с.

8. Isaacs A., Lindenman J. – Virus interference^ 1/The interferon - Рros. R. Soc. Biol., 1957, v. 147, p 258 – 263

9. Kontsekova E., Liptakova Н., Much V., Kontsek P. – Structural and functional heterogeneity of the amino-terminal receptor-binding domain of human interferon-alpha 2 - Inter.J. of Biological Macromoleculs, 1999, v.4, р.11 -14