Интерфероны были открыты в 1957 г. английскими учеными Alick Isaacs и Jean Lindenmann. Явление, названное американским исследователем Hoskins интерференцией вирусов, было известно еще с 1935 г. Hoskins обнаружил, что обезьяна, зараженная вирусом желтой лихорадки нейротропного типа, непосредственно вслед за этим становится невосприимчивой к вирусу, поражающему висцеральные органы. Несмотря на то что со времени открытия Hoskins до работы Isaacs и Lindenmann прошло более 20 лет, природа интерференции вирусов оставалась нерасшифрованной. К этому времени уже было установлено, что данное явление отражает факт осуществления противовирусной защиты, но не путем выработки антител.
Эксперимент, поставленный Isaacs и Lindenmann, был гениально прост. Они заражали куриные эмбрионы вирусом гриппа А, инактивированным нагреванием. Затем в жидкость для роста помещали новые эмбрионы, не бывшие ранее в контакте с вирусом инфлюэнцы. При попытке инфицирования оказалось, что они нечувствительны не только к живому вирусу гриппа А, но и к другим вирусам. Isaacs и Lindenmann сделали вывод, что при контакте с вирусом клетки вырабатывают и выделяют в окружающую среду растворимое вещество, являющееся медиатором вирусной интерференции, и назвали его интерфероном (ИФН).
Более чем за 50 лет, прошедших со времени открытия интерферонов, изучены их природа и механизм действия (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Основные этапы изучения и использования интерферонов
|
1957 г. |
Открытие интерферонов (Isaacs и Lindenmann) при изучении интерференции вирусов |
|
1960-е гг. |
Установлено, что интерфероны имеются у всех позвоночных от рыб до человека. Определен диапазон противовирусной активности интерферонов |
|
Начало 1970-х гг. |
Установлено наличие различных типов интерферонов. Расшифрованы основные механизмы действия интерферонов различных типов |
|
1970 г. |
Gresser выявил, что интерфероны подавляют рост опухолей — как индуцированных вирусом, так и тех, возникновение которых вирусом не обусловлено |
Таблица 7.1 (окончание)
|
1971 г. |
Strander показал эффективность альфа-интерферона при остеосаркоме. Cantell с соавторами установили, что человеческие лейкоциты продуцируют больше интерферонов, чем все другие клетки человека и животных |
|
1978 г. |
Начато промышленное производство человеческого лейкоцитарного альфа-интерферона |
|
1977—1979 г. |
Strander показал эффективность альфа-интерферона при терапии множественной миеломы |
|
1980—1990 г. |
Налажено промышленное производство рекомбинантных интерферонов. Показана высокая эффективность их применения для терапии ряда заболеваний |
ИФН имеются у всех позвоночных от рыб до человека. Уже на первых этапах было показано, что их противовирусное действие неспецифично. Это имеет огромный биологический смысл, так как работой нескольких генов, кодирующих образование ИФН, осуществляется защита от огромного количества вирусов. В то же время была обнаружена строгая видовая специфичность интерферонов, поэтому для использования ИФН в качестве лечебного средства было необходимо получение человеческого ИФН в достаточном количестве.
Важной вехой стали исследования финского ученого Kari Cantell (1971), показавшего, что человеческие лейкоциты вырабатывают больше интерферона, чем все другие клетки, при этом уровень синтеза выше в неделящихся клетках, чем в быстроделящихся.
Еще в начале 70-х гг. были идентифицированы 3 основных вида интерферонов — альфа, бета и гамма. Позднее выявили еще 2 вида — омега и тау, родственные интерферону-альфа. Интерферон-тау имеется у птиц, но не обнаружен у человека. У человека найдено всего по одному функционирующему гену, кодирующему образование интерферонов-бета, -гамма и -омега. Соответственно, существует только один тип каждого из указанных интерферонов. В то же время обнаружено 14 генов, кодирующих образование 14 различных подтипов интерферона-альфа.
Альфа- и омега-интерфероны являются малогликозилированными или негликозилированными протеинами, бета- и гамма-гликопротеинами. Молекулярный вес различных подтипов альфа-ИФН колеблется от 19 до 24 дальтон, молекулярный вес интерферона-бета составляет 22—23 дальтона, гамма — 45 дальтон. Большинство известных характеристик получены в результате изучения рекомбинантного ИФН-альфа-2. Он имеет три подтипа — альфа-2а, альфа-2b и альфа-2с, отличающихся по составу на 1—2 аминокислоты.
Несмотря на огромное количество исследований, механизм действия интерферонов до настоящего времени остается не вполне изученным. Взаимодействие с клетками начинается со связывания ИФН со специфическими рецепторами на поверхности клеточной мембраны. С помощью меченых молекул установлено, что разные клетки чувствительны к интерферонам различных типов, что связано с экспрессией неодинакового количества интерфероновых рецепторов на клеточной поверхности. Для интерферонов-альфа и -бета на мембране клеток имеется общий рецептор, для интерферона-гамма — отдельный. Образующийся в результате соединения молекулы ИФН с рецептором комплекс погружается внутрь клетки, после чего связь разрывается и освободившийся рецептор возвращается на поверхность. Внутри клетки интерферон активирует гены, кодирующие продукцию так называемых эффекторных белков, которые и реализуют защитный эффект, продолжающийся в течение 24—48 ч. Известно, что интерфероны альфа и бета продуцируют по крайней мере 12 новых белков, интерферон-гамма — 16. К настоящему времени расшифровано строение и изучен механизм действия лишь некоторых из них.
Под влиянием интерферона увеличивается продукция индоламин-2,3-дезок- сигеназы, которая превращает триптофан в формилкимуренин, что ведет к истощению запасов внутриклеточного триптофана, необходимого для синтеза ряда физиологически важных ферментов. Таким образом, интерферон индуцирует цепь событий, которые приводят в конечном итоге к деградации вирусной или бактериальной РНК.
Другим эффекторным протеином, индуцируемым альфа- и бета-интерферо- нами, является белок Мх. Он блокирует репликацию вируса гриппа путем ингибирования продукции вирусной РНК в инфицированных клетках.
Одновременно под влиянием альфа- и бета-интерферонов увеличивается - экспрессия антигенов большого комплекса гистосовместимости I класса, которые представляют различные антигены Т-лимфоцитам. Это ведет к более легкому распознаванию клеток, инфицированных вирусом, и уничтожению их иммунокомпетентными клетками. Под влиянием ИФН происходят изменения в белковой мембране вириона, что делает его более доступным для иммунной системы.
Важная роль интерферонов в противовирусной защите подтверждается следующими фактами:
— при многих вирусных инфекциях установлена строгая корреляция между уровнем продукции эндогенного ИФН и способностью к самоизлечению;
— искусственное ингибирование продукции или активности эндогенного ИФН ведет к увеличению тяжести инфекционного процесса;
— лечение интерфероном может во многих случаях предотвратить развитие вирусной инфекции.
Интерфероны увеличивают продукцию интерлейкина-1 и туморнекротиче- ского фактора макрофагами и интерлейкина-2 Т-лимфоцитами. Увеличивается и активность естественных киллеров (NK-клеток), а пре-Ж-клетки, которые не обладают цитотоксическими свойствами, под влиянием интерферонов приобретают такую активность.
К настоящему времени можно считать установленным, что интерфероны обладают антивирусным, антибактериальным, антипролиферативным, дифференцирующим и иммуномодулирующим действием. Антивирусное и антибактериальное действие присуще, главным образом, интерферонам альфа и бета. У интерферона-гамма антивирусный и антибактериальный эффекты выражены значительно слабее, в частности, интерферон-гамма не индуцирует выработку Мх-протеина, блокирующего репликацию вируса. Главное направление действия интерферона-гамма — участие в реакциях иммунитета, в том числе активация синтеза антител.
Интерфероны альфа, бета и гамма продуцируются различными клетками и выполняют различные функции в системе защиты организма (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Типы интерферонов и их действие
|
Типы интерферонов |
Механизмы действия |
|
I тип (альфа и бета) |
— Активируют ферменты, фрагментирующие РНК — Ингибируют образование рибосом и синтез клеточных белков — Усиливают экспрессию антигенов I класса главного комплекса гистосовместимости |
|
II тип (гамма) |
— Стимулирует макрофаги, усиливая их способность распознавать чужеродные антигены — Усиливает действие других интерферонов — Активирует натуральные киллеры — Стимулирует выработку антител, комплемента, туморнекротического фактора, интерлейкинов-1 и -2 — Активирует антигены II класса главного комплекса гистосовместимости |
Интерфероны-альфа, -бета и -омега обозначаются как интерфероны I типа, интерферон-гамма — как интерферон II типа, или иммунный интерферон. Интерферон-альфа вырабатывается в основном В-лимфоцитами и активированными макрофагами. Основными продуцентами интерферона-бета являются фибробласты и эпителиальные клетки, он также вырабатывается макрофагами. Интерферон-гамма синтезируется Т-лимфоцитами, стимулированными антигенами.
Интерфероны-альфа и -бета начинают вырабатываться немедленно после встречи клеток-продуцентов с вирусами, бактериями или другими антигенами. Примерно 30 мин проходит от момента встречи с индуцирующим агентом до появления эффекторного белка. Пик активности достигается в течение 5—8 ч, элиминация из организма происходит в течение 24 ч. Для синтеза интерферона-гамма требуются часы.
Имея большое сходство в механизме действия, интерфероны-альфа и -бета в то же время выполняют различные функции при встрече с вирусами или другими инфекционными агентами. Главное действие интерферона-бета локальное, направленное на предотвращение распространения возбудителя инфекции из места его внедрения. Это подтверждается высокой концентрацией интерферона-бета в тканях вокруг места инфицирования и очень низким уровнем его в крови. По всей вероятности, интерферон-бета первым начинает вырабатываться после встречи организма с патогеном.
Если не происходит инактивации инфекционного агента в месте внедрения и он распространяется в организме, его контакт с лимфоцитами и макрофагами индуцирует выработку интерферона-альфа, который свободно циркулирует в крови, поскольку его главной функцией является защита отдаленных органов. Интерферон-альфа быстро проникает из крови в окружающие ткани. Исключением являются центральная нервная система при неповрежденном гематоэнцефалическом барьере и плацента.
Таким образом, альфа- и бета-интерфероны осуществляют раннюю и неспецифическую защиту организма от инфекционного агента еще до того времени, когда начинают действовать специфические иммунные механизмы защиты.
При дальнейшем развитии инфекции начинает образовываться интерферон-гамма, который вырабатывается сенсибилизированными Т-лимфоцитами после их повторной встречи с антигеном. Интерферон-гамма не имеет механизма непосредственного воздействия на инфекционный агент. Он активно стимулирует макрофаги, усиливая их соединение с антителами и способность распознавать посторонние антигены, потенцирует действие других интерферонов, стимулирует выработку антител, интерлейкинов, туморнекротического фактора, активирует действие естественных киллеров и цитотоксических лимфоцитов. Различиями в функциях интерферонов I и II классов объясняется то обстоятельство, что в естественных условиях интерфероны-альфа и -бета образуются в организме в ответ на встречу с инфекцией, в то время как для выработки интерферона-гамма инфекционные агенты являются лишь одним из многих индуцирующих факторов.
Следствием биологических процессов, которые интерфероны вызывают в организме, являются возникающие при их применении побочные явления (табл. 7.3).
Наиболее известен гриппоподобный синдром, возникающий практически у всех больных в начале лечения. Он выражается в подъеме температуры тела, часто с ознобом, миалгиями и артралгиями. Проявления синдрома бывают острее при высоких первоначальных дозах альфа-интерферона, хотя строгой дозовой зависимости нет. Продолжительность гриппоподобных явлений колеблется от 4 до 12 ч. Проявления этого синдрома могут быть значительно уменьшены, а иногда его удается практически предотвратить при приеме парацетамола или нестероидных противовоспалительных препаратов за 20—30 мин до инъекции интерферона. После нескольких введений интерферона проявления гриппоподобного синдрома постепенно уменьшаются и к концу 3-й недели лечения почти или полностью исчезают.
Таблица 7.3
Побочные эффекты при инъекционном введении интерферона
|
Место возникновения реакции |
Симптомы |
|
Жеkудочно-кишечный тракт |
Боли в животе, тошнота, рвота, диарея |
|
Мочевыделительная система |
Протеинурия, альбуминурия, редко — повышение уровня мочевины, креатинина, мочевой кислоты в плазме крови |
|
Центральная нервная система |
Головокружение, бессонница, нарушение сознания, депрессия, парестезии, нейропатии, тремор конечностей |
|
Кровь |
Лейкопения, тромбоцитопения |
|
Эндокринная система |
Снижение образования адреналина |
|
Сердечно-сосудистая система |
Гипертонические кризы, отеки, цианоз, аритмии |
Развитие синдрома связывают с быстрым образованием интерлейкина-1, простагландина Е2 и туморнекротического фактора, индуцированных интерфероном.
В процессе терапии часто отмечается снижение количества лейкоцитов и тромбоцитов, обусловленное подавлением пролиферации клеток — предшественников гемопоэза. Гранулоцитопения, сопровождающая снижение количества лейкоцитов, изредка становится причиной развития бактериальных инфекций. Иногда одновременно наблюдается умеренное снижение уровня гемоглобина и числа эритроцитов. У большинства больных уменьшение дозы препарата или перерыв в лечении приводят к быстрому восстановлению гематологических показателей.
К редким побочным явлениям относятся тошнота, рвота, падение артериального давления, нарушения сердечного ритма, преходящее повышение уровня трансаминаз, протеинурия.
При длительном (многомесячном) лечении интерфероном у 10—20 % больных наблюдается снижение массы тела, анорексия, бессонница, чувство постоянной усталости, боли в мышцах, головные боли, алопеция. К редким, но наиболее опасным симптомам, чаще у пожилых больных, относятся дезориентация в окружающем пространстве, резкая раздражительность, агрессивность или депрессия, иногда сопровождающаяся суицидальными действиями.
У 5—10 % пациентов при длительном лечении интерфероном развиваются неврологические расстройства — парестезии, скованность движений, шаткость походки, их развитие связывают с повышением количества циркулирующих цитокинов (интерлейкинов и туморнекротического фактора) и кортизола.
К очень редким осложнениям терапии интерфероном, встречающимся менее чем у 2 % больных, относят аутоиммунные процессы — аутоиммунную анемию и тромбоцитопению, аутоиммунный тиреоидит и синдромы, напоминающие системную красную волчанку и ревматоидный артрит.
Появление неврологических и психических симптомов, развитие аутоиммунных процессов требуют немедленного прекращения терапии интерфероном. Назначение кортикостероидных гормонов приводит к быстрой регрессии проявлений аутоиммунных заболеваний.
Путь от открытия интерферонов до их применения в качестве лекарственных средств был долгим (см. табл. 7.1). В конце 1960 — начале 1970-х гг. применялись натуральные лейкоцитарные интерфероны. Для их получения использовались лейкоциты периферической крови человека, стимулированные вирусом Sendai. Интерфероны выделялись из супернатанта и очищались методом преципитации. Полученные таким образом интерфероны содержали смесь различных подтипов интерферона-альфа и некоторое количество интерферона-бета. Метод был дорогим и не позволял получать большого количества интерферонов. Кроме того, применявшиеся методы очистки не могли полностью исключить возможность передачи вирусных инфекций донорскими лейкоцитами. Все это не позволяло провести широких клинических испытаний эффективности интерферонов. Указанные недостатки были в значительной степени устранены с началом промышленного производства лейкоцитарного интерферона, однако только появление и промышленное производство рекомбинантных интерферонов в конце 1970-х гг. позволило начать их действительно широкое применение при целом ряде заболеваний (табл. 7.4).
Наиболее эффективными при большинстве заболеваний являются интерфероны-альфа. Интерферон-бета используется при рассеянном склерозе, интерферон-гамма — при редком наследственном заболевании, носящем название «хроническая гранулематозная болезнь», при котором сочетанный дефект гранулоцитов, моноцитов и эозинофилов является причиной рецидивирующих инфекций.
В настоящее время из натуральных интерферонов широко применяется лишь один лимфобластоидный интерферон-альфа. Для его производства используется клеточная линия лимфобластов, впервые полученная от африканского мальчика по имени Namalwa, больного лимфомой Беркитта. В настоящее время в клеточном банке существует стандартизованная культура клеток Namalwa, которая и используется для получения лимфобластоидного интерферона-альфа путем стимуляции клеток вирусом Sendai.
Таблица 7.4
Спектр лекарственного действия альфа-интерферона
|
1 |
Гепатиты В, D и С |
|
2 |
Саркома Капоши, обусловленная ВИЧ-инфекцией |
|
3 |
Хронический миелолейкоз |
|
4 |
Истинная полицитемия (эритремия) |
|
5 |
Эссенциальная тромбоцитемия |
|
6 |
Волосатоклеточный лейкоз |
|
7 |
Множественная миелома |
|
8 |
Лимфомы |
|
9 |
Криоглобулинемия |
|
10 |
Меланома |
|
11 |
Рак почки |
|
12 |
Рак мочевого пузыря |
|
13 |
Колоректальный рак |
|
14 |
Остеосаркома |
|
15 |
Базальноклеточная карцинома кожи |
|
16 |
Генитальные кандиломы |
|
17 |
Папилломатоз шейки матки |
|
18 |
Папилломатоз гортани |
|
19 |
Телеангиоматоз кожи и легких |
Значительно чаще в клинической практике применяются рекомбинантные альфа-интерфероны. Они создаются с помощью генно-инженерной технологии с использованием гена человеческого интерферона-альфа-2 и Escherichia coli в качестве продуцента. Имеется несколько препаратов интерферона-альфа-2, -2а, -2b и -2с.
Для достижения терапевтического эффекта при вирусных инфекциях интерферон должен быть введен в дозах, которые позволяют создать более высокую концентрацию, чем при продуцировании эндогенного интерферона в течение вирусной инфекции. Поэтому хронические инфекции, при которых образуется меньше эндогенного интерферона, чем при острых, имеют более серьезные основания для лечебного применения интерферона.
Несмотря на огромный опыт использования альфа-интерферона при вирусных гепатитах, до настоящего времени все еще остаются предметом дискуссий оптимальные дозы и длительность лечения. Это обусловлено тем, что успех достигается лишь у 40—50 % больных при гепатите В, у 50—60 % больных при гепатите С и у 25—40 % — при гепатите D. После прекращения терапии рецидив заболевания, выражающийся в повышении уровня трансаминаз и появлении положительной ПЦР, наблюдается у 15 % больных гепатитом В и у 40—50 % больных гепатитами С и D.
У некоторых больных с течением времени образуются антитела к альфа-интерферону. Чаще это не сопровождается какими-либо симптомами и не отражается на эффективности терапии, реже — эффект лечения снижается. Поскольку антитела чаще обнаруживаются у больных, леченных рекомбинантными интерферонами, при снижении эффективности терапии рекомендуется заменить рекомбинантный интерферон натуральным.
Несмотря на полувековую историю изучения интерферонов и огромное количество работ, посвященных исследованию механизма их действия и эффекту клинического применения, многое остается неясным до настоящего времени. Очевидно, что интерфероны останутся предметом научных исследований и в XXI веке.