Резидентная микрофлора способствует развитию ВИЧ-инфекции

Резидентная микрофлора играет важную роль в поддержании гомеостаза и регуляции метаболизма и иммунного ответа. С одной стороны, микробиота обеспечивает защиту от широкого ряда патогенов, с другой, присутствие микроорганизмов может способствовать развитию инфекций. Обычно для изучения роли микрофлоры использовали стерильных мышей, лишенных резидентной микрофлоры (germ-free, GF). Однако на такой модели можно исследовать только ограниченный список клинически значимых патогенов, поскольку необходимо, чтобы они были способны заражать как человека, так и мышей. Альтернативой могли бы стать нечеловекообразные приматы, но этому препятствует невозможность стабильно получать стерильных животных. В новой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, представлена модель стерильных гуманизированных мышей, с помощью которой можно исследовать влияние микробиоты на специфичные к человеку патогены, такие как ВИЧ и вирус Эпштейна–Барр.

Для получения стерильных гуманизированных мышей (GF-BLT) авторы облучали радиацией GF животных для уничтожения собственной иммунной системы, после чего мыши получали трансплантаты человеческой печени, тимуса и костного мозга. Полученные мыши не имели резидентной микробиоты и обладали человеческими иммунными клетками. В качестве контроля ученые использовали нестерильных гуманизированных мышей (CV-BLT).

В первом опыте исследователи заражали мышей вирусом Эпштейна–Барр (ВЭБ) путем инъекции в брюшную полость. К восьмой неделе после инъекции ДНК вируса обнаруживалась в крови 67% (4 из 6 животных) CV-BLT мышей и 25% (2 из 8) GF-BLT. Уровень выживаемости также был ниже в нестерильной группе (50% против 88%), кроме того, в тканях этих мышей вирус обнаруживался значительно чаще. У трех нестерильных животных сформировались множественные вирус-ассоциированные новообразования, в то время как в стерильной группе была обнаружена только одна небольшая опухоль.

Следующую серию экспериментов исследователи посвятили влиянию микрофлоры на развитие ВИЧ-инфекции. Они установили, что присутствие резидентной микрофлоры повышает вероятность развития инфекции при оральном и ректальном заражении. В первом варианте вирусная РНК обнаруживалась у 40% (4 из 10) CV-BLT животных и ни у одной из GF-BLT мышей, а при ректальном заражении — у 67% (11 из 17) контрольных и 36% (4 из 11) стерильных животных.

Присутствие микробиоты также ускоряло темпы репликации вируса. Авторы работы оценили количество вирусной РНК в плазме крови после ректального заражения. Средний уровень был в 34 раза выше у CV-BLT мышей в сравнении со стерильными животными; пиковая концентрация — выше в 28 раз. Сравнение GF-BLT животных с нестерильным контролем показало, что у контрольной группы также было выше количество вирусной РНК в тканях. Наиболее выраженная разница отмечалась для тканей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) — в 57–1520 раз в зависимости от конкретного класса клеток. Также значимые различия между CV-BLT и GF-BLT животными различия наблюдались для костного мозга, селезенки и легких — в 192, 13,7 и 4,9 раз, соответственно.

Затем исследователи оценили активацию CD8⁺Т-клеток, сравнив количество активированных Т-клеток у зараженных и незараженных животных. Оказалось, что Т-клетки активировались у CV-BLT мышей более выраженно, чем у стерильных животных.

Наконец, авторы попытались установить причины таких значительных различий в развитии инфекции у двух групп. Ученые измерили численность CD4⁺ Т-клеток, экспрессирующих рецептор CCR5, в желудочно-кишечном тракте мышей. Этот рецептор используется многими вирусами для проникновения в клетку. Оказалось, что число CCR5⁺ Т-клеток в кишечнике нестерильных мышей было значительно выше, чем у GF-BLT животных. При этом численность этих клеток в крови и других тканях была неизменной. Из этого авторы заключили, что присутствие резидентной микрофлоры влияет на распределение в организме клеток-мишеней ВИЧ, что объясняет разницу в прогрессии инфекции.

Ученые подчеркивают важность этого обнаружения в контексте исследований ВИЧ-инфекции: «Каждый человек обладает уникальным составом кишечной микрофлоры. В будущем необходимо оценить, как это разнообразие влияет на риск заражения ВИЧ и последующее течение заболевания» — комментирует доктор Анжела Уол, первый автор работы. Кроме того, исследователи отмечают, что созданную ими модель можно будет расширить, чтобы изучать роль микробиоты и в других инфекциях человека.