Исследователи Принстонского университета разработали новую масштабируемую систему культивирования клеток, которая позволяет детально исследовать, как клетки-хозяева реагируют на инфекцию гепатитом B (HBV) и дельта-вирусом (HDV). Статья с описанием их результатов была опубликована в Интернете 18 июня 2019 года в журнале Hepatology.
ВГВ вызывает острое заболевание, которое обычно быстро излечивается взрослыми с неповрежденной иммунной системой, но маленькие дети и люди с ВИЧ подвергаются особому риску хронической инфекции ВГВ, которая может привести к циррозу или раку печени. Инфекция HBV также делает человека уязвимым для инфекции HDV, которая может вызвать острую печеночную недостаточность и / или ускорить прогрессирование до цирроза или рака. К счастью, существует эффективная вакцина против HBV, и поскольку HDV требует HBV для воспроизводства, оба заболевания можно рассматривать как предотвратимые. Однако стоимость вакцины и ее ограниченная доступность подвергают риску заражения миллионы людей во всем мире.
Лучшее понимание того, как вирусы влияют на клетки, которые они заражают, могло бы помочь в разработке лекарств для борьбы или даже лечения инфекции, но HBV и HDV инфицируют только клетки печени (гепатоциты) людей и шимпанзе. Такие клетки трудно получить, и при выращивании вне организма в культуре клеток они подвергаются процессу, называемому дедифференцировкой: всего за несколько дней они теряют свои специализированные характеристики и функциональность. Когда это происходит, они также теряют способность инфицироваться HBV и HDV, что создает серьезные препятствия для изучения хронической вирусной инфекции.
"С середины 1980-х годов предпринимались попытки установить устойчивую – и, что важно, стойкую – инфекцию в первичных гепатоцитах человека (PHH) с ограниченным успехом," сказал Александр Плосс, доцент кафедры молекулярной биологии в Принстоне и руководитель исследования.
Исследования с другими тканями показали, что специализированным типам клеток иногда требуется поддержка других типов клеток, чтобы поддерживать свой дифференцированный статус. Гепатоциты составляют большинство клеток в печени, но ткань также содержит много других типов клеток, которые в совокупности называются "непаренхимные клетки." Недавно аспирант Бенджамин Винер вместе с коллегами из лаборатории Плосса и из Hurel Corporation продемонстрировал, что свежевыделенные гепатоциты человека можно выращивать вместе с непаренхимными клетками на поддерживающей поверхности, сделанной из коллагена. В этой системе культивирования клеток, которую исследователи называют самособирающейся совместной культурой первичных гепатоцитов человека (SACC-PHH), гепатоциты сохраняют свое дифференцированное состояние и могут поддерживать хроническую инфекцию HBV в течение до 40 дней.
"Эта система создала беспрецедентные возможности для изучения реакции хозяина на вирус гепатита, особенно в контексте хронической инфекции," Плосс сказал.
В новом исследовании Винер и его коллеги изучили, как гепатоциты реагируют на инфицирование HBV и HDV. Во-первых, они проверили, может ли SACC-PHH поддерживать заражение обоими вирусами. HBV захватывает механизм клеточного производства белков, чтобы производить вирусные белки, а HDV кооптирует белки HBV для самосборки. Следовательно, HDV может воспроизводиться только тогда, когда он заражает клетки одновременно с HBV (коинфекция) или в клетках, уже хронически инфицированных HBV (суперинфекция). Исследователи обнаружили, что оба этих сценария могут иметь место в SACC-PHH, даже если система культивирования была уменьшена до крошечных 384 микролунокных планшетов для культивирования – разработка, которая делает систему хорошо подходящей для высокопроизводительного скрининга лекарств-кандидатов. Соответственно, команда показала, что профилактическое лечение двумя противовирусными препаратами-кандидатами, энтекавиром и мирклюдексом B, может снизить уровни обоих вирусов гепатита в SACC-PHH.
Вирусная инфекция вызывает множество изменений в клетке-хозяине, начиная от метаболической адаптации и заканчивая активацией врожденной иммунной защиты, которая может распознавать и уничтожать вирус внутри клетки. Чтобы изучить, какие изменения испытывают гепатоциты в ответ на инфекцию HBV / HDV, авторы изучили, какие гены экспрессируются, используя метод, называемый анализом RNA-Seq. Данные показали, что клетки, инфицированные HBV, демонстрируют повышенную экспрессию генов, участвующих в окислительном фосфорилировании и взаимодействии с внеклеточной средой. Напротив, клетки, дополнительно инфицированные HDV, имели сходные паттерны экспрессии генов с неинфицированными клетками.
Интересно, что даже несмотря на то, что сигнальные пути врожденного иммунитета гепатоцитов не были повреждены и их можно было стимулировать добавлением химических веществ, таких как поли (I: C), инфекция HBV не активировала эти защитные механизмы. С другой стороны, лечение поли (I: C) помогло подавить рост HBV, что позволяет предположить, что вирус ускользает от защиты клеток, чтобы установить стойкую инфекцию.
Как врожденная иммунная защита влияет на коинфекцию HBV / HDV, кажется более тонкой. Стимуляция врожденных иммунных путей с помощью поли (I: C) мало влияла на HDV. Коинфекция HBV / HDV также не смогла активировать защитные пути в гепатоцитах большинства исследованных доноров-людей, но один донор продемонстрировал активацию врожденного иммунитета при коинфекции, что указывает на то, что генетический состав человека может влиять на его способность бороться с инфекцией.
"Мы считаем, что наша оптимизированная высокопроизводительная платформа SACC-PHH является уникальным ресурсом для исследования гепатотропных патогенов, и что наши данные помогут лучше понять стойкие инфекции, вызываемые HBV и HDV," Плосс сказал.