Механизъм на вирусните увреждания на клетките

Директното увреждане на клетките и смъртта могат да се дължат на нарушаване на клетъчния макромолекулен синтез от заразяващия вирус. Също така, вирусите не могат да синтезират своите генетични и структурни компоненти и затова те разчитат почти изключително на клетката гостоприемник за тези функции. Затова тяхната паразитна репликация отнема то клетката-гостоприемник енергийни и макромолекулни компоненти, което сериозно нарушава способността на гостоприемника да функционира и често води до клетъчна смърт и заболяване.

Патогенезата на клетъчно ниво може да се разглежда като процес, който се проявява в прогресивни стадии, водещи до клетъчно заболяване. Както е отбелязано по-горе, основен аспект на вирусната патогенеза на клетъчно ниво е конкуренцията между синтетичните нужди на вируса и тези на клетката гостоприемник. Тъй като вирусите трябва да използват клетката за синтезиране на собствените си нуклеинови киселини и протеини, те са развили различни механизми, за да разрушат нормалните функции на клетката с тези, необходими за производството на вирусни макромолекули и евентуално вирусни потомства. Функцията на някои от вирусните генетични елементи, свързани с вирулентността, може да бъде свързана с осигуряването на условия, при които синтетичните нужди на вируса се конкурират ефективно за ограничено снабдяване с клетъчни компоненти на макромолекула и синтетични машини, като рибозоми.

Повечето вируси имат афинитет към специфични тъкани, тоест те показват тъканна специфичност или тропизъм. Тази специфичност се определя от селективната чувствителност на клетките, физическите бариери, локалната температура, рН и защитата на гостоприемника. Много са известните примери за тропизъм на вирусни тъкани. Полиовирусите селективно инфектират и унищожават определени нервни клетки, които имат по-висока концентрация на повърхностни рецептори за полиовируси, отколкото вирус- резистентните клетки. Риновирусите се размножават изключително в горните дихателни пътища, защото те са приспособени да се размножават най-добре при ниска температура и рН и високо напрежение на кислорода. Ентеровирусите могат да се размножават в червата, отчасти защото са устойчиви на инактивиране от храносмилателни ензими.

Клетъчните рецептори за някои вируси са идентифицирани. Вирусът на бяс използва ацетилхолиновия рецептор, намиращ се на неврони като рецептор, и вирусът на хепатит В се свързва с полимеризираните албуминови рецептори, намиращи се върху чернодробните клетки. По същия начин, вирусът на Epstein-Barr използва допълващи CD21 рецептори върху В лимфоцити, а човешкият имунодефицитен вирус използва CD4 молекулите, присъстващи на Т-лимфоцитите като специфични рецептори.

Вирусният тропизъм също така се диктува отчасти от наличието на специфични фактори на транскрипция на клетките, които изискват подобрители на последователността във вирусния геном. Напоследък е доказано, че енхансерните последователности участват в патогенезата на определени вирусни инфекции.

Вирусите увреждат клетките гостоприемници чрез проникване в тях и размножаване за тяхна сметка. Следните етапи формират механизъм на вирусните увреждания на клетките:

• Адсорбция - това е избирателно прикрепване на вируса към клетъчната повърхност според съответствието между повърхностните вирусни протеини и белтъчните рецептори по клетъчната мембрана. Вирусният тропизъм се определя и според това дали е възможно репликиране на вируса в даден клетъчен тип

• Пенетрация - в клетката прониква целият вирион или част от него, съдържаща генома и есенциални полимерази. За този етап са от значение и т.нар. "ферменти на проникването" на вируса. Благодарение на ензимите неураминидаза и муциназа, които реагират с гликопротеидни рецептори по клетъчните повърхности, вирусите на грипа и аденовирусите лесно проникват в цитоплазмата и ядрата на епителните клетки на дихателните пътища.

Пенетрацията се осъществява чрез:

1. виропексис - рецепторно опосредствана ендоцитоза във вдлъбнатини на клетъчната мембрана
2. пиноцитоза /течна ендоцитоза/ на по-дребни вируси в неспециализирани участъци на клетъчната повърхност
3. сливане на външната обвивка на вируси с клетъчната мембрана
4. транслокация - директно преминаване на целия вирус през плазмените мембрани при съприкосновение на клетка с клетка
5. "разсъбличане" на вирусите и освобождаване на генома им с помощта на клетъчни лизозоми или вирусни ензими
6. репликация /англ. replication - копиране/ на вирусите с използване на специфични за типа им /ДНК, РНК/ ензими, включително и ензими на клетката
7. сглобяване на ново синтезираните вирусни геноми с протеини, синтезирани в цитоплазмата, които се присъединяват последователно към вирусната нуклеинова киселина /съзряване от провирус до комплектен вирион/
8. изхвърляне на новообразуваните вириони: директно при некапсулираните вируси или чрез пъпкуване при капсулираните.
9. Пъпкуването дава възможност вирусното потомство да напусне клетката, запазвайки мембраната й, т.е. без да убие клетката.

• Образуване на включения - в някои случаи в тях се образуват включения, които имат важно диагностично значение /бяс, херпес - вирусна инфекция, грип, аденовирусна инфекция/.

• Разрушаване на клетките - най-често, обаче, за вирусната инфекция съдим по разрушаването на клетките хазяи. То може да се осъществи по следните механизми:

1. вирусите потискат синтеза на ДНК, РНК и на белтъци в клетката гостоприемник, като с това предотвратяват и образуването на антивирусни фактори /интерферони/
2. директно разрушаване: вирусно - кодираните протеини, синтезирани de novo в клетката мишена се вграждат в клетъчната й мембрана и директно увреждат целостта й. Пермеабилитетът на мембраната се нарушава и клетките загиват по пътя на хидропична дегенерация
3. индиректен механизъм: в етапа на напускане на клетката вирусните протеини по повърхността й се разпознават от имунната система и лимфоцитите атакуват променената клетка като чужда /хепатоцити при хепатит В - вирусна инфекция/

• Каскадни механизми, спадащи към механизъм на вирусните увреждания на клетките: вирусите увреждат клетките, отговарящи за антимикробната защита и това води до вторични инфекции. Така вирусните увреждания на респираторния епител "отварят пътя" на бактериални пневмонии. Вирусът на СПИН /HIV/ потиска хелперните лимфоцити. Поради отпадане на функцията им избухват опортюнистични инфекции, които унищожават други клетки на организма загиването на един клетъчен тип, поразен от вируси, може да увреди и клетките, контролирани от него. Например, след увреждане на моторни неврони от вируса на детския паралич възникват дегенеративни промени на инервираната от тях напречно - набраздена мускулатура.

• Пролиферативни клетъчни промени - вирусите могат да доведат и до своеобразни пролиферативни промени:

1. гиганто - клетъчни трансформации /при морбили и респираторно - синцитиална инфекция/
2. неопластична трансформация на клетката - чрез интегриране в нейния геном /ДНК - онкогенни вируси: човешки папилома вирус /HPV/, вирусът на Epstein-Barr /EBV/, вирусът на хепатит В /HBV/ и ретровируси: вирус тип I на Т-клетъчната левкоза у човека /HTLV-1/.