Нобелевскую премию 2020 года по физиологии и медицине получат вирусологи Харви Дж. Олтер (Harvey James Alter, США), Майкл Хоутон (Michael Houghton, Великобритания – Канада) и Чарльз М. Райс (Charles Moen Rice) за открытие вируса гепатита С. Их работы позволили создать методы проверки донорской крови и значительно снизить риск заражения гепатитом, а также создать эффективные противовирусные препараты для лечения больных. Работы, которые принесли ученым признание Нобелевского комитета, были опубликованы в 1975–1997 годах.
Лауреаты Нобелевской премии 2020 года по физиологии и медицине
Воспаление печени проявляется в виде снижения аппетита, рвоты, усталости, мышечной слабости. Подобное заболевание известно врачам со времен Гиппократа. В наши дни понятно, что гепатит может быть разной природы. Поэтому медики выделяют инфекционный, метаболический, ишемический, аутоиммунный, генетический и токсический гепатит (причиной последнего часто становится злоупотребление алкоголем). Некоторые формы гепатита особенно опасны тем, что их симптомы проявляются в легкой форме, но при хроническом заболевании они часто приводят к тяжелому поражению печени, вызывая цирроз или гепатоцеллюлярную карциному. При заражении гепатитом С, например, спонтанное выздоровление наблюдается в 15–45 % случаев, а в 60–80 % начинается хроническое заболевание.
Инфекционный гепатит вызывается вирусами, разновидности которых обозначаются латинскими буквами. Их известно пять (A, B, C, D, E), но наиболее важны три — вирусы гепатитов A, B и C. Следует сказать, что вирусы различных гепатитов вовсе не приходятся друг другу близкими родственниками. Вирусы А и C относятся к разным семействам, а вирус B в эволюционном смысле отделен от A и C пропастью. Разница между B, с одной стороны, и А и С, с другой, больше, чем разница между животными и растениями. Ближайшими же родственниками вируса гепатита C оказываются вирусы клещевого и японского энцефалитов и желтой лихорадки.
Сам вирус С подразделяется на семь генотипов. Чаще всего встречается генотип 1, распространенный в Европе, Северной Америке и Австралии. Он вызывает около половины заболеваний. Второй по распространенности — генотип 3, который встречается преимущественно в Южной Азии. Генотипы, в свою очередь, делятся на подтипы.
Передается вирус гепатита С при контакте с кровью. Заражение может происходить при переливании крови, контакте с медицинским оборудованием (иглы, инструменты, в том числе стоматологические) в случае, если оно не прошло достаточную стерилизацию. К группам риска относятся медицинские работники и наркоманы. Но получить вирус гепатита С можно и в обычной парикмахерской, и в тату-салоне. Есть также вероятность заражения ребенка от матери при родах и от партнера при половом контакте.
Согласно последнему отчету ВОЗ о гепатите в 2015 году, вирус гепатита А вызвал 114 миллионов случаев острого гепатита, с хронической инфекцией гепатита B жили 257 миллионов, а гепатита С — 72 миллиона человек. Вирусы B и C в тот год погубили 1,34 миллиона человек, что на 63 % больше по сравнению с данными на 1990 год. Количество смертей от вирусных гепатитов сопоставимо с туберкулезом (1,5 миллиона в 2018 году). Серьезнейшую проблему составляет незаметное течение болезни. По данным ВОЗ на 2017 год, в мире лишь менее 20 % людей с хронической формой гепатитов B и C получили правильный диагноз. Другие просто не подозревают о болезни и легко могут передать вирус другим. В развитых странах этот показатель выше, но всё равно не превышает половины зараженных, а в странах с недостаточно развитой системой здравоохранения он падает до 5%.
Несколько регионов мира отличаются особо высокой распространенностью гепатита С. К ним относятся Центральная и Восточная Азия, Ближний Восток, Северная и Центральная Африка. Рекорд, похоже, держит Египет, где инфицировано 22 % населения. Это связано с тем, что в стране проводилась широкая кампания по лечению шистосомоза, в которой применялись нестерильные шприцы.
Но все эти подробности о вирусах гепатита становились известны, конечно же, постепенно. В 1947 году британский гепатолог Ф. О. Маккаллум разделил инфекционный гепатит по клинической картине и способам заражения на два подтипа: гепатит А и гепатит В. Гепатит А («инфекционный, или эпидемический, гепатит», «болезнь Боткина») передается через пищу и воду, имеет короткий инкубационный период, проявляется как острое заболевание, после выздоровления оставляющее пожизненный иммунитет. Вирус гепатита А относится к РНК-содержащим вирусам из семейства Picornaviridae.
В начале 1980-х была открыта схожая с гепатитом А болезнь, вызываемая вирусом из семейства Hepeviridae, она получила название гепатит E. Он распространяется преимущественно через загрязненную питьевую воду и обычно самоизлечивается в течение 2–6 недель. Но в некоторых случаях гепатит Е несет серьезную угрозу (так называемый фульминантный, или скоротечный гепатит). Тогда больному угрожает острая печеночная недостаточность и смерть. Особенно велик риск при заражении гепатитом Е для беременных женщин во втором и третьем триместрах, среди них летальность достигает 20–25 %.
Вторая разновидность гепатита («сывороточный гепатит») распространялась через контакт с кровью или другими биологическими жидкостями и имела длительный инкубационный период, в течение которого внешне практически здоровые люди могут передавать болезнь. У значительной части заболевших инфекция становилась хронической и могла привести к печеночной недостаточности и раку. Сейчас известно, что эту болезнь вызывают как минимум три вируса из семейства Hepadnaviridae (гепатит B), Deltaviridae (гепатит D) или Flaviviridae (гепатит C)
Прорыв в области изучения вирусных гепатитов был связан с именем американского генетика Баруха Бламберга (1925–2011). В 1964 году он обнаружил поверхностный антиген гепатита B в крови австралийского аборигена («австралийский антиген»). Это позволило Бламбергу и его коллегам разработать тест на вирус гепатита B, чтобы предотвратить его распространение через донорскую кровь, а также создать вакцину. В 1976 году за свое открытие Барух Бламберг получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Будучи молодым врачом, в команде Баруха Бламберга работал Харви Олтер. Затем он продолжил исследования вирусов, передающихся при переливании крови, в клиническом центре Национальных институтов здравоохранения США. Довольно быстро он обнаружил, что проверка донорской крови на вирус B предотвращает только около 20 % случаев гепатита, остальные 80 % должен был вызывать другой, пока еще неизвестный вирус. Эту разновидность гепатита вначале называли «ни А, ни В» (non-A, non-B hepatitis). Наблюдая за пациентами, Олтер установил, что новый гепатит имеет более короткий инкубационный период, по сравнению с гепатитом B, и более легкие симптомы в острой фазе. Также обнаружилось, что один пациент может быть заражен как первым, так и вторым вирусом.
Первоначально ученые предположили, что «гепатит ни А, ни B» представляет собой, на самом деле, гепатит А, который при каких-то условиях дает другую клиническую картину. Эту гипотезу опровергли в 1973 году, когда Стивен Фейстон и Роберт Перселл сумели обнаружить вирус гепатита А у обезьян и людей и научились выращивать его в культуре ткани, что позволило быстро разработать иммунологические тесты для обнаружения специфических антител к этому вирусу и вскоре после этого создать вакцину против гепатита А. Олтер совместно с Фейстоном и Перселлом изучил образцы вирусов, и в 1975 году они доказали, что «гепатит ни А, ни B» не связан с вирусом А или каким-то еще известным вирусом.
Неизвестный вирус представлял серьезную угрозу. На его долю приходилось большинство случаев гепатита, возникшего после переливания крови, способов его обнаружить не было, а у большинства инфицированных носителей не имелось явных симптомов болезни. В конце 1970-х группа под руководством Олтера нашла способ исследовать загадочный вирус. Оказалось, что сыворотка крови переболевших людей заражает гепатитом шимпанзе — единственный, кроме человека, вид, восприимчивый к этой инфекции. Работая с шимпанзе, ученые могли выявить морфологические изменения в зараженных клетках печени и охарактеризовать инфекционный агент с помощью классических методов вирусологии. Олтер и Перселл сумели установить, что вирус имеет белково-липидную оболочку поверх своего капсида, и определили, что размер вирусных частиц — 30–60 нанометров.
В 1982 году к охоте на неизвестный вирус присоединился Майкл Хоутон, работающий в калифорнийской биотехнологической компании Chiron Corporation. Ему вместе с коллегами Квай-Лим Чу, Джорджем Куо и Дэниэлом Бредли надо было решить непростую задачу — выделить следы вирусного генома среди всех образцов в крови зараженных шимпанзе и людей. Для этого нужно было разделить генетический материал вируса и его хозяина. Хоутон и его коллеги выделяли РНК из плазмы крови инфицированных шимпанзе, получали комплиментарные молекулы ДНК и размножали их, перенося при помощи бактериофагов в бактерии. Затем колонии бактерий проверяли на экспрессию вирусных белков при помощи сыворотки пациента, которая, как предполагалось, содержала антитела против вируса. Из множества бактериальных колоний обнаружилась одна, которая не содержала последовательностей ДНК шимпанзе или человека. Она соответствовала молекуле РНК из примерно десяти тысяч пар нуклеотидов. Ученые обнаружили, что вирусные белки могут синтезироваться непосредственно с этой молекулы РНК, то есть искомый вирус относится к так называемым «вирусам с положительным РНК-геномом». Они установили родство этого вируса с семейством Flaviridae и дали ему название «вирус гепатита C». Экспементальная проверка показала, что новая вирусная последовательность кодирует белок, который реагирует с сывороткой от шимпанзе, инфицированных «вирусом ни А, ни B», но не с сывороткой от контрольных животных с гепатитами A или B. После идентификации вируса Хоутон и его коллеги создали иммунологический тест для выявления его в донорской крови.
Количество заражений гепатитом С в США резко снизилось после обнаружения вируса в конце 1980-х годов благодаря проверке донорской крови
Хотя в работах Олтера и Хоутона с коллегами уже было большое количество доказательств, что именно выделенный вирус вызывает «гепатит ни А, ни В», было необходимо подтвердить его передачу через донорскую кровь от зараженных людей. Сделать это удалось после того, как группы Кунитада Симотоно в Национальном центре исследований рака в Токио и Чарльза Райса в Вашингтонском университете в Сент-Луисе обнаружили некодирующий участок генома на 3'-конце молекулы РНК вируса гепатита C, которая, как они предположили, должна была играть важную роль в репликации вируса. На основе этой гипотезы Чарльз Райс сконструировал вирусную РНК с этим некодирующим участком, ввел полученный вирус в печень шимпанзе и стал искать доказательства репликации вируса. Но в крови зараженных шимпанзе вирус не появлялся. Тогда Райс предположил, что в РНК вируса присутствуют инактивирующие мутации. Когда он собрал новую конструкцию вирусного генома, исключив возможность таких мутаций, эксперимент удался: в крови зараженных обезьян был обнаружен вирус, а сами они демонстрировали клинические признаки гепатита.
Вирус гепатита С под электронным микроскопом
Стоит упомянуть еще одно достижение нынешних лауреатов. В 1986 году под руководством Майкла Хоутона был прочитан геном еще одного вируса гепатита — D (дельта). Этот вирус довольно необычен: он не может сам строить свою оболочку и поэтому вынужден пользоваться услугами другого вируса. Подобные вирусы называются вирусами-сателлитами. Для вируса дельта в такой роли выступает вирус гепатита B. РНК вируса дельта оказывается заключенной в оболочку из гликопротеинов вируса B. Естественно, вирус дельта заражает только людей, инфицированных вирусом B, при этом гепатит у них протекает тяжелее и повышается вероятность отказа печени, развития цирроза или печеночной карциномы.
Исследования Олтера, Хоутона, Райса и их коллег стали началом поисков эффективного средства против гепатита С. По сравнению с вирусами A и B, гепатит C оказался куда более трудным противником. Однозначно эффективной вакцины против него не существует до сих пор, так как штаммы этого вируса быстро мутируют и отличаются большим разнообразием. В результате мутаций последовательность аминокислот в вирусных белках меняется, поэтому вирус избегает антител вакцины, «настроенных» на конкретные белки. Существует естественный вариант иммунитета от гепатита С — те самые 15–45 % заболевших, у которых наступает спонтанное излечение. Известно, что среди таких людей при повторном инфицировании вирусом такое же спонтанное излечение наблюдается у 80 %, при этом иммунный ответ наступает быстрее и активнее. Но механизм их иммунитета неясен.
Еще одна трудность была связана с тем, что гепатит C поражает только людей и шимпанзе, поэтому исследователи постоянно сталкиваются с нехваткой модельных животных для изучения вируса и доклинических испытаний возможных лекарств или вакцин. В клеточных культурах выделенные штаммы вируса тоже размножались с трудом.
Поэтому важным шагом в дальнейших исследованиях гепатита C стала работа Ральфа Бартеншлагера (Ralph Bartenschlager) и его коллег из Гейдельбергского университета, которые смогли в 1999 году получить вирусный штамм, способный размножаться в клеточных культурах (использовались клетки гепатомы), это значительно облегчило дальнейшие исследования. Лишь в XXI веке научились размножать вирус гепатита C в организме мышей, которым пересажены человеческие клетки печени (для этого потребовались генетически модифицированные мыши с сильным иммунодефицитом). В 2002 году ученые также обнаружили, что гепатитами B и C можно заразить гепатоциты малайской тупайи (Tupaia belangeri) — представителя особого отряда млекопитающих.
В качестве лекарств от гепатита C изначально выступали рекомбинантный интерферон I типа и рибавирин, которые не были достаточно эффективны и вызывали значительные побочные эффекты. Выздоровление наступало менее чем у половины пациентов, а в некоторых случаях препараты вызывали аутоиммунные заболевания, нарушения в работе сердечно-сосудистой системы или функций щитовидной железы, так что существовала вероятность, что пациент погибнет не от болезни, а от лечения.
Ситуация начала улучшаться только в конце 1990-х — 2000-х годах, когда появились ингибиторы одного из вирусных белков — протеазы NS3/4A (бецепревир, телепревир и симепревир). Но действительным прорывом в лечении гепатита С стало появление в 2013 году ингибитора РНК-полимеразы NS5B (софосбувир), протеина NS5A (ледипасвир). Каждое из этих средств блокирует важную часть вирусного механизма. Так, протеаза NS3/4A нужна вирусу, чтобы разделить крупную белковую молекулу, которую он заставил синтезировать рибосому хозяйской клетки, на десять отдельных вирусных белков. РНК-полимераза NS5B занимается производством копий вирусной РНК. Для чего нужен протеин NS5A, окончательно не ясно, но без него невозможны репликация вируса и сборка новых вирусных частиц. Очень быстро в каждой группе препаратов появились новые вещества. Ингибиторы протеазы традиционно получают названия, заканчивающиеся на -превир, ингибиторы РНК-полимеразы — на -бувир, а ингибиторы протеина NS5A — на -асвир.
Набор новых средств, нацеленных на белки, критические для жизненного цикла вируса, получил общее название «противовирусные препараты прямого действия». Они оказались высокоэффективными, способными справиться с различными генетическими типами вирусов гепатита С, требующими более коротких курсов лечения (два-три месяца) и вызывали лишь незначительные побочные эффекты. Клинические исследования показали, что краткосрочное противовирусное лечение излечивает более 95 % пациентов, включая запущенные случаи, которые не поддавались прежним методам терапии. Противовирусные препараты прямого действия используют в разных комбинациях, иногда сочетая и с рибавирином, в зависимости от генотипа вируса у пациента и его чувствительности и резистентности к конкретным препаратам.
Но до самого последнего времени оставалась еще одна проблема. Новые препараты были дороги, стоимость курса лечения измерялась десятками тысяч долларов. Лишь в последние несколько лет, когда истекли патентные сроки ряда таких препаратов и появились их дженерики (преимущественно индийского производства), острота этой проблемы если не исчезла совсем, то как минимум значительно снизилась.
В 2010-е годы появились новые надежды и на создание вакцины от гепатита С. Разработчики проектируют вакцины, основанные на выработке Т-лимфоцитного иммунитета. Т-клетки человека при этом должны научиться распознавать зараженные вирусом клетки печени и убивать их, чтобы предотвратить дальнейшее распространение вируса. Для этого в организм вводятся модифицированные вирусы (чаще всего — аденовирусы), кодирующие некоторые белки вируса гепатита С, в наименьшей степени подверженные изменениям. В итоге удается добиться сильного и долговременного иммунного ответа. Некоторые из этих вакцин сейчас проходят испытания.
