Введение

Специфический род РНК-вирусов

Ротавирусы являются наиболее частой причиной диарейных заболеваний у младенцев и маленьких детей. Почти каждый ребенок в мире заражается ротавирусом хотя бы раз к пяти годам. Значение ротавирусной инфекции исторически недооценивалось в сфере общественного здравоохранения, особенно в развивающихся странах. Помимо влияния на здоровье человека, ротавирус также инфицирует других животных и является патогеном для сельскохозяйственных животных. В Соединенных Штатах, до начала программы вакцинации против ротавируса в 2000-х годах, ротавирус вызывал приблизительно 2,7 миллиона случаев тяжелого гастроэнтерита у детей, около 60 000 госпитализаций и примерно 37 смертей ежегодно. После внедрения ротавирусной вакцины в Соединенных Штатах уровень госпитализаций значительно снизился. Мероприятия общественного здравоохранения по борьбе с ротавирусом направлены на обеспечение пероральной регидратационной терапии для инфицированных детей и вакцинацию для профилактики заболевания.

Типы ротавирусов

Существует девять видов ротавирусов (иногда неофициально называемых группами), обозначаемых как A, B, C, D, F, G, H, I и J. Люди заражаются преимущественно ротавирусами вида Rotavirus A. Виды A–I вызывают заболевания у других животных, вид H – у свиней, D, F и G – у птиц, I – у кошек и J – у летучих мышей. Внутри группы ротавирусов A существуют различные штаммы, называемые серотипами. Подобно вирусу гриппа, используется двойная система классификации, основанная на двух белках на поверхности вируса. Гликопротеин VP7 определяет серотипы G, а протеазочувствительный белок VP4 – серотипы P. Поскольку два гена, определяющие типы G и P, могут передаваться потомству вирусов независимо друг от друга, встречаются различные комбинации. Распространенность отдельных типов G и P варьируется между странами, в пределах стран и в разные годы. Существует по крайней мере 36 типов G и 51 тип P, но при инфицировании человека преобладают лишь несколько комбинаций типов G и P: G1P[8], G2P[4], G3P[8], G4P[8], G9P[8] и G12P[8].

Структура

Геном ротавирусов состоит из 11 уникальных двухцепочечных молекул РНК (dsRNA), содержащих в общей сложности 18 555 нуклеотидов. Каждая цепь, или сегмент, является геном, пронумерованным от 1 до 11 по убыванию размера. Каждый ген кодирует один белок, за исключением гена 9, который кодирует два белка. РНК окружена трехслойной икосаэдрической белковой капсидой. Вирусные частицы имеют диаметр до 76,5 нм и не имеют оболочки.

Белки

Вирусные белки (ВП) формируют вирусную частицу (вирион). Эти структурные белки называются VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7. Помимо ВП, существует шесть неструктурных белков (NSP), которые производятся только в клетках, инфицированных ротавирусом. Они называются NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5 и NSP6. Роль этих белков в репликации ротавируса изучена не до конца; предполагается, что их функции связаны с синтезом и упаковкой РНК в вирион, транспортировкой мРНК к месту репликации генома, а также с трансляцией мРНК и регуляцией экспрессии генов.

Репликация

Присоединение вируса к клетке-хозяину инициируется VP4, который связывается с молекулами, называемыми гликанами, на поверхности клетки. Одиннадцать двухцепочечных РНК (dsRNA) остаются под защитой двух белковых оболочек, а вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза создает мРНК-транскрипты из двухцепочечного вирусного генома. Оставаясь в центре вируса, вирусная РНК избегает врожденных иммунных ответов хозяина, включая РНК-интерференцию, которая активируется при наличии двухцепочечной РНК. В ходе инфекции ротавирусы продуцируют мРНК как для синтеза белка, так и для репликации генов. Большинство белков ротавируса накапливаются в вируплазме, где происходит репликация РНК и сборка DLP. В вируплазме вирусные РНК с положительной полярностью, используемые в качестве матриц для синтеза вирусной геномной двухцепочечной РНК, защищены от деградации RNase, индуцированной siRNA. Вируплазма формируется вокруг клеточного ядра уже через два часа после заражения вирусом и состоит из вирусных фабрик, предположительно создаваемых двумя вирусными неструктурными белками: NSP5 и NSP2. Ингибирование NSP5 посредством РНК-интерференции in vitro приводит к резкому снижению репликации ротавируса. DLP мигрируют к эндоплазматической сети, где они приобретают свой третий, внешний слой (образованный VP7 и VP4). Вирусы потомства высвобождаются из клетки путем лизиса.

Трансмиссия

Ротавирусы передаются фекально-оральным путем, при контакте с загрязненными руками, поверхностями и предметами, а также, возможно, воздушно-капельным путем. Вирусная диарея крайне заразна. Фекалии инфицированного человека могут содержать более 10 триллионов инфекционных частиц на грамм.

Ротавирусы стабильны в окружающей среде и были обнаружены в пробах из устьев рек в концентрации до 1–5 инфекционных частиц на галлон США. Вирусы сохраняют жизнеспособность от 9 до 19 дней. Санитарные меры, достаточные для уничтожения бактерий и паразитов, оказываются неэффективными в борьбе с ротавирусами, поскольку заболеваемость ротавирусной инфекцией в странах с высоким и низким уровнем санитарных стандартов сопоставима. Период болезни острый. Симптомы часто начинаются с рвоты, за которой следует четыре-восемь дней обильной диареи. Обезвоживание при ротавирусной инфекции встречается чаще, чем при большинстве инфекций, вызванных бактериальными патогенами, и является наиболее частой причиной смерти, связанной с ротавирусной инфекцией. Инфекции ротавирусами могут возникать в течение всей жизни: первая инфекция обычно протекает с симптомами, но последующие, как правило, протекают легко или бессимптомно, поскольку иммунная система обеспечивает определенную защиту. Соответственно, частота клинических проявлений инфекции наиболее высока у детей до двух лет и постепенно снижается к 45 годам. Наиболее тяжелые симптомы обычно наблюдаются у детей в возрасте от шести месяцев до двух лет, пожилых людей и лиц с иммунодефицитом. Благодаря иммунитету, приобретенному в детстве, большинство взрослых невосприимчивы к ротавирусам; гастроэнтерит у взрослых обычно вызывается другими причинами, однако бессимптомные инфекции у взрослых могут способствовать распространению инфекции в обществе. Имеются некоторые данные, свидетельствующие о том, что группа крови может влиять на восприимчивость к ротавирусной инфекции.

Механизмы болезни

Ротавирусы размножаются преимущественно в кишечнике и инфицируют энтероциты ворсинок тонкого кишечника, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия. Имеются данные о внекишечном распространении инфекционного вируса в другие органы и макрофаги у людей, и особенно в животных моделях. Диарея обусловлена множественными механизмами действия вируса. Мальабсорбция возникает из-за разрушения кишечных клеток, называемых энтероцитами. Токсичный белок ротавируса NSP4 индуцирует секрецию хлоридов, зависящую от возраста и ионов кальция, нарушает реабсорбцию воды, опосредованную транспортером SGLT1 (натрий/глюкозный котранспортер 2), предположительно снижает активность дисахаридаз щеточной каемки и активирует секреторные рефлексы, зависящие от ионов кальция, энтеральной нервной системы. NSP4 также секретируется. Эта внеклеточная форма, модифицируемая протеазными ферментами в кишечнике, является энтеротоксином, который воздействует на неинфицированные клетки через интегральные рецепторы, что, в свою очередь, вызывает и увеличивает внутриклеточную концентрацию ионов кальция, секреторную диарею и аутофагию. Рвота, являющаяся характерным признаком ротавирусного энтерита, вызвана инфицированием вирусом энтерохромаффинных клеток на слизистой оболочке пищеварительного тракта. Инфекция стимулирует выработку 5'-гидрокситриптамина (серотонина). Это активирует афферентные вагусные нервы, которые, в свою очередь, активируют клетки ствола мозга, контролирующие рвотный рефлекс. Здоровые энтероциты секретируют лактазу в тонкую кишку; непереносимость молока, вызванная дефицитом лактазы, является симптомом ротавирусной инфекции, который может сохраняться в течение нескольких недель. Возобновление легкой диареи часто следует за повторным введением молока в рацион ребенка из-за бактериальной ферментации дисахарида лактозы в кишечнике.

Специфические меры

Ротавирусы вызывают как B-клеточный, так и T-клеточный иммунные ответы. Антитела к белкам VP4 и VP7 ротавируса нейтрализуют инфекционность вируса in vitro и in vivo. Производятся специфические антитела классов IgM, IgA и IgG, которые, как было показано, обеспечивают защиту от ротавирусной инфекции при пассивном переносе антител другим животным. Материнские IgG, передающиеся через плаценту, могут играть роль в защите новорожденных от ротавирусных инфекций, но с другой стороны, могут снижать эффективность вакцинации.

Врожденные реакции

После инфицирования ротавирусами наблюдается быстрый врожденный иммунный ответ, включающий интерфероны I и III типов и другие цитокины (особенно Th1 и Th2), которые подавляют репликацию вируса и привлекают макрофаги и естественные киллеры к клеткам, инфицированным ротавирусом. Двухцепочечная РНК ротавируса активирует рецепторы распознавания паттернов, такие как Toll-подобные рецепторы, что стимулирует продукцию интерферонов.

Маркеры защиты

Уровни IgG и IgA в крови, а также IgA в кишечнике, коррелируют со степенью защиты от инфекции. Высокие титры ротавирус-специфических IgG и IgA в сыворотке (например, >1:200) предположительно обладают защитным действием, и наблюдается значительная корреляция между титрами IgA и эффективностью ротавирусной вакцины.

Диагностика и выявление

Диагноз ротавирусной инфекции обычно ставится после установления диагноза гастроэнтерита как причины тяжелой диареи. Большинство детей, госпитализированных с гастроэнтеритом, обследуются на наличие ротавируса. Конкретный диагноз ротавирусной инфекции ставится при обнаружении вируса в кале ребенка методом иммуноферментного анализа. На рынке представлено несколько лицензированных тест-систем, которые обладают высокой чувствительностью, специфичностью и способны выявлять все серотипы ротавируса. В исследовательских лабораториях используются другие методы, такие как электронная микроскопия и ПЦР (полимеразная цепная реакция). Обратная транскрипция полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР) позволяет обнаруживать и идентифицировать все виды и серотипы ротавирусов человека.

Лечение и прогноз

Лечение острой ротавирусной инфекции неспецифично и включает в себя купирование симптомов и, что наиболее важно, коррекцию обезвоживания. Без лечения дети могут умереть от тяжелого обезвоживания. В зависимости от степени выраженности диареи лечение состоит в проведении пероральной регидратационной терапии, при которой ребенку дают дополнительное количество жидкости, содержащей определенное количество соли и сахара. В 2004 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и ЮНИСЕФ рекомендовали использовать пероральные регидратационные растворы с низкой осмолярностью и добавки цинка в качестве комплексного подхода к лечению острой диареи. В некоторых случаях инфекция может быть достаточно тяжелой, чтобы потребовать госпитализации, где жидкости вводятся внутривенно или через назогастральный зонд, а также осуществляется мониторинг электролитов и уровня глюкозы в крови ребенка. Ротавирусные инфекции редко вызывают другие осложнения, и при адекватном лечении прогноз благоприятный. Показано, что пробиотики сокращают продолжительность ротавирусной диареи, и согласно Европейскому обществу детской гастроэнтерологии, гепатологии и питания, "эффективные методы лечения включают применение специфических пробиотиков, таких как Lactobacillus rhamnosus или Saccharomyces boulardii, диосмектита или рацекадотрила".

Профилактика

Ротавирусы крайне заразны и не поддаются лечению антибиотиками или другими лекарственными препаратами. Поскольку улучшение санитарных условий не снижает заболеваемость ротавирусными инфекциями, а уровень госпитализаций остается высоким, несмотря на применение средств для пероральной регидратации, основным мероприятием в области общественного здравоохранения является вакцинация. В 1998 году в США была лицензирована вакцина против ротавируса. Клинические испытания, проведенные в Соединенных Штатах, Финляндии и Венесуэле, показали, что она эффективна на 80–100% в предотвращении тяжелой диареи, вызванной ротавирусом А, и исследователи не выявили статистически значимых серьезных побочных эффектов. Однако производитель отозвал вакцину с рынка в 1999 году после того, как было установлено, что она может способствовать повышению риска интуссусцепции – типа кишечной непроходимости – у одного из каждых 12 000 вакцинированных младенцев. Этот случай вызвал оживленные дебаты об относительных рисках и преимуществах вакцинации против ротавируса. В 2006 году было продемонстрировано, что две новые вакцины против ротавирусной инфекции А безопасны и эффективны для детей, а в 2009 году ВОЗ рекомендовала включить ротавирусную вакцину во все национальные программы иммунизации. В странах, последовавших этой рекомендации, заболеваемость и тяжесть ротавирусных инфекций значительно снизились. В Мексике, которая в 2006 году стала одной из первых стран в мире, внедривших ротавирусную вакцину, уровень смертности от диареи во время ротавирусного сезона 2009 года снизился более чем на 65% среди детей в возрасте до двух лет. В Никарагуа, которая в 2006 году стала первой развивающейся страной, внедрившей вакцину против ротавируса, тяжелые ротавирусные инфекции снизились на 40%, а количество обращений в отделения неотложной помощи – вдвое. В Соединенных Штатах вакцинация против ротавируса, начатая в 2006 году, привела к снижению числа госпитализаций, связанных с ротавирусом, на 86%. Вакцины также могли предотвратить заболевание у невакцинированных детей, ограничивая количество циркулирующих инфекций. В развивающихся странах Африки и Азии, где регистрируется большинство случаев смерти от ротавируса, многочисленные исследования безопасности и эффективности, а также недавние исследования влияния и эффективности после внедрения Rotarix и RotaTeq показали, что вакцины значительно снижают тяжесть заболевания у младенцев. В сентябре 2013 года вакцина была предложена всем детям в Великобритании в возрасте от двух до трех месяцев, и ожидается, что она сократит количество тяжелых инфекций вдвое и уменьшит число госпитализаций по причине инфекции на 70%. В Европе после внедрения вакцины уровень госпитализаций после заражения ротавирусами снизился на 65–84%. В мировом масштабе вакцинация привела к сокращению количества госпитализаций и обращений в отделения неотложной помощи в среднем на 67%. Вакцины против ротавируса лицензированы более чем в 100 странах, и более 80 стран внедрили рутинную вакцинацию против ротавируса, почти половина из них при поддержке альянса GAVI по вакцинации. Для обеспечения доступности, доступности и приемлемой цены вакцин против ротавируса во всех странах, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода в Африке и Азии, где регистрируется большинство случаев смерти от ротавируса, PATH (ранее Program for Appropriate Technology in Health), ВОЗ, Центры по контролю и профилактике заболеваний США и GAVI сотрудничают с научно-исследовательскими институтами и правительствами для получения и распространения доказательств, снижения цен и ускорения внедрения. Вакцина может предотвратить диабет 1 типа.

Эпидемиология

Ротавирус А, который является причиной более 90% случаев ротавирусного гастроэнтерита у людей, распространен повсеместно. Каждый год ротавирусы вызывают миллионы случаев диареи в развивающихся странах, почти 2 миллиона из которых требуют госпитализации. Ротавирусы являются основной причиной тяжелой диареи у младенцев и детей и ответственны примерно за треть случаев, нуждающихся в госпитализации. До появления вакцинации ротавирусные инфекции возникали преимущественно в прохладные и сухие сезоны. Количество случаев, связанных с загрязнением пищевых продуктов, неизвестно. Вспышки диареи, вызванной ротавирусом А, часто встречаются среди госпитализированных младенцев, маленьких детей, посещающих детские сады, и пожилых людей в домах престарелых. В 1981 году в Колорадо произошла вспышка, вызванная загрязнением муниципальной воды. В 2005 году в Никарагуа произошла самая крупная зарегистрированная эпидемия диареи. Эта необычно масштабная и тяжелая вспышка была связана с мутациями в геноме ротавируса А, что, возможно, позволило вирусу избежать существующего иммунитета в популяции. Подобная крупная вспышка произошла в Бразилии в 1977 году. Ротавирус B, также известный как ротавирус, вызывающий диарею у взрослых, или ADRV, вызвал крупные эпидемии тяжелой диареи, затронувшие тысячи людей всех возрастов в Китае. Эти эпидемии были вызваны загрязнением питьевой воды сточными водами. Инфекции ротавирусом B также были зарегистрированы в Индии в 1998 году; вызывающий штамм был назван CAL. В отличие от ADRV, штамм CAL является эндемичным. На сегодняшний день эпидемии, вызванные ротавирусом B, ограничены материковым Китаем, и исследования показывают отсутствие иммунитета к этому виду в Соединенных Штатах. Ротавирус C связан с редкими и спорадическими случаями диареи у детей, а небольшие вспышки заболевания возникали в семьях.

Другие животные

Ротавирусы инфицируют детенышей многих видов животных и являются основной причиной диареи у диких и сельскохозяйственных животных по всему миру. Как патоген для скота, особенно для молодых телят и поросят, ротавирусы наносят экономический ущерб фермерам из-за расходов на лечение, связанных с высокой заболеваемостью и смертностью. Эти ротавирусы представляют собой потенциальный резервуар для генетического обмена с ротавирусами, вызывающими инфекции у людей.

История

В 1943 году Джейкоб Лайт и Хорас Ходс доказали, что фильтруемый агент в фекалиях детей с инфекционной диареей также вызывал понос (диарею) у крупного рогатого скота. Три десятилетия спустя сохранившиеся образцы этого агента были идентифицированы как ротавирус. В последующие годы было показано, что вирус, обнаруженный у мышей, связан с вирусом, вызывающим понос у скота. В 1973 году Рут Бишоп и ее коллеги описали родственные вирусы, обнаруженные у детей с гастроэнтеритом. В 1974 году Томас Генри Флюетт предложил название «ротавирус», заметив, что частица ротавируса, рассматриваемая в электронный микроскоп, напоминает колесо (rota на латыни). Это название было официально признано Международным комитетом по таксономии вирусов четыре года спустя. В 1976 году родственные вирусы были описаны у нескольких других видов животных. Серотипы ротавирусов были впервые описаны в 1980 году, а в следующем году ротавирусы, выделенные от человека, впервые были выращены в клеточных культурах, полученных из почек обезьяны, путем добавления трипсина (фермента, обнаруженного в двенадцатиперстной кишке млекопитающих и впоследствии установленного как необходимого для репликации ротавируса) в питательную среду. Возможность культивирования ротавирусов ускорила темпы исследований, и к середине 1980-х годов первые кандидатные вакцины были подвергнуты оценке.