Можем повторить? Случаются ли новые заражения у переболевших COVID-19 и как работает иммунный ответ

Один из наиболее актуальных вопросов о коронавирусе – можно ли заболеть во второй раз? Скорее «нет», но эта тема сложнее, чем многим кажется. И все же у исследователей уже есть немало данных о том, как работают иммунные механизмы, почему высокий уровень антител не всегда гарантирует защиту и как

На взаимодействие вируса с человеком влияют и особенности индивидуального иммунитета, и конкретный вид инфекции, и тип полученных в результате антител. На сегодняшний день задокументированы и описаны 25 случаев повторного заражения (следить за всеми зарегистрированными случаями можно здесь). Это широко известные случаи из Гонконга, Невады, Эквадора и Бельгии, а также менее известные, описанные в научных публикациях. Одна из повторно инфицированных - пожилая пациентка из Нидерландов - скончалась. Правда, у нее был редкий вид рака крови и проводилась химиотерапия, именно этим и можно объяснить неполноценный иммунный ответ.

Надо четко понимать, что мы подразумеваем под реинфицированием (повторным случаем) Covid-19. Повторное заболевание – это заражение коронавирусом с другим генетическим составом, которое нельзя объяснить простой циркуляцией инфекции у человека. И это существенное различие: защитившись от одного варианта вируса с помощью антител, клеточного иммунитета или вакцинации, мы можем быть потенциально беззащитны против второго в другом месте или стране.

В России о повторных заражениях сообщают и практикующие врачи, и сами пациенты. Эти эпизоды требуют осторожного подхода, но ряд историй (с губернатором Тувы, например) весьма реалистичны. Правда, в этих случаях определение генетической структуры вируса не проводилось и доказательно говорить о повторном заражении не приходится: это могла быть простая активация циркулирующего, затаившегося вируса. Кроме того, в подобных примерах надо рассматривать вероятность повторного инфицирования тем же вирусом, с тем же генетическим составом. В России врачи тоже сталкиваются со случаями, подобными зафиксированному в Пакистане повторному заболеванию кардиохирурга, дважды столкнувшегося с ковид-пациентами. Речь идет о повторной симптоматике при новой встрече с инфицированным человеком.

Такие случаи «реинфицирования» без анализа генома можно рассматривать с разных позиций: слабый иммунный ответ в первый эпизод болезни, индивидуальные особенности, которые не привели к формированию стойкого иммунитета, циркуляция вируса в кишечнике и усиление инфекции при повторной встрече, включая феномены ADE (antibody-dependent enhancement, антитело-зависимое усиление инфекции) и импринтинга. Это очень индивидуальные и редкие явления, которые, тем не менее, пристально изучаются.

Нас же интересуют, в первую очередь, случаи истинного повторного заражения. Разумно спросить: «Насколько частое это явление?». Неужели все, кто переболел, находятся в одинаковой ситуации с не болевшими? Если так – о каком коллективном иммунитете мы говорим? К счастью, ситуация здесь достаточно прозрачная, с точки зрения большинства исследователей и клиницистов: вероятность истинного повторного заболевания ничтожно мала.

Вероятность истинного повторного заболевания ничтожно мала

Если попробовать рассчитать вероятность данного события исходя из описанных случаев и числа выздоровевших (более 30 млн), то получится весьма незначительная цифра, которой можно пренебречь. Но в реальности мы точно не знаем количество реинфицированных. Впрочем, даже если цифру увеличить в 1000 раз, частота реинфекции все равно останется на уровне 0,066%.

Исследователи из Катара и Imperial College of London попытались найти случаи реинфицирования и рассчитать их частоту на группе из 133 266 ПЦР-положительных пациентов. Было выявлено 54 эпизода, которые расценивались как повторное заболевание. Из них 31 пациент был выявлен при случайном тестировании. 1 человек с мягкой формой был госпитализирован. После анализа данных генетического аппарата вируса исследователи пришли к выводу, что реальная частота реинфекции составляет 0,01%.

Новый тип

5 ноября была опубликована работа большого международного сообщества авторов, которые провели фундаментальные исследования главного белка нового вируса, расположенного на самом верху его шиповидного отростка, «короны», так называемого белка S. Именно с его помощью вирус прикрепляется к клеткам человека (рецепторам ACE2), на нем сосредоточено все внимание ученых. После анализа одной из ключевых областей этого белка, которая носит красивое имя - «мотив», исследователи заключили: превалирующий в мире тип коронавируса имеет тип мотива D614F (так называют уникальную аминокислоту в этом месте). Именно на него направлен главный ответ антител у переболевших больных. Однако в 12 странах обнаружен другой тип мотива - N439K (там находится иная аминокислота). И вирус последнего типа хуже инактивируется антителами от предыдущего, превалирующего вируса в мире. И порой – значительно хуже.

И это очень серьезные данные, которые пока косвенно указывают на то, что ситуация повторного заражения другим типом вируса не только потенциально возможна, но и молекулярно обоснованна. Подобные вариации встречаются, например, при кори. Нас в этой ситуации спасают многофункциональные (поликлональные) антитела и клеточный иммунитет, на котором надо остановиться подробнее.

Клеточный иммунитет важнее антител?

Какова длительность защиты после перенесенного заболевания? Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться, что происходит в организме пораженного человека и так ли важны антитела. Для начала посмотрим на весь процесс иммунного ответа организма. В то время, как большинство из нас ориентируются на уровень антител как принципиальный фактор защиты, упускается из вида факт, что кроме антител (которые относятся к гуморальной защите, от латинского humor – влага, т.е. через водную среду) человек обладает клеточным иммунитетом. Эти два вида иммунитета кардинально отличаются. Антитела, которые являются продуктом B-лимфоцитов, способны обездвижить вирус и не дать ему прикрепиться к клетке, тем самым нейтрализуя его. К примеру, главные нейтрализующие антитела к шиповидному S-белку, соединяясь с мотивом, просто препятствуют его работе. Но стерилизация, разрушение вирусных частиц – это прерогатива клеточного иммунитета, происходящего из Т-лимфоцитов.

Можно представить следующую аналогию: если возникнет инфекционный пожар, заливать его можно водой или пеной (это антитела), а можно задействовать технику и засыпать пожар песком, землей, попробовать прекратить доступ кислорода к огню. Эти задачи решает клеточный иммунитет. Во втором случае нужны четкие и продуманные действия, подбор материала и опыт в тушении аналогичных ситуаций. Более того, лить воду или пену – тоже во многом решает клеточный иммунитет. И он, реализованный через Т-лимфоциты, успешно с этой задачей справляется через четкую субординацию, разграничение функций отдельных клеток (субклеточных популяций). Иногда, ловишь себя на мысли, что Т-клеточный иммунитет обладает вполне самостоятельным, разумным мышлением…

Иногда ловишь себя на мысли, что Т-клеточный иммунитет обладает вполне самостоятельным, разумным мышлением

Определить уровень антител против коронавируса можно достаточно легко, а оценить уровень Т-клеточного иммунитета значительно сложнее. Мы можем ответить на вопрос, помнят ли Т-лимфоциты эту инфекцию, проведя определенные, логически простые исследования: добавляя в кровь определенные части вируса следим за концентрацией гамма-интерферона. Именно его Т-лимфоциты памяти начинают усиленно производить, когда хотят что-то рассказать о знакомом объекте, и нам это известно. Это происходит только тогда, когда весьма сложная система распознавания образов сработала верно, и такой вирус уже был зашит в картотеку памяти. Но определить, как именно организм ответит, нам пока не под силу.

То есть даже без определения значимого количества антител, или когда они существенно упали, у нас остается клеточный иммунитет, который будет самостоятельно решать вопрос: заново запустить производство антител – решить задачу своими, клеточными силами – воспользоваться неспецифической защитой. Данные по атипичной пневмонии (SARS-CoV-1) говорят о следующем: вирусспецифичный Т-клеточный иммунитет присутствует от 6 до 11 лет (!). Поэтому ряд исследователей весьма оптимистичны в вопросе длительной невосприимчивости, хотя прямых данных по новому вирусу, разумеется, пока нет.

Т-клеточный иммунитет после атипичной пневмонии сохраняется до 11 лет

А вот антитела, которые нейтрализуют вирус, достаточно быстро исчезают. У кого-то они изначально определяются в небольшой концентрации, у кого-то существенно снижаются через 2-4 месяца. Тем не менее, уже есть несколько независимых данных по изучению нейтрализующих антител после Covid-19. Исследования, проведенные в Аризоне, точно так же, как и широкомасштабное (30 082 образца) исследование на базе Icahn School of Medicine at Mount Sinai показали одно и то же: нейтрализующие антитела присутствуют в организме перенесших коронавирус как минимум 5-7 месяцев.

Но дело даже не в концентрации нейтрализующих антител, а в клетках памяти. Неразумно постоянно поддерживать высокую концентрацию антител против ВСЕХ инфекций, которыми человек переболел. Достаточно иметь клетки памяти - В-лимфоциты памяти (способные быстро нарастить уровень нейтрализующих антител) и Т-лимфоциты памяти, которые играют роль искусного дирижера в этом сложном и слаженном оркестре. Эти клетки памяти оседают в лимфоузлах, печени, сосудах органов и следят за поступлением инфекции.

Поскольку новый коронавирус с нами относительно недавно, ученые строят аналогии с атипичной пневмонией - SARS-CoV-1:

Анализ В-лимфоцитов памяти к SARS-CoV-1 S-белку показывает 90% падение концентрации в период от 2 до 8 месяцев, но не полное исчезновение;
Длительное наблюдение за пациентами после SARS-CoV-1 в отношении вирусспецифичных IgG подтверждает вывод, что антитела не определяются после нескольких лет.

Именно поэтому все специалисты очень осторожны в высказываниях, насколько длительным будет иммунитет. С одной стороны, не столь длительный иммунитет со стороны антител (5-7 месяцев), с другой – длительный (6-11 лет), но не столь изученный Т-клеточный иммунитет и ответ клеток памяти (несколько лет). Скорее всего устойчивость к повторному заражению будет сохраняться до 24 месяцев с частичной защитой дальше.

Скорее всего устойчивость к повторному заражению будет сохраняться до 2 лет в с частичной защитой дальше

Откуда берутся и куда исчезают антитела

Если коронавирус проникает в организм, то его достаточно быстро обнаружат клетки-разведчики (которые красиво называются антигенпрезентирующими клетками), захватят, порежут на кусочки и выставят на своей поверхности определенные его фрагменты: вот он враг, смотрите. Это даст возможность Т-лимфоцитам начать специфические действия, которые через 7-14 дней приведут к последовательному синтезу антител, нарастанию их специфичности и силы захвата конкретного белка вируса.

Организм продуцирует разные антитела к коронавирусу - к главному, шиповидному S-белку, к белковым элементам обол очки (Е- и М-детерминанты) и к внутренним, генетическим конструкциям вируса – нуклеокапсиду (N-белок). Почему так происходит? Потому что, организм сам решает, что из поступившего ему самое чуждое. У всех людей механизм будет разный. Самое пристальное внимание сконцентрировано на двух видах антител: к главному S-белку (или его зоне «мотив») и к N-белку (нуклеокапсиду), который расположен внутри вируса.

Какую же часть вируса выставят клетки-разведчики в первую очередь? Если это будет внутренняя часть вируса, нуклеокапсид, N-белок (и это очень вероятно, с генетического материала и начинают характеристику врага), то первыми начнут синтезироваться антитела к нему. И лишь позже – антитела к главному S-белку. Понимание роли этих антител позволяет сделать много потрясающих выводов относительно прогноза реинфекции.

Вы приходите в лабораторию и сдаете анализ на антитела, чтобы подтвердить болезнь в прошлом. Все уже знают, что для этого детектируются антитела класса G (IgG). Тест-системы разработаны так, что работают только на диагностику определенного антитела. И никак иначе. Диагностическая система Вектор-Бест настроена на анализ антител только к S-белку. А система Abbott - на анализ антител к нуклеокапсиду, N-белку. Если на системе Вектор вы начнете детектировать имеющиеся в достаточном количестве антитела к нуклеокапсиду (N-белку) – он покажет нулевой результат, из которого можно сделать неверный вывод об отсутствии антител. Да, через некоторое время подключится синтез и других антител и анализ на любой системе станет положительным. Однако временной лаг никто не изучал. Как и динамику конкретных антител. Поэтому надо понимать, что рекомендация сдавать антитела с 10-14 дня болезни – очень и очень условная.

Второй момент, о котором пишет известная американская иммунолог из Йельского Университета Акико Ивасаки, - реактивность антител к белку нуклеокапсида указывает на предыдущую инфекцию SARS-CoV-2, но ничего не говорит о присутствии антител, которые могут блокировать вирус. Для человечества самые эффективные антитела – нейтрализующие вирус, лишающие его способности связываться с клетками и размножаться. Поскольку вирус связывается с клетками посредством шипа, белка S, то антитела, прикрепляющиеся именно к этому участку, лишат вирус возможности взаимодействия с целевыми ресурсами человека. «Ключевая цель на будущее - установить уровень и специфичность антител к S-белку во время повторного заражения, чтобы определить иммунный коррелят защиты», - говорит Ивасаки.

В противоположность этому, антитела к нуклеокапсиду совсем не нейтрализующие. Они направлены на внутренние структуры вируса и не могут атаковать вирус без разрушения другими клетками или антителами. В каком-то смысле это самые «бесполезные» антитела. Но только в каком-то смысле. Только что вышла работа, которая связывает Т-клеточный иммунитет как раз с нуклеопротеидом вируса, и большое количество антител к нуклеопротеиду хоть напрямую и не нейтрализует вирус, но служит косвенной характеристикой напряженности клеточного иммунитета. В общем, следить в динамике просто за концентрацией IgG – оказывается, не самая лучшая идея.

Следить в динамике за концентрацией IgG – оказывается, не самая лучшая идея

Вакцины

Нужно определиться с самим понятием «защита от коронавируса» - это полная/частичная гарантия не заболеть или защита только от тяжелых форм? Например, очень эффективная прививка от ветрянки резко сокращает тяжелые формы, в большинстве случаев заболевание проходит малосимптомно, но это не 100-процентная защита. Кроме того, считается, что ребенок, переболевший ветряной оспой, невосприимчив к этому вирусу повторно. Но в литературе описаны случаи двукратной и даже трехкратной болезни. Это – редкость. Но они есть.

Итак, переболев коронавирусом или сделав прививку, мы скорее всего ожидаем бессимптомных или минимальных проявлений болезни при встрече с коронавирусной инфекцией и уж точно – не тяжелую, стационарную форму поражения легких. Кроме того, мы надеемся, что такая защита будет продолжаться несколько лет. Все производители вакцин сегодня работают над созданием эффективных уровней нейтрализующих антител к S-белку и области «мотив». Неважно, будет она на основе аденовируса, мРНК или другого способа синтеза антител. Несмотря на то, что обнаружены новые, измененные области в структуре коронавируса, пока нет данных, что вакцины могут оказаться малоэффективными.

А как же коллективный иммунитет? Мы все ждем уровень переболевшей прослойки в 50-70%, чтобы остановить распространение инфекции хотя бы локально. Реально ли этого достигнуть естественным путем, без иммунизации? Скорее всего – да, но путь этот будет долгим и тернистым. Поэтому, как говорит иммунолог Ивасаки, коллективный иммунитет требует безопасных и эффективных вакцин, а стратегия полагаться на иммунитет, приобретенный в результате естественной инфекции, - не только смертельна для многих, но и неэффективна.