Вирус простого герпеса первого типа, широко известный как причина характерных высыпаний на губах, способен не только сохраняться в нервных клетках десятилетиями, но и заметно изменять их работу. Новое исследование показало, что инфекция перестраивает энергетический обмен человеческих нейронов задолго до появления выраженных повреждений клеток.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Neurophotonics. Исследователи изучили, как вирус простого герпеса первого типа — HSV-1, или ВПГ-1, — влияет на производство и использование энергии в нервных клетках. Интерес ученых к этой теме связан в том числе с тем, что в последние годы появляются данные о возможной связи вируса с некоторыми неврологическими заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера. Однако само присутствие такой связи еще не доказывает, что герпес непосредственно вызывает эти заболевания.
Для проведения эксперимента специалисты создали лабораторную модель человеческой мозговой ткани. Нейроны выращивали в трехмерных каркасах, частично воспроизводящих структуру настоящей нервной ткани. Такая система считается более реалистичной по сравнению с традиционными клеточными культурами, расположенными на плоской поверхности.
Полученные образцы подвергли воздействию небольшой концентрации HSV-1, после чего наблюдали за ними в течение десяти дней. Для отслеживания происходящих изменений ученые применили современные методы оптической визуализации. Они позволяют регистрировать естественное свечение молекул, участвующих в клеточном энергетическом обмене, без разрушения исследуемой ткани.
Благодаря этому специалисты могли многократно изучать одни и те же живые образцы и следить за развитием инфекции в динамике. Вирус постепенно распространялся по ткани, однако большинство инфицированных нейронов в течение эксперимента оставались живыми и внешне неповрежденными. При этом их метаболизм уже претерпевал существенные изменения.
В первые сутки после заражения нейроны переходили в состояние повышенной энергетической активности. Усиливалась работа двух основных механизмов получения энергии: гликолиза, при котором расщепляется глюкоза, и процессов, происходящих в митохондриях. По мнению исследователей, такая реакция может быть связана с тем, что вирус использует клеточные ресурсы для собственного размножения.
Особенно заметно изменилось обращение клеток с лактатом. Это вещество образуется при переработке глюкозы и долгое время воспринималось преимущественно как побочный продукт обмена веществ. Однако современные исследования показывают, что лактат способен участвовать в обеспечении клеток энергией.
После заражения нейроны начали выделять больше лактата, а позднее стали повторно использовать часть этого вещества в качестве дополнительного источника энергии. Вероятно, подобный механизм помогал клеткам временно справляться с возросшей нагрузкой и удовлетворять потребности, возникшие на фоне инфекции.
Однако первоначальная адаптация сопровождалась долгосрочными издержками. К седьмому и десятому дням в зараженных нейронах усилились признаки окислительного стресса. При таком состоянии в клетках накапливаются активные молекулы, способные повреждать белки, липиды и другие важные структуры.
Кроме того, ученые зарегистрировали увеличение количества липофусцина — пигмента, который обычно накапливается в стареющих или испытывающих продолжительный стресс клетках. Изменения затронули и митохондрии, часто называемые энергетическими станциями клетки. Нейроны продолжали производить энергию, но этот процесс постепенно становился менее сбалансированным и, вероятно, менее эффективным.
С каждым днем различия между зараженными и контрольными образцами усиливались. Наиболее заметными они стали спустя десять дней после инфицирования. Это указывает на то, что HSV-1 не обязательно вызывает мгновенное разрушение нейронов, но способен постепенно переводить их в измененное метаболическое состояние.
Авторы работы предполагают, что использование лактата может быть защитной реакцией, позволяющей нейронам временно приспособиться к инфекции. Вместе с тем длительное существование в таком режиме связано с нарастанием окислительного стресса и появлением признаков клеточной дисфункции.
Исследование не доказывает, что вирус герпеса непосредственно вызывает болезнь Альцгеймера или другие заболевания мозга. Тем не менее оно раскрывает один из возможных механизмов, через который хроническая вирусная инфекция может влиять на состояние нервной ткани.
Работа также продемонстрировала возможности неинвазивной визуализации. С ее помощью можно обнаруживать нарушения энергетического обмена еще до массовой гибели клеток и появления очевидных повреждений. В дальнейшем такой подход может помочь ученым лучше понять роль скрытых вирусных инфекций в развитии неврологических нарушений и определить ранние признаки неблагоприятных изменений в мозге.
