Пол Н. Голдуотър

1 Микробиология и инфекциозни болести, SA патология в женската и детска болница и дисциплина на педиатрията, Университет в Аделаида, 72 King William Road, Северна Аделаида, Южна Австралия, Австралия

ентерохеморагична

Карл А Бетелхайм

2 K.A.B .: Flat 5, Rosedale Lodge, 220 Chase Side, Southgate, Лондон, N14 16:00, Великобритания

Резюме

Веротоксигенните Escherichia coli (VTEC) са специализирана група от Е. coli, която може да причини тежко заболяване на дебелото черво и бъбречна недостатъчност. Тяхната патогенност произтича от фактори на вирулентност, които позволяват на бактериите да колонизират дебелото черво и да доставят изключително мощни токсини, известни като веротоксини (VT) или Shiga токсини (Stx) в системното кръвообращение. Неотдавнашната опустошителна епидемия от E. coli O104: H4 в Европа показа колко безпомощни са медицинските специалисти по отношение на предлагането на ефективни терапии. Чрез изследване на източниците и разпространението на тези бактерии и как те причиняват болести, ще бъдем в по-добра позиция да предотвратим и лекуваме неизбежните бъдещи случаи на спорадични заболявания и жертви на огнища на общи източници. Поради сложността на патогенезата, вероятно е мултицелеви подход е оправдан. Обсъждат се разработките по отношение на тези лечения.

Въведение

Свързването на веротоксигенната Escherichia coli (VTEC) с човешките болести датира отпреди 30 години [1-3]. Появата на огнища поради VTEC в САЩ през 1982 г. [4] насочи вниманието на света към тези патогени. След откриването на вероцитотоксин [1,3] и статията на Karmali et al. [5] от случаите на постдиаричен хемолитично-уремичен синдром (D + HUS), причинен от VTEC, известен иначе като Shiga-токсигенна Escherichia coli (STEC), е натрупал голям набор от знания, но въпреки тази информация, успешно лечение на тях инфекциите остава неуловим.

Източници и патогенеза на VTEC инфекция

Източници и разпространение на VTEC

Колонизацията на червата на селскостопански животни, особено преживни животни като говеда, овце и кози, е вероятният произход на VTEC/STEC. От тези източници произлизат различни средства за предаване на хората, включително много различни храни от животински или растителен произход, както и вода, използвана за плуване и пиене и за отглеждане на ядливи растения. Замърсяването с храна и семена от човешки фекалии също може да играе роля, особено в развиващите се страни [6].

Потенциалът за разпространение на VTEC се усложнява допълнително от глобализацията на храните, което представлява чудесна възможност за VTEC да се разпространи бързо сред големи слоеве от населението. Глобалното разпределение на храни носи присъщ риск и представлява големи трудности при контролирането на хранителните патогени и при идентифицирането на източници на огнища, както беше наблюдавано наскоро в Европа. Това се обсъжда допълнително в коментара на Werber et al. [7].

VTEC щамове

Съществуват различни щамове на VTEC и, както се обсъжда в свързания коментар, клоновете O157, макар и по-рядко разпространени от щамове, различни от O157, са склонни да бъдат по-вирулентни. По този начин, въпреки че първоначално са докладвани и не са били докладвани щамове, различни от O157 VTEC, макар и само от посветени микробиолози, повечето изследователи в тази област до голяма степен ги игнорират. Изглежда, че не е обърнато внимание на общо наблюдавания факт, че има широко разпространено серотипове на Е. coli в човешките черва по всяко време [8] и това е установено и при животни, особено говеда [9]. Повечето екскременти от преживни животни съдържат различни серотипове на VTEC, но някои, като O157 и също O111, макар и рядко присъстващи и след това само в малък брой, са особено вирулентни. Важното е, че може да се включат все повече други серотипове и едно проучване на огнище показва, че колкото повече VTEC серотипове, с които е инфектиран пациентът, толкова по-лошо е клиничното състояние [10] (въпреки че основният VTEC серотип е O111). Докато изолирането на VTEC O111 от говеда е рядко, не-VTEC щамове, които иначе не се различават от щамовете VTEC, изглеждат в изобилие, особено в изпражненията на болни говеда и пациенти [11].

Подробни проучвания [12] показват, че токсините Shiga могат да бъдат разделени на серия от подтипове и че те също са специфични за гостоприемника. По този начин има „двойна специфичност за приемника“ сред щамовете VTEC. Някои клонинги са специфични за говедата, докато други са специфични за овцете. Токсинните подтипове, които тези щамове носят, са специфични за типовете VTEC, открити в тези бозайници гостоприемници. Следователно, като не се търси наличието на всички серотипове на VTEC по време на огнище, се губи голяма част от епидемиологичната информация и не се идентифицира индикация за животното източник.

Патогенеза на постдиарийния хемолитично-уремичен синдром

VTEC/STEC/ентерохеморагични E. coli (EHEC) принадлежат към клонинги на зоонозни E. coli от различни O серогрупи. Тези серогрупи са еволюирали и са придобили специфични фактори на вирулентност, които позволяват на бактериите да колонизират и инфектират човешкото дебело черво, обикновено без инвазия в кръвния поток [13]. След като бъдат погълнати, STEC/VTEC/EHEC причиняват кървава диария (BD), тежък колит и HUS. Тези бактерии са известни като EHEC, когато инфекцията е свързана с тежко заболяване на дебелото черво и/или бъбреците. Производството на Vero/Shiga токсини се счита за основа на тяхната патогенност, но други токсини като субтилазен цитотоксин (SubAB) [14] и цитолетален разширяващ се токсин [15] и секретира протеаза на инхибитор на С1 естераза от EHEC (StcE) вероятно играе роля [16].

Неотдавнашното огнище на хранителна E. coli O104: H4 в Европа отново насочи вниманието към STEC или EHEC инфекции, заедно с опустошителните им усложнения на бъбречна недостатъчност (чрез HUS) и инсулт от интраваскуларна коагулопатия и васкулопатия или тромботична микроангиопатия. Необичайната вирулентност и леталност на щама O104: H4 е резултат от генетична примес на фактори на вирулентност, включително ентероагрегативни свойства и множествена антибиотична резистентност, и е урок по микробна еволюция и геномна пластичност на Е. coli [17]. Щамът O104: H4 вече е известен като ентероагрегативен и ентерохеморагичен E. coli (EAHEC).

Наскоро наблюдавахме комбинираните свойства на ентероагрегативната способност (осигурявайки силна привързаност чрез фимбрии и колонизация на епител на дебелото черво) с производството на токсин Shiga (Stx) в новия и силно смъртоносен европейски щам E. coli O104: H4. Оттогава е показано, че този щам принадлежи към ентероагрегативна линия на E. coli, която е придобила гени за Shiga токсин 2 и антибиотична резистентност [18].

Бактериалните чревни патогени са насочени към свързания с фоликула епител, покриващ пластирите на Peyer. Микроорганизмите пробиват чревната бариера чрез М клетки и се улавят от лигавичните макрофаги [23]. STEC/EHEC могат да взаимодействат in vivo с пластирите на Peyer и да се транслоцират през лигавицата. След поглъщане от макрофаги и М клетки, бактериите произвеждат Stx и индуцират апоптоза на тези клетки гостоприемници и освобождаване на Stx. Тези взаимодействия между микроби и клетки гостоприемници могат да представляват нови терапевтични цели [23].

Настоящи стратегии за лечение: мултицелеви подход

HUS включва остра бъбречна недостатъчност и нейното последващо нарушаване на баланса на течности и електролити, хемолиза, нарушаване на съсирващата каскада с тромбоцитопения, с риск от инсулт. Този синдром, заедно с по-нататъшното въздействие на токсина и образуването на комплементни комплекси, трябва да се управляват и да се предприемат спешни мерки, като се използва мултицелеви подход. Това включва въвеждането на общи поддържащи мерки, антитромбоцитни и тромболитични агенти и тромбинови инхибитори, селективно използване на антимикробни средства, пробиотици, токсини неутрализатори (синтетични и естествени свързващи вещества, антитела и т.н.); и антитела срещу ключови елементи на патогенетичния път за прекъсване на патологичните процеси (например инхибиране на образуването на терминален комплементен комплекс). Насочването към PMN, носещи Stx, може да бъде продуктивна стратегия за бъдещи изследвания, както и възможна генна терапия. Управлението на D + HUS е сложно поради естеството на състоянието и разнообразието от засегнати пътища. Таблица Таблица1 1 обобщава подхода към управлението и изброява изпитани и експериментални лечения.

маса 1

Подход към управлението: обобщаване на изпитани и експериментални лечения.

EHEC = ентерохеморагична ешерихия коли; EspA/B/D = протеин A/B/D, секретиран от Е. coli; Gb3 = глоботриаозилцерамид; Gb4 = глоботетраозилцерамид; HUS = хемолитично-уремичен синдром; LPS = липополизахарид; NleA = не-LEE кодиран ефектор A; STEC = шига-токсигенна ешерихия коли; Stx = Шига токсин; Tir = транслоциран интиминов рецептор; VT = веротоксин.

Общи поддържащи мерки

Нивата на течностите и електролитният баланс са изключително важни за предотвратяването и управлението на развитието на HUS [24,25] (виж Таблица Таблица1 1).

Остра бъбречна заместителна терапия (ARRT); например, е доказано, че перитонеалната диализа (PD) или хемодиализата подобрява резултатите. Деца с D + HUS и остра бъбречна травма, получени в началото на PD, може да имат подобрени резултати без риск от кървене при пациенти с нисък брой тромбоцити. Освен това процедурата изглежда безопасна, особено в случаите с много нисък брой тромбоцити без регистрирани епизоди на кървене [26]. Като алтернатива често е необходима хемодиализа. Антихипертензивна терапия за хипертония също е необходима. Изглежда, че има благотворна роля за плазмената инфузия [27] и плазмения обмен [28], но ползата от аферезата остава несигурна [29].

Управление на хематологични проблеми и коагулопатия

Мониторингът на хемоглобина, хематокрита и броя на тромбоцитите е от съществено значение. Мониторингът на хемолизата с лактат дехидрогеназа (LDH) и хаптоглобин също е полезен. Анемията в резултат на хемолиза може да се нуждае от корекция с кръвопреливания на пълна кръв или пълни червени клетки. Рядко се налага и обикновено се избягва трансфузия на тромбоцити [13,30].

Предотвратяване на по-нататъшните ефекти на токсина

Антимикробни средства: да се използват или да се избягват?

Поради възможността за нежелано освобождаване на веротоксин (VT)/Stx чрез умиране и мъртви бактериални клетки, антибиотиците обикновено се избягват [31]. В допълнение, рискът от освобождаване на ендотоксин може да добави към и без това потенциално смъртоносната тежест на пациента. In vitro субинхибиторните концентрации на антибиотици могат да увеличат производството и освобождаването на VT/Stx [32] чрез индукция на бактериофаги [33]. Изследване на мишки [34] и прасенца [35] предполага, че са оправдани опити с хора на фосфомицин. Събраните проспективни данни обаче не показват полза от антибиотиците [36]. Съобщено е само за едно проучване с фосфомицин [37]. Данните за фосфомицин обаче са поставени под въпрос [38] (вж. Таблица 1). 1). Докато много лекари в Япония все още използват антибиотици, включително фосфомицин, при пациенти с категорични или възможни чревни STEC инфекции, преобладаващият консенсус на други места показва, че антибиотиците трябва да се избягват [13]. По-нови доказателства подкрепят това, особено по отношение на β лактам и други бактерицидни антибиотици [39].

Неутрализатори на Lumenal токсин (синтетични и естествени свързващи вещества, антитела и т.н.)

Предложени са стратегии, използващи имитант на лиганд на рецептора за Stx, глоботриаозилцерамид (Gb3), свързващ се със Stx в стомашно-чревния тракт с цел предотвратяване на разпространението на токсина в извънчревните места. Въпреки това, в клиничната практика щетите вече са нанесени, преди тези лиганди да са от полза. Проведено е само едно клинично изпитване (уви неуспешно) с един агент, Synsorb PK, който потвърди този факт [40]. Други агенти са изброени в таблица Таблица1 1 [41,42].

Интралуменалните неутрализатори могат да бъдат ефективни за намаляване на системното усвояване на токсина, но тъй като уж токсинът не се намира в серума, проучванията, предназначени да изследват ефекта на неутрализаторите върху токсичните ефекти на полиморфно-ядрените левкоцитни токсини, биха били първа стъпка.

Антитела

Други свързващи/неутрализатори на токсини

Повечето от тези агенти се свързват директно с токсина и инхибират свързването с неговия рецептор, присъстващ в клетките-мишени [47]. Такива нови Stx неутрализатори предлагат нова терапевтична модалност срещу STEC/EHEC инфекции [47] и са подробно описани в Таблица Таблица1 1 .

Системно прилагани (интравенозни) свързващи вещества за токсини

Показано е, че пропусклив за клетките пептид (TVP), който се свързва със Stx2, намалява тежестта на заболяването и спасява млади бабуини от смъртоносна доза Stx2 (50 ng/kg) [48].

Блокери на трафика на ендозоми към Голджи на Stx

Наскоро беше показано, че метал-манганът (Mn 2+) блокира трафика на ендозоми към Голджи на STx. [49] Това предлага възможен евтин терапевтичен подход. (Таблица (Таблица1 1).

Блокери на взаимодействие между бактерии и клетки гостоприемници: пробиотици

Чревните патогени показват повърхностни молекули, позволяващи на организма да се свърже с рецепторите на гостоприемника. По същия начин бактериалните токсини изискват рецепторите на гостоприемника за свързване и навлизане в клетките. За да се блокира взаимодействието между микроби и клетки гостоприемници са разработени „дизайнерски“ пробиотици. Безобидните рекомбинантни бактерии експресират молекули, които имитират рецептори на гостоприемни клетки (например Gb3) на тяхната повърхност, като по този начин заблуждават патогена да се свързва с пробиотика, а не с рецептора на гостоприемника. Пробиотичните бактерии трябва да оцелеят в тръбата, срещайки храносмилателни ензими и други неблагоприятни условия. Очакват се пробни данни.

Различен подход използва супернатантата на култури от Bifidobacterium longum HY8001, предназначена да инхибира ефекта на VT/Stx чрез интерференция на В субединицата на VT в свързването с Gb3 [50].

Инхибиране на образуването на терминален комплементен комплекс

Въз основа на доказателства, че Shiga токсинът активира комплемента и свързва фактор Н и доказателства за активна роля на комплемента чрез алтернативния път при свързан с диария хемолитично-уремичен синдром [51,52], няколко анекдотични доклада за успешно лечение на тежък HUS, свързан със Stx с моноклонално антитяло са публикувани екулизумаб [53]. Неврологично тримата пациенти се подобриха драстично в рамките на 24 часа след първата инфузия на екулизумаб. Клиничното подобрение е свързано с бързо нормализиране на маркерите на активността на заболяването. Тези първоначални резултати са изключително обещаващи и оптимистично се очакват резултати от мащабни рандомизирани плацебо-контролирани проучвания.

Ваксини

Няколко стратегии за ваксиниране са използвани с променлив успех в редица животински модели. Стратегиите включват използването на рекомбинантни вирулентни протеини като Stx, intimin и E. coli секретиран протеин A (EspA) [54] или пептиди [55] или слети протеини на A и B субединици на Stx2 и Stx1 като Stx2Am-Stx1B [56] или авирулентни призрачни клетки от EHEC O157: H7 [57]. Прилагането на живи атенюирани бактерии като Salmonella като носител на ваксинални протеини срещу лигавични патогени, включително EHEC, има очевидни предимства [58]. Други подходи са изброени в Таблица Таблица1 1 [59-62].

Антителата, произведени при хора с HUS и при зайци, имунизирани с секретирани от тип III протеини (T3SP) от четири STEC серотипа, и експериментално заразени говеда разкриха протеини, общи за няколко HUS серотипа [60] (Таблица (Таблица 1). 1). Те бяха силно имуногенни при ваксинирани и естествено заразени субекти и представляват бъдещи кандидати за STEC ваксина (Таблица (Таблица1 1).

Наред с ваксините, базирани на протеини, ДНК ваксините са скорошно развитие в превенцията на EHEC, предоставящи обнадеждаващи резултати в модел на мишка [61] (Таблица (Таблица1 1).

Начинът на приложение (интрамускулно, интраназално, орално, интрагастрално и така нататък) за редица от тези ваксини не само засяга имуногенността, но и защитния ефект при предизвикване. Ваксиниране с растителна основа орална ваксина, защитени мишки срещу летална системна интоксикация със Stx2 [62]. Това се възприема като обнадеждаващо. Очевидно трябва да мине малко време, преди да бъдат докладвани опити при хора, но многобройните и чести огнища на EHEC заболяване постоянно ни напомнят за спешната необходимост от защита на населението срещу тези нововъзникващи и често опустошителни зоонози.

Бъдещи указания и заключения

Остават значителни бариери пред успешното лечение на HUS, като се има предвид сложността на патогенезата на HUS, което включва смущения на ключови хомеостатични пътища, включващи сложни биохимични и физиологични системи. Малко вероятно е насочването към единичен път с начин на лечение да бъде достатъчно успешно; мултицелеви подход изглежда необходим. Въпреки това, предвид очевидния успех на екулизумаб, макар и с малки номера на случаите, той може да предложи обещаваща стратегия за лечение. Лечението е предназначено да предотврати най-сериозните усложнения на STEC инфекцията (т.е. бъбречна недостатъчност и усложнения на централната нервна система, например инсулт и шок), които остават твърде често срещани. Ясно е, че по-доброто разбиране на патогенезата на HUS ще доведе до допълнителни и вероятно по-добри цели за лечение. Откритието, че Mn 2+ може да блокира трафика от ендозоми към Голджи, без съмнение ще доведе до рандомизирани контролирани проучвания при хора. Те ще бъдат изчакани с голям интерес. По отношение на превенцията, трябва да поставим под въпрос глобализацията на разпределението на храните с присъщите опасности и разточителното използване на енергийни ресурси, водещи до гигантски въглероден отпечатък.

Съкращения

EHEC: ентерохеморагична ешерихия коли, VTEC: веротоксигенна ешерихия коли; STEC; Шига-токсигенна ешерихия коли; HUS: хемолитично-уремичен синдром; EAHEC: ентероагрегативна и ентерохеморагична Е. coli; VT: веротоксин; Stx: Шига токсин; D + HUS: следдиаричен хемолитично-уремичен синдром; ARRT: Остра бъбречна заместителна терапия; PD: перитонеална диализа;

Конкуриращи се интереси

Авторите заявяват, че нямат конкуриращи се интереси.

Принос на авторите

И двамата автори прочетоха и одобриха окончателния ръкопис.

Информация за авторите

PNG и KAB участват в изследванията на STEC/EHEC повече от 30 години. PNG е старши консултант по клиничен микробиолог и лекар по инфекциозни болести и със своите сътрудници е използвал своите професионални знания за по-нататъшно развитие на разбирането за STEC инфекция при деца. KAB, вече пенсиониран, въведе PNG във завладяващата област на микробиологията на E. coli и двамата бяха близки колеги и сътрудници в научните изследвания през много продуктивни години.

История преди публикацията

Историята на предварителната публикация за тази статия можете да видите тук: