Spojitost verotoxigenní Escherichia coli (VTEC) s lidským onemocněním trvá již více než 30 let. Výskyt epidemií způsobených VTEC v USA v roce 1982 zaměřil pozornost světa na tyto patogeny. Od objevu verocytotoxinu , a práce Karmaliho a kol. o případech postprůjmového hemolyticko-uremického syndromu (D+HUS) způsobeného VTEC, jinak známého jako Shiga-toxigenní Escherichia coli (STEC), se nashromáždilo velké množství poznatků, avšak navzdory těmto informacím zůstává úspěšná léčba těchto infekcí nedosažitelná.

Zdroje a patogeneze infekce VTEC

Zdroje a šíření VTEC

Pravděpodobným původcem VTEC/STEC je kolonizace střev hospodářských zvířat, zejména přežvýkavců, jako je skot, ovce a kozy. Od těchto zdrojů se odvíjí řada prostředků přenosu na člověka, včetně mnoha různých potravin živočišného nebo rostlinného původu a vody používané ke koupání a pití a k pěstování jedlých rostlin. Svou roli může hrát i kontaminace potravin a semen lidskými výkaly, zejména v rozvojových zemích .

Potenciál šíření VTEC dále zvyšuje globalizace potravin, která představuje velkou příležitost pro rychlé rozšíření VTEC mezi velké skupiny obyvatel. Globální distribuce potravin s sebou nese neodmyslitelné riziko a představuje velké obtíže při kontrole patogenů přenášených potravinami a při identifikaci zdrojů ohnisek, jak tomu bylo nedávno v Evropě. O tom dále pojednává komentář Werbera a kol. .

Kmeny VTEC

Existují různé kmeny VTEC, a jak je uvedeno v souvisejícím komentáři, klony O157, ačkoli jsou méně rozšířené než kmeny jiné než O157, bývají virulentnější. Ačkoli tedy kmeny VTEC jiné než O157 byly původně hlášeny a byly hlášeny i nadále, i když pouze specializovanými mikrobiology, většina výzkumníků v této oblasti je do značné míry ignorovala. Zdá se, že nebyla věnována pozornost obecně pozorované skutečnosti, že v lidském střevě existuje v každém okamžiku široká rozmanitost sérotypů E. coli, která byla zjištěna i u zvířat, zejména u skotu . Většina výkalů přežvýkavců obsahuje různé sérotypy VTEC, ale některé, jako například O157 a také O111, ačkoli se vyskytují zřídka a pak jen v malém množství, jsou obzvláště virulentní. Důležité je, že se může jednat o stále větší počet dalších sérotypů a jedna studie ohniska nákazy ukázala, že čím více sérotypy VTEC je pacient infikován, tím horší je klinický stav (i když hlavním sérotypem VTEC byl O111). Zatímco izolace VTEC O111 ze skotu jsou vzácné, ne-VTEC kmeny, které jsou jinak nerozlišitelné od VTEC kmenů, se zdají být hojné, zejména ve výkalech nemocného skotu a pacientů .

Podrobné studie ukázaly, že Shiga toxiny lze rozdělit do řady subtypů a že tyto jsou také specifické pro hostitele. Mezi kmeny VTEC tedy existuje „dvojí hostitelská specifita“. Některé klony jsou specifické pro skot, zatímco jiné pro ovce. Podtypy toxinů, které tyto kmeny nesou, jsou specifické pro typy VTEC vyskytující se u těchto savčích hostitelů. Proto se tím, že se v ohnisku nákazy nepátrá po přítomnosti všech sérotypů VTEC, ztrácí mnoho epidemiologických informací a neidentifikuje se indikace zdrojového zvířete.

Patogeneze postprůjmového hemolyticko-uremického syndromu

VTEC/STEC/enterohemoragické E. coli (EHEC) patří ke klonům zoonotických E. coli různých séroskupin O. V případě, že se v ohnisku nákazy vyskytnou všechny sérotypy VTEC, může se jednat o sérotypy VTEC. Tyto séroskupiny se vyvinuly a získaly specifické faktory virulence, které bakteriím umožňují kolonizovat a infikovat lidské tlusté střevo, obvykle bez invaze do krevního oběhu . Po požití způsobují STEC/VTEC/EHEC krvavý průjem (BD), těžkou kolitidu a HUS. Tyto bakterie se označují jako EHEC, pokud je infekce spojena s těžkým onemocněním tlustého střeva a/nebo ledvin. Produkce Vero/Shiga toxinů byla považována za základ jejich patogenity, nicméně roli pravděpodobně hrají i další toxiny, jako je subtilázový cytotoxin (SubAB) a cytoletální distenzní toxin a vylučovaný proteázový inhibitor C1 esterázy z EHEC (StcE) .

Nedávné vypuknutí epidemie E. coli O104:H4 z potravin v Evropě opět upozornilo na infekce STEC nebo EHEC spolu s jejich devastujícími komplikacemi v podobě selhání ledvin (prostřednictvím HUS) a cévní mozkové příhody v důsledku intravaskulární koagulopatie a vaskulopatie nebo trombotické mikroangiopatie. Neobvyklá virulence a letalita kmene O104:H4 je výsledkem genetické příměsi faktorů virulence, včetně enteroagregativních vlastností a mnohonásobné rezistence k antibiotikům, a je lekcí mikrobiální evoluce a genomické plasticity E. coli . Kmen O104:H4 je nyní znám jako enteroagregativní a enterohemoragická E. coli (EAHEC).

Nedávno jsme pozorovali kombinaci vlastností enteroagregativní schopnosti (zajišťující silnou vazbu prostřednictvím fimbrií a kolonizaci epitelu tlustého střeva) s produkcí Shiga toxinu (Stx) u nového a vysoce letálního evropského kmene E. coli O104:H4. Od té doby se ukázalo, že tento kmen patřil k enteroagregativní linii E. coli, která získala geny pro Shiga toxin 2 a rezistenci k antibiotikům .

Patogeneze onemocnění HUS zůstává neúplně objasněna; pozoruhodné je, že během HUS není Stx v séru detekovatelný. Zdá se, že polymorfonukleární leukocyty (PMN) jsou klíčovými hráči při doručování Stx do kritických míst, jako jsou ledviny. Rozsah poškození ledvin u dětí s HUS spojeným s STEC může souviset s koncentrací Stx přítomného v cirkulujících PMN . Paradoxně pacienti s vysokým množstvím Stx na PMN vykazovali zachovalou nebo mírně zhoršenou funkci ledvin (neúplná forma HUS), zatímco případy s nízkým množstvím PMN-Stx obvykle vykazují akutní selhání ledvin. Kromě toho vysoké množství PMN-Stx vyvolává snížené uvolňování cytokinů endotelem ledvin s kongruentním nižším stupněm zánětu, zatímco nízké množství toxinu PMN spouští cytokinovou kaskádu a vyvolává zánět s následným poškozením tkání. Mikrovaskulatura hraje v patogenezi důležitou roli: D+HUS je spojen s destičkovými tromby v mikrovaskulatuře téměř všech cévních lůžek . Plazma pacientů s HUS indukuje apoptózu kultivovaných mikrovaskulárních endoteliálních buněk z většiny orgánů . V patogenezi D+HUS se uplatňují dvě klíčové události: změněná aktivita Von Willebrandova faktoru (VWF) (například při deficitu „a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motif-13“ (ADAMTS13)) a místně specifická aktivace a/nebo apoptóza mikrovaskulárních endoteliálních buněk. Předpokládá se, že nedostatek ADAMTS13, který zprostředkovává proteolytické zpracování nově uvolněných proadhezivních ultravelkých multimerů VWF z endoteliálních buněk, hraje rovněž roli v koagulopatii D+HUS . Cílené přerušení těchto procesů dává naději na potenciální nové léčebné modality.

Bakteriální střevní patogeny se zaměřují na folikulární epitel ležící nad Peyerovými políčky. Mikroorganismy narušují střevní bariéru prostřednictvím M buněk a jsou zachyceny slizničními makrofágy . STEC/EHEC jsou schopny in vivo interagovat s Peyerovými políčky a přemisťovat se sliznicí. Po zachycení makrofágy a M buňkami bakterie produkují Stx a vyvolávají apoptózu těchto hostitelských buněk a uvolnění Stx. Tyto interakce mezi mikroby a hostitelskými buňkami by mohly představovat nové terapeutické cíle .

Současné strategie léčby: vícecílový přístup

HUS zahrnuje akutní selhání ledvin a následné narušení rovnováhy tekutin a elektrolytů, hemolýzu, narušení srážecí kaskády s trombocytopenií, s rizikem mozkové příhody. Tento syndrom, spolu s dalšími účinky toxinu a tvorbou komplexu komplementu, je třeba urychleně zvládnout a řešit pomocí víceúčelového přístupu. To zahrnuje zavedení obecných podpůrných opatření, protidestičkových a trombolytických látek a inhibitorů trombinu, selektivní použití antimikrobiálních látek, probiotik, neutralizátorů toxinů (syntetických a přírodních pojiv, protilátek atd.); a protilátek proti klíčovým prvkům patogenetické dráhy k přerušení patologických procesů (například inhibice tvorby terminálního komplexu komplementu). Cílení na PMN nesoucí Stx by mohlo být produktivní strategií pro budoucí výzkum, stejně jako případná genová terapie. Léčba D+HUS je vzhledem k povaze onemocnění a různorodosti postižených drah složitá. Tabulka 1 shrnuje přístup k léčbě a uvádí zkoušené a experimentální léčebné postupy.

Všeobecná podpůrná opatření

Hladina tekutin a elektrolytová rovnováha jsou nesmírně důležité při prevenci a zvládání rozvoje HUS (viz tabulka 1).

Ukázalo se, že akutní léčba nahrazující funkci ledvin (ARRT); například peritoneální dialýza (PD) nebo hemodialýza) zlepšuje výsledky. Děti s D+HUS a akutním poškozením ledvin, kterým je podávána časná PD, mohou mít lepší výsledky bez rizika krvácení u pacientů s nízkým počtem krevních destiček. Navíc se tento postup zdá být bezpečný zejména v případech s velmi nízkým počtem trombocytů bez zaznamenaných krvácivých epizod . Alternativou je často nutná hemodialýza. Antihypertenzní léčba hypertenze, pokud je to vhodné, je rovněž nezbytná. Zdá se, že příznivou roli hraje infuze plazmy a výměna plazmy , nicméně přínos aferézy zůstává nejistý .

Řízení hematologických problémů a koagulopatie

Kontrola hemoglobinu, hematokritu a počtu trombocytů je nezbytná. Užitečné je také sledování hemolýzy pomocí laktátdehydrogenázy (LDH) a haptoglobinu. Anémie vzniklá v důsledku hemolýzy může vyžadovat korekci transfuzí plné krve nebo balených červených krvinek. Transfuze trombocytů je nutná jen zřídka a obvykle se jí lze vyhnout .

Prevence dalších účinků toxinu

Antimikrobiální látky: používat, nebo se jim vyhnout?

Vzhledem k možnosti nežádoucího uvolňování verotoxinu (VT)/Stx odumírajícími a mrtvými bakteriálními buňkami se antibiotikům obvykle vyhýbáme . Riziko uvolnění endotoxinu by navíc mohlo zvýšit již tak potenciálně smrtelnou zátěž pacienta. Subinhibiční koncentrace antibiotik in vitro mohou zvýšit produkci a uvolňování VT/Stx prostřednictvím indukce bakteriofágů . Studie na myších a selatech naznačila, že zkoušky fosfomycinu u lidí jsou opodstatněné. Souhrnné prospektivní údaje však neprokázaly žádný přínos antibiotik . Byla zaznamenána pouze jedna studie fosfomycinu . Údaje o fosfomycinu však byly zpochybněny (viz tabulka 1). Zatímco mnoho lékařů v Japonsku stále používá antibiotika včetně fosfomycinu u pacientů s jistými nebo možnými střevními infekcemi vyvolanými STEC, jinde převažuje konsenzus, že by se antibiotikům mělo vyhnout . Novější důkazy to podporují, zejména pokud jde o β-laktamová a jiná baktericidní antibiotika .

Nutralizátory toxinu (syntetické a přírodní pojiva, protilátky atd.)

Byly navrženy strategie využívající ligandové napodobeniny receptoru pro Stx, globotriaosylceramidu (Gb3), který se váže na Stx v gastrointestinálním traktu se záměrem zabránit šíření toxinu do extraintestinálních míst. V klinické praxi však již došlo ke škodám dříve, než mohly být tyto ligandy přínosem. Byla provedena pouze jedna klinická studie (bohužel neúspěšně) s jednou látkou, Synsorb PK, která tuto skutečnost potvrdila . Další látky jsou uvedeny v tabulce 1.

Intralumenální neutralizátory by mohly být účinné při snižování systémového vychytávání toxinu, ale protože se toxin údajně nenachází v séru, byly by prvním krokem studie určené ke zkoumání účinku neutralizátorů na toxické účinky toxinu asociovaného s polymorfonukleárními leukocyty.

Protilátky

Neutralizující protilátky specifické pro Shiga toxin jsou potenciálně užitečné jako terapeutické látky. Tyto toxiny jsou AB toxiny s aktivními a vazebnými prvky a jsou zřejmým cílem pro neutralizaci protilátkami. Bylo prokázáno, že monoklonální protilátky zaměřené na epitopy podjednotky A Stx1 jsou vysoce protektivní, pokud jsou podávány letálně ošetřeným zvířatům . Perorálně podávaný imunoglobulin byl terapeuticky použit u řady gastrointestinálních infekcí (např. rotavirus; Gastrogard-R) . Pacienti s průjmy způsobenými průjmovými E. coli, konkrétně STEC a E. coli exprimujícími intimin a HEC-hemolyzin, byli v placebem kontrolované, dvojitě zaslepené studii léčeni podáváním směsného hovězího kolostra bohatého na protilátky proti Shiga toxinu a enterohemoragickému E. coli-hemolyzinu. Hodnotilo se vymizení příznaků a vylučování infekčních kmenů stolicí. Nebyl prokázán žádný vliv léčby kolostrem na nosičství patogenů ani na komplikace infekce, nicméně frekvence stolic byla snížena . Protilátka proti lipopolysacharidu E. coli (LPS) má rovněž potenciál terapeutického využití díky svému blokujícímu účinku na adherenci STEC k lidské střevní epiteliální linii (Henle 407) . Stejně tak by bylo nutné provést studie na lidech, aby se prokázala klinická účinnost.

Jiné látky vážící/neutralizující toxin

Většina těchto látek se váže přímo na toxin a inhibuje vazbu na jeho receptor přítomný na cílových buňkách . Tyto nové neutralizátory Stx nabízejí novou terapeutickou modalitu proti infekcím STEC/EHEC a jsou podrobně uvedeny v tabulce 1.

Systémově aplikované (intravenózní) vazače toxinu

Buněčně propustný peptid (TVP), který se váže na Stx2, prokazatelně snižuje závažnost onemocnění a zachraňuje mladé paviány před letální dávkou Stx2 (50 ng/kg) .

Blokátory přenosu Stx z endosomu do Golgi

Nedávno bylo prokázáno, že kov mangan (Mn2+) blokuje přenos STx z endosomu do Golgi. To nabízí možný levný terapeutický přístup. (Tabulka 1).

Blokátory interakce bakterií a hostitelských buněk: probiotika

Střevní patogeny vykazují povrchové molekuly umožňující organismu vázat se na receptory hostitelských buněk. Podobně i bakteriální toxiny vyžadují receptory hostitelské buňky pro vazbu a vstup do buňky. Pro blokování interakce mikroba a hostitelské buňky byla vyvinuta „designová“ probiotika. Neškodné rekombinantní bakterie exprimují na svém povrchu molekuly, které napodobují receptory hostitelské buňky (například Gb3), čímž klamou patogen, aby se připojil k probiotiku, a nikoli k receptoru hostitelské buňky. Probiotické bakterie musí přežít cestu zkumavkou a setkat se s trávicími enzymy a dalšími nepříznivými podmínkami.

Jiný přístup použil supernatant kultur Bifidobacterium longum HY8001, který má inhibovat účinek VT/Stx prostřednictvím interference podjednotky B VT ve vazbě na Gb3 .

Inhibice tvorby terminálního komplexu komplementu

Na základě důkazů, že Shiga toxin aktivuje komplement a váže faktor H, a důkazů o aktivní roli komplementu prostřednictvím alternativní cesty u hemolyticko-uremického syndromu spojeného s průjmem , bylo publikováno několik neoficiálních zpráv o úspěšné léčbě těžkého HUS spojeného se Stx pomocí monoklonální protilátky eculizumabu . Neurologicky se tři pacienti dramaticky zlepšili během 24 hodin po první infuzi eculizumabu. Klinické zlepšení bylo spojeno s rychlou normalizací markerů aktivity onemocnění. Tyto první výsledky jsou velmi slibné a optimisticky se očekávají výsledky rozsáhlých randomizovaných placebem kontrolovaných studií.

Vakcíny

Na řadě zvířecích modelů byly s různým úspěchem použity různé vakcinační strategie. Tyto strategie zahrnovaly použití rekombinantních proteinů virulence, jako jsou Stx, intimin a E. coli secreted protein A (EspA), nebo peptidů či fúzních proteinů podjednotek A a B Stx2 a Stx1, jako je Stx2Am-Stx1B, nebo avirulentních duchovních buněk EHEC O157:H7 . Použití živých oslabených bakterií, jako je salmonela, jako nosiče vakcinačních proteinů proti slizničním patogenům včetně EHEC má zřejmé výhody . Další přístupy jsou uvedeny v tabulce 1 .

Protilátky vytvořené u lidí s HUS a u králíků imunizovaných sekrečními proteiny typu III (T3SP) ze čtyř sérotypů STEC a experimentálně infikovaného skotu odhalily proteiny společné několika sérotypům HUS (tabulka 1). Ty byly vysoce imunogenní u očkovaných i přirozeně infikovaných osob a představují budoucí kandidáty na vakcínu proti STEC (tabulka 1).

Stejně jako vakcíny na bázi proteinů jsou i DNA vakcíny nedávným vývojem v prevenci EHEC, který poskytl povzbudivé výsledky na myším modelu (tabulka 1).

Způsob podání (intramuskulární, intranazální, perorální, intragastrický atd.) u řady těchto vakcín ovlivňuje nejen imunogenitu, ale také ochranný účinek při zátěži. Očkování perorální vakcínou na rostlinné bázi chránilo myši před smrtelnou systémovou intoxikací Stx2 . To je považováno za povzbudivé. Je zřejmé, že je třeba ještě nějaký čas počkat, než se objeví zprávy o zkouškách na lidech, ale četná a častá ohniska onemocnění EHEC nám neustále připomínají naléhavou potřebu chránit populaci před těmito nově se objevujícími a často devastujícími zoonózami.

Budoucí směry a závěry

Na cestě k úspěšné léčbě HUS stále stojí značné překážky vzhledem ke složitosti patogeneze HUS, která zahrnuje narušení klíčových homeostatických drah zahrnujících komplexní biochemické a fyziologické systémy. Je nepravděpodobné, že by cílení na jedinou dráhu pomocí léčebné modality bylo dostatečně úspěšné; zdá se, že je nutný vícecílový přístup. Nicméně vzhledem ke zjevnému úspěchu eculizumabu, i když s malým počtem případů, by mohl nabídnout slibnou strategii léčby. Léčba má zabránit nejzávažnějším komplikacím infekce STEC (tj. selhání ledvin a centrálním nervovým komplikacím, například cévní mozkové příhodě, a šoku), které jsou stále příliš časté. Je zřejmé, že lepší pochopení patogeneze HUS povede k dalším a možná i lepším cílům léčby. Objev, že Mn2+ může blokovat přenos z endosomu do Golgiho systému, nepochybně povede k randomizovaným kontrolovaným studiím na lidech. Ty budou očekávány s velkým zájmem. Pokud jde o prevenci, měli bychom zpochybnit globalizaci distribuce potravin s jejími neodmyslitelnými nebezpečími a nehospodárným využíváním energetických zdrojů, které vede k obří uhlíkové stopě.