Beslutningen af verotoxigene Escherichia coli (VTEC) med sygdomme hos mennesker går mere end 30 år tilbage i tiden. Udbruddene af VTEC i USA i 1982 satte verdens opmærksomhed på disse patogener. Siden opdagelsen af verocytotoxin og Karmali et al.s artikel om tilfælde af postdiarrhealt hæmolytisk uræmisk syndrom (D+HUS) forårsaget af VTEC, også kendt som Shiga-toksigene Escherichia coli (STEC), er der akkumuleret en stor mængde viden, men på trods af disse oplysninger er det fortsat vanskeligt at behandle disse infektioner med succes.

Kilder til og patogenese af VTEC-infektioner

Kilder til og spredning af VTEC

Kolonisering af tarmene hos husdyr, især drøvtyggere som kvæg, får og geder, er den sandsynlige oprindelse for VTEC/STEC. Fra disse kilder stammer en række forskellige kilder til overførsel til mennesker, herunder mange forskellige fødevarer af animalsk eller vegetabilsk oprindelse og vand, der anvendes til svømning og drikkevand og til dyrkning af spiselige planter. Fækal forurening af fødevarer og frø fra mennesker kan også spille en rolle, især i udviklingslandene.

Potentialet for VTEC-spredning forværres yderligere af globaliseringen af fødevarer, som giver VTEC store muligheder for hurtigt at sprede sig til store dele af befolkningen. Den globale fødevaredistribution indebærer en iboende risiko og giver store vanskeligheder med at kontrollere fødevarebårne patogener og med at identificere kilderne til udbrud, som det for nylig blev konstateret i Europa. Dette diskuteres yderligere i kommentaren af Werber et al..

VTEC-stammer

Der findes forskellige VTEC-stammer, og som diskuteret i den linkede kommentar har O157-kloner, selv om de er mindre udbredte end ikke-O157-stammer, en tendens til at være mere virulente. Selv om VTEC-stammer, der ikke er O157-stammer, oprindeligt var blevet rapporteret og fortsat blev rapporteret, om end kun af dedikerede mikrobiologer, ignorerede de fleste forskere på området dem stort set. Der synes ikke at være blevet lagt vægt på den generelt observerede kendsgerning, at der til enhver tid er en omfattende diversitet af E. coli-serotyper i menneskets tarm, hvilket også er blevet konstateret hos dyr, især kvæg . De fleste drøvtyggeres afføring indeholder en række VTEC-serotyper, men nogle af dem, såsom O157 og også O111, er særligt virulente, selv om de kun sjældent forekommer og i så fald kun i små mængder. Det er vigtigt at bemærke, at et stigende antal andre serotyper kan være involveret, og en undersøgelse af et udbrud har vist, at jo flere VTEC-serotyper en patient er inficeret med, jo værre er den kliniske tilstand (selv om den vigtigste VTEC-serotype var O111). Mens isoleringer af VTEC O111 fra kvæg er sjældne, forekommer ikke-VTEC-stammer, som ellers ikke kan skelnes fra VTEC-stammerne, hyppigt, især i fæces fra syge kvæg og patienter .

Detaljerede undersøgelser har vist, at Shiga-toksinerne kan opdeles i en række undertyper, og at disse også er værtsspecifikke. Der er således tale om en “dobbelt værtsspecificitet” blandt VTEC-stammerne. Nogle kloner er specifikke for kvæg, mens andre er specifikke for får. De toksinsubtyper, som disse stammer bærer, er specifikke for de VTEC-typer, der findes hos disse pattedyrsværter. Ved ikke at undersøge tilstedeværelsen af alle VTEC-serotyper i forbindelse med et udbrud går en stor del af de epidemiologiske oplysninger tabt, og der kan ikke identificeres en indikation af kildedyret.

Patogenese af postdiarrhealt hæmolytisk uræmisk syndrom

VTEC/STEC/enterohemorrhagisk E. coli (EHEC) tilhører kloner af zoonotiske E. coli af forskellige O-serogrupper. Disse serogrupper har udviklet og erhvervet specifikke virulensfaktorer, som sætter bakterierne i stand til at kolonisere og inficere menneskets tyktarm, normalt uden at de trænger ind i blodbanen . Når de er blevet indtaget, forårsager STEC/VTEC/EHEC blodig diarré (BD), alvorlig colitis og HUS. Disse bakterier er kendt som EHEC, når infektionen er forbundet med alvorlig tarm- og/eller nyresygdom. Produktionen af Vero-/Shiga-toksiner er blevet anset for at være grundlaget for deres patogenicitet, men andre toksiner såsom subtilasecytotoksin (SubAB) og cytoletalt distenderende toksin og sekretet protease af C1-esteraseinhibitor fra EHEC (StcE) spiller sandsynligvis også en rolle.

Det nylige udbrud af fødevarebåren E. coli O104:H4 i Europa har endnu en gang henledt opmærksomheden på STEC- eller EHEC-infektioner sammen med deres ødelæggende komplikationer i form af nyresvigt (gennem HUS) og slagtilfælde som følge af intravaskulær koagulopati og vaskulopati eller trombotisk mikroangiopati. O104:H4-stammens usædvanlige virulens og dødelighed er resultatet af en genetisk blanding af virulensfaktorer, herunder enteroaggregative egenskaber og multipel antibiotikaresistens, og er en lektion i mikrobiel evolution og E. coli’s genomiske plasticitet. O104:H4-stammen er nu kendt som en enteroaggregativ og enterohæmorrhagisk E. coli (EAHEC).

Vi har for nylig observeret de kombinerede egenskaber af enteroaggregativ evne (der giver stærk tilknytning via fimbriae og kolonisering af kolonepitelet) med Shiga-toksin (Stx)-produktion i den nye og meget dødelige europæiske E. coli O104:H4-stamme. Det er siden blevet påvist, at denne stamme tilhørte en enteroaggregativ E. coli-stamme, der havde erhvervet gener for Shiga toxin 2 og antibiotikaresistens.

Patogenesen for HUS-sygdom er fortsat ufuldstændigt forstået; bemærkelsesværdigt nok er Stx i serum under HUS ikke påviseligt. Det ser ud til, at polymorphonukleære leukocytter (PMN) er nøgleaktører i forbindelse med levering af Stx til kritiske steder som f.eks. nyrerne. Omfanget af nyreskader hos børn med STEC-associeret HUS kan hænge sammen med koncentrationen af Stx i de cirkulerende PMN . Paradoksalt nok udviste patienter med store mængder Stx på PMN bevaret eller let nedsat nyrefunktion (ufuldstændig form af HUS), mens patienter med lave mængder PMN-Stx normalt har akut nyresvigt. Desuden inducerer store mængder PMN-Stx en reduceret frigivelse af cytokiner fra nyreendothelet med en tilsvarende lavere grad af inflammation, mens små mængder toksin-PMN udløser en cytokinkaskade, der fremkalder inflammation med deraf følgende vævsskade. Mikrovaskulaturen spiller en vigtig rolle i patogenesen: D+HUS er forbundet med trombocytetrombi i mikrovaskulaturen i næsten alle vaskulære senge . Plasma fra HUS-patienter inducerer apoptose af dyrkede mikrovaskulære endothelceller fra de fleste organer . To nøglebegivenheder er involveret i patogenesen af D+HUS: ændret Von Willebrand-faktor (VWF)-aktivitet (f.eks. som det ses ved mangel på “a disintegrin og metalloproteinase med thrombospondinmotiv-13” (ADAMTS13)) og stedspecifik aktivering og/eller apoptose af mikrovaskulære endotelceller. En mangel på ADAMTS13, som formidler proteolytisk behandling af nyligt frigjorte proadhæsive ultralange VWF-multimere fra endotelceller, menes også at spille en rolle i D+HUS-koagulopati . Målretning af afbrydelsen af disse processer giver håb om potentielle nye behandlingsmetoder.

Bakterielle tarmpatogener er rettet mod det follikelassocierede epithel, der ligger over Peyers patches. Mikroorganismerne bryder ind i tarmbarrieren via M-celler og indfanges af slimhinde-makrofager . STEC/EHEC er i stand til at interagere in vivo med Peyers patches og translokere gennem slimhinden. Efter at være blevet optaget af makrofager og M-celler producerer bakterierne Stx og fremkalder apoptose af disse værtsceller og frigivelse af Stx. Disse interaktioner mellem mikrobe og værtscelle kan udgøre nye terapeutiske mål.

Aktuelle behandlingsstrategier: en multitargeted approach

HUS omfatter akut nyresvigt og den deraf følgende forstyrrelse af væske- og elektrolytbalancen, hæmolyse, forstyrrelse af koagulationskaskaden med trombocytopeni med risiko for slagtilfælde. Dette syndrom skal sammen med de yderligere virkninger af toksin- og komplementkompleksdannelse håndteres og behandles hurtigst muligt ved hjælp af en multitargeted tilgang. Dette indebærer indførelse af generelle understøttende foranstaltninger, trombocythæmmende og trombolyserende midler og trombinininhibitorer, selektiv anvendelse af antimikrobielle stoffer, probiotika, toxinneutralisatorer (syntetiske og naturlige bindemidler, antistoffer osv.) og antistoffer mod centrale patogenetiske vejelementer med henblik på at afbryde patologiske processer (f.eks. hæmning af terminal komplementkompleksdannelse). Målretning af PMN’er, der bærer Stx, kunne være en produktiv strategi for fremtidig forskning, ligesom mulig genterapi kunne være en produktiv strategi. Behandlingen af D+HUS er kompleks på grund af tilstandens karakter og de mange forskellige veje, der er påvirket. Tabel 1 opsummerer tilgangen til behandling og opregner forsøgsbehandlinger og eksperimentelle behandlinger.

Generelle understøttende foranstaltninger

Væskeniveauer og elektrolytbalance er yderst vigtige for at forebygge og håndtere udviklingen af HUS (se tabel 1).

Akut nyreerstatningsterapi (ARRT); f.eks. peritonealdialyse (PD) eller hæmodialyse) har vist sig at forbedre resultaterne. Børn med D+HUS og akut nyreskade, der får tidlig PD, kan have bedre resultater uden risiko for blødning hos patienter med lavt trombocytetal. Proceduren synes desuden at være sikker, især i tilfælde med meget lave blodpladetal, hvor der ikke er registreret nogen blødningsepisoder . Alternativt er det ofte nødvendigt med hæmodialyse. Det er også nødvendigt med antihypertensiv behandling af hypertension, når det er relevant. Der synes at være en gavnlig rolle for plasmainfusion og plasmaudveksling , men fordelene ved aferese er fortsat usikre.

Håndtering af hæmatologiske problemer og koagulopati

Overvågning af hæmoglobin, hæmatokrit og trombocytetal er afgørende. Overvågning af hæmolyse med laktatdehydrogenase (LDH) og haptoglobin er også nyttig. Anæmi som følge af hæmolyse kan kræve korrektion med transfusioner af fuldblod eller pakker af røde blodlegemer. Blodpladetransfusion er sjældent nødvendig og undgås normalt.

Forebyggelse af toksinets yderligere virkninger

Antimikrobielle stoffer: skal man bruge eller undgå?

På grund af potentialet for uønsket frigivelse af verotoxin (VT)/Stx fra døende og døde bakterieceller, undgås antibiotika normalt . Desuden kan risikoen for frigivelse af endotoksin øge patientens allerede potentielt dødelige belastning. In vitro subinhibitoriske koncentrationer af antibiotika kan øge produktionen og frigivelsen af VT/Stx via bakteriofaginduktion . En undersøgelse af mus og smågrise viste, at det var berettiget at foretage forsøg med fosfomycin på mennesker. De samlede prospektive data viste imidlertid ingen fordele ved antibiotika . Der er kun rapporteret om ét forsøg med fosfomycin . Der er imidlertid blevet sat spørgsmålstegn ved fosfomycin-data (se tabel 1). Mens mange læger i Japan stadig anvender antibiotika, herunder fosfomycin, til patienter med sikre eller mulige STEC-infektioner i tarmene, er den fremherskende konsensus andre steder, at antibiotika bør undgås . Nyere dokumentation understøtter dette, især i forbindelse med β-lactam og andre bakteriedræbende antibiotika.

Lumenale toksinnutralisatorer (syntetiske og naturlige bindemidler, antistoffer osv.)

Strategier, der anvender ligandimimer af receptoren for Stx, globotriaosylceramid (Gb3), der binder sig til Stx i mave-tarmkanalen med det formål at forhindre spredning af toksin til ekstraintestinale steder, er blevet foreslået. I klinisk praksis er skaden imidlertid allerede sket, før disse ligander kan være til gavn. Der er kun gennemført et enkelt klinisk forsøg (desværre uden held) med et middel, Synsorb PK, som har bekræftet dette forhold . Andre midler er anført i tabel 1.

Intralumenale neutralisatorer kan være effektive til at reducere den systemiske optagelse af toksin, men da toksinet angiveligt ikke findes i serum, ville undersøgelser, der har til formål at undersøge virkningen af neutralisatorer på de toksiske virkninger af polymorphonukleært leukocyt-associeret toksin, være et første skridt.

Antistoffer

Neutraliserende Shiga-toksin-specifikke antistoffer er potentielt nyttige som terapeutiske midler. Toxinerne er AB-toksiner med aktive og bindende elementer og er oplagte mål for neutralisering af antistoffer. Monoklonale antistoffer, der er rettet mod Stx1’s A-underenheds-epitoper, har vist sig at være stærkt beskyttende, når de gives til lethalt behandlede dyr . Oralt administreret immunglobulin er blevet anvendt terapeutisk til behandling af en række gastrointestinale infektioner (f.eks. rotavirus; Gastrogard-R) . Patienter med diarré forårsaget af diarréagene E. coli, specifikt STEC og E. coli, der udtrykker intimin og HEC-hæmolysin, blev behandlet ved indgivelse af poolet bovin colostrum, der er rig på antistoffer mod Shiga-toksin og enterohæmoragisk E. coli-hæmolysin, i en placebokontrolleret, dobbeltblind undersøgelse. Symptomopløsning og fækal udskillelse af inficerende stammer blev vurderet. Der kunne ikke påvises nogen effekt af colostrumbehandling på transporten af patogenerne eller på komplikationer i forbindelse med infektionen, men afføringsfrekvensen blev dog reduceret . Antistof mod E. coli lipopolysaccharid (LPS) har også potentiale til terapeutisk brug gennem sin blokerende virkning på STEC’s adhærens til den humane tarmepitelcellelinje (Henle 407) . Der vil ligeledes være behov for forsøg på mennesker for at påvise klinisk effektivitet.

Andre toxinbindere/neutralisatorer

De fleste af disse midler binder direkte til toksinet og hæmmer bindingen til dets receptor, der findes på målcellerne . Sådanne nye Stx-neutralisatorer tilbyder en ny terapeutisk modalitet mod STEC/EHEC-infektioner og er beskrevet i tabel 1.

Systemisk anvendte (intravenøse) toxinbindere

Et cellepermeabelt peptid (TVP), der binder til Stx2, viste sig at reducere sygdommens sværhedsgrad og redde unge bavianer fra en dødelig Stx2-dosis (50 ng/kg) .

Blokker af endosom-til-Golgi-trafikken af Stx

Det blev for nylig vist, at metallet mangan (Mn2+) blokerer endosom-til-Golgi-trafikken af STx. Dette giver mulighed for en billig terapeutisk tilgang. (Tabel 1).

Blokker af interaktion mellem bakterier og værtsceller: probiotika

Gutpatogener udviser overflademolekyler, der gør det muligt for organismen at binde sig til værtscellereceptorer. Tilsvarende kræver bakterielle toksiner værtscellereceptorer for at binde sig og komme ind i cellen. Der er blevet udviklet “designede” probiotika for at blokere interaktionen mellem mikrober og værtsceller. De harmløse rekombinante bakterier udtrykker molekyler, der efterligner værtscellereceptorer (f.eks. Gb3) på deres overflade, hvorved patogenet narres til at binde sig til probiotikaet i stedet for værtscellereceptoren. Probiotiske bakterier skal overleve turen gennem røret og støde på fordøjelsesenzymer og andre ugunstige forhold. Forsøgsdata afventes.

En anden tilgang har anvendt supernatant fra kulturer af Bifidobacterium longum HY8001, der er designet til at hæmme effekten af VT/Stx gennem interferens af B-underenheden af VT’er i bindingen til Gb3 .

Hæmning af terminal komplementkompleksdannelse

Baseret på beviser for, at Shiga-toksin aktiverer komplement og binder faktor H og beviser for en aktiv rolle for komplement via den alternative vej i diarré-associeret hæmolytisk uræmisk syndrom , er der blevet offentliggjort et par anekdotiske rapporter om vellykket behandling af alvorlig Stx-associeret HUS med det monoklonale antistof eculizumab . Neurologisk set forbedredes de tre patienter dramatisk inden for 24 timer efter den første eculizumab-infusion . Den kliniske forbedring var forbundet med en hurtig normalisering af markører for sygdomsaktivitet. Disse indledende resultater er yderst lovende, og resultaterne fra store randomiserede placebokontrollerede forsøg i stor skala afventes optimistisk.

Vacciner

Flere vaccine strategier er blevet anvendt med varierende succes i en række dyremodeller. Strategierne har omfattet anvendelse af rekombinante virulensproteiner såsom Stx, intimin og E. coli sekretet protein A (EspA) eller peptider eller fusionsproteiner af A- og B-underenhederne af Stx2 og Stx1 såsom Stx2Am-Stx1B eller avirulente spøgelsesceller af EHEC O157:H7 . Anvendelsen af levende svækkede bakterier som Salmonella som bærer af vaccineproteiner mod slimhindepatogener, herunder EHEC, har indlysende fordele . Andre metoder er anført i tabel 1 .

Antistoffer produceret hos mennesker med HUS og hos kaniner, der er immuniseret med type III-sekretede proteiner (T3SP’er) fra fire STEC-serotyper og eksperimentelt inficeret kvæg, afslørede proteiner, der er fælles for flere HUS-serotyper (tabel 1). Disse var stærkt immunogene hos vaccinerede og naturligt inficerede personer og udgør fremtidige kandidater til en STEC-vaccine (Tabel 1).

Som proteinbaserede vacciner er DNA-vacciner en nyere udvikling inden for EHEC-forebyggelse, der har givet opmuntrende resultater i en musemodel (Tabel 1).

Administrationsmåden (intramuskulær, intranasal, oral, intragastrisk osv.) for en række af disse vacciner påvirker ikke kun immunogeniciteten, men også den beskyttende effekt under udfordring. Vaccination med en plantebaseret oral vaccine beskyttede mus mod dødelig systemisk forgiftning med Stx2 . Dette betragtes som opmuntrende. Det er klart, at der er et stykke tid tilbage, før der rapporteres om forsøg på mennesker, men de mange og hyppige udbrud af EHEC-sygdom minder os konstant om det presserende behov for at beskytte befolkningen mod disse nye og ofte ødelæggende zoonoser.

Fremtidige retningslinjer og konklusioner

Der er fortsat betydelige hindringer for en vellykket behandling af HUS på grund af kompleksiteten af HUS’ patogenese, som indebærer forstyrrelser af vigtige homøostatiske veje, der involverer komplekse biokemiske og fysiologiske systemer. Det er usandsynligt, at en behandlingsmetode, der er rettet mod en enkelt vej, vil være tilstrækkelig vellykket; en multitargeted tilgang synes at være nødvendig. I betragtning af den tilsyneladende succes med eculizumab, om end med et meget lille antal tilfælde, kunne det imidlertid være en lovende behandlingsstrategi. Behandlingen har til formål at forebygge de alvorligste komplikationer af STEC-infektion (dvs. nyresvigt og centralnervøse komplikationer, f.eks. slagtilfælde og chok), som stadig er alt for almindelige. Det er klart, at en bedre forståelse af patogenesen for HUS vil føre til yderligere og muligvis bedre mål for behandling. Opdagelsen af, at Mn2+ kan blokere endosom-til-Golgi-trafikken, vil uden tvivl føre til randomiserede kontrollerede forsøg på mennesker. Disse vil blive afventet med stor interesse. Med hensyn til forebyggelse bør vi sætte spørgsmålstegn ved globaliseringen af fødevaredistributionen med dens iboende farer og dens spild af energiressourcer, der resulterer i et gigantisk kulstoffodaftryk.