La asociación de Escherichia coli verotoxigénica (VTEC) con la enfermedad humana se remonta a más de 30 años. La aparición de brotes debidos a VTEC en Estados Unidos en 1982 centró la atención mundial en estos patógenos. Desde el descubrimiento de la verocitotoxina y la publicación por parte de Karmali et al. de los casos de síndrome urémico hemolítico posdiarreico (SHU) causados por VTEC, también conocida como Escherichia coli toxigénica Shiga (STEC), se ha acumulado una gran cantidad de conocimientos, pero a pesar de esta información, el tratamiento exitoso de estas infecciones sigue siendo difícil.

Fuentes y patogénesis de la infección por VTEC

Fuentes y propagación de VTEC

La colonización del intestino de los animales de granja, especialmente de los rumiantes como el ganado vacuno, ovino y caprino, es el origen probable de VTEC/STEC. De estas fuentes se derivan diversos vehículos de transmisión a los seres humanos, incluidos muchos alimentos diferentes de origen animal o vegetal, y el agua utilizada para nadar y beber y para el cultivo de plantas comestibles. La contaminación fecal humana de los alimentos y las semillas también podría desempeñar un papel, especialmente en los países en desarrollo.

El potencial de propagación de VTEC se ve agravado por la globalización de los alimentos, que presenta una gran oportunidad para que VTEC se extienda rápidamente a grandes sectores de la población. La distribución mundial de alimentos conlleva un riesgo inherente y presenta grandes dificultades a la hora de controlar los patógenos transmitidos por los alimentos y de identificar las fuentes de los brotes, como se ha visto recientemente en Europa. Esto se discute con más detalle en el comentario de Werber et al.

Cepas VTEC

Existen varias cepas de VTEC y, como se discute en el comentario vinculado, los clones O157, aunque son menos prevalentes que las cepas no O157, tienden a ser más virulentos. Por lo tanto, aunque las cepas VTEC no O157 se habían notificado originalmente y se siguieron notificando, aunque sólo por microbiólogos dedicados, la mayoría de los investigadores en el campo las ignoraron en gran medida. No parece que se haya prestado atención al hecho generalmente observado de que existe una amplia diversidad de serotipos de E. coli en el intestino humano en cualquier momento, y esto también se ha encontrado en los animales, especialmente en el ganado. La mayoría de las heces de los rumiantes contienen una variedad de serotipos de VTEC, pero algunos, como el O157 y también el O111, aunque rara vez están presentes y sólo en pequeñas cantidades, son particularmente virulentos. Es importante destacar que puede haber un número creciente de otros serotipos y un estudio de un brote ha demostrado que cuantos más serotipos de VTEC tenga un paciente, peor será su estado clínico (aunque el principal serotipo de VTEC era el O111). Mientras que los aislamientos de VTEC O111 en el ganado son raros, las cepas no VTEC, que por lo demás son indistinguibles de las cepas VTEC, parecen abundantes, especialmente en las heces del ganado y los pacientes enfermos.

Los estudios detallados han demostrado que las toxinas Shiga pueden subdividirse en una serie de subtipos y que éstos también son específicos del huésped. Así, existe una «doble especificidad de huésped» entre las cepas VTEC. Algunos clones son específicos del ganado bovino, mientras que otros son específicos del ganado ovino. Los subtipos de toxina que portan estas cepas son específicos de los tipos de VTEC que se encuentran en estos huéspedes mamíferos. Por lo tanto, al no buscar la presencia de todos los serotipos de VTEC durante un brote, se pierde una gran cantidad de información epidemiológica y no se identifica la indicación del animal de origen.

Patogénesis del síndrome urémico hemolítico posdiarreico

VTEC/STEC/E. coli enterohemorrágica (EHEC) pertenecen a clones de E. coli zoonótica de diferentes serogrupos O. Estos serogrupos han evolucionado y adquirido factores de virulencia específicos que permiten a las bacterias colonizar e infectar el colon humano, normalmente sin invadir el torrente sanguíneo . Una vez ingeridas, las STEC/VTEC/EHEC causan diarrea sanguinolenta (BD), colitis grave y SHU. Estas bacterias se conocen como EHEC cuando la infección se asocia a una enfermedad colónica y/o renal grave. La producción de las toxinas Vero/Shiga se ha considerado la base de su patogenicidad, sin embargo, otras toxinas como la citotoxina subtilasa (SubAB) y la toxina distensora citolítica y la proteasa secretada del inhibidor de la esterasa C1 de EHEC (StcE) probablemente desempeñan un papel .

El reciente brote de E. coli O104:H4 transmitido por los alimentos en Europa ha vuelto a llamar la atención sobre las infecciones por STEC o EHEC junto con sus devastadoras complicaciones de insuficiencia renal (a través del SHU), y accidente cerebrovascular por coagulopatía intravascular y vasculopatía o microangiopatía trombótica. La inusual virulencia y letalidad de la cepa O104:H4 es el resultado de la mezcla genética de factores de virulencia, incluidas las propiedades enteroagregantes y la resistencia múltiple a los antibióticos, y es una lección sobre la evolución microbiana y la plasticidad genómica de E. coli . La cepa O104:H4 se conoce ahora como E. coli enteroagregante y enterohemorrágica (EAHEC).

Recientemente hemos observado las propiedades combinadas de la capacidad enteroagregante (que proporciona una fuerte adhesión a través de las fimbrias y la colonización del epitelio colónico) con la producción de toxina Shiga (Stx) en la novedosa y altamente letal cepa europea de E. coli O104:H4. Desde entonces se ha demostrado que esta cepa pertenecía a un linaje de E. coli enteroagregante que había adquirido genes para la toxina Shiga 2 y la resistencia a los antibióticos.

La patogénesis de la enfermedad del síndrome urémico hemolítico sigue sin entenderse del todo; es de destacar que durante el síndrome urémico hemolítico la Stx en suero es indetectable. Parece que los leucocitos polimorfonucleares (PMN) son actores clave en la entrega de Stx a sitios críticos como los riñones. El grado de daño renal en niños con SHU asociado a STEC puede estar relacionado con la concentración de Stx presente en los PMN circulantes. Paradójicamente, los pacientes con altas cantidades de Stx en los PMN mostraron una función renal preservada o ligeramente deteriorada (forma incompleta de SHU), mientras que los casos con bajas cantidades de PMN-Stx suelen presentar una insuficiencia renal aguda. Además, las cantidades elevadas de PMN-Stx inducen una menor liberación de citocinas por parte del endotelio renal, con el consiguiente menor grado de inflamación, mientras que las cantidades bajas de PMN con toxina desencadenan una cascada de citocinas, provocando una inflamación con el consiguiente daño tisular. La microvasculatura desempeña un papel importante en la patogénesis: El síndrome urémico hemolítico está asociado a trombos plaquetarios en la microvasculatura de casi todos los lechos vasculares. El plasma de los pacientes con SHU induce la apoptosis de las células endoteliales microvasculares cultivadas de la mayoría de los órganos . En la patogénesis del síndrome urémico hemolítico hay dos acontecimientos clave: la alteración de la actividad del factor Von Willebrand (VWF) (por ejemplo, como se observa en el caso de la deficiencia de «una desintegrina y metaloproteinasa con motivo de trombospondina-13» (ADAMTS13)) y la activación y/o apoptosis específica de las células endoteliales microvasculares. También se cree que la deficiencia de ADAMTS13, que interviene en el procesamiento proteolítico de los multímeros proadhesivos del VWF recién liberados por las células endoteliales, desempeña un papel en la coagulopatía del D+HUS. Dirigirse a la interrupción de estos procesos permite esperar nuevas modalidades de tratamiento.

Los patógenos intestinales bacterianos se dirigen al epitelio asociado al folículo que recubre las placas de Peyer. Los microorganismos traspasan la barrera intestinal a través de las células M y son capturados por los macrófagos de la mucosa. Las STEC/EHEC son capaces de interactuar in vivo con las placas de Peyer y translocarse a través de la mucosa. Tras ser captadas por los macrófagos y las células M, las bacterias producen Stx e inducen la apoptosis de estas células huésped y la liberación de Stx. Estas interacciones microbio/célula huésped podrían representar nuevas dianas terapéuticas.

Estrategias de tratamiento actuales: un enfoque multiobjetivo

El SHU comprende la insuficiencia renal aguda y su consiguiente perturbación del equilibrio de líquidos y electrolitos, la hemólisis, la alteración de la cascada de coagulación con trombocitopenia, con riesgo de accidente cerebrovascular. Este síndrome, junto con los efectos adicionales de la toxina, y la formación de complejos del complemento, debe ser manejado y tratado urgentemente utilizando un enfoque multidireccional. Esto implica la instauración de medidas generales de apoyo, agentes antiplaquetarios y trombolíticos e inhibidores de la trombina, el uso selectivo de antimicrobianos, probióticos, neutralizadores de toxinas (aglutinantes sintéticos y naturales, anticuerpos, etc.); y anticuerpos contra elementos clave de la vía patogénica para interrumpir los procesos patológicos (por ejemplo, la inhibición de la formación del complejo terminal del complemento). Dirigirse a los PMN portadores de Stx podría ser una estrategia productiva para la investigación futura, al igual que la posible terapia génica. El tratamiento del SHU-D es complejo debido a la naturaleza de la enfermedad y a la variedad de vías afectadas. La tabla 1 resume el enfoque del tratamiento y enumera los tratamientos probados y experimentales.

Medidas generales de apoyo

Los niveles de líquidos y el equilibrio electrolítico son extremadamente importantes para prevenir y controlar el desarrollo del SHU (véase la Tabla 1).

El tratamiento renal sustitutivo agudo (TRA); por ejemplo, diálisis peritoneal (DP) o hemodiálisis) ha demostrado mejorar los resultados. Los niños con SHU-D y lesión renal aguda a los que se les administra DP de forma temprana pueden tener mejores resultados sin riesgo de hemorragia en pacientes con recuentos bajos de plaquetas. Además, el procedimiento parece seguro, especialmente en los casos con recuentos de plaquetas muy bajos, sin que se registren episodios de hemorragia. Como alternativa, suele ser necesaria la hemodiálisis. También es necesario un tratamiento antihipertensivo para la hipertensión cuando sea apropiado. Parece haber un papel beneficioso para la infusión de plasma y el intercambio de plasma, sin embargo, el beneficio de la aféresis sigue siendo incierto.

Manejo de los problemas hematológicos y la coagulopatía

Es esencial la monitorización de la hemoglobina, el hematocrito y el recuento de plaquetas. También es útil la monitorización de la hemólisis con la lactato deshidrogenasa (LDH) y la haptoglobina. La anemia resultante de la hemólisis puede necesitar ser corregida con transfusiones de sangre completa o de glóbulos rojos. La transfusión de plaquetas rara vez es necesaria y, por lo general, se evita.

Prevención de los efectos adicionales de la toxina

Antimicrobianos: ¿usar o evitar?

Debido al potencial de liberación indeseable de verotoxina (VT)/Stx por parte de las células bacterianas moribundas y muertas, los antibióticos suelen evitarse. Además, el riesgo de liberación de endotoxina podría añadirse a la carga ya potencialmente letal del paciente. Las concentraciones subinhibitorias de antibióticos in vitro pueden aumentar la producción y liberación de VT/Stx a través de la inducción de bacteriófagos . Un estudio con ratones y lechones sugirió que los ensayos con fosfomicina en humanos estaban justificados. Sin embargo, los datos prospectivos agrupados no mostraron ningún beneficio de los antibióticos . Sólo se ha informado de un ensayo con fosfomicina. Sin embargo, los datos de la fosfomicina han sido cuestionados (ver Tabla 1). Aunque muchos médicos en Japón siguen utilizando antibióticos, incluida la fosfomicina, en pacientes con infecciones entéricas por STEC definitivas o posibles, el consenso predominante en otros lugares indica que deben evitarse los antibióticos. Pruebas más recientes apoyan esto, especialmente en relación con los antibióticos β lactámicos y otros antibióticos bactericidas.

Neutralizadores de toxinas lumínicas (aglutinantes sintéticos y naturales, anticuerpos, etc.)

Se han propuesto estrategias que utilizan imitaciones de ligandos del receptor para Stx, la globotriaosilceramida (Gb3), que se unen a Stx en el tracto gastrointestinal con la intención de prevenir la propagación de la toxina a sitios extraintestinales. Sin embargo, en la práctica clínica el daño ya está hecho antes de que estos ligandos puedan ser beneficiosos. Sólo se ha llevado a cabo un ensayo clínico (desgraciadamente sin éxito) con un agente, Synsorb PK, que ha demostrado este hecho. Otros agentes se enumeran en la Tabla 1.

Los neutralizadores intraluminales podrían ser eficaces para reducir la captación sistémica de la toxina, pero como la toxina supuestamente no se encuentra en el suero, los estudios diseñados para examinar el efecto de los neutralizadores sobre los efectos tóxicos de la toxina asociada a los leucocitos polimorfonucleares serían un primer paso.

Anticuerpos

Los anticuerpos neutralizantes específicos de la toxina Shiga son potencialmente útiles como agentes terapéuticos. Las toxinas son toxinas AB con elementos activos y de unión y son objetivos obvios para la neutralización de anticuerpos. Los anticuerpos monoclonales dirigidos a los epítopos de la subunidad A de Stx1 han demostrado ser altamente protectores, cuando se administran a animales tratados letalmente . La inmunoglobulina administrada por vía oral se ha utilizado terapéuticamente para varias infecciones gastrointestinales (por ejemplo, rotavirus; Gastrogard-R) . Los pacientes con diarrea causada por E. coli diarreica, concretamente STEC y E. coli que expresan intimina y hemolisina HEC, fueron tratados mediante la administración de calostro bovino mezclado, rico en anticuerpos contra la toxina Shiga y la hemolisina enterohemorrágica de E. coli, en un estudio doble ciego y controlado con placebo. Se evaluó la resolución de los síntomas y la excreción fecal de las cepas infectantes. No se pudo demostrar ningún efecto de la terapia con calostro sobre el transporte de los patógenos o sobre las complicaciones de la infección, sin embargo, se redujo la frecuencia de las deposiciones . El anticuerpo contra el lipopolisacárido (LPS) de E. coli también tiene potencial de uso terapéutico por su efecto de bloqueo de la adherencia de STEC a la línea celular del epitelio intestinal humano (Henle 407) . Asimismo, se necesitarían ensayos en humanos para demostrar la eficacia clínica.

Otros aglutinantes/neutralizadores de toxinas

La mayoría de estos agentes se unen a la toxina directamente e inhiben la unión a su receptor presente en las células diana . Estos novedosos neutralizadores de Stx ofrecen una nueva modalidad terapéutica contra las infecciones por STEC/EHEC y se detallan en la Tabla 1.

Los aglutinantes de toxinas de aplicación sistémica (intravenosa)

Un péptido permeable a las células (TVP) que se une a Stx2 demostró reducir la gravedad de la enfermedad y rescatar a los babuinos juveniles de una dosis letal de Stx2 (50 ng/kg) .

Bloqueadores del tráfico de Stx de endosoma a Golgi

Recientemente se ha demostrado que el metal manganeso (Mn2+) bloquea el tráfico de STx de endosoma a Golgi. Esto ofrece un posible enfoque terapéutico barato. (Tabla 1).

Bloqueadores de la interacción entre la bacteria y la célula huésped: probióticos

Los patógenos intestinales presentan moléculas de superficie que permiten al organismo unirse a los receptores de la célula huésped. Del mismo modo, las toxinas bacterianas requieren receptores de la célula huésped para unirse y entrar en la célula. Para bloquear la interacción entre el microbio y la célula huésped se han desarrollado probióticos «de diseño». Las bacterias recombinantes inofensivas expresan moléculas que imitan los receptores de la célula huésped (por ejemplo, Gb3) en su superficie, engañando así al patógeno para que se adhiera al probiótico en lugar de al receptor de la célula huésped. Las bacterias probióticas deben sobrevivir al viaje por el tubo encontrando enzimas digestivas y otras condiciones adversas. Se esperan datos de ensayos.

Un enfoque diferente ha utilizado el sobrenadante de cultivos de Bifidobacterium longum HY8001, diseñado para inhibir el efecto de VT/Stx a través de la interferencia de la subunidad B de VTs en la unión a Gb3.

Inhibición de la formación del complejo terminal del complemento

Basado en la evidencia de que la toxina Shiga activa el complemento y se une al factor H y en la evidencia de un papel activo del complemento a través de la vía alternativa en el síndrome urémico hemolítico asociado a la diarrea , se han publicado algunos informes anecdóticos sobre el tratamiento exitoso del síndrome urémico severo asociado a Stx con el anticuerpo monoclonal eculizumab . Desde el punto de vista neurológico, los tres pacientes mejoraron drásticamente en las 24 horas siguientes a la primera infusión de eculizumab. La mejora clínica se asoció a una rápida normalización de los marcadores de actividad de la enfermedad. Estos resultados iniciales son muy prometedores y se esperan con optimismo los resultados de los ensayos aleatorios controlados con placebo a gran escala.

Vacunas

Se han utilizado varias estrategias de vacunación con éxito variable en varios modelos animales. Las estrategias han implicado el uso de proteínas de virulencia recombinantes como Stx, intimin y la proteína A secretada de E. coli (EspA) o péptidos o proteínas de fusión de las subunidades A y B de Stx2 y Stx1 como Stx2Am-Stx1B o células fantasma avirulentas de EHEC O157:H7 . La aplicación de bacterias vivas atenuadas, como la Salmonella, como portadora de proteínas de vacunas contra patógenos de las mucosas, incluida la EHEC, tiene ventajas evidentes. En la Tabla 1 se enumeran otros enfoques.

Los anticuerpos producidos en seres humanos con SHU y en conejos inmunizados con proteínas secretadas de tipo III (T3SP) de cuatro serotipos de STEC, y en bovinos infectados experimentalmente, revelaron proteínas comunes a varios serotipos de SHU (Tabla 1). Éstas fueron altamente inmunogénicas en sujetos vacunados e infectados naturalmente y representan futuros candidatos para una vacuna contra STEC (Tabla 1).

Al igual que las vacunas basadas en proteínas, las vacunas de ADN son un desarrollo reciente en la prevención de EHEC, proporcionando resultados alentadores en un modelo de ratón (Tabla 1).

El modo de administración (intramuscular, intranasal, oral, intragástrico, etc.) para varias de estas vacunas no sólo afecta a la inmunogenicidad sino también al efecto protector bajo el desafío. La vacunación con una vacuna oral de origen vegetal protegió a los ratones contra la intoxicación sistémica letal con Stx2 . Esto se considera alentador. Está claro que aún falta tiempo para que se realicen ensayos en humanos, pero los numerosos y frecuentes brotes de la enfermedad EHEC nos recuerdan constantemente la urgente necesidad de proteger a la población contra estas zoonosis emergentes y a menudo devastadoras.

Direcciones futuras y conclusiones

Siguen existiendo importantes barreras para el éxito del tratamiento del SHU dada la complejidad de la patogénesis del SHU, que implica la perturbación de vías homeostáticas clave que implican sistemas bioquímicos y fisiológicos complejos. Es poco probable que una modalidad de tratamiento dirigida a una sola vía tenga suficiente éxito; parece necesario un enfoque multidireccional. Sin embargo, dado el aparente éxito del eculizumab, aunque con un número ínfimo de casos, podría ofrecer una estrategia prometedora para el tratamiento. El tratamiento está diseñado para prevenir las complicaciones más graves de la infección por STEC (es decir, la insuficiencia renal y las complicaciones del sistema nervioso central, por ejemplo, el ictus, y el shock), que siguen siendo demasiado frecuentes. Está claro que una mejor comprensión de la patogénesis del SHU conducirá a objetivos adicionales y posiblemente mejores para el tratamiento. El descubrimiento de que el Mn2+ puede bloquear el tráfico del endosoma al Golgi conducirá sin duda a ensayos controlados aleatorios en humanos. Los esperamos con gran interés. En cuanto a la prevención, deberíamos cuestionar la globalización de la distribución de alimentos, con sus peligros inherentes y su derroche de recursos energéticos, lo que da lugar a una gigantesca huella de carbono.