A verotoxigén Escherichia coli (VTEC) és az emberi betegségek összefüggése több mint 30 éve tart . A VTEC okozta kitörések 1982-ben az USA-ban történt előfordulása irányította a világ figyelmét ezekre a kórokozókra. A verocitotoxin felfedezése és a Karmali és munkatársai által a VTEC, más néven Shiga-toxigén Escherichia coli (STEC) által okozott hasmenés utáni hemolitikus urémiás szindróma (D+HUS) eseteiről írt tanulmány óta számos ismeretanyag gyűlt össze, de ezen információk ellenére e fertőzések sikeres kezelése továbbra is nehézkes maradt.

A VTEC-fertőzés forrásai és patogenezise

A VTEC forrásai és terjedése

A VTEC/STEC valószínű eredete a haszonállatok, különösen a kérődzők, például a szarvasmarhák, juhok és kecskék bélkolonizációja. Ezekből a forrásokból az emberre történő átvitel különféle hordozói származnak, beleértve számos különböző állati vagy növényi eredetű élelmiszert, valamint az úszásra és ivásra használt vizet és az ehető növények termesztésére használt vizet. Az élelmiszerek és a vetőmagok emberi széklettel való szennyeződése is szerepet játszhat, különösen a fejlődő országokban .

A VTEC terjedésének lehetőségét tovább fokozza az élelmiszerek globalizációja, amely nagy lehetőséget biztosít a VTEC számára, hogy gyorsan elterjedjen a lakosság nagy részeiben. Az élelmiszerek globális terjesztése magában hordozza a kockázatot, és nagy nehézségeket okoz az élelmiszerekkel terjedő kórokozók ellenőrzésében és a járványok forrásainak azonosításában, amint annak nemrégiben Európában is tanúi lehettünk. Ezt a Werber és munkatársai által írt kommentár bővebben tárgyalja.

VTEC törzsek

Változatos VTEC törzsek léteznek, és amint azt a kapcsolódó kommentár is tárgyalja, az O157 klónok, bár kevésbé elterjedtek, mint a nem O157 törzsek, általában virulensebbek. Így, bár a nem-O157-es VTEC-törzseket eredetileg is jelentették, és továbbra is jelentették, bár csak elkötelezett mikrobiológusok, a legtöbb kutató a területen nagyrészt figyelmen kívül hagyta őket. Úgy tűnik, nem fordítottak figyelmet arra az általánosan megfigyelt tényre, hogy az E. coli szerotípusok széleskörű változatossága létezik az emberi bélben, és ezt az állatokban, különösen a szarvasmarhákban is megállapították. A legtöbb kérődző széklete számos VTEC szerotípust tartalmaz, de egyesek, mint például az O157 és az O111, bár ritkán és csak kis számban fordulnak elő, különösen virulensek. Fontos, hogy egyre több más szerotípus is előfordulhat, és egy járványkitörést vizsgáló tanulmány kimutatta, hogy minél több VTEC-szerotípussal fertőzött egy beteg, annál rosszabb a klinikai állapota (bár a fő VTEC-szerotípus az O111 volt). Míg a VTEC O111 szarvasmarhából történő izolálása ritka, a VTEC törzsektől egyébként megkülönböztethetetlen nem VTEC törzsek nagy számban fordulnak elő, különösen a beteg szarvasmarhák és betegek székletében.

Részletes vizsgálatok kimutatták, hogy a Shiga-toxinok egy sor altípusra oszthatók, és hogy ezek is gazdaspecifikusak. Így a VTEC-törzsek között “kettős gazdaspecifikusság” áll fenn. Egyes klónok a szarvasmarhára, míg mások a juhra specifikusak. Az e törzsek által hordozott toxin altípusok specifikusak az ezekben az emlős gazdákban található VTEC-típusokra. Ezért azzal, hogy egy járvány kitörése során nem keressük az összes VTEC-szerotípus jelenlétét, sok járványügyi információ vész el, és a forrásállat megjelölése nem azonosítható.

Pathogenesis of post-diarrheal hemolytic uremic syndrome

VTEC/STEC/enterohemorrhagiás E. coli (EHEC) a különböző O szerocsoportokhoz tartozó zoonózisos E. coli klónokhoz tartoznak. Ezek a szerocsoportok olyan specifikus virulenciafaktorokat fejlesztettek ki és szereztek, amelyek lehetővé teszik a baktériumok számára az emberi vastagbél kolonizálását és fertőzését, általában a véráram inváziója nélkül . A lenyelést követően az STEC/VTEC/EHEC véres hasmenést (BD), súlyos vastagbélgyulladást és HUS-t okoz. Ezek a baktériumok EHEC néven ismertek, ha a fertőzés súlyos vastagbél- és/vagy vesebetegséggel jár. A Vero/Shiga toxinok termelését tekintették a patogenitásuk alapjának, azonban valószínűleg más toxinok, mint például a szubtiláz citotoxin (SubAB) és a citoletális distending toxin és a szekretált proteáz C1-észteráz inhibitor az EHEC-ből (StcE) is szerepet játszanak .

A közelmúltban Európában kitört élelmiszer eredetű E. coli O104:H4 járvány ismét felhívta a figyelmet az STEC vagy EHEC fertőzésekre, valamint azok pusztító szövődményeire, a veseelégtelenségre (HUS révén) és az intravaszkuláris koagulopátiából és vaszkulopátiából vagy trombotikus mikroangiopátiából eredő stroke-ra. Az O104:H4 törzs szokatlan virulenciája és letalitása a virulenciafaktorok genetikai keveredésének eredménye, beleértve az enteroaggregatív tulajdonságokat és a többszörös antibiotikum-rezisztenciát, és a mikrobiális evolúció és az E. coli genomikus plaszticitása szempontjából tanulságos. Az O104:H4 törzs ma már enteroaggregatív és enterohemorrhagiás E. coli (EAHEC) néven ismert.

A közelmúltban megfigyeltük az enteroaggregatív képesség (amely a fimbriákon keresztül erős kötődést és a vastagbélhám kolonizációját biztosítja) és a Shiga-toxin (Stx) termelés kombinált tulajdonságait az új és rendkívül halálos európai E. coli O104:H4 törzsben. Azóta kimutatták, hogy ez a törzs egy enteroaggregatív E. coli vonalhoz tartozott, amely Shiga toxin 2 és antibiotikum-rezisztencia géneket szerzett.

A HUS betegség patogenezise továbbra sem teljesen ismert; figyelemre méltó, hogy a HUS során a szérum Stx nem mutatható ki. Úgy tűnik, hogy a polimorfonukleáris leukociták (PMN) kulcsszerepet játszanak az Stx kritikus helyekre, például a vesékbe történő eljuttatásában. Az STEC-asszociált HUS-ban szenvedő gyermekeknél a vesekárosodás mértéke összefügghet a keringő PMN-ekben jelen lévő Stx koncentrációjával. Paradox módon a PMN-en nagy mennyiségű Stx-et tartalmazó betegeknél a vesefunkció megmaradt vagy enyhén károsodott (a HUS inkomplett formája), míg az alacsony PMN-Stx-tartalmú betegeknél általában akut veseelégtelenség lép fel. Ezenkívül a nagy mennyiségű PMN-Stx a citokinek csökkent felszabadulását idézi elő a veseendotheliumban, ami a gyulladás alacsonyabb fokával jár együtt, míg az alacsony toxinmennyiségű PMN citokinkaszkádot indít el, ami gyulladást idéz elő, következésképpen szövetkárosodást okoz. A mikrovaszkulatúra fontos szerepet játszik a patogenezisben: A D+HUS trombocita trombusokkal társul a mikrovaszkulaturában szinte minden érágyban . A HUS-betegek plazmája a legtöbb szervből származó tenyésztett mikrovaszkuláris endotélsejtek apoptózisát indukálja . A D+HUS patogenezisében két kulcsfontosságú esemény játszik szerepet: a Von Willebrand-faktor (VWF) megváltozott aktivitása (például az ADAMTS13 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motif-13) hiánya esetén) és a mikrovaszkuláris endotélsejtek helyspecifikus aktivációja és/vagy apoptózisa. Az ADAMTS13 hiánya, amely az endotélsejtekből újonnan felszabaduló proadhezív ultranagy VWF-multimerek proteolitikus feldolgozását közvetíti, feltehetően szintén szerepet játszik a D+HUS koagulopátiában. E folyamatok megszakításának megcélzása reményt ad a lehetséges új kezelési módokra.

A baktériumos bélpatogének a Peyer-foltok felett elhelyezkedő tüsző-asszociált epitéliumot veszik célba. A mikroorganizmusok az M-sejteken keresztül áthatolnak a bélgáton, és a nyálkahártya makrofágjai befogják őket. Az STEC/EHEC képes in vivo kölcsönhatásba lépni a Peyer-foltokkal és transzlokálódni a nyálkahártyán keresztül. Miután a makrofágok és az M-sejtek befogadták őket, a baktériumok Stx-et termelnek, és e gazdasejtek apoptózisát, valamint Stx felszabadulását idézik elő. Ezek a mikroba/gazdasejt kölcsönhatások új terápiás célpontokat jelenthetnek.

A jelenlegi kezelési stratégiák: multicélú megközelítés

A HUS akut veseelégtelenséget és az ebből következő folyadék- és elektrolitegyensúly zavarát, hemolízist, a véralvadási kaszkád trombocitopéniával járó zavarát és a stroke kockázatát foglalja magában. Ezt a szindrómát a toxin további hatásaival és a komplementkomplex-képződéssel együtt sürgősen kezelni és kezelni kell egy többcélú megközelítéssel. Ez magában foglalja az általános szupportív intézkedések, trombocita- és trombolitikus szerek és trombin gátlók, antimikrobiális szerek, probiotikumok, toxin semlegesítők (szintetikus és természetes kötőanyagok, antitestek stb.) szelektív alkalmazását; valamint a kóros folyamatok megszakítására (például a terminális komplementkomplex-képződés gátlására) a patogenetikai útvonal kulcsfontosságú elemei elleni antitestek alkalmazását. Az Stx-et hordozó PMN-ek megcélzása a jövőbeli kutatások eredményes stratégiája lehet, akárcsak a lehetséges génterápia. A D+HUS kezelése az állapot természetéből és az érintett útvonalak sokféleségéből adódóan összetett. Az 1. táblázat összefoglalja a kezelés megközelítését, és felsorolja a kipróbált és kísérleti kezeléseket.

Általános támogató intézkedések

A folyadékszint és az elektrolitegyensúly rendkívül fontos a HUS kialakulásának megelőzésében és kezelésében (lásd 1. táblázat).

Az akut vesepótló kezelés (ARRT; például peritoneális dialízis (PD) vagy hemodialízis) bizonyítottan javítja az eredményeket. A D+HUS-ban és akut vesekárosodásban szenvedő, korai PD-ben részesülő gyermekeknél az alacsony vérlemezkeszámú betegeknél a vérzés kockázata nélkül javulhat a kimenetel. Ezen túlmenően az eljárás biztonságosnak tűnik, különösen a nagyon alacsony vérlemezkeszámú betegek esetében, akiknél nem észleltek vérzéses epizódokat. Alternatív megoldásként gyakran hemodialízisre van szükség. Szükséges a magas vérnyomás antihipertenzív terápiája is, ha ez megfelelő. Úgy tűnik, hogy a plazmainfúziónak és a plazmacserének előnyös szerepe van , azonban az apherézis előnye továbbra is bizonytalan.

A hematológiai problémák és a koagulopátia kezelése

A hemoglobin, a hematokrit és a vérlemezkeszám ellenőrzése elengedhetetlen. A hemolízis laktát-dehidrogenázzal (LDH) és haptoglobinnal történő ellenőrzése szintén hasznos. A hemolízisből eredő vérszegénység teljes vér vagy csomagolt vörösvértestek transzfúziójával korrigálható. Trombocita-transzfúzióra ritkán van szükség, és általában kerülendő.

A toxin további hatásainak megelőzése

Az antimikrobiális szerek: használni vagy kerülni?

Az antibiotikumok általában kerülendők, mivel a verotoxin (VT)/Stx nemkívánatos felszabadulásának lehetősége miatt a haldokló és elhalt baktériumsejtek által . Ráadásul az endotoxin felszabadulásának kockázata tovább növelheti a beteg amúgy is potenciálisan halálos terheit. Az antibiotikumok in vitro szubinhibitorikus koncentrációi növelhetik a VT/Stx termelését és felszabadulását bakteriofág indukció révén . Egy egér- és malacvizsgálat azt sugallta, hogy a foszfomicinnel végzett humán vizsgálatok indokoltak. Az összesített prospektív adatok azonban nem mutatták ki az antibiotikumok előnyeit. Csak egy foszfomicinkísérletről számoltak be . A foszfomicinre vonatkozó adatokat azonban megkérdőjelezték (lásd az 1. táblázatot). Míg Japánban sok orvos még mindig használ antibiotikumokat, beleértve a foszfomicint is, a biztos vagy lehetséges STEC-fertőzésben szenvedő betegeknél, a máshol uralkodó konszenzus szerint az antibiotikumokat kerülni kell. Újabb bizonyítékok támasztják alá ezt, különösen a β-laktám és más baktericid antibiotikumokkal kapcsolatban.

Lumenális toxin semlegesítők (szintetikus és természetes kötőanyagok, antitestek stb.)

A Stx receptorának, a globotriaozilceramidnak (Gb3) a ligandumutánzóit használó stratégiákat javasoltak, amelyek a gasztrointesztinális traktusban kötődnek az Stx-hez azzal a szándékkal, hogy megakadályozzák a toxin terjedését az extraintestinalis helyekre. A klinikai gyakorlatban azonban a kár már megtörtént, mielőtt ezek a ligandumok hasznot hozhatnának. Csak egy klinikai vizsgálatot végeztek (sajnos sikertelenül) egy szerrel, a Synsorb PK-val, amely ezt a tényt igazolta. Az egyéb szereket az 1. táblázat tartalmazza .

Az intralumenális semlegesítők hatékonyak lehetnek a toxin szisztémás felvételének csökkentésében, de mivel a toxin állítólag nem található meg a szérumban, a semlegesítőknek a polimorfonukleáris leukocita-asszociált toxin toxikus hatásaira gyakorolt hatásának vizsgálatára irányuló vizsgálatok lennének az első lépés.

Az antitestek

A semlegesítő Shiga toxin specifikus antitestek potenciálisan hasznosak terápiás szerekként. A toxinok AB-toxinok aktív és kötőelemekkel, és nyilvánvaló célpontjai az antitestek semlegesítésének. Az Stx1 A alegységének epitópjait célzó monoklonális antitestek nagymértékben védő hatásúnak bizonyultak, amikor letálisan kezelt állatoknak adták be őket . Szájon át beadott immunglobulint terápiásan alkalmaztak számos gyomor-bélrendszeri fertőzésnél (például rotavírus; Gastrogard-R) . A hasmenést okozó E. coli, különösen az STEC és az intimin és HEC-hemolysin expresszáló E. coli által okozott hasmenésben szenvedő betegeket a Shiga-toxin és az enterohemorrhagiás E. coli-hemolysin elleni antitestekben gazdag, egyesített szarvasmarha-kolosztrum beadásával kezelték egy placebo-kontrollált, kettős vak vizsgálatban. Értékelték a tünetek megszűnését és a fertőző törzsek széklettel történő kiválasztását. A kolosztrumterápia hatása a kórokozók hordozására vagy a fertőzés szövődményeire nem volt kimutatható, a székletürítés gyakorisága azonban csökkent . Az E. coli lipopoliszacharid (LPS) elleni antitest szintén terápiás felhasználási lehetőséggel bír, mivel gátolja az STEC-nek a humán bélhám (Henle 407) sejtvonalhoz való tapadását . Hasonlóképpen, humán vizsgálatokra lenne szükség a klinikai hatékonyság kimutatásához.

Más toxinmegkötők/neutralizátorok

A legtöbb ilyen szer közvetlenül kötődik a toxinhoz és gátolja a célsejteken jelen lévő receptorához való kötődést . Az ilyen új Stx-neutralizátorok új terápiás modalitást kínálnak az STEC/EHEC-fertőzések ellen, és az 1. táblázat részletezi őket.

Szisztémásan alkalmazott (intravénás) toxinmegkötők

Az Stx2-hez kötődő sejtáteresztő peptidről (TVP) kimutatták, hogy csökkenti a betegség súlyosságát és megmenti a fiatal páviánokat a halálos Stx2-dózistól (50 ng/kg) .

A Stx endoszómából a Golgiba történő átvitelének blokkolói

A közelmúltban kimutatták, hogy a mangán (Mn2+) fém gátolja az STx endoszómából a Golgiba történő átvitelét. Ez egy lehetséges olcsó terápiás megközelítést kínál. (1. táblázat).

A baktérium és a gazdasejt kölcsönhatásának blokkolói: probiotikumok

A bélpatogének felszíni molekulákat mutatnak, amelyek lehetővé teszik a szervezet számára, hogy a gazdasejt receptoraihoz kapcsolódjon. Hasonlóképpen, a bakteriális toxinoknak is szükségük van gazdasejt receptorokra a kötődéshez és a sejtbe jutáshoz. A mikroba és a gazdasejt kölcsönhatásának blokkolására “dizájner” probiotikumokat fejlesztettek ki. Az ártalmatlan rekombináns baktériumok olyan molekulákat fejeznek ki, amelyek a gazdasejt receptorait (például Gb3) utánozzák a felszínükön, ezáltal megtévesztve a kórokozót, hogy a gazdasejt receptora helyett a probiotikumhoz kapcsolódjon. A probiotikus baktériumoknak túl kell élniük a csöves utat, ahol emésztőenzimekkel és egyéb kedvezőtlen körülményekkel találkoznak. A kísérleti adatok még várhatók.

Egy másik megközelítésben a Bifidobacterium longum HY8001 kultúrák felülúszóját használták, amelyet úgy terveztek, hogy gátolja a VT/Stx hatását a VT-k B alegységének a Gb3-hoz való kötődésében való zavarása révén.

A terminális komplementkomplex-képződés gátlása

A Shiga-toxin komplement aktiválására és a H faktor kötésére vonatkozó bizonyítékok, valamint a komplement alternatív útvonalon keresztül a hasmenéssel összefüggő hemolitikus urémiás szindrómában betöltött aktív szerepére vonatkozó bizonyítékok alapján néhány anekdotikus beszámoló jelent meg a súlyos Stx-asszociált HUS sikeres kezeléséről az eculizumab monoklonális antitesttel . Neurológiai szempontból a három beteg az első eculizumab-infúziót követő 24 órán belül drámai javulást mutatott. A klinikai javulás a betegség aktivitását jelző markerek gyors normalizálódásával járt együtt. Ezek a kezdeti eredmények rendkívül ígéretesek, és optimistán várják a nagyszabású, randomizált, placebo-kontrollált vizsgálatok eredményeit.

Vakcinák

Egy sor állatmodellben különböző vakcinastratégiákat alkalmaztak változó sikerrel. A stratégiák rekombináns virulenciafehérjék, például Stx, intimin és E. coli secreted protein A (EspA) vagy az Stx2 és Stx1 A és B alegységeinek peptidjei vagy fúziós fehérjéi, például Stx2Am-Stx1B, vagy az EHEC O157:H7 avirulens szellemsejtjei felhasználásával készültek. Az élő attenuált baktériumok, például a Salmonella, mint a nyálkahártya kórokozók, köztük az EHEC elleni vakcinafehérjék hordozójaként való alkalmazása nyilvánvaló előnyökkel jár. Az egyéb megközelítéseket az 1. táblázat tartalmazza .

A HUS-ban szenvedő emberekben és a négy STEC-szerotípusból származó III. típusú szekretált fehérjékkel (T3SP) immunizált nyulakban, valamint kísérletileg fertőzött szarvasmarhákban termelt antitestek több HUS-szerotípushoz közös fehérjéket mutattak ki (1. táblázat). Ezek nagymértékben immunogének voltak a vakcinázott és a természetes úton fertőzött alanyokban, és a STEC-vakcina jövőbeli jelöltjeit jelentik (1. táblázat).

A fehérjealapú vakcinák mellett a DNS-vakcinák is az EHEC megelőzésének legújabb fejleményei, amelyek egérmodellben biztató eredményeket hoztak (1. táblázat).

A beadás módja (intramuszkuláris, intranazális, orális, intragasztrális stb.) számos ilyen vakcina esetében nem csak az immunogenitást, hanem a kihívás alatti védőhatást is befolyásolja. Egy növényi alapú orális vakcinával történő oltás megvédte az egereket az Stx2 halálos szisztémás mérgezésével szemben. Ez biztatónak tekinthető. Nyilvánvaló, hogy a humán vizsgálatokról szóló jelentésekig még van némi idő, de az EHEC megbetegedések számos és gyakori kitörése folyamatosan emlékeztet bennünket arra, hogy sürgősen meg kell védeni a lakosságot ezekkel az újonnan megjelenő és gyakran pusztító zoonózisokkal szemben.

Jövőbeli irányok és következtetések

A HUS sikeres kezelésének továbbra is jelentős akadályai vannak, tekintettel a HUS patogenezisének összetettségére, amely magában foglalja a kulcsfontosságú homeosztatikus útvonalak zavarát, amely komplex biokémiai és fiziológiai rendszereket érint. Nem valószínű, hogy egyetlen útvonalnak egy kezelési móddal való megcélzása kellően sikeres lesz; többcélú megközelítésre lenne szükség. Tekintettel azonban az eculizumab látszólagos sikerére, bár az esetek száma elenyésző, ígéretes kezelési stratégiát kínálhat. A kezelés célja az STEC-fertőzés legsúlyosabb szövődményeinek (azaz a veseelégtelenség és a központi idegrendszeri szövődmények, például a stroke és a sokk) megelőzése, amelyek továbbra is túlságosan gyakoriak. Egyértelmű, hogy a HUS patogenezisének jobb megértése további, esetleg jobb kezelési célpontokhoz fog vezetni. Az a felfedezés, hogy a Mn2+ képes blokkolni az endoszóma-Golgi-transzportot, kétségtelenül embereken végzett randomizált, kontrollált kísérletekhez fog vezetni. Ezeket élénk érdeklődéssel várjuk. Ami a megelőzést illeti, meg kell kérdőjeleznünk az élelmiszer-elosztás globalizációját a benne rejlő veszélyekkel és az energiaforrások pazarló felhasználásával, ami óriási szénlábnyomot eredményez.