Verotoxigenic Escherichia coli (VTEC) とヒト疾患の関連性は30年以上も前からある． 1982年に米国で発生したVTECによる集団感染は、この病原体に世界の注目を集めることになった。 Verocytotoxinの発見、そしてKarmaliらによるVTEC（別名Shiga-toxigenic Escherichia coli：STEC）による下痢後溶血性尿毒症症候群（D+HUS）症例の論文以来、多くの知識が蓄積されてきましたが、これらの感染症の治療成功はまだ見えてきません。

Sources and pathogenesis of VTEC infection

Sources and spread of VTEC

家畜、特に牛、羊、ヤギなどの反芻動物の腸管コロニー形成が、VTEC/STECの起源と考えられています。 これらの感染源から、動物または植物由来のさまざまな食品、水泳や飲用、食用植物の栽培に使用される水など、ヒトへのさまざまな感染経路が派生します。 特に発展途上国では、食物や種子の人間の糞便による汚染も一役買っている可能性がある。

VTEC が広がる可能性は、食物のグローバル化によってさらに高まり、VTEC が人口の大部分に急速に広がる大きなチャンスとなっている。 グローバルな食品流通は固有のリスクを伴い、最近ヨーロッパで目撃されたように、食品媒介病原体の制御と発生源の特定に大きな困難をもたらす。 この点については、Werber らの解説で詳しく述べられています。

VTEC 株

VTEC にはさまざまな株があり、リンク先の解説で述べたように、O157 クローンは非 O157 株より流行が少ないものの、より強毒である傾向にあります。 したがって、非O157 VTEC株はもともと報告されており、熱心な微生物学者によってのみではあるが、その後も報告され続けていたが、この分野のほとんどの研究者はほとんど無視していた。 ヒトの腸内では常に大腸菌の血清型が広範囲にわたって多様化しており、このことは動物、特に牛でも確認されているという一般的に観察されている事実には注意が払われていないようである。 反芻動物の糞便には様々な VTEC の血清型が含まれているが、O157 や O111 など、まれにしか存在せず、数も少ないが、特に病原性の高いものがある。 重要なことは、他の血清型も増加する可能性があることで、ある集団発生の研究では、患者が感染しているVTECの血清型が多いほど、臨床状態が悪化することが示されている（ただし、主なVTEC血清型はO111であった）。 牛から VTEC O111 が分離されることはまれであるが、VTEC 株と区別のつかない非 VTEC 株が、特に病気の牛や患者の糞便中に多く見られる。

詳細な研究により、志賀毒素は一連の亜型に細分化でき、これらは宿主特異性もあることが示されている。 このように、VTEC株には「二重の宿主特異性」がある。 あるクローンはウシに特異的であり、別のクローンはヒツジに特異的である。 これらの菌株が持つ毒素サブタイプは、これらの哺乳類宿主に見られるVTECタイプに特異的である。

Pathogenesis of post-diarrheal hemolytic uremic syndrome

VTEC/STEC/enterohemorrhagic E. coli（EHEC）は、異なるO血清群の動物由来大腸菌のクローンに属している。 これらの血清群は、ヒトの大腸に定着し感染するための特異的な毒性因子を獲得し、通常は血流に侵されることなく進化してきた。 いったん摂取されると、STEC/VTEC/EHEC は血性下痢（BD）、重症大腸炎および HUS を引き起こします。 これらの細菌は、感染が重篤な大腸疾患や腎疾患を伴う場合、EHECと呼ばれます。 ベロ/志賀毒素の産生が病原性の根拠とされてきたが、サブチラーゼ細胞毒素（SubAB）、細胞致死性膨張毒素、EHEC由来C1エステラーゼ阻害剤分泌プロテアーゼ（StcE）など他の毒素もおそらく関与していると思われる。

最近ヨーロッパで発生した食品由来の大腸菌O104:H4は、STECまたはEHEC感染と、その破壊的な合併症である腎不全（HUSによる）、血管内凝固障害や血管障害、血栓性微小血管障害による脳卒中に再び注目が集まっています。 O104:H4株の特異な病原性と致死性は、腸管凝集性や複数の抗生物質耐性などの病原性因子の遺伝的混合の結果であり、微生物の進化と大腸菌のゲノム可塑性の教訓である 。 O104:H4株は現在、腸内凝集性腸管出血性大腸菌（EAHEC）として知られている。

我々は最近、新規で致死性の高いヨーロッパ大腸菌O104:H4株に、腸内凝集能（ビンブリアによる強い付着性と大腸上皮への定着性）と志賀毒素（Stx）産生の複合特性を観察してきた。 その後、この株は志賀毒素2の遺伝子と抗生物質耐性を獲得した腸内凝集性大腸菌の系統に属することが明らかになった。

HUSの病因はまだ不完全に理解されているが、驚くべきことに、HUS発症中の血清Stxは検出不能である。 多形核白血球（PMN）がStxを腎臓などの重要な部位に運搬する重要な役割を担っているようである。 STEC関連HUSの小児における腎障害の程度は、循環PMNに存在するStxの濃度に関連していると思われる。 逆説的ではあるが、PMN上のStx濃度が高い患者は腎機能が保たれているかわずかに低下している（不完全型HUS）のに対し、PMN-Stx濃度が低い症例では通常急性腎不全を呈している。 さらに、高濃度のPMN-Stxは腎内皮からのサイトカイン放出を抑制し、それに伴って炎症も抑制されるが、低濃度の毒素PMNはサイトカインカスケードを引き起こし、炎症とそれに伴う組織障害を誘発する。 微小血管は病態形成に重要な役割を担っている。 D+HUSは、ほとんどすべての血管床の微小血管に血小板血栓を伴う。 HUS患者の血漿は、ほとんどの臓器の培養微小血管内皮細胞のアポトーシスを誘導する。 D+HUSの病因には2つの重要なイベントが関与している：Von Willebrand因子（VWF）活性の変化（例えば、「トロンボスポンジモチーフ13を持つa disintegrin and metalloproteinase」（ADAMTS13）欠損で見られる）、微小血管内皮細胞の部位特異的活性化および/またはアポトーシスである。 内皮細胞から新たに放出された接着性の高い超大型VWF多量体のタンパク質分解処理を仲介するADAMTS13の欠損も、D+HUS凝固障害に関与していると考えられている。 1464>

細菌性腸内病原体は、パイエル板を覆う濾胞関連上皮を標的としている。 微生物はM細胞を介して腸のバリアを破り、粘膜マクロファージに捕捉される。 STEC/EHECは、生体内でパイエル板と相互作用し、粘膜を通過することができる。 マクロファージやM細胞に取り込まれた後、細菌はStxを産生し、これらの宿主細胞のアポトーシスとStxの遊離を誘導する。 これらの微生物と宿主細胞の相互作用は、新たな治療ターゲットとなりうる。

現在の治療戦略：マルチターゲット・アプローチ

HUS は、急性腎不全とそれに伴う体液・電解質バランスの乱れ、溶血、血小板減少による凝固カスケードの崩壊、そして卒中のリスクで構成されています。 この症候群は、毒素や補体形成のさらなる影響とともに、多目的なアプローチで緊急に管理・対処されなければならない。 これには、一般的な支持手段、抗血小板剤、血栓溶解剤、トロンビン阻害剤の投与、抗菌剤の選択的使用、プロバイオティクス、毒素中和剤（合成および天然の結合剤、抗体など）、病的プロセスを中断する主要病原経路要素に対する抗体（例えば、終末補体系形成の阻害）などが必要である。 Stxを運ぶPMNsを標的とすることは、遺伝子治療の可能性と同様に、将来の研究にとって生産的な戦略であると考えられる。 D+HUSの管理は、その病態の性質と影響を受ける経路の多様性から、複雑である。 表1に管理方法をまとめ、試験的・実験的な治療法をリストアップした。

一般的な支持療法

体液量と電解質バランスはHUS発症の予防と管理に極めて重要である（表1参照）

急性腎代替療法（ARRT：例えば腹膜透析（PD）や血液透析）は予後の改善につながることがわかってきた。 D+HUSで急性腎障害のある小児に早期に腹膜透析を行うと、血小板数の少ない患者でも出血のリスクなく転帰が改善される可能性がある。 さらに、この方法は、特に血小板数が非常に少ない症例において、出血のエピソードが記録されていないことから、安全であると思われる。 あるいは、血液透析が必要となることも多い。 また、適切な場合には高血圧に対する降圧療法も必要です。 血漿輸液や血漿交換には有益な役割があると思われますが、アフェレシスによる有益性はまだ不明です。

血液学的問題と凝固障害の管理

ヘモグロビン、ヘマトクリット、血小板数のモニタリングは不可欠です。 乳酸脱水素酵素（LDH）とハプトグロビンによる溶血のモニタリングも有用である。 溶血による貧血は、全血または充填赤血球の輸血による補正が必要な場合がある。 血小板輸血はほとんど必要なく、通常は避ける。

毒素の影響を防ぐ

抗菌薬：使用すべきか避けるべきか

死滅した細菌細胞からベロ毒素（VT）/Stxを放出する可能性があるので、抗生物質は通常避けるべきものである。 さらに、エンドトキシンの放出のリスクは、すでに致命的となりうる患者の負担を増大させる可能性があります。 試験管内で亜抑制濃度の抗生物質は、バクテリオファージの誘導により、VT/Stxの産生と放出を増加させる可能性がある。 マウスと子豚の研究から、ホスホマイシンのヒトでの臨床試験が必要であることが示唆された。 しかし、プールされたプロスペクティブデータは、抗生物質の有益性を示さなかった。 ホスホマイシンの臨床試験は1件のみ報告されている。 しかし、ホスホマイシンのデータには疑問が呈されている（表1参照）。 日本では、多くの医師が腸管系STEC感染症患者に対してホスホマイシンを含む抗生物質を使用しているが、他の地域では抗生物質の使用を避けるべきというのが一般的なコンセンサスである。

内腔毒素中和剤（合成および天然の結合剤、抗体など）

Stx の受容体であるグロボトリアオシルセラミド（Gb3）のリガンド模倣品を用いて、消化管内で Stx に結合し、腸管外への毒素拡散を防止する戦略が提唱されている。 しかし、臨床の現場では、これらのリガンドが有効である以前に、すでにダメージを受けている。 この事実を証明する臨床試験は、Synsorb PKという1剤で1回だけ行われた（残念ながら失敗に終わった）。 他の薬剤は表1にリストされている。

内膜中和剤は毒素の全身への取り込みを減らすのに有効かもしれないが、毒素は血清中には存在しないとされているので、多形核白血球関連毒素の毒性に対する中和剤の効果を調べるためにデザインされた研究は、最初のステップとなるだろう。

抗体

中和志賀毒素特異抗体は治療剤として有用であると考えられる。 この毒素は活性と結合要素を持つAB型毒素であり、抗体の中和の標的であることは明らかである。 Stx1のAサブユニットエピトープを標的とするモノクローナル抗体は、致死的に処理した動物に投与した場合、高い保護効果を示すことが示されている。 経口投与された免疫グロブリンは、多くの消化器感染症（例えば、ロタウイルス；ガストロガード-R）に対して治療的に使用されてきた。 下痢原性大腸菌、特に STEC、intimin および HEC-hemolysin を発現する大腸菌による下痢症患者に対し、志賀毒素および腸管出血性大腸菌ヘモリシンに対する抗体を豊富に含むプールした牛の初乳を投与し、プラセボ対照の二重盲検試験において治療を行った。 症状の消失と感染株の糞便中への排泄を評価した． 初乳療法は病原体の保有率や感染症の合併症に影響を与えなかったが、便の回数が減少した。 大腸菌リポ多糖（LPS）に対する抗体も、ヒト腸管上皮（Henle 407）細胞株への STEC の接着を阻害することから、治療の可能性がある。 1464>

その他の毒素結合剤／中和剤

これらの薬剤のほとんどは、毒素に直接結合し、標的細胞上に存在する受容体への結合を阻害する。 このような新しいStx中和剤は、STEC/EHEC感染に対する新しい治療法を提供し、表1に詳述されている。

全身適用（静脈内）毒素結合剤

Stx2に結合する細胞透過性ペプチド（TVP）は、疾患の重症度を下げ、致死量のStx2（50 ng/kg）から幼少ヒヒを救済することが示された。

Blockers of endosome-to-Golgi trafficking of Stx

最近、金属マンガン（Mn2+）がSTxのエンドソームからゴルジ体への輸送をブロックすることが示された。 これは安価な治療法として可能性がある。 (表1）

細菌と宿主細胞の相互作用をブロックするもの：プロバイオティクス

腸内病原体は、宿主細胞の受容体に結合するための表面分子を有しています。 同様に、細菌の毒素は、結合と細胞侵入のために宿主細胞の受容体を必要とする。 微生物と宿主細胞の相互作用を阻害するために、「デザイナー」プロバイオティクスが開発されてきた。 この無害な組み換え細菌は、その表面に宿主細胞の受容体（例えばGb3）を模倣する分子を発現し、それによって病原体を欺いて、宿主細胞の受容体ではなくプロバイオティクスに付着させるのである。 プロバイオティクス細菌は、消化酵素やその他の悪条件に遭遇するチューブジャーニーを生き抜かなければならない。 1464>

別のアプローチとして、ビフィズス菌HY8001の培養上清を用い、VTのBサブユニットのGb3への結合を阻害することによりVT/Stxの効果を抑制するよう設計されている。

Inhibition of terminal complement complex formation

Shiga toxin activates complement and binds factor H and evidence for a active role of complement via the alternative pathway in diarrhea-associated hemolytic urmic syndromeに基づいて、モノクローナル抗体エクリズマブで重度のStx関連HUSの治療に成功したいくつかの逸話的報告が発表されている。 この3名の患者は，最初のエクリズマブ投与後24時間以内に神経学的に著明に改善した． 臨床的な改善は、疾患活動性マーカーの急速な正常化に関連していました。 これらの初期結果は非常に有望であり、大規模な無作為化プラセボ対照試験による結果が楽観的に待たれるところである。 Stx, intimin, E. coli secreted protein A (EspA) などの組換え病原性タンパク質、Stx2 と Stx1 の A と B サブユニット Stx2Am-Stx1B などのペプチドや融合タンパク質、EHEC O157:H7 の無菌性ゴーストセルなどが使用されてきた。 EHECを含む粘膜病原体に対するワクチンタンパク質のキャリアーとして、サルモネラ菌のような生きた弱毒菌の応用は、明らかに有利である。 その他のアプローチを表1に示す。

HUSのヒト、4つのSTEC血清型のIII型分泌蛋白（T3SP）を免疫したウサギ、および実験的に感染した牛で作られた抗体から、いくつかのHUS血清型に共通する蛋白が検出された（表1）。 これらのタンパク質ベースのワクチンと同様に、DNAワクチンもEHEC予防のための最近の開発であり、マウスモデルで有望な結果を示している（表1）。 植物由来の経口ワクチンを接種すると、Stx2による致死的な全身毒性に対してマウスを保護することができた。 これは励みになります。 ヒトでの臨床試験が報告されるにはまだ時間がかかることは明らかであるが、EHEC 疾患の多数かつ頻繁な発生は、これらの新興かつしばしば壊滅的な人獣共通感染症から人々を守ることの緊急性を常に私たちに思い起こさせるものである。 単一の経路を標的とした治療法では十分な効果が期待できないため，マルチターゲット・アプローチが必要であると思われる。 しかし、症例数が少ないとはいえ、エクリズマブの明らかな成功例から、有望な治療戦略を提供できる可能性があります。 治療は、STEC感染による最も深刻な合併症（すなわち、腎不全や中枢神経系の合併症、例えば脳卒中やショック）を防ぐために行われますが、これらは依然としてあまりに一般的です。 HUSの病態をよりよく理解することが、新たな、そしておそらくはよりよい治療目標につながることは明らかである。 Mn2+がエンドソームからゴルジ体への輸送を阻害するという発見は、間違いなくヒトでのランダム化比較試験につながるだろう。 このような研究が待ち望まれている。 予防という点では、食品流通のグローバル化に伴う危険性や、エネルギー資源の浪費による二酸化炭素排出量の増大を疑問視すべきであろう。