A associação da Escherichia coli verotoxigénica (VTEC) com a doença humana remonta há mais de 30 anos . A ocorrência de surtos devido à VTEC nos EUA em 1982 concentrou a atenção do mundo sobre esses patógenos. Desde a descoberta da verocitotoxina, e o trabalho de Karmali et al. de casos de síndrome hemolítica uremica pós-diarreica (D+HUS) causada por VTEC, também conhecida como Shiga-toxigenic Escherichia coli (STEC), um grande conjunto de conhecimentos se acumulou, mas apesar dessas informações, o tratamento bem sucedido dessas infecções tem permanecido elusivo.

Fontes e patogênese da infecção por VTEC

Fontes e propagação da VTEC

Colonização intestinal de animais de fazenda, especialmente ruminantes como bovinos, ovinos e caprinos é a origem provável da VTEC/STEC. Destas fontes derivam uma variedade de veículos de transmissão ao homem, incluindo muitos alimentos diferentes de origem animal ou vegetal, e água usada para nadar e beber e para o cultivo de plantas comestíveis. A contaminação fecal humana de alimentos e sementes também poderia desempenhar um papel, especialmente em países em desenvolvimento .

O potencial de propagação do VTEC é ainda agravado pela globalização dos alimentos, que apresenta uma grande oportunidade para que o VTEC se espalhe rapidamente para grandes grupos da população. A distribuição global de alimentos carrega um risco inerente e apresenta grandes dificuldades no controle de patógenos de origem alimentar e na identificação de fontes de surtos, como foi recentemente testemunhado na Europa. Isto é ainda discutido no comentário de Werber et al. .

Estirpes de VTEC

Existem diversas estirpes de VTEC, e, como discutido no comentário relacionado, os clones de O157, embora menos prevalentes que as não-O157, tendem a ser mais virulentos. Assim, embora as cepas de VTEC não-O157 tivessem sido originalmente relatadas e continuassem a ser relatadas, embora apenas por microbiologistas dedicados, a maioria dos pesquisadores na área as ignorou em grande parte. Nenhuma atenção parece ter sido dada ao fato geralmente observado de que existe uma grande diversidade de serótipos de E. coli no intestino humano em qualquer momento e isso também foi encontrado em animais, especialmente bovinos. A maioria das fezes dos ruminantes contém uma variedade de serotipos VTEC, mas alguns, como o O157 e também o O111, embora raramente presentes e depois apenas em pequeno número, são particularmente virulentos. É importante notar que um número crescente de outros serótipos pode estar envolvido e um estudo de um surto mostrou que quanto mais serótipos VTEC um paciente está infectado, pior é a condição clínica (embora o principal sorotipo VTEC fosse o O111). Enquanto isolamentos de VTEC O111 de gado são raros, cepas não VTEC, que de outra forma são indistinguíveis das cepas VTEC, parecem abundantes, especialmente nas fezes de gado e pacientes doentes .

Estudos detalhados mostraram que as toxinas Shiga podem ser subdivididas em uma série de subtipos e que estes também são específicos do hospedeiro. Assim, existe uma “dupla especificidade do hospedeiro” entre as linhagens VTEC. Alguns clones são específicos dos bovinos, enquanto outros são específicos dos ovinos. Os subtipos de toxinas que essas linhagens carregam são específicos dos tipos de VTEC encontrados nesses hospedeiros mamíferos. Portanto, por não se procurar a presença de todos os serótipos de VTEC durante um surto, uma grande quantidade de informação epidemiológica é perdida e a indicação do animal fonte não é identificada.

Patogênese da síndrome hemolítica uremica pós-diarreica

VTEC/STEC/enterohemorrágica E. coli (EHEC) pertencem a clones de E. coli zoonóticos de diferentes grupos O. Estes serogrupos evoluíram e adquiriram fatores de virulência específicos que permitem que as bactérias colonizem e infectem o cólon humano, geralmente sem invasão da corrente sangüínea. Uma vez ingeridos, STEC/VTEC/EHEC causam diarréia sanguinolenta (BD), colite grave e HUS. Estas bactérias são conhecidas como EHEC quando a infecção está associada a doenças cólicas e/ou renais graves. A produção de toxinas Vero/Shiga tem sido considerada a base para a sua patogenicidade, no entanto, outras toxinas como a citotoxina subtilase (SubAB) e a toxina distendente citoletal e protease secretada do inibidor de esterase C1 do EHEC (StcE) provavelmente desempenham um papel.

O recente surto de E. coli O104:H4 de origem alimentar na Europa chamou mais uma vez a atenção para as infecções por EHEC ou STEC juntamente com as suas devastadoras complicações de insuficiência renal (através da HUS), e AVC por coagulopatia intravascular e vasculopatia ou microangiopatia trombótica. A virulência e letalidade incomum da cepa O104:H4 é o resultado da mistura genética de fatores de virulência, incluindo propriedades enteroagregantes e resistência a antibióticos múltiplos, e é uma lição sobre a evolução microbiana e a plasticidade genômica da E. coli . A cepa O104:H4 é agora conhecida como E. coli enteroagregante e enterohemorrágica (EAHEC).

Observamos recentemente as propriedades combinadas da capacidade enteroagregante (fornecendo forte ligação via fimbriae e colonização do epitélio colônico) com a produção da toxina Shiga (Stx) na nova e altamente letal cepa européia E. coli O104:H4. Desde então foi demonstrado que esta linhagem pertenceu a uma linhagem enteroagregante de E. coli que adquiriu genes para a toxina Shiga 2 e resistência a antibióticos .

A patogénese da doença HUS permanece incompletamente compreendida; notavelmente, durante o soro HUS o Stx é indetectável. Parece que os leucócitos polimorfonucleares (PMN) são os principais agentes na entrega do Stx a locais críticos, como os rins. A extensão do dano renal em crianças com HUS associadas ao STEC pode estar relacionada com a concentração de Stx presente no PMN em circulação. Paradoxalmente, pacientes com altas quantidades de Stx no PMN apresentaram função renal preservada ou levemente comprometida (forma incompleta da HUS), enquanto casos com baixas quantidades de PMN-Stx geralmente se apresentam com insuficiência renal aguda. Além disso, altas quantidades de PMN-Stx induzem uma liberação reduzida de citocinas pelo endotélio renal, com congruente menor grau de inflamação, enquanto baixas quantidades de PMN de toxina provocam uma cascata de citocinas, provocando inflamação com conseqüente dano tecidual. A microvasculatura tem um papel importante na patogênese: D+HUS está associado com trombos plaquetários na microvasculatura de quase todos os leitos vasculares. O plasma de pacientes com HUS induz apoptose de células endoteliais microvasculares cultivadas da maioria dos órgãos . Dois eventos chave estão envolvidos na patogênese do D+HUS: a atividade alterada do fator Von Willebrand (VWF) (por exemplo, como visto com “uma deficiência de desintegração e metaloproteinase com motivo de trombospondina-13” (ADAMTS13)) e a ativação e/ou apoptose local específica de células endoteliais microvasculares. Acredita-se que uma deficiência em ADAMTS13, que medeia o processamento proteolítico de Multímeros VWF ultralarge proadhesivos recém liberados de células endoteliais, também desempenhe um papel na coagulopatia D+HUS. A interrupção destes processos dá esperança de potenciais novas modalidades de tratamento.

Patógenos intestinais bacterianos têm como alvo o epitélio associado ao folículo epitelial sobrepondo-se às manchas de Peyer. Os microorganismos rompem a barreira intestinal através das células M e são capturados pelos macrófagos da mucosa. Os STEC/EHEC são capazes de interagir in vivo com as manchas de Peyer e translocar-se através da mucosa. Após serem capturadas por macrófagos e células M, as bactérias produzem Stx e induzem a apoptose destas células hospedeiras e a libertação de Stx. Estas interações micróbio/células hospedeiras poderiam representar novos alvos terapêuticos .

Estratégias de tratamento atuais: uma abordagem multidirecionada

HUS compreende insuficiência renal aguda e sua conseqüente perturbação do equilíbrio hídrico e eletrolítico, hemólise, ruptura da cascata de coagulação com trombocitopenia, com o risco de acidente vascular cerebral. Esta síndrome, juntamente com os efeitos adicionais da toxina, e complementar a formação complexa, deve ser gerenciada e tratada urgentemente, utilizando uma abordagem multidirecionada. Isto envolve a instituição de medidas gerais de apoio, agentes antiplaquetários e trombolíticos e inibidores de trombina, uso seletivo de antimicrobianos, probióticos, neutralizadores de toxinas (ligantes sintéticos e naturais, anticorpos, etc.); e anticorpos contra elementos-chave do caminho patogênico para interromper processos patológicos (por exemplo, inibição da formação de complexos de complemento terminal). O direcionamento de PMNs portadores de Stx poderia ser uma estratégia produtiva para pesquisas futuras, assim como uma possível terapia genética. O manejo de D+HUS é complexo em virtude da natureza da condição e da variedade de caminhos afetados. A Tabela 1 resume a abordagem do manejo e lista tratamentos experimentais e triados.

Medidas gerais de apoio

Níveis de fluído e equilíbrio electrolítico são extremamente importantes na prevenção e gestão do desenvolvimento da HUS (ver Tabela 1).

Terapia de substituição renal aguda (TSRA); por exemplo, a diálise peritoneal (DP) ou hemodiálise) tem mostrado melhorar os resultados. Crianças com D+HUS e lesão renal aguda com DP precoce podem ter melhores resultados sem risco de sangramento em pacientes com baixa contagem de plaquetas. Além disso, o procedimento parece seguro, especialmente em casos com contagem de plaquetas muito baixa e sem episódios de hemorragia registados. Alternativamente, a hemodiálise é frequentemente necessária. A terapia anti-hipertensiva para hipertensão quando apropriado também é necessária. Parece haver um papel benéfico para a infusão e troca de plasma, entretanto, o benefício da aférese permanece incerto .

Gerenciamento de problemas hematológicos e coagulopatia

Monitoramento da hemoglobina, hematócrito e contagem de plaquetas é essencial. A monitorização da hemólise com lactato desidrogenase (LDH) e haptoglobina também é útil. Anemia resultante de hemólise pode precisar de correção com transfusões de sangue total ou eritrócitos. A transfusão de plaquetas é raramente necessária e geralmente evitada .

Prevenir os efeitos da toxina

Antimicrobianos: usar ou evitar?

De acordo com o potencial de liberação indesejável de verotoxina (VT)/Stx por células bacterianas mortas e moribundas, os antibióticos são geralmente evitados . Além disso, o risco de liberação de endotoxinas pode aumentar a carga já potencialmente letal do paciente. Concentrações in vitro sub-inibitórias de antibióticos podem aumentar a produção e liberação de VT/Stx através da indução bacteriófaga . Um estudo em ratos e leitões sugeriu a realização de ensaios de fosfomicina em humanos. No entanto, dados prospectivos agrupados não mostraram nenhum benefício dos antibióticos . Apenas um estudo com fosfomicina foi relatado . No entanto, os dados da fosfomicina foram questionados (ver tabela 1). Enquanto muitos médicos no Japão ainda usam antibióticos incluindo a fosfomicina em pacientes com infecções entéricas STEC definitivas ou possíveis, o consenso predominante em outros lugares indica que os antibióticos devem ser evitados. Evidências mais recentes apoiam isto especialmente em relação a β lactam e outros antibióticos bactericidas .

Nutralizadores de toxinas tumorais (ligantes sintéticos e naturais, anticorpos, etc.)

Estratégias usando mímicas de ligantes do receptor para Stx, globotriaosilceramida (Gb3), ligando-se ao Stx no trato gastrintestinal com a intenção de prevenir a propagação da toxina para locais extraintestinais têm sido propostas. No entanto, na prática clínica, os danos já foram feitos antes que estes ligandos pudessem ser benéficos. Apenas um ensaio clínico foi realizado (infelizmente sem sucesso) com um agente, Synsorb PK, o qual aborreceu este facto. Outros agentes estão listados na Tabela 1 .

Nutralizadores intra-umenais podem ser eficazes na redução da absorção sistêmica de toxina, mas como a toxina não é supostamente encontrada no soro, estudos projetados para examinar o efeito dos neutralizadores nos efeitos tóxicos da toxina associada aos leucócitos polimorfonucleares seriam um primeiro passo.

Anti-corpos

Anti-corpos Neutralizantes específicos da toxina Shiga são potencialmente úteis como agentes terapêuticos. As toxinas são toxinas AB com elementos ativos e ligantes e são alvos óbvios para a neutralização de anticorpos. Os anticorpos monoclonais que visam os epítopos da subunidade A do Stx1 demonstraram ser altamente protectores, quando administrados a animais tratados lealmente. A imunoglobulina administrada oralmente tem sido usada terapeuticamente para várias infecções gastrointestinais (por exemplo, rotavírus; Gastrogard-R) . Pacientes com diarréia causada por E. coli diarréica, especificamente STEC e E. coli-expressora de intimina e HEC-hemolysina foram tratados pela administração de colostro bovino combinado, rico em anticorpos para toxina Shiga e E. coli-hemolysina enterohemorrágica, em um estudo duplo-cego controlado por placebo. Foram avaliadas a resolução dos sintomas e a excreção fecal das cepas infectantes. Nenhum efeito da terapia com colostro no transporte dos patógenos ou nas complicações da infecção pôde ser demonstrado, entretanto, a frequência das fezes foi reduzida. O anticorpo para E. coli lipopolissacarídeo (LPS) também tem o potencial de uso terapêutico através do seu efeito bloqueador sobre a aderência do STEC à linha celular do epitélio intestinal humano (Henle 407). Da mesma forma, seriam necessários ensaios em humanos para demonstrar a eficácia clínica.

Outros ligantes/neutralizadores de toxinas

A maior parte destes agentes liga-se directamente à toxina e inibe a ligação ao seu receptor presente nas células alvo . Esses novos neutralizadores Stx oferecem uma nova modalidade terapêutica contra as infecções STEC/EHEC e estão detalhados na Tabela 1.

Aglutinantes toxínicos sistêmicos (intravenosos) aplicados

Um peptídeo permeável a células (TVP) que se liga ao Stx2 foi mostrado para reduzir a gravidade da doença e resgatar babuínos juvenis de uma dose letal de Stx2 (50 ng/kg) .

Bloqueadores do tráfico de endossome-to-Golgi de Stx

Recentemente foi mostrado que o metal manganês (Mn2+) bloqueia o tráfico de endossome-to-Golgi de STx. Isto oferece uma possível abordagem terapêutica barata. (Tabela 1).

Bloqueadores da interação entre bactérias e células hospedeiras: probióticos

Patógenos intestinais mostram moléculas de superfície permitindo que o organismo se ligue aos receptores das células hospedeiras. Da mesma forma, as toxinas bacterianas requerem receptores de células hospedeiras para a ligação e entrada de células. Para bloquear a interação entre micróbios e células hospedeiras, foram desenvolvidos os probióticos “designer”. As inofensivas bactérias recombinantes expressam moléculas que imitam os receptores das células hospedeiras (por exemplo, Gb3) em sua superfície, enganando assim o patógeno a se ligar ao probiótico em vez de ao receptor da célula hospedeira. As bactérias probióticas devem sobreviver à viagem do tubo, encontrando enzimas digestivas e outras condições adversas. Espera-se dados de teste.

Uma abordagem diferente tem usado o sobrenadante das culturas de Bifidobacterium longum HY8001, projetado para inibir o efeito do VT/Stx através da interferência da subunidade B dos VTs em ligação a Gb3 .

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Inibição da formação de complexo de complemento terminal

Baseado em evidências de que a toxina Shiga ativa o complemento e liga o fator H e evidências de um papel ativo do complemento através da via alternativa na síndrome hemolítica uremica associada à diarréia , alguns relatos anedóticos de tratamento bem sucedido de HUS grave associada ao Stx com o eculizumabe de anticorpos monoclonais foram publicados . Neurologicamente, os três pacientes melhoraram drasticamente em 24 h após a primeira infusão de eculizumabe. A melhoria clínica foi associada à rápida normalização dos marcadores de actividade da doença. Estes resultados iniciais são extremamente promissores e os resultados de ensaios em larga escala controlados por placebo são esperados de forma optimista.

Vacinas

Estratégias de vacina evasivas têm sido utilizadas com sucesso variável em vários modelos animais. As estratégias têm envolvido o uso de proteínas de virulência recombinante como Stx, intimina e E. coli secretadas proteína A (EspA) ou peptídeos ou proteínas de fusão das subunidades A e B de Stx2 e Stx1 como Stx2Am-Stx1B ou células fantasmas avirulentas de EHEC O157:H7 . A aplicação de bactérias vivas atenuadas, como a Salmonella, como portadora de proteínas vacinais contra patógenos da mucosa, incluindo o EHEC, tem vantagens óbvias. Outras abordagens estão listadas na Tabela 1 .

Antibodies produced in humans with HUS and in coelhos immunized with type III secreted proteins (T3SPs) from four STEC serotypes, and experimentally infected cattle revealed proteins common to several HUS serotypes (Table 1). Estas foram altamente imunogênicas em indivíduos vacinados e naturalmente infectados e representam futuros candidatos a uma vacina STEC (Tabela 1).

Como as vacinas baseadas em proteínas, as vacinas de DNA são um desenvolvimento recente na prevenção de EHEC, fornecendo resultados encorajadores em um modelo de rato (Tabela 1).

O modo de administração (intramuscular, intranasal, oral, intra-gástrico, etc.) para uma série destas vacinas não só afeta a imunogenicidade, mas também o efeito protetor sob desafio. A vacinação com uma vacina oral à base de plantas protegeu ratos contra intoxicação sistêmica letal com Stx2 . Isto é visto como encorajador. É claro que ainda há algum tempo antes de serem relatados ensaios em humanos, mas os numerosos e frequentes surtos da doença EHEC nos lembram constantemente da necessidade urgente de proteger a população contra estas zoonoses emergentes e frequentemente devastadoras.

Direções e conclusões futuras

Sistem ainda barreiras significativas para o sucesso do tratamento da HUS, dada a complexidade da patogênese da HUS, que envolve a perturbação das principais vias homeostáticas envolvendo sistemas bioquímicos e fisiológicos complexos. É improvável que uma única via com uma modalidade de tratamento seja suficientemente bem sucedida; uma abordagem multidirecionada pareceria necessária. Entretanto, dado o aparente sucesso do eculizumabe, embora com números de casos minúsculos, ele poderia oferecer uma estratégia promissora para o tratamento. O tratamento é concebido para prevenir as complicações mais graves da infecção por STEC (ou seja, insuficiência renal e complicações do sistema nervoso central, por exemplo, acidente vascular cerebral e choque), que continuam a ser demasiado comuns. É evidente que uma melhor compreensão da patogênese da HUS levará a alvos adicionais e possivelmente melhores para o tratamento. A descoberta de que o Mn2+ pode bloquear o tráfico de endossome-para-Golgi levará sem dúvida a ensaios controlados aleatórios em humanos. Estes serão aguardados com grande interesse. Em termos de prevenção, devemos questionar a globalização da distribuição de alimentos com seus perigos inerentes e seu uso desperdiçador de recursos energéticos resultando em uma pegada gigantesca de carbono.