Asociația dintre Escherichia coli verotoxigenă (VTEC) și bolile umane datează de peste 30 de ani. Apariția unor focare datorate VTEC în SUA în 1982 a atras atenția lumii asupra acestor agenți patogeni. De la descoperirea verocitotoxinei și de la publicarea de către Karmali et al. a unor cazuri de sindrom hemolitic uremic post-diareic (D+HUS) cauzate de VTEC, cunoscut și sub numele de Escherichia coli Shiga-toxigenică (STEC), s-a acumulat un volum mare de cunoștințe, însă, în ciuda acestor informații, tratamentul cu succes al acestor infecții a rămas greu de realizat.

Sursele și patogeneza infecției cu VTEC

Sursele și răspândirea VTEC

Colonizarea intestinală a animalelor de fermă, în special a rumegătoarelor, cum ar fi bovinele, ovinele și caprinele, este originea probabilă a VTEC/STEC. Din aceste surse derivă o varietate de vehicule de transmitere la om, inclusiv multe alimente diferite de origine animală sau vegetală, precum și apa folosită pentru înot și băut și pentru cultivarea plantelor comestibile. Contaminarea cu fecale umane a alimentelor și semințelor ar putea juca, de asemenea, un rol, în special în țările în curs de dezvoltare .

Potențialul de răspândire a VTEC este agravat și mai mult de globalizarea alimentelor, care prezintă o mare oportunitate pentru ca VTEC să se răspândească rapid la mari părți ale populației. Distribuția globală a alimentelor comportă un risc inerent și prezintă mari dificultăți în controlul agenților patogeni de origine alimentară și în identificarea surselor de apariție a focarelor, așa cum s-a văzut recent în Europa. Acest aspect este discutat în continuare în comentariul lui Werber et al. .

Sușe VTEC

Există diverse tulpini de VTEC și, după cum se discută în comentariul legat de acest subiect, clonele O157, deși mai puțin răspândite decât tulpinile non-O157, tind să fie mai virulente. Astfel, deși tulpinile VTEC non-O157 au fost inițial raportate și au continuat să fie raportate, deși numai de microbiologi dedicați, majoritatea cercetătorilor din domeniu le-au ignorat în mare măsură. Se pare că nu s-a acordat nicio atenție faptului, observat în general, că există o mare diversitate de serotipuri de E. coli în intestinul uman la un moment dat și că acest lucru a fost constatat și la animale, în special la bovine . Majoritatea materiilor fecale ale rumegătoarelor conțin o varietate de serotipuri VTEC, dar unele, cum ar fi O157 și O111, deși sunt rareori prezente și doar în număr mic, sunt deosebit de virulente. Este important de menționat faptul că un număr din ce în ce mai mare de alte serotipuri pot fi implicate, iar un studiu privind un focar a arătat că, cu cât sunt mai multe serotipuri VTEC cu care este infectat un pacient, cu atât starea clinică este mai gravă (deși principalul serotip VTEC a fost O111). În timp ce izolările de VTEC O111 de la bovine sunt rare, tulpinile non-VTEC, care de altfel nu se disting de tulpinile VTEC, par să fie abundente, în special în fecalele bovinelor și pacienților bolnavi .

Studii detaliate au arătat că toxinele Shiga pot fi subdivizate într-o serie de subtipuri și că acestea sunt, de asemenea, specifice gazdei. Astfel, există o „dublă specificitate de gazdă” între tulpinile VTEC. Unele clone sunt specifice pentru bovine, în timp ce altele sunt specifice pentru ovine. Subtipurile de toxine pe care le transportă aceste tulpini sunt specifice tipurilor de VTEC întâlnite la aceste gazde de mamifere. Prin urmare, prin faptul că nu se caută prezența tuturor serotipurilor VTEC în timpul unui focar, se pierde o mare cantitate de informații epidemiologice și nu se identifică indicarea animalului sursă.

Patogeneza sindromului hemolitic uremic post-diareic

VTEC/STEC/ E. coli enterohemoragic (EHEC) aparțin unor clone de E. coli zoonotice din diferite serogrupuri O. Aceste serogrupuri au evoluat și au dobândit factori de virulență specifici care permit bacteriilor să colonizeze și să infecteze colonul uman, de obicei fără a invada fluxul sanguin . Odată ce au fost ingerate, STEC/VTEC/EHEC provoacă diaree cu sânge (BD), colită severă și SHU. Aceste bacterii sunt cunoscute sub denumirea de EHEC atunci când infecția este asociată cu o boală colonică și/sau renală severă. Producerea toxinelor Vero/Shiga a fost considerată ca fiind la baza patogenității lor, cu toate acestea, alte toxine, cum ar fi citotoxina subtilazei (SubAB) și toxina distensivă citoletală și proteina secretată de inhibitor al esterazei C1 din EHEC (StcE) joacă probabil un rol .

Recenta epidemie de E. coli O104:H4 de origine alimentară din Europa a atras din nou atenția asupra infecțiilor cu STEC sau EHEC împreună cu complicațiile lor devastatoare de insuficiență renală (prin SHU) și accident vascular cerebral din cauza coagulopatiei intravasculare și vasculopatiei sau microangiopatiei trombotice. Virulența și letalitatea neobișnuite ale tulpinii O104:H4 sunt rezultatul amestecului genetic al factorilor de virulență, inclusiv al proprietăților enteroagregante și al rezistenței multiple la antibiotice, și reprezintă o lecție de evoluție microbiană și de plasticitate genomică a E. coli . Tulpina O104:H4 este acum cunoscută sub denumirea de E. coli enteroagregant și enterohemoragic (EAHEC).

Am observat recent proprietățile combinate ale capacității enteroagregante (care asigură o fixare puternică prin intermediul fimbriilor și colonizarea epiteliului colonic) cu producția de toxină Shiga (Stx) în tulpina europeană nouă și extrem de letală de E. coli O104:H4. De atunci s-a demonstrat că această tulpină aparținea unui neam de E. coli enteroagregant care a dobândit gene pentru toxina Shiga 2 și rezistență la antibiotice.

Patogenia bolii SHU rămâne incomplet înțeleasă; în mod remarcabil, în timpul SHU, Stx-ul seric este nedetectabil. Se pare că leucocitele polimorfonucleare (PMN) sunt actori-cheie în livrarea Stx la locurile critice, cum ar fi rinichii. Amploarea leziunilor renale la copiii cu SHU asociat cu STEC poate fi legată de concentrația de Stx prezentă pe PMN circulante . În mod paradoxal, pacienții cu cantități mari de Stx pe PMN au prezentat o funcție renală conservată sau ușor afectată (formă incompletă de SHU), în timp ce cazurile cu cantități scăzute de PMN-Stx prezintă, de obicei, insuficiență renală acută. Mai mult decât atât, cantitățile mari de PMN-Stx induc o eliberare redusă de citokine de către endoteliul renal, cu un grad mai scăzut de inflamație, în timp ce cantitățile scăzute de toxină PMN declanșează o cascadă de citokine, provocând inflamație cu leziuni tisulare consecvente. Microvasculatura joacă un rol important în patogeneză: D+HUS este asociat cu trombi plachetarieni în microvasculatura a aproape tuturor paturilor vasculare . Plasma de la pacienții cu SHU induce apoptoza celulelor endoteliale microvasculare cultivate din majoritatea organelor . Două evenimente cheie sunt implicate în patogeneza D+HUS: alterarea activității factorului Von Willebrand (VWF) (de exemplu, așa cum se observă în cazul deficitului de „a disintegrin și metaloproteinază cu motiv 13 de trombospondină” (ADAMTS13)) și activarea și/sau apoptoza celulelor endoteliale microvasculare specifice locului. Deficitul de ADAMTS13, care mediază procesarea proteolitică a multimerilor VWF ultralargi proadezivi nou-eliberați din celulele endoteliale, este, de asemenea, considerat a juca un rol în coagulopatia D+HUS . Țintirea întreruperii acestor procese dă speranțe pentru potențiale modalități noi de tratament.

Patogenii intestinali bacterieni vizează epiteliul asociat foliculilor care acoperă plăcile Peyer. Microorganismele încalcă bariera intestinală prin intermediul celulelor M și sunt capturate de macrofagele mucoasei . STEC/EHEC sunt capabili să interacționeze in vivo cu plasturii Peyer și să se transloce prin mucoasă. După ce sunt captate de macrofage și de celulele M, bacteriile produc Stx și induc apoptoza acestor celule gazdă și eliberarea de Stx. Aceste interacțiuni microb/celule gazdă ar putea reprezenta noi ținte terapeutice .

Strategii actuale de tratament: o abordare multițintă

HUS cuprinde insuficiență renală acută și perturbarea consecutivă a echilibrului de lichide și electroliți, hemoliză, perturbarea cascadei de coagulare cu trombocitopenie, cu risc de accident vascular cerebral. Acest sindrom, împreună cu efectele ulterioare ale toxinei și formarea complexului complementului, trebuie să fie gestionat și abordat de urgență prin intermediul unei abordări multițintă. Aceasta implică instituirea de măsuri generale de susținere, agenți antiplachetarieni și trombolitici și inhibitori de trombină, utilizarea selectivă de antimicrobiene, probiotice, neutralizatori de toxine (lianți sintetici și naturali, anticorpi și așa mai departe); și anticorpi împotriva elementelor cheie ale căilor patogenetice pentru a întrerupe procesele patologice (de exemplu, inhibarea formării complexei terminale a complementului). Țintirea PMN-urilor purtătoare de Stx ar putea fi o strategie productivă pentru cercetările viitoare, la fel ca și o posibilă terapie genică. Gestionarea D+HUS este complexă în virtutea naturii afecțiunii și a varietății căilor afectate. Tabelul 1 rezumă abordarea managementului și enumeră tratamentele testate și experimentale.

Măsuri generale de susținere

Nivelurile de lichide și echilibrul electrolitic sunt extrem de importante în prevenirea și gestionarea apariției SHU (a se vedea tabelul 1).

Terapia de substituție renală acută (ARRT); de exemplu, dializa peritoneală (DP) sau hemodializa) s-a dovedit a îmbunătăți rezultatele. Copiii cu D+HUS și leziune renală acută cărora li se administrează PD precoce pot avea rezultate îmbunătățite fără risc de sângerare la pacienții cu număr scăzut de trombocite. Mai mult, procedura pare sigură mai ales în cazurile cu un număr foarte scăzut de trombocite, fără episoade de sângerare înregistrate . Alternativ, hemodializa este adesea necesară. Terapia antihipertensivă pentru hipertensiune arterială, atunci când este cazul, este de asemenea necesară. Pare să existe un rol benefic pentru perfuzia de plasmă și schimbul de plasmă , cu toate acestea, beneficiul aferezei rămâne incert .

Managementul problemelor hematologice și al coagulopatiei

Monitorizarea hemoglobinei, hematocritului și a numărului de trombocite este esențială. Monitorizarea hemolizei cu lactat dehidrogenază (LDH) și haptoglobină este, de asemenea, utilă. Anemia rezultată din hemoliză poate necesita corecție cu transfuzii de sânge integral sau de hematii. Transfuzia de trombocite este rareori necesară și, de obicei, este evitată .

Prevenirea efectelor ulterioare ale toxinei

Antimicrobiene: de utilizat sau de evitat?

Datorită potențialului de eliberare nedorită de verotoxină (VT)/Stx de către celulele bacteriene moarte și moarte, antibioticele sunt de obicei evitate . În plus, riscul de eliberare de endotoxină ar putea adăuga la povara deja potențial letală a pacientului. Concentrațiile subinhibitorii in vitro ale antibioticelor pot crește producția și eliberarea de VT/Stx prin inducerea de bacteriofage . Un studiu efectuat pe șoareci și purcei a sugerat că sunt justificate testele cu fosfomicina la om. Cu toate acestea, datele prospective grupate nu au arătat niciun beneficiu al antibioticelor . A fost raportat doar un singur studiu cu fosfomicină . Cu toate acestea, datele privind fosfomicina au fost puse sub semnul întrebării (a se vedea tabelul 1). În timp ce mulți medici din Japonia încă folosesc antibiotice, inclusiv fosfomicina, la pacienții cu infecții STEC enterice certe sau posibile, consensul predominant în alte părți indică faptul că antibioticele ar trebui evitate . Dovezile mai recente susțin acest lucru, în special în ceea ce privește β-lactama și alte antibiotice bactericide .

Neutralizatori de toxine lombare (lianți sintetici și naturali, anticorpi și așa mai departe)

Au fost propuse strategii care utilizează liganzi care imită receptorul pentru Stx, globotriaosilceramida (Gb3), care se leagă de Stx în tractul gastrointestinal cu intenția de a preveni răspândirea toxinei în locurile extraintestinale. Cu toate acestea, în practica clinică, daunele au fost deja provocate înainte ca acești liganzi să poată fi de folos. A fost efectuat un singur studiu clinic (din păcate fără succes) cu un singur agent, Synsorb PK, care a confirmat acest fapt. Alți agenți sunt enumerați în tabelul 1.

Neutralizatorii intraluminali ar putea fi eficienți în reducerea absorbției sistemice a toxinei, dar, deoarece se presupune că toxina nu se găsește în ser, studiile concepute pentru a examina efectul neutralizatorilor asupra efectelor toxice ale toxinei asociate leucocitelor polimorfonucleare ar fi un prim pas.

Anticorpi

Anticorpii neutralizanți specifici toxinei Shiga sunt potențial utili ca agenți terapeutici. Toxinele sunt toxine AB cu elemente active și de legare și sunt ținte evidente pentru neutralizarea anticorpilor. Anticorpii monoclonali care vizează epitopi ai subunității A a Stx1 s-au dovedit a fi foarte protectori, atunci când au fost administrați la animale tratate letal . Imunoglobulina administrată pe cale orală a fost utilizată în scop terapeutic pentru o serie de infecții gastrointestinale (de exemplu, rotavirus; Gastrogard-R) . Pacienții cu diaree cauzată de E. coli diareice, în special STEC și E. coli care exprimă intimină și HEC-hemolizină, au fost tratați prin administrarea de colostru bovin combinat, bogat în anticorpi împotriva toxinei Shiga și a E. coli-hemolizinei enterohemoragice, într-un studiu dublu-orb, controlat cu placebo. Au fost evaluate rezolvarea simptomelor și excreția fecală a tulpinilor infectante. Nu a putut fi demonstrat niciun efect al terapiei cu colostru asupra purtării agenților patogeni sau asupra complicațiilor infecției, cu toate acestea, frecvența scaunelor a fost redusă . Anticorpul împotriva lipopolizaharidei E. coli (LPS) are, de asemenea, un potențial de utilizare terapeutică prin efectul său de blocare a aderenței STEC la linia celulară epitelială intestinală umană (Henle 407). De asemenea, ar fi necesare studii pe oameni pentru a demonstra eficacitatea clinică.

Alți agenți de legare/neutralizare a toxinelor

Majoritatea acestor agenți se leagă direct de toxină și inhibă legarea la receptorul acesteia prezent pe celulele țintă . Astfel de noi neutralizatori de Stx oferă o nouă modalitate terapeutică împotriva infecțiilor cu STEC/EHEC și sunt detaliați în tabelul 1.

Legatori de toxine aplicați pe cale sistemică (intravenoasă)

S-a demonstrat că o peptidă permeabilă la celule (TVP) care se leagă de Stx2 reduce severitatea bolii și salvează babuinii tineri de la o doză letală de Stx2 (50 ng/kg) .

Blocante ale traficului de la endosom la Golgi al Stx

Recent s-a demonstrat că metalul mangan (Mn2+) blochează traficul de la endosom la Golgi al Stx. Acest lucru oferă o posibilă abordare terapeutică ieftină. (Tabelul 1).

Blocante ale interacțiunii dintre celulele bacteriene și cele gazdă: probioticele

Patogenii intestinali prezintă molecule de suprafață care permit organismului să se lege de receptorii celulelor gazdă. În mod similar, toxinele bacteriene necesită receptori ai celulei gazdă pentru legare și intrare în celulă. Pentru a bloca interacțiunea dintre microb și celula gazdă au fost dezvoltate probiotice „de design”. Bacteriile recombinante inofensive exprimă pe suprafața lor molecule care imită receptorii celulei gazdă (de exemplu, Gb3), păcălind astfel agentul patogen să se atașeze mai degrabă la probiotic decât la receptorul celulei gazdă. Bacteriile probiotice trebuie să supraviețuiască călătoriei pe tub, întâlnind enzime digestive și alte condiții adverse. Se așteaptă date de testare.

O abordare diferită a folosit supernatantul culturilor de Bifidobacterium longum HY8001, conceput pentru a inhiba efectul VT/Stx prin interferența subunității B a VT în legarea la Gb3 .

Inhibarea formării complexului terminal al complementului

Pe baza dovezilor că toxina Shiga activează complementul și se leagă de factorul H și a dovezilor privind un rol activ al complementului prin calea alternativă în sindromul hemolitic uremic asociat cu diaree , au fost publicate câteva rapoarte anecdotice de tratament cu succes al SHU sever asociat cu Stx cu anticorpul monoclonal eculizumab . Din punct de vedere neurologic, cei trei pacienți s-au îmbunătățit dramatic în 24 de ore de la prima perfuzie de eculizumab. Îmbunătățirea clinică a fost asociată cu normalizarea rapidă a markerilor de activitate a bolii. Aceste rezultate inițiale sunt extrem de promițătoare, iar rezultatele unor studii randomizate la scară largă, controlate cu placebo, sunt așteptate cu optimism.

Vaccinuri

Diverse strategii vaccinale au fost utilizate cu succes variabil într-un număr de modele animale. Strategiile au implicat utilizarea de proteine de virulență recombinante, cum ar fi Stx, intimin și proteina A secretată de E. coli (EspA) sau peptide sau proteine de fuziune ale subunităților A și B ale Stx2 și Stx1, cum ar fi Stx2Am-Stx1B sau celule fantomă avirulente de EHEC O157:H7 . Aplicarea bacteriilor vii atenuate, cum ar fi Salmonella, ca suport pentru proteinele vaccinale împotriva agenților patogeni ai mucoaselor, inclusiv EHEC, prezintă avantaje evidente. Alte abordări sunt enumerate în tabelul 1 .

Anticorpii produși la oamenii cu SHU și la iepurii imunizați cu proteine secretate de tip III (T3SP) de la patru serotipuri de STEC și la bovine infectate experimental au evidențiat proteine comune la mai multe serotipuri de SHU (tabelul 1). Acestea au fost foarte imunogene la subiecții vaccinați și la cei infectați în mod natural și reprezintă viitori candidați pentru un vaccin STEC (tabelul 1).

Pe lângă vaccinurile pe bază de proteine, vaccinurile ADN reprezintă o evoluție recentă în prevenirea EHEC, oferind rezultate încurajatoare într-un model de șoarece (tabelul 1).

Modul de administrare (intramuscular, intranazal, oral, intragastric și așa mai departe) pentru o serie dintre aceste vaccinuri afectează nu numai imunogenitatea, ci și efectul protector în caz de provocare. Vaccinarea cu un vaccin oral pe bază de plante a protejat șoarecii împotriva intoxicației sistemice letale cu Stx2 . Acest lucru este considerat încurajator. În mod clar, mai este ceva timp până când vor fi raportate studii la om, dar numeroasele și frecventele focare de boală EHEC ne reamintesc în mod constant necesitatea urgentă de a proteja populația împotriva acestor zoonoze emergente și adesea devastatoare.

Direcții viitoare și concluzii

Rămân bariere semnificative în calea unui tratament de succes al SHU, având în vedere complexitatea patogenezei SHU, care implică perturbarea căilor homeostatice cheie care implică sisteme biochimice și fiziologice complexe. Este puțin probabil ca țintirea unei singure căi cu o modalitate de tratament să fie suficient de reușită; ar părea necesară o abordare cu ținte multiple. Cu toate acestea, având în vedere succesul aparent al eculizumabului, deși cu un număr mic de cazuri, acesta ar putea oferi o strategie promițătoare pentru tratament. Tratamentul este conceput pentru a preveni cele mai grave complicații ale infecției cu STEC (și anume, insuficiența renală și complicațiile nervoase centrale, de exemplu, accidentul vascular cerebral și șocul), care rămân mult prea frecvente. Este clar că o mai bună înțelegere a patogenezei SHU va conduce la ținte suplimentare și, eventual, mai bune pentru tratament. Descoperirea faptului că Mn2+ poate bloca traficul de la endosom la Golgi va conduce, fără îndoială, la studii randomizate controlate la om. Acestea vor fi așteptate cu mare interes. În ceea ce privește prevenirea, ar trebui să punem sub semnul întrebării globalizarea distribuției de alimente, cu pericolele sale inerente și utilizarea risipitoare a resurselor energetice, ceea ce duce la o amprentă uriașă de carbon.

.