Előrehaladás a megértésben Giardia: a krónikus következmények meghatározói és mechanizmusai

Luther A. Bartelt

Hovatartozások

Fertőző betegségek és a Nemzetközi Egészségügyi Osztály, Virginia Egyetem, Box 801340, Charlottesville, VA 22908, USA

R. Balfour Sartor

Hovatartozások

Gasztroenterológiai osztály, Gasztrointesztinális Biológiai és Betegségközpont, Észak-Karolinai Egyetem, Chapel Hill, Campus Box 7032, Chapel Hill, NC 27599-7032, USA

Absztrakt

A Giardia lamblia egy jelölt protozoon, amely az erőforrásokkal korlátozott körülmények között élő gyermekeknél a bélparazita fertőzés leggyakoribb oka. A Giardia patogenitásáról a parazita első azonosítása óta vitattak, és a klinikai eredmények tanulmányok szerint változnak. A közelmúltbeli zavaró eredmények között vannak a Giardia és az akut versus tartós hasmenés közötti, egymással ellentétes összefüggések, valamint a hosszú távú következmények, köztük a gyermek növekedésének és a kognitív fejlődésnek a rossz ismerete. Az ilyen protean klinikai eredményeket vezérlő mechanizmusok továbbra is megfoghatatlanok, de a legújabb fejlemények arra utalnak, hogy a Giardia törzsek változékonysága, a gazdaszervezet tápláltsági állapota, a mikrobiota összetétele, az egyidejűleg fertőző enteropatogének, a gazda genetikailag meghatározott nyálkahártya immunválaszai és a Giardia által végzett immunmoduláció mind releváns tényezők befolyásolja a betegség megnyilvánulásait a Giardia fertőzés után.

Kulcsszavak

APO-E,
apolipoprotein E;
MACSKA,
kationos transzporter;
CI,
megbízhatósági intervallum;
Euratom,
enteroaggregatív Escherichia coli;
IFN-y,
gamma-interferon;
IL,
interleukin;
NOS,
nitrogén-oxid szintáz;
VAGY,
esélyhányados;
TLR,
Útdíjszerű receptor;
TNF-a,
tumor nekrózis faktor-alfa;
VSP,
variáns felületi fehérje;
KI,
Egészségügyi Világszervezet.

Bevezetés

Anton van Leeuwenhoek először 1681-ben azonosította saját hasmenéses székletében Giardiát, de a parazita csak 1981-ben vált a WHO által hivatalosan elismert kórokozóvá. Még azután is, hogy Theodore Nash és munkatársai [30] teljesítették Robert Koch posztulátumait az önkéntes emberekben 1987-ben [20]., a Giardiának tulajdonítható betegségről vitattak. Ezt a klinikai egyensúlyt bonyolítja a látszólag tünetmentes gazdaszervezetek és a még megfoghatatlan mechanizmusok túlsúlya, amelyek elmagyarázzák, hogy egyes egyének hogyan alakítják ki a jellegzetes giardiasis szindrómát: hasi görcsök és puffadások, rosszul felszívódó hasmenés (steatorrhoea) és fogyás [18]. Ezen túlmenően, tisztázatlan okokból, krónikus következmények, beleértve a fertőzés utáni irritábilis bél szindrómát, krónikus fáradtságot [31], alultápláltságot [32], kognitív károsodást [33] és bélen kívüli megnyilvánulásokat (például ételallergia, csalánkiütés, reaktív ízületi gyulladás, és gyulladásos szemészeti megnyilvánulások), kialakulhatnak és esetleg fennmaradhatnak a kimutatható parazita leváláson túl (1. ábra).

A Giardia fertőzés klinikai spektruma

A gyermekegészségügy korlátozott erőforrásokkal történő javítására irányuló globális erőfeszítések a gyermekkori alultápláltság, a sokféle és gyakori enterális kórokozó-expozíció tágabb összefüggéseinek közepette helyezik el a Giardia-fertőzéseket [34], valamint a környezeti enteropátia (a krónikus gyomor-bélrendszer egyik formája) szerepének új megértését. diszfunkció és gyulladás, amely magában foglalhatja a korábban „trópusi sprue” klinikai állapotot [11, 35] és mikrobiotát [36] a gyermekkori fejlődésről és növekedésről. A legutóbbi, szigorúbb megfigyelési módszerekkel és érzékenyebb molekuláris diagnosztikával felszerelt elemzések [37–39] nemcsak megismételték a Giardia gyermekkori fertőzés kimenetelének a korábbi vizsgálatokban tapasztalt széles variabilitását, de sokkal nagyobb terheket tártak fel. expozíció, mint a mikroszkópos technikákon alapuló becslések [39, 40]. Ezek és más tanulmányok provokatív megfontolásokat vetettek fel, többek között azt a lehetőséget, hogy Giardia védelmet nyújtson az akut hasmenés ellen [41–43].

A Giardia-fertőzésnek tulajdonítható, hiányosan megértett patológia fényében a parazita- és gyomor-bélbiológia közelmúltbeli fejleményei remélik, hogy tisztázzák, hogyan és mikor okoz Giardia betegséget. Ezek az előrelépések alapvető kérdéseket vetnek fel azzal kapcsolatban, hogy a Giardia miként hat kölcsönhatásba a vékonybél mikrobiális, táplálkozási és gazda tényezőinek komplex ökológiájával, a gazda fogékonyságának meghatározó tényezőivel, és hogy a gazda gyulladása hozzájárul-e a patogenezishez és hogyan (2. ábra).

A Giardia fertőzés kimenetelének javasolt meghatározói és mechanizmusai

Endémiás gyermekkori giardiasis egyensúly

1971-ben, Guatemalában a gyermekek súlyának feltérképezése után Leonardo J. Mata összefüggést jelentett a letartóztatott növekedés és a hasmenés gyakori epizódjai között [44]. Ezeknek a gyermekeknek az utólagos elemzése a Giardia-epizódok megnövekedett időtartamát és gyakoriságát társította nagyobb káros növekedési hatással [45]. Azóta számos tanulmány megpróbálta bemutatni, hogy a korai Giardia-fertőzések hogyan segítik elő a hasmenést és a fejlődési hiányosságokat. Egy 2012-es metaanalízis megállapította, hogy bár a Giardia fertőzés tartós hasmenéssel (> 14 nap; esélyhányados [OR] 3,2, 95% -os konfidencia intervallum [CI] 1,50-6,76; P 3] társult. Ezt követően a Global Enteric Multicenter Study hasonló paradoxont azonosított [41]. Ez a megállapítás konzisztens volt a székletminták diagnosztikai modalitásától és mennyiségi terhétől függetlenül [39]. Tanzániában [42] és Iránban [43] más prospektív kohorsz vizsgálatok szintén késleltették a hasmenés első epizódját a gyermekek, akik pozitívan részesültek a Giardia-ból a beiratkozáskor. Másutt Giardia pozitív kapcsolatban áll az akut hasmenéssel [46], és a fiatalabb gyermekek nagyobb kockázatot jelenthetnek a Giardia-fertőzéssel járó akut hasmenésre [3].

Akár a Giardia-fertőzés indítja el, akár elősegíti a gyermekkori alultápláltságot, jelentős következményekkel jár az alultáplált gyermekek közel 20% -ára világszerte [58]. Az alultápláltság jelentősen megnöveli a mortalitást és a megbetegedéseket mind a fertőző, mind a nem fertőző állapotokban, és az alultáplált gyermekek nem bizonyíthatják a táplálék-kiegészítéssel várható helyreállító eredményeket. Valójában a fehérje-energia alultápláltsága [60], a cinkhiány és az A-vitamin-hiány [61] növelheti a Giardia iránti fogékonyságot. Ezzel szemben a Giardia-fertőzés csökkentheti a kiegészítő cinkfelvételt [62-64], és befolyásolhatja az A-vitamin-pótlásra adott dózisválaszt [65]. A giardiai eredmények további zavaró táplálkozási meghatározó tényezői a gyermekkori hasmenés esetén alkalmazott több tápanyag-terápia vizsgálatának eredményei, miszerint a placebo karban lévő Giardia-fertőzött alanyok védettek voltak a hasmenés ellen, de a multi-tápanyag-intervenciós csoportba tartozó Giardia-fertőzöttek nem voltak [ 42]. Az ilyen paradox megállapításokat magyarázó javasolt mechanizmusok arra utalnak, hogy a specifikus tápanyagok elősegíthetik a Giardia növekedését, vagy más módon közvetíthetik a Giardia patogenitását, megváltoztathatják a gazda mikrobiotáját és más védekezőképességét, vagy megzavarhatják a parazita befolyását a ko-enteropathogénekre és a gazdaszervezet immunválaszaira.

Annak meghatározása, hogy a Giardia hogyan okoz betegséget

A Giardia fertőzés a parazita környezeti ciszta stádiumának bekebelezése után következik be, amely a gyomor átjárása során két trophozoit szabadít fel a vékonybél kevésbé savas és epével dúsított környezetébe. A trofozoiták tapadnak a hámsejtekhez és megismétlődnek, de általában nem hatolnak be a bél nyálkahártyájába, és nem okoznak fekélyt [6, 66]. Ha a tünetek kialakulnak, a megjelenés általában egy 6–15 napos inkubációs periódus után kezdődik, amely gyakran megelőzi a paraziták székletben történő kimutatását [5]. A giardiasisban tapasztalt hasmenés tipikusan zsíros és büdös (steatorrhea), az A- és B12-vitamin, a d-xilóz, a vas és a cink felszívódási zavarával [3, 67 - 69], valamint 20- A tünetek 40% -a [70]. A vékonybél nyálkahártyájának szövettani biopsziája gyakran nem mutat semmilyen nyilvánvaló rendellenességet [71]. Néhány gyermeknél azonban megnövekedett limfocita infiltrátumokat és csökkent villus/kriptarányt írtak le [72], és gyulladásról számoltak be akut [73] vagy krónikus [74] fertőzésben szenvedő felnőtteknél.

A kísérleti és a klinikai megfigyelések azt mutatják, hogy a hasmenés elsődleges oka a giardiasisban a felszívódási zavar, és hogy a krónikus fertőzés során fellépő hiperszekréció esetleg hozzájárul [74, 75]. A malabszorpcióról feltételezhető, hogy hozzájárul a növekedés károsodásához, de okozati összefüggésben nincs vele. Többszörös vizsgálat mind a betegség közvetlen, mind közvetett mechanizmusaira utal, ideértve a tápanyagok iránti luminalis versengést, a Giardia által kiváltott hámsejt károsodást (apoptózis [76, 77], letartóztatott proliferáció [78] és szoros csatlakozási rendellenességek [76, 77, 79]); T-sejtek által közvetített hámsejtek sérülése [80, 81], mikrovillus veszteség [75, 80 - 82] és diszacharidáz hiány [83, 84]; tápanyagfüggő növekedés károsodása és csökkent villus-kriptarány [85]; és a mikrobiota transzlokációja a nyálkahártyán [86] (2. ábra).

Titkosító törzs virulencia és patogenitás

A Giardia legalább hat elismert faja közül csak a G. lamblia okoz fertőzéseket az emberekben. A G. lamblia izolátumokat további nyolc csoportra osztják, amelyek A-tól H-ig vannak jelölve. Az együttesek közül csak az A és B együttesek és azok altípusai okoznak emberi fertőzést. Az A és a B együttes fertőzés relatív aránya időbeli és térbeli változást mutat, előszeretettel alkalmazva több B-fertőzést az endémiás körülmények között [87 - 90].

A teljes genom szekvenálás feltárta, hogy az A és B együttes laboratóriumi izolátumok meglehetősen különböznek egymástól, és jobban külön kategóriákba sorolhatók [91]. E genetikai divergencia ellenére a klinikai variabilitás és a patogenitás hozzárendelésére tett kísérletek az összegyűjtés megnevezése alapján nem voltak meggyőzőek. Külön tanulmányokban vagy az A [92, 93], vagy a B [94, 95] együttes erősebben társul a hasmenéssel. A természetes eredetű fertőzésben az együttes-specifikus patogenitás értékelésének korlátja az, hogy az A és B együttesek - β-giardin (bg), glutamát-dehidrogenáz (gdh), trióz-foszfát-izomeráz (tpi) és a kicsi 18S rRNS alegység megkülönböztetésére használt célpontok. gének - nem ismert virulencia tényezők. Ezenkívül a multilokuszos genotipizálást magában foglaló vizsgálatok a minták jelentős hányadát mutatják be vegyes eredménnyel [96, 97], felvetve a heterológ fertőzések vagy akár a szerelvények közötti rekombinációs események lehetőségét [98, 99]. Kiterjesztett összehasonlító genomikai vizsgálatok, amelyek több A és B együttes izolátumot vizsgálnak, tovább pontosíthatják a törzs-specifikus patogenitást.

A giardiai biológia és a génszabályozás fejlődése a transzkripptikus és proteomikus megközelítések alkalmazásával új virulencia tulajdonságok azonosítását tűzte ki célul, amelyek megerősíthetők az emberi fertőzésekben. Például a gazda humorális és veleszületett védekezésének elkerülése lehetséges eszközeként Giardia 20-200 kDa-os ciszteinben gazdag fehérjék repertoárjával rendelkezik, amelyek sűrűn bevonják a trophozoiták felületét, amelyeket variáns felszíni fehérjéknek (VSP) neveznek. Noha csak egyetlen VSP expresszálódik egy egyedi trophozoitán, a potenciális VSP-k szélessége (73-270 vagy több) [91, 107] egy adott törzsben fokozott virulenciával társul [108]. Hogyan történik a VSP-váltás 6-13 generációnként, és milyen események váltják ki a poszt-transzkripciós VSP-szabályozást [107, 109], és az emberkereskedelem segíthet feloldani a krónikus fertőzéssel szembeni átmeneti kolonizáció parazita-meghatározóit. A Giardia cathepsins betegségmeghatározó szerepe szintén további megfontolást igényel [102, 103].

A betegség táplálkozást meghatározó tényezői

Egyre felismerhetőbb a bonyolult kapcsolat a gazda táplálkozása és a nyálkahártya immunválaszai között. Az alultáplált gyermekek például csökkentették a szerokonverziót az orális gyermekbénulás elleni oltás egyes komponenseire [125]. Kísérleti modellekben az alultápláltság fokozott érzékenységet biztosít a Cryptosporidium [126 - 128] és az enteroaggregatív Escherichia coli (EAEC) iránt. [129] A cinkhiány fokozza a Giardia iránti érzékenységet [130], és csökkenti az EAEC-re adott gyulladásos reakciókat [131]. Krónikus giardiasis modellben a fehérje alultápláltsága az IL-4 és IL-5 expressziójának csökkenéséhez vezetett, és csökkentette a B-sejtek populációját a bélszövetekben, a villusok tompulását és növekedési kudarcát a jól táplált fertőzött kontrollokhoz hasonló parazita terhelés ellenére [ 85]. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy krónikus giardiasisban szenvedő gyermekeknél a táplálkozási állapot hasonlóan meghatározhatja a betegség súlyosságát.

Mikrobiota és ko-patogén kölcsönhatások

A gazdaszervezet válaszai és a betegség patogenezise

A gazda immunválaszának kettőssége a Giardia patogenezisében összetett és alaposan áttekintették [83, 154]. Egyre növekvő mértékben azonosítják az immunológiai kontroll redundáns mechanizmusait, ideértve a hámsejtekből származó kemokineket (CCL2, CCL20, CXCL1, CXCL2 és CXCL3) [155], dendritikus sejtekből származó IL-6-t és esetleg hízósejteket [156 - 158], TNF -α [159], a 7-es mátrix metalloproteáz (Mmp7) által aktivált a-defenzinek (Mmp7) [159], vagy az 1. nitrogén-monoxid-szintáz (NOS1) vagy a NOS2 által generált nitrogén-oxid [159 - 161]. Elszigetelt járványok és kísérleti modellek adatai vegyes immunválaszt mutatnak, amely mind antitesttermelésből [162, 163], mind nyálkahártya és szisztémás Th1 típusú CD4 + T-sejt válaszokból áll [84, 164, 165]. Soros megbetegedésekkel rendelkező populációkon végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a Giardia-expozíció elősegítheti a védő immunitást [166], amelyet a Th1-memória fenotípussal rendelkező keringő T-sejtek túlsúlya jellemez (IFN-y-t termelő CD25 + CD26 fényes sejtek) [165] . A CD4 + T-sejtek hiánya a kísérleti modellekben is elhúzódó fertőzéshez vezet [84].

A T-sejtek protektív immunitásban betöltött szerepére vonatkozó bizonyítékok ellenére a klinikai megfigyelések azt sugallják, hogy a humorális válaszok kritikusak az immunitás szempontjából. Ezek a vizsgálatok a Giardia-ciszták nagyobb gyakoriságát és a tünetek nagyobb gyakoriságát mutatják be hipogammaglobulinémiában (azaz x-kapcsolt agammaglobulinémiában [Bruton-kór] és gyakori változó immunhiányban) szenvedő betegeknél [167 - 169], mint a T-sejt-hiányosaknál (előrehaladott AIDS vagy thymás aplasia) ). A szekréciós IgA csökkenése változóan összefügg a megnövekedett kockázattal [170], és az IgA-válasz romlása figyelhető meg tartós Giardia fertőzésben szenvedő gyermekeknél [171]. Állatmodellekben a kísérleti egérfertőzésekben expresszált gének többsége az antitest termeléséhez kapcsolódik [159], és az IgA-hiányos knockout egereknek nehézséget okoz a Giardia tisztítása [172]. A polimer Ig receptor, amely az IgA-t és az IgM-et szállítja az epitheliumon keresztül, elengedhetetlen a G. muris eliminálásához az egér gazdasejtjeinél, tovább támogatva a nyálkahártya szekréciós antitest-válaszainak esetleges függését a fertőzés felszámolása érdekében [173].

Az ilyen krónikus és ismételt Giardia-expozíció gyakori az alacsony jövedelmű gyermekeknél, akiknél szintén magas az alultápláltság és a krónikus bélgyulladással járó, egyre inkább elismert bélműködési zavarok, megnövekedett béláteresztő képesség és csökkent villushossz, amelyet környezeti enteropátiának neveznek [11]. Kevés tanulmány jellemezte a Giardia elleni immunválaszokat ezeknél a gyermekeknél. Kohli és munkatársai [87] gyulladásos hasmenést azonosítottak széklet-laktoferrin alkalmazásával a Giardia első esetében (de a későbbi eseteket nem), Long és munkatársai [176] az IL-4, IL-5, a monocita kemoattraktáns protein-1 (MCP) növekedését mutatták ki. -1) és IFN-γ, de csökkent az IL-8 értéke azoknál a gyermekeknél, akiknél a Giardia hosszabb ideig tartó epizódjai voltak. Így a bél gyulladásos reakciója és a Giardia fertőzés közötti összefüggés befolyásolhatja ezeknek a gyermekeknek a betegség kimenetelét.

Következtetések

A G. lamblia továbbra is rejtélyes parazita, amely potenciálisan befolyásolhatja a gyermekek egészségét és fejlődését endémiás erőforrásokkal korlátozott körülmények között, ahol a fertőzés szinte általános. A változó eredményeket magyarázó következtetés mind a terepi vizsgálatokban, mind a kísérleti modellekben az, hogy a Giardia nem felel meg a „kommensális” vagy „patogén” mikroba hagyományos fogalmainak, és időnként elősegítheti a nyálkahártya védelmének vagy a betegségnek az állapotát. Ezért a különféle Giardia törzsek közvetlen hatásainak felismerése a parazita komplex és dinamikus luminalális ökológiára és a gazda nyálkahártya homeosztázisára gyakorolt közvetett hatásoktól közvetett hatásoktól kritikus lépés lesz az alapvető laboratóriumi eredmények emberi betegségek kimenetelévé történő átalakítása felé. Ez a megértés a krónikus giardiasis, valamint a környezeti enteropathia és a gyermekkori alultápláltság javított beavatkozásához vezethet, ugyanakkor azonosíthatja a szervezet tulajdonságait, amelyek kihasználhatók az emberi egészség elősegítésére.