Ricin-toxicitás: Klinikai és molekuláris szempontok

Mohammad Moshiri

1 Farmakodinámia és toxikológiai tanszék, Gyógyszerésztudományi Kar, Mashhad Orvostudományi Egyetem, Mashhad, Irán

Fatemeh Hamid

2 Laboratóriumi Orvostudományi Osztály, Varastegan Orvostudományi Intézet, Mashhad, Irán

Leila Etemad

3 Gyógyszerészeti Kutatóközpont, Mashhad Orvostudományi Egyetem, Mashhad, Irán

Absztrakt

Bevezetés

A ricinus bab (CB), a Ricinuscommunis (R. communis) magjai ricint tartalmaznak, amely az egyik legmérgezőbb anyag. A ricinus bab széles körben elterjedt a trópusi régiókban (1, 2), és nem sárguló olajra termesztették (3). Számos ókori civilizáció, köztük Görögország, Róma és Egyiptom is, a CB olajat nem tisztító és hashajtó szerként használta. Az irániak orvosi és ipari célokra is használták a CB-t; hashajtó és olajlámpa üzemanyagként. (3) A CB olajat ma már széles körben használják számos gyógyászati célra, valamint kozmetikumokhoz, festékekhez, kenőanyagokhoz és egyéb ipari termékekhez (4). A ricin toxin (RT) egy vízben oldódó glikoprotein, amely a fáziselválasztás során nem oszlik meg az olajkivonatban (5, 6).

Peter Hermann Stillmark (1860–1923), az első kutató, aki a toxikus glikoproteint kinyerte a CB-ből, „ricinnek” nevezte el. Beszámolt arról is, hogy a ricin hemagglutinációt és szérumfehérjék kicsapódását indukálta; ugyanakkor arról számoltak be, hogy a Stillmark által kivont ricin RT és R.communis agglutinin keveréke volt (7). Az RT magas toxicitása és könnyű gyártása miatt az Egyesült Államok Hadügyminisztériuma 1918-ban potenciális fegyvernek tekintette és "W vegyületnek" nevezte el. A britek és az Egyesült Államok kifejlesztettek egy "W bombát", és a második világháború alatt tesztelték; azonban soha nem használták (8).

Az RT egyik leghíresebb merénylete volt Georgi Markov, a BBC bolgár újságírójának meggyilkolása az „Esernyő-gyilkosság” által. RT-vel fertőzött golyó ittas állapotban volt, amelyet esernyőből a jobb combja hátsó részébe lőttek (9, 10). Hasonló módon meggyilkolták Robert Georgia-t és Porton Down-ot (5). Úgy tűnik, hogy Irak az 1980-as években fegyverrel töltötte be az RT-t (11, 12), és állítólag az iráni-iraki háború alatt iráni katonák ellen használta (13). Nyomokban RT-t találtak Afganisztánban (11).

2003-ban egy RT-vel szennyezett, cím nélküli levelet találtak egy greenville-i, dél-karolinai válogató létesítményben (14). Újabban az RT-vel fűzött leveleket Barack Obama amerikai elnöknek és Roger Wicker amerikai szenátornak is elküldte Shannon Richardson texasi színésznő (15).

Toxicitás

A ricin toxin egy erős riboszómát inaktiváló toxin az emlősök számára; a különböző fajoknak azonban eltérő az érzékenységük; a lovak nagyon érzékenyek, a békák és a csirkék kevésbé (16, 17). A hatások súlyossága az expozíció útjától függ. A belégzés hatásosabb, mint a szájon át történő bevitel (5). Az inhalációs medián letális dózis (LD50) 3-5 µg/kg, míg az orális LD50 20 mg/kg. Ez a különbség az RT viszonylag nagy molekulaméretének és a gyomor-bél traktuson keresztüli lebomlásának tudható be. A nagy molekulatömeg és az RT viszonylag nagy töltöttsége korlátozza az intakt bőrön keresztüli felszívódását. Az egerek bőrtesztjein 50 μg/folt esetén nem tapasztaltunk bőrtoxicitást (17). Az RT részecskemérete fontos tényező, amely befolyásolja a tüdő lerakódását és letalitását (17).

RT-szerkezet és a toxicitás molekuláris mechanizmusa

A ricin, csakúgy, mint a kolera és a pertussis toxinok, az A – B toxincsaládba tartozik, amelynek két funkcionálisan különböző polipeptidláncuk van, az A és a B. A ricin toxin A vagy RTA néven ismert A lánc molekulatömege 32 kDa, és a ricin toxin B vagy RTB néven ismert B lánc molekulatömege 34 kDa (5). Az A és B lánc diszulfidhoz kötött. A holoricint és az RTA-t immunrákos terápiában alkalmazták. A ricin toxint A vakcina antigénként is alkalmazták antitestek indukálására (2).

Különböző glikozilációs különbségekkel rendelkező RT izoformákat találtak a különböző CB-kben, még egy növényben is. Az RT mennyisége összefüggésben van a babfajtával, a CB érettségével és a termesztési körülményekkel; a CB megjelenése és az RT típus között azonban nem találtak kapcsolatot (5). A legismertebb RT izoformák közé tartozik az R. communis agglutinin (RCA), a ricin D (RTD) és a ricin E (RTE). A R. communis agglutinin a vörösvértestekhez is kötődik, agglutinációt és hemolízist indukál. A kromatográfiás elemzés az RTD három izoformáját azonosította: I, II és III (18).

A ricin toxin B a sejtmembrán glikoproteinek terminális galaktóz maradékaihoz kötődik, és kötődhet a mannózhoz is. A sejtmembránhoz való kapcsolódás után az RT endocitózis útján belép a sejtbe klathrin- vagy -független utakon keresztül; a legtöbb RT-t azonban nem klatrinnel bevont gödörutakon keresztül internalizálják (19). Az endocitált RT molekulák nagy része visszavezetésre kerül a sejtfelszínre, vagy lizoszómákban bomlik le. Az endoszómákba szállított RT-molekulák kis többsége eléri a transz-Golgi-hálózatot, majd az endoplazmatikus retikulumba (ER) szállítja. Az ER fehérje-diszulfid-izomeráza a diszulfid-kötés lehasításával képes lebontani az RTA-t és az RTB-t. A ricin toxin A beilleszkedik az ER membránba, és megszabadul a citoszolos proteaszómáktól, amelyek lebonthatják azt.

Az RTA a 60S riboszomális alegység 28S riboszomális RNS-hez kapcsolódik és gátolja a fehérje megnyúlását.

Az RTA egy molekulája percenként 1500-2000 riboszómát inaktiválhat, ami sejtmorbiditást eredményez (5).

A Kupffer-sejtek felszíni mannózreceptorai, amelyek makrofágok, amelyek a májban lévő szinuszoidák falát szegélyezik, hajlamosítják őket RT-toxicitásra. Megfelelő adag RT adagolása sérülést okozhat és májelégtelenséget eredményezhet (17).

Az RT által apoptózisra javasolt egyéb mechanizmusok közé tartozik a kalcium és a magnézium egyensúlyhiánya, a citokinek felszabadulása és az oxidatív stressz a májban (18).

Toxikokinetika

A CB-k lebontása és emésztése elengedhetetlen az RT felszabadulásához a babmátrixból. Ha a CB-ket rágás nélkül nyelik le, az RT-mérgezés kockázata csökken a CB szilárd héjszerű bevonata miatt. A rágott vagy zúzott magok és az éretlen CB-k sokkal mérgezőbbek, mint az érett ép babok (20, 21). Állatkísérletekben az RT szondák súlyosabb toxicitást váltottak ki, mint az orális beadás. Ez a megállapítás annak a szénhidrátstruktúrának tulajdonítható, amelynek terminális galaktózmaradékai vannak a GI mikrobiális flórában és szacharidokban, amelyeket a nyál vagy más GI serlegmirigyek választanak ki. A szénhidrátok versenyezhetnek a GI sejt glikolipidjeivel és a glikoproteinekkel az RT-hez való kötődésért (21).

A bevitt RT két órán belül felszívódik a véren és a nyirokereken keresztül. A toxin felhalmozódik a májban és a lépben (5). Állatkísérletek azt mutatták, hogy az RT a lenyelés után két órán belül kimutatható a székletben, és a bevitt mennyiségnek körülbelül 45% -a változatlan formában ürül (22). Az intramuszkulárisan vagy szubkután injektált ricin-toxin 24 órán keresztül ürül a vizelettel, kevesebb mint 2% székletürítéssel (16).

Jód-125-jelölt RT eloszlási vizsgálatok egereken a bemenő radioaktivitás 46% -át találták a májban. A lép és az izmok 9,9 és 13% -ot tartalmaztak; illetőleg. Ha azonban a szöveteket súly szerint hasonlítottuk össze, akkor az RT leginkább a lépben koncentrálódott, amely az injektált dózis 33% -át tartalmazta szövet grammjára, míg a máj és a csontvelő 7,4, illetve 5,5%/g-ot tartalmazott. 24 óra alatt az injektált RT kevesebb, mint 5% -a epével szekretálódott a belekbe.

Az állati toxicitás klinikai és para-klinikai megnyilvánulásai

Az RT toxicitás klinikai megjelenése az alkalmazás módjától függ. Az intramuszkuláris injekció súlyos lokalizált fájdalmat és nekrózist okoz a regionális nyirokcsomókban és izmokban, közepes szisztémás tünetekkel. A belégzés légzési zavart okoz tüdő- és légúti elváltozásokkal. A szájon át történő befogadás a GI vérzését, valamint a máj, a lép és a vese nekrózisát okozza (16, 19, 23). Az orális beadási módokon (szondák és etetés) kívül a toxin tisztasága és a gyomortartalom mennyisége befolyásolja az RT toxicitás mértékét (21). Az RT intramuszkuláris vagy szubkután injekciója elegendő dózisban nekrózist idéz elő az injekció beadásának helyén, valamint súlyos helyi limfoid nekrózist, GI vérzést, diffúz nephritis és splenitis, valamint máj nekrózist (16). Az egereknek elegendő dózis intramuszkuláris RT adagolása metabolikus rendellenességeket, hipoglikémiát, myoglobinuriát, veseelégtelenséget és megnövekedett kreatinin-kináz-, máj-transzamináz- és amiláz-szintet idéz elő (16).

Patkány állatmodellben az intravénás RT injekció vese-, Kupffer- és májsejt-sérüléseket okozott négy órán belül, és endothelsejt-károsodást, máj-vaszkuláris trombókat, hepatocelluláris nekrózist és disszeminált intravaszkuláris koagulációt eredményezett (16, 24). Az alveoláris makrofágok, a csillós hörgősejtek és a pneumociták csapdába ejtik az aeroszolos RT-t. A pulmonalis gyulladásos biomarkerek, például az összes fehérje és a broncho-alveoláris folyadék gyulladásos sejtjeinek száma fél nap alatt megnőtt. A levegő – vér gát permeabilitása növekszik, ami alveoláris áradáshoz és az azt követő nem kardiogén tüdőödémához vezet. Ezek az események hipoxiássá és savasivá teszik az állatokat, ami légzési elégtelenséghez és halálhoz vezet. RT-mámoros állatokban a tüdő hisztopatológiai eredményei diffúz nekrotizáló tüdőgyulladást, intersticiális és alveoláris gyulladást, ödémát és alveoláris elárasztást mutattak (25). A pulmonalis traktuson keresztül felszívódó aeroszolos RT szisztémás gyulladást idéz elő a citokin és kemokin felszabadulás, az arthralgiák és a láz miatt (21); egy majom mérgezési modellje azonban nem mutatott szisztémás abszorpciót (25). RT-oldatok 1: 1 000 - 1: 10 000 hígításainak szemészeti beadása pseudomembranosus kötőhártya-gyulladást és kötőhártya-irritációt váltott ki (16).

A ricin toxin egy nem specifikus sejt toxin; ennek ellenére az RT-ittas állatok halálának oka az expozíciós módtól függ (5). A GI nekrózisa és a vese- és májelégtelenséggel járó vérzés következtében fellépő hipotenzióról és vaszkuláris összeomlásról számoltak be, mint az orálisan mámoros állatok halálának fő oka, míg a tüdőkárosodás okozta hypoxia lehet az oka az RT belélegzése után (5). Nincs közvetlen bizonyíték arra, hogy az RT kardiotoxikus lenne vagy ritmuszavarokat okozna (26).

Az emberi toxicitás klinikai és paraklinikai megnyilvánulása

A szakirodalomban több mint 1000 RT mérgezésről számoltak be a CB fogyasztása miatt. A betegek oropharyngealis irritációval, hasi fájdalommal, hányással, hasmenéssel járnak 4-6 órával a CB bevétele után, és a GI nekrózisa miatt másodlagos GI vérzéssel, például hematemesis, melena és haematochezia (27.

A hipoglikémia és a hemolízis további gyakori megnyilvánulásai (5). A tünetek az expozíció után öt nappal megkezdődhetnek, még korábban tünetmentes egyéneknél is (21). Egy 2002-es esettanulmány szerint egy fiatal férfi szubkután injektálta a CB-kivonatot, és 36 órával később felvették a klinikára. Hányinger, hát- és mellkasi fájdalom, fejfájás, súlyos gyengeség, szédülés, hematokézia, anuria és metabolikus acidózis szenvedett. Megnyilvánulásai vazokonstriktor-rezisztens hipotenzióvá, máj- és veseelégtelenségekké fejlődtek. A vérző diatézisek ellenállóvá tették a beteget a szívmegállás után az újraélesztéssel szemben. Boncoláskor a mellhártyának, az agynak és a szívizomnak vérzéses gócai voltak (28).

Georgi Markov bolgár újságírót "esernyőgyilkosság" injekcióval meggyilkolták. Körülbelül 500 μg RT-t kapott. Az injekció helyén azonnal lokalizált fájdalmat érzékelt, és öt óra múlva általános gyengeséget tapasztalt. Felvételkor a tünetek közé tartozott a láz, hányinger, hányás, tachycardia és normális vérnyomás. Az injekció helye bizonytalan lett, a regionális nyirokcsomók megduzzadtak. A második napon a pulzusa 160 ütem/perc-re emelkedett, és hipotenzív és leukocitotikus lett (26 300 sejt/mm3). Másnap csökkent a vizeletmennyiség. Ezt követően a hematemesis és a teljes atrioventrikuláris vezetési blokk halálhoz vezetett (9, 16, 29).

Bár nincs bizonyíték az emberi RT mérgezésére belégzés útján, nemrégiben két amerikai elnök és egy szenátor meggyilkolására tett kísérleteket jelentettek ezen az úton (Ref). A CB-pornak kitett dolgozók tipikus allergiás nátháról, beleértve az urticariát, a torok és az orr torlódását, a szem viszketését és a mellkasi szorítást jelentették (30). Vannak esetek öngyilkossági kísérletekről saját készítésű CB mag kivonatok alkalmazásával intravénás, intramuszkuláris és szubkután injekciók, valamint szájon át történő bevitel útján (4).

Detektálás tesztelése és diagnózisa

Az RT által közvetített pulmonális toxicitás diagnózisát általában klinikai megnyilvánulások és bemutatások alapján állapítják meg. A pulmonális distressz, a GI vérzése, a hipotenzió, a vaszkuláris szivárgás szindrómáinak (VLS) gyors megjelenése és az ödéma teszi a ricint alkalmassá biológiai hadviselésként ( BWA) (5).

Mint fentebb említettük, az RT mérgezésnek nincsenek sajátos megnyilvánulásai (5). A klinikai tünetek enyhétől az agresszívig változnak, például hasonló méreganyagok, például abrin mérgezés és gyakori tüdőbetegségek, például krónikus obstruktív tüdőbetegség súlyosbodása vagy asztma esetén. Ezenkívül az orális RT mérgezés klinikai megnyilvánulása dózisfüggő, és a lenyelés utáni első hat órában a fertőző gasztroenteritis különböző típusai szerepelnek a differenciáldiagnózisok listáján (16).

Az állati szövetekben és folyadékokban található ricin-toxint enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálatokkal (ELISA) lehet kimutatni. Ezt a módszert emberi mintákban is alkalmazzák, alsó kimutatási határuk 0,1 ng/ml (1,54 pmol/L) (20). A ricinin, a CB alkaloidja, a patkány vizeletében 48 órán keresztül kimutatható az RT-expozíció után (31). A ricin-antitest konjugátumok túlélő betegeknél is kimutathatók két héttel a bevétel után (20, 32).

Különböző módszereket javasoltak az RT kimutatására testnedvekben, szövetekben, élelmiszerekben, vízben, valamint olyan anyagokban vagy berendezésekben, amelyek ricinnel érintkeztek, de jelenleg nincs szabványos és jóváhagyott RT kimutatási módszer.

Orvosi menedzsment

Az RT gyors és visszafordíthatatlan hatása megnehezíti a mámoros betegek hatékony kezelését; ezért magas kockázatú csoportokat, például katonai és diplomáciai személyzetet be kell oltani (Ref). RT-mérgezés esetén a BWA dekontaminálási protokolljait is használják. A szupportív ellátás a ricin-mérgezés alapvető kezelése, amely az expozíció útjától függ (Ref). A folyadék- és elektrolit-egyensúlyhiány korrekciója, valamint a máj- és vesefunkció monitorozása az első kezelési lépés. A koagulopátiákat is korrigálni kell. A belélegzéssel történő ricinmérgezésnél a légzésvédelem, például gyulladáscsökkentő gyógyszerek, fájdalomcsillapítók, pozitív nyomású légzés és mesterséges lélegeztetés is szükséges (16, 33-35).

A dexametazon és a difluor-metilornitin hatékonyabb volt, mint a butilezett hidroxi-anizol és az E-vitamin-szukcinát antioxidánsai, ha meghosszabbították a túlélési időket a részeg egerekben (36). Az anti-RTA, anti-RTB és anti-RT antitestek képesek megvédeni a sejteket az RT ellen azáltal, hogy megakadályozzák az RTA kötődését, internalizálódását vagy az endoszomális rekeszbe történő továbbítását, megváltoztatják az intracelluláris kereskedelmet és semlegesítik a sejt belsejében található ricint. Anti-RT antitest védett állatok 8-12 órával a ricin expozíció után (32, 37)

Következtetés

Köszönetnyilvánítás

Ez a tanulmány nem kapott külön támogatást egyetlen finanszírozó ügynökségtől sem az állami, sem a kereskedelmi, sem a nonprofit szektorban