Bruceloza
Patofizjologia i mechanizm
Bruceloza jest chorobą odzwierzęcą wywoływaną przez Gram-ujemne bakterie z rodzaju Brucella, które wykazują zdolność do przeżywania i namnażania się wewnątrz komórek fagocytujących i niefagocytujących, co umożliwia im unikanie mechanizmów obronnych gospodarza i prowadzi do przewlekłego zakażenia. Drogi zakażenia obejmują uszkodzoną skórę, błony śluzowe, drogę pokarmową (spożycie niepasteryzowanych produktów mlecznych) oraz drogę oddechową. Po wniknięciu bakterie penetrują komórki nabłonkowe, są fagocytowane przez makrofagi i komórki dendrytyczne, a następnie transportowane do układu limfatycznego i narządów takich jak wątroba, śledziona, nerki, stawy czy ośrodkowy układ nerwowy. Kluczowe mechanizmy patogenne obejmują unikanie fuzji fagosomu z lizosomem dzięki systemowi sekrecji typu IV (T4SS) kodowanemu przez operon virB, a także modulację odpowiedzi immunologicznej gospodarza poprzez hamowanie apoptozy, dojrzewania komórek dendrytycznych i aktywacji limfocytów T. Lipopolisacharyd (LPS) Brucella ma nietypową strukturę, która osłabia rozpoznanie przez receptory TLR4, co sprzyja przewlekłości zakażenia.
- Patogeneza brucelozy
- Wnikanie i kolonizacja
- Przeżycie wewnątrzkomórkowe
- Główne czynniki wirulencji
- Modulacja odpowiedzi immunologicznej
- Mechanizmy patogenezy brucelozy
- Specyfika tkanek docelowych
- Fazy zakażenia
- Mechanizmy przetrwania wewnątrzkomórkowego
- Rola odpowiedzi immunologicznej
- Różnice między gatunkami Brucella
- Bruceloza – patogeneza u ludzi
Patogeneza brucelozy
Bruceloza jest chorobą odzwierzęcą wywoływaną przez bakterie z rodzaju Brucella, które są Gram-ujemnymi, małymi pałeczkami zdolnymi do zakażania ssaków. Najważniejszą cechą bakterii Brucella jest zdolność do przeżycia i namnażania się zarówno w komórkach fagocytujących, jak i niefagocytujących, co stanowi podstawę patogenezy tej choroby.12 Ta zdolność pozwala bakteriom na unikanie mechanizmów obronnych gospodarza i przyczynia się do rozwoju przewlekłego zakażenia.
Wnikanie i kolonizacja
Bakterie Brucella wnikają do organizmu gospodarza przez uszkodzoną skórę, błony śluzowe, drogą pokarmową (spożycie niepasteryzowanych produktów mlecznych) lub drogą oddechową.34 Po wniknięciu do organizmu, bakterie penetrują komórki nabłonkowe za pomocą mechanizmu przypominającego zapięcie na zamek (zipper-like mechanism).56 Następnie bakterie są fagocytowane przez makrofagi i komórki dendrytyczne, gdzie przeżywają i namnażają się.
Po wniknięciu do krwiobiegu, bakterie Brucella szybko stają się patogenami wewnątrzkomórkowymi zawartymi w krążących polimorfonuklearach i makrofagach. Bakterie, które przetrwały, są transportowane do układu limfatycznego i mogą replikować się lokalnie, a także w nerkach, wątrobie, śledzionie, tkance piersi lub stawach, powodując zarówno zakażenie miejscowe, jak i ogólnoustrojowe.7 Każdy układ narządów może zostać zajęty (np. ośrodkowy układ nerwowy, serce, stawy, układ moczowo-płciowy, układ oddechowy i skóra).
Przeżycie wewnątrzkomórkowe
Po wniknięciu do makrofagów, bakterie Brucella wykorzystują szereg mechanizmów umożliwiających im uniknięcie wewnątrzkomórkowego zniszczenia. Kluczowym elementem jest zdolność bakterii do manipulowania wewnątrzkomórkowym transportem, co pozwala im na uniknięcie fuzji fagosomu z lizosomem.8 Bakterie wykorzystują system sekrecji typu IV (T4SS kodowany przez operon virB), który jest odpowiedzialny za regulację wewnątrzkomórkowego transportu z autofagosomu do retikulum endoplazmatycznego (ER).9
Proces infekcji wewnątrzkomórkowej można podzielić na kilka etapów:
- Interakcja z wczesną siecią endocytarną, która trwa około 10 minut10
- Formowanie wczesnej wakuoli zawierającej Brucella (BCV – Brucella Containing Vacuole)11
- Tworzenie późnej BCV
- Interakcja z retikulum endoplazmatycznym, gdzie bakterie się namnażają12
Ostatnim etapem wewnątrzkomórkowego transportu Brucella jest pozyskanie markerów charakterystycznych dla retikulum endoplazmatycznego: kalneksyny, kalretikuliny i Sec61, chociaż na tym etapie BCV tracą LAMP-1.13 Mechanizm połączenia BCV z ER pozostaje niejasny.
Główne czynniki wirulencji
Główne czynniki wirulencji Brucella to:1415
- Lipopolisacharyd (LPS) – pełni kluczową rolę w przeżyciu bakterii wewnątrz komórek fagocytujących. LPS Brucella ma nietypową strukturę, która zapobiega skutecznemu rozpoznaniu przez receptory TLR4, co prowadzi do słabszej aktywacji odpowiedzi immunologicznej.1617
- System sekrecji typu IV (T4SS) – umożliwia transport białek i makrocząsteczek przez błony komórkowe i jest niezbędny do przeżycia wewnątrzkomórkowego.18
- System dwuskładnikowy BvrR/BvrS – najlepiej scharakteryzowane komponenty systemu wirulencji; mutanty są niezdolne do inwazji, zapobiegania fuzji fagosomu z lizosomem i replikacji wewnątrzkomórkowej.1920
- Cykliczne β-1,2-glukany – przyczyniają się do wirulencji bakterii21
W przeciwieństwie do innych bakterii, Brucella nie posiada klasycznych czynników wirulencji, takich jak egzotoksyny, otoczki, wydzielane proteazy, fimbrie, wici, plazmidy wirulencji, szczepy oporne i toksyny kodowane przez fagi.22 Zamiast tego, stosuje bardziej wyrafinowane strategie unikania odpowiedzi immunologicznej gospodarza.
Modulacja odpowiedzi immunologicznej
Brucella może modyfikować odpowiedź immunologiczną w komórkach gospodarza.23 Szczepy z S-LPS są w stanie hamować apoptozę zainfekowanych komórek poprzez interakcję łańcucha O z TNF-α (czynnikiem martwicy nowotworu). W ten sposób martwe komórki nie uwalniają specyficznych czynników, nie aktywują układu odpornościowego, a bakterie Brucella są w stanie uniknąć nadzoru immunologicznego gospodarza.24
Brucella hamuje dojrzewanie komórek dendrytycznych, prezentację antygenów i aktywację naiwnych limfocytów T, co zaburza rozwój skutecznej odpowiedzi immunologicznej.25 Bakterie wytwarzają białko TcpB, które naśladuje właściwości adaptora receptora Toll-like TIRAP. TcpB promuje degradację TIRAP i zakłóca sygnalizację TLR4, co prowadzi do zahamowania produkcji cytokin prozapalnych i dojrzewania komórek dendrytycznych.26
Chociaż Brucella może być rozpoznawana przez receptory TLR, to dzięki modyfikacjom jej interakcja z TLR jest 10-krotnie słabsza niż w przypadku bakterii z rodziny Enterobacteriaceae.27 To osłabione rozpoznanie przyczynia się do chroniczności zakażenia.
Mechanizmy patogenezy brucelozy
Specyfika tkanek docelowych
Brucella wykazuje wyraźny tropizm do określonych tkanek, w tym układu limfatyczno-siateczkowego i układu rozrodczego.2829 Szczególnie wysoki tropizm bakterie wykazują do trofoblastu łożyska w płucach płodu, ciężarnych samic lub układu rozrodczego. Ta preferencja tkankowa przyczynia się do charakterystycznych objawów klinicznych brucelozy, takich jak poronienia u zwierząt.
W zakażeniu B. abortus odpowiedź gospodarza charakteryzuje się rozwojem ziarniniaków tkankowych nieodróżnialnych od ziarniny sarkoidalnej. W przeciwieństwie do tego, zakażenie bardziej zjadliwymi gatunkami (B. melitensis i B. suis) częściej prowadzi do powstawania mikroropni w narządach wewnętrznych.30
Fazy zakażenia
Patogeneza brucelozy obejmuje trzy główne fazy:3132
- Faza inkubacji – okres przed wystąpieniem objawów klinicznych. Czas inkubacji brucelozy może być zmienny i trudny do ustalenia, ale zazwyczaj wynosi od 2 do 4 tygodni, z zakresem od 5 dni do 5 miesięcy.
- Faza ostra – charakteryzuje się pojawieniem się objawów i oznak takich jak gorączka, poty, zmęczenie, powiększenie wątroby i śledziony. W tej fazie patogen najeżdża i rozprzestrzenia się w tkankach gospodarza.
- Faza przewlekła – zdolność organizmu do utrzymywania się w komórkach gospodarza, prowadząca do rozproszenia bakterii przez układ limfatyczno-siateczkowy i ostatecznie powodująca chorobę sercowo-naczyniową, wątrobową, limfatyczno-siateczkową, neurologiczną i kostno-stawową.
Namnażanie Brucella w komórkach obejmuje dwie fazy: fazę stabilną i fazę wykładniczą.33 W fazie stabilnej bakterie adaptują się do środowiska wewnątrzkomórkowego, natomiast w fazie wykładniczej następuje intensywne namnażanie.
Mechanizmy przetrwania wewnątrzkomórkowego
Przeżycie Brucella wewnątrz komórek fagocytujących zależy od kilku kluczowych mechanizmów:3435
- Hamowanie fuzji fagosomu z lizosomem – dzięki produkcji monofosforanu adeniny i guaniny, które hamują tę fuzję36
- Hamowanie wybuchu tlenowego – ograniczenie aktywności bakteriobójczej makrofagów
- Adaptacja do kwaśnego pH, niskiego poziomu tlenu i niskiego poziomu składników odżywczych37
- Wykorzystanie systemu sekrecji typu IV (VirB) do regulacji transportu wewnątrzkomórkowego
- Produkcja dysmutazy ponadtlenkowej Cu-Zn, która nadaje oporność na reaktywne formy tlenu38
Internalizacja Brucella abortus może zmieniać szlak transportu bakterii w komórkach gospodarza, zmieniać normalny proces dojrzewania fagosomów w komórkach gospodarza i zakłócać adhezję fagolizosomów do Brucella.39 Po replikacji w retikulum endoplazmatycznym, bakterie Brucella są uwalniane z pomocą hemolizyn i wywoływanej nekrozy komórek.40
Rola odpowiedzi immunologicznej
Rozwój odporności komórkowej jest głównym mechanizmem walki z zakażeniem Brucella.41 Chociaż zakażenie Brucella jest głównie kontrolowane przez odporność komórkową, a nie przez aktywność przeciwciał, pewną ochronę przed ponownym zakażeniem zapewniają immunoglobuliny surowicy.42
Początkowo wzrasta poziom IgM, a następnie miano IgG. IgM może pozostawać w surowicy na niskim poziomie przez kilka miesięcy, podczas gdy IgG ostatecznie spada. Trwale podwyższone miana IgG lub ponowny wzrost IgG zwykle wskazują na przewlekłe lub nawracające zakażenie. Przeciwciała IgA są wytwarzane późno i mogą utrzymywać się przez bardzo długi czas.4344
Brucella może hamować apoptozę makrofagów poprzez hamowanie wydzielania TNF-α, dzięki czemu może przetrwać w komórce i namnażać się w dużej liczbie, osłabiać funkcję fagocytarną makrofagów, tracić działanie zabijające i funkcję prezentacji antygenów makrofagów, a ostatecznie unikać nadzoru immunologicznego gospodarza.45
Brucella reguluje odpowiedź immunologiczną, indukując cytokiny regulacyjne (takie jak IL-10), co wskazuje, że szlak IL-10 odgrywa ważną rolę w przewlekłym zakażeniu wywołanym przez Brucella.46
Różnice między gatunkami Brucella
Różne gatunki Brucella wykazują zróżnicowaną zjadliwość i preferencje gospodarza:47
- B. melitensis – najbardziej zjadliwy gatunek, powoduje najcięższe zakażenia u ludzi
- B. abortus – związany z mniej częstymi zakażeniami i większą proporcją przypadków subklinicznych
- B. suis – zjadliwość szczepów dla ludzi jest zróżnicowana, ale ogólnie o pośrednim nasileniu
- B. canis – ma szorstki LPS w przeciwieństwie do gładkiego LPS pozostałych głównych gatunków
Fagocyty mogą łatwo zabijać B. abortus, co prowadzi do rozwoju ziarniniaków tkankowych, natomiast rzadko pochłaniają B. melitensis, co prowadzi do powstawania mikroropni w narządach; wyjaśnia to różnice w patogenności i objawach klinicznych u ludzi chorych na brucelozę.48
Patogeneza w różnych gatunkach żywicieli
Naturalne zakażenia przez Brucella spp. obserwowano w populacjach dzikich zwierząt. Ze względu na podobieństwo zmian i przebiegu choroby u różnych gatunków gospodarzy i patogenów, patogeneza brucelozy u dzikich zwierząt jest uważana za podobną do tej u zwierząt domowych, którą szczegółowo badano.49
Podobieństwa obejmują tropizm do tkanek rozrodczych i gruczołów sutkowych, kolonizację trofoblastu przez organizm oraz podobne zmiany histopatologiczne w narządach, zwłaszcza w układzie rozrodczym. Różnice w przebiegu choroby istnieją i prawdopodobnie są związane z różnicami immunologicznymi i behawioralnymi między gatunkami.50
U świń zakażonych B. suis, objawy niezwiązane z rozrodem obejmują zapalenie stawów, diskospondylitis, kulawiznę i porażenie tylnych kończyn. U bydła zakażonego B. abortus, byki są często bezobjawowe, ale rzadko rozwijają objawy ogólnoustrojowe obejmujące gorączkę, brak łaknienia i depresję.51
U świń duży odsetek, zwłaszcza samic, wraca do zdrowia po kilku miesiącach. Wskaźnik wyzdrowień u knurów jest niski, być może nigdy nie przekracza 50%. Wystarczająca liczba zwierząt pozostaje zakażona w stadzie, aby utrwalić chorobę. Co zaskakujące, większość prosiąt w zakażonych stadach jest wolna od zakażenia w momencie odsadzenia.52
Bruceloza – patogeneza u ludzi
Brucella spp. wykorzystują mechanizmy obronne gospodarza do ustanowienia przewlekłych zakażeń, prowadząc do spektrum objawów klinicznych, od gorączki, zmęczenia i bólu stawów po cięższe powikłania, takie jak zapalenie wsierdzia i zaburzenia neurologiczne.53
Bakterie Brucella po wniknięciu do organizmu ulegają opsonizacji i są fagocytowane przez granulocyty i monocyty. Jako fakultatywne patogeny wewnątrzkomórkowe, przeżywają i namnażają się wewnątrz granulocytów. Bakterie Brucella prawdopodobnie początkowo namnażają się wewnątrz komórek węzłów chłonnych zlokalizowanych w pobliżu wrót zakażenia. Stamtąd są transportowane przez krew do różnych narządów, które kolonizują.54
Bakterie wykazują szczególne powinowactwo do tkanek bogatych w komórki siateczkowo-śródbłonkowe, takich jak wątroba, śledziona lub szpik kostny, a także do tkanek mięśniowo-szkieletowych i moczowo-płciowych. W tkankach tworzą się ropnie i ziarniniaki z nekrozą lub bez, a tkanki ulegają serowaceniu.55
Konsekwencje zakażenia Brucella są bardzo zmienne i mogą obejmować zapalenie stawów, zapalenie kręgosłupa, małopłytkowość, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenie błony naczyniowej oka, zapalenie nerwu wzrokowego, zapalenie wsierdzia i różne zaburzenia neurologiczne znane zbiorczo jako neurobruceloza.56
Bruceloza wywołuje nieregularne gorączki, poronienia (u zwierząt), pocenie się, osłabienie, anemię, bóle głowy, depresję oraz bóle mięśniowe i ogólne.57 Dwie główne przyczyny samoistnych poronień u zwierząt to erytrytol, który może promować zakażenia płodu i łożyska, oraz brak aktywności przeciw-Brucella w płynie owodniowym.58
Ogólnie wskaźnik śmiertelności wynosi 2%. Wczesna diagnoza i leczenie są ważne dla ograniczenia czasu trwania choroby i zapobiegania powikłaniom. Nieleczona choroba może trwać miesiące lub lata. Pomimo odpowiednich antybiotyków nawrót występuje u około 10% wszystkich pacjentów i zwykle występuje w ciągu pierwszego roku po zakażeniu.59
Neurobruceloza
Objawy neurologiczne neurobrucelozy są przypisywane procesowi zapalnemu w ośrodkowym układzie nerwowym, prowadzącemu do uszkodzenia neuronów. Badania nad tym, jak Brucella przenika do OUN, są nadal w toku. Jednym z proponowanych mechanizmów jest replikacja bakterii w makrofagach rezydujących w OUN, a mianowicie w mikrogleju. Innym możliwym mechanizmem jest inwazja komórek śródbłonka, która ułatwia przejście komórek zapalnych przez barierę krew-mózg.60
Wykazano, że obecność Brucella abortus w OUN prowadzi do reaktywnej mikrogliozy i astrogliozy, które są cechami charakterystycznymi odpowiedzi zapalnej w neurobrucelozie. Astrocyty i mikroglej, aktywowane przez obecność B. abortus, wydzielają różne cytokiny, które prowadzą do zapalenia i uszkodzenia tkanki neuronalnej: TNF-alfa, interleukina (IL)-1beta i IL-6 oraz chemokiny i białko chemotaktyczne monocytów-1 (MCP-1).61
Immunopatogeneza brucelozy
Najnowsze badania wskazują na istotną rolę limfocytów B w patogenezie przewlekłej brucelozy. W badaniach wstępnych stwierdzono, że komórki B zawierały 90% żywotnych, odzyskiwalnych, wewnątrzkomórkowych bakterii Brucella z zakażonych śledzion myszy typu dzikiego.62 Rola specyficznych podtypów komórek B (B1a i komórki B strefy brzeżnej) w patogenezie przewlekłej brucelozy jest również badana.63
Patogeneza brucelozy stawowej jest nadal słabo poznana. Badacze wciąż badają immunologiczne podstawy patologii kostno-stawowej wywołanej przez Brucella, mając na celu identyfikację patogennych odpowiedzi immunologicznych, które mogą być celem w celu wspomagania antybiotykowego leczenia zapalenia stawów w brucelozie kostno-stawowej.64
Pomimo znacznych postępów w zrozumieniu patogenezy brucelozy, wiele aspektów interakcji Brucella-gospodarz pozostaje niewyjaśnionych. Dalsze badania powinny skupić się na wyjaśnieniu, w jaki sposób Brucella moduluje odpowiedź immunologiczną gospodarza, co może prowadzić do opracowania skuteczniejszych szczepionek i strategii leczenia.6566
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.