Ptasia grypa (grypa ptasia)
Patofizjologia i mechanizm
Ptasia grypa, wywoływana przez wirusy grypy typu A, charakteryzuje się segmentowanym genomem RNA, co umożliwia rearanżację genetyczną i przesunięcia antygenowe, zwiększając potencjał pandemiczny. Wirusy te dzielą się na nisko patogenne (LPAI) i wysoce patogenne (HPAI), przy czym HPAI, np. podtyp H5N1, wywołuje u drobiu śmiertelność sięgającą 90-100% w ciągu 48 godzin. U ludzi zakażenia mogą przebiegać od bezobjawowych do ciężkich, z dominującym zajęciem dolnych dróg oddechowych, co wynika z preferencji wirusa do receptorów kwasu sialowego α-2,3 obecnych głównie w oskrzelach końcowych i pęcherzykach płucnych. Patogeneza obejmuje rozlane uszkodzenie pęcherzyków płucnych, krwotoki oraz dysregulację cytokin i chemokin, co prowadzi do ciężkiego zapalenia płuc i zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS). Wskaźnik śmiertelności ptasiej grypy A(H5N1) u ludzi wynosi około 52%, a najczęstszą przyczyną zgonu jest niewydolność oddechowa.
- Mechanizm patogenezy ptasiej grypy (grypy ptasiej)
- Właściwości molekularne wirusa
- Mechanizm zakażenia i tropizm tkankowy
- Mechanizmy replikacji i patogeneza komórkowa
- Rola genu HA w patogenności
- Dysregulacja cytokin i chemokin
- Rozprzestrzenianie się wirusa i uszkodzenie narządów
- Patogeneza w różnych gatunkach
- Czynniki wpływające na patogenezę
- Czynniki genetyczne i mutacje
- Adaptacja do ssaków i potencjał pandemiczny
- Rola receptorów i czynników gospodarza
- Drogi transmisji i czynniki ryzyka
- Implikacje kliniczne i leczenie
Mechanizm patogenezy ptasiej grypy (grypy ptasiej)
Ptasia grypa (grypa ptasia) jest chorobą zakaźną wywoływaną przez wirusy grypy typu A, które pierwotnie zakażają ptaki, ale w rzadkich przypadkach mogą przenosić się na inne gatunki, w tym ssaki i ludzi. Mechanizm patogenezy tego wirusa jest złożonym procesem obejmującym wiele czynników wirusowych i odpowiedzi gospodarza, które determinują ciężkość choroby i jej przebieg12.
Właściwości molekularne wirusa
Wirus grypy typu A jest ortomyksowirusem charakteryzującym się segmentowanym genomem RNA, co umożliwia rearanżację genetyczną i przesunięcia antygenowe. Te cechy czynią wirusa ptasiej grypy potencjalnym i nieprzewidywalnym zagrożeniem dla zdrowia ludzkiego1. Genom wirusa składa się z ośmiu segmentów jednoniciowego RNA o ujemnej polarności, kodujących 10 białek wirusowych23.
Wirusy grypy ptasiej są klasyfikowane na dwie główne kategorie w zależności od ich zjadliwości1:
- Nisko patogenne wirusy grypy ptasiej (LPAI – Low Pathogenicity Avian Influenza) – powodują łagodne objawy lub bezobjawowe zakażenia u ptaków1
- Wysoce patogenne wirusy grypy ptasiej (HPAI – Highly Pathogenic Avian Influenza) – wywołują ciężką chorobę i wysoką śmiertelność u zakażonego drobiu, sięgającą 90-100% w ciągu 48 godzin1
Należy podkreślić, że oznaczenia HPAI i LPAI nie odnoszą się do ciężkości choroby u ludzi – zarówno wirusy LPAI, jak i HPAI mogą powodować łagodne do ciężkich zachorowania u zakażonych ludzi1.
Mechanizm zakażenia i tropizm tkankowy
Kluczowym czynnikiem w patogenezie wirusa ptasiej grypy jest jego zdolność do przyłączania się do specyficznych receptorów kwasu sialowego na komórkach gospodarza. Białka hemaglutyniny (HA) wirusów ptasiej grypy preferencyjnie wiążą się z receptorami kwasu sialowego α-2,3, które występują głównie w przewodzie pokarmowym ptaków1.
U ludzi receptory kwasu sialowego α-2,3 znajdują się przede wszystkim w dolnych drogach oddechowych, w tym w oskrzelach końcowych i pęcherzykach płucnych, co może tłumaczyć ciężkie zapalenie płuc często obserwowane w ludzkich przypadkach ptasiej grypy12. Natomiast wirusy grypy ludzkiej preferencyjnie wiążą się z receptorami kwasu sialowego α-2,6, które występują na komórkach nabłonkowych w górnych drogach oddechowych23.
Ta różnica w powinowactwie receptorowym powoduje, że wirusy ptasiej grypy zazwyczaj powodują cięższe zakażenia dolnych dróg oddechowych, ale jednocześnie utrudnia efektywne przenoszenie się wirusa między ludźmi, ponieważ do skutecznego rozprzestrzeniania się poprzez kaszel i kichanie prawdopodobnie wymagane jest zakażenie górnych dróg oddechowych1.
Mechanizmy replikacji i patogeneza komórkowa
Po wniknięciu do organizmu gospodarza, wirus ptasiej grypy zakaża pojedyncze komórki nabłonka płucnego i powoduje rozlane uszkodzenie pęcherzyków płucnych oraz krwotoki w płucach zakażonych pacjentów1. Dynamika replikacji wirusów ptasiej grypy w komórkach gospodarza różni się od dynamiki wirusów grypy przystosowanych do ludzi. Określone podtypy, takie jak H5N1, wykazują przedłużoną replikację wirusa u ludzi2.
Proces replikacji wirusa można podsumować w następujących krokach1:
- HA wirusa przyłącza się do receptorów komórki gospodarza zawierających kwas sialowy, inicjując endocytozę
- W endocytach zachodzi fuzja zależna od niskiego pH za pośrednictwem HA
- Proteolityczne rozszczepienie HA na HA1 i HA2 jest niezbędnym warunkiem fuzji i zakaźności
- Nukleokapsydy wirusowe są transportowane do jądra, gdzie kompleks transkryptazy wirusowej syntetyzuje mRNA
- Produkcja sześciu monocistronowych mRNA w jądrze i ich transport do cytoplazmy w celu translacji na białka HA, NA, NP, PB1, PB2 i PA
- mRNA segmentów genowych NS i M ulegają splicingowi, każdy produkując dwa mRNA, które są tłumaczone na NS1, NS2, M1 i M2
- Białka HA i NA są glikozylowane w szorstkiej siateczce endoplazmatycznej, przycinane w aparacie Golgiego i transportowane na powierzchnię, gdzie są osadzane w błonie komórkowej
- Osiem segmentów genowych wirusa wraz z wewnętrznymi białkami wirusowymi gromadzi się i migruje do obszarów błony komórkowej zawierających zintegrowane białka HA, NA i M2
- Białko M1 sprzyja ścisłemu połączeniu z błoną komórkową i pączkowaniu wirionów
Rola genu HA w patogenności
Gen HA jest głównym determinantem wysokiej patogenności u drobiu1. Rozszczepienie białka HA na białka HA1 i HA2 jest niezbędne, aby wirus był zakaźny i produkował wiele cykli replikacji. Różnica między miejscem rozszczepienia wirusów LPAI i HPAI polega na liczbie zasadowych aminokwasów w HA1 w pobliżu miejsca rozszczepienia, co determinuje, czy proteazy podobne do trypsyny, czy proteazy podobne do furyny mogą rozszczepiać białko1.
Wirusy LPAI mają zwykle tylko dwa niesąsiadujące zasadowe aminokwasy na końcu karboksylowym HA1, które mogą być rozszczeplane tylko przez proteazy podobne do trypsyny. Natomiast wirusy HPAI H5 i H7 mają albo wiele zasadowych aminokwasów, albo wstawkę aminokwasów na końcu karboksylowym białka HA1, co umożliwia proteolityczne rozszczepienie przez wszechobecne proteazy furynowe obecne w wielu komórkach w całym organizmie1.
W przypadku wirusów HPAI, HA jest rozszczepiany wewnątrz komórki przed montażem wirusa i jest zakaźny, gdy jest uwalniany z komórki gospodarza. Efektywnie zwiększa to tropizm komórkowy wirusa, prowadząc do replikacji wirusa w licznych narządach trzewnych, układzie nerwowym i układzie sercowo-naczyniowym, wywołując chorobę ogólnoustrojową z wysoką śmiertelnością1.
Dysregulacja cytokin i chemokin
Badania wykazały, że dysregulacja cytokin i chemokin jest prawdopodobnie jednym z kluczowych mechanizmów w patogenezie grypy H5N1, oprócz uszkodzeń wynikających z replikacji wirusa12. Odpowiedź immunologiczna gospodarza ma kluczowe znaczenie dla ciężkości choroby, przy czym podwyższone poziomy markerów zapalnych są powiązane z cięższym przebiegiem choroby1.
Różne badania wskazują, że nieprawidłowa produkcja prozapalnych cytokin i chemokin może odgrywać ważną rolę w patogenezie grypy H5N12. Regulacja w górę funkcjonalnego TRAIL w makrofagach zakażonych wirusem H5N1 może być kolejnym ważnym czynnikiem w patogenezie zakażenia wirusem grypy H5N11.
Rozprzestrzenianie się wirusa i uszkodzenie narządów
Replikacja wirusa H5N1 wydaje się być przedłużona z wysokimi poziomami wirusowego RNA, a wirus może rozprzestrzeniać się do narządów pozapłucnych1. Niewydolność oddechowa spowodowana pierwotnym wirusowym zapaleniem płuc jest najczęstszą przyczyną śmierci, często wynikającą z rozlanego uszkodzenia pęcherzyków płucnych i krwotoków spowodowanych replikacją wirusa i uszkodzeniem wywołanym przez układ odpornościowy1.
Badania na zwierzętach sugerują, że wirusy ptasiej grypy mogą również uszkadzać neurony w kompleksie pre-Bötzingera, odpowiedzialnym za generowanie rytmu oddechowego. To uszkodzenie może przyczyniać się do ataksycznego oddychania i załamania oddechowego w ciężkich przypadkach2.
W przeciwieństwie do ludzkiej grypy, większość zgonów związanych z ptasią grypą była spowodowana pierwotnym wirusowym zapaleniem płuc, bez dowodów wtórnego zakażenia bakteryjnego2.
Patogeneza w różnych gatunkach
Patogeneza u ptaków
U ptaków, wirusa ptasiej grypy infekuje pierwotnie układ oddechowy i pokarmowy1. Wirus wiąże się ze specyficznymi białkami powierzchniowymi komórek gospodarza. Po wniknięciu do komórek, replikuje się i rozprzestrzenia, powodując uszkodzenia układu oddechowego i pokarmowego1.
Objawy kliniczne i zmiany patologiczne u ptaków zależą od zjadliwości szczepu wirusa1:
- W przypadkach nadostrych, objawy kliniczne lub zmiany makroskopowe mogą nie występować przed śmiercią
- W przypadkach ostrych, zmiany mogą obejmować sinicę i obrzęk głowy, grzebienia, koralików; martwicę niedokrwienną grzebienia i koralików; obrzęk i czerwone przebarwienie skóry podudzia i stóp z powodu podskórnych wylewów krwawych; wybroczyny na narządach trzewnych i w mięśniach; oraz krwiste wydzieliny z jamy ustnej i nosa1
- Ptaki, które przeżyją nadostre zakażenie, mogą rozwinąć objawy ze strony ośrodkowego układu nerwowego, takie jak kręcz szyi, opistotonus, zaburzenia koordynacji, paraliż i opadanie skrzydeł2
Zmiany mikroskopowe są bardzo zróżnicowane zarówno pod względem lokalizacji, jak i nasilenia, i mogą składać się z obrzęku, krwotoku i martwicy komórek miąższowych wielu narządów trzewnych, skóry i ośrodkowego układu nerwowego3.
Patogeneza u ludzi
U ludzi, patofizjologia ptasiej grypy różni się od zwykłej grypy. Ptasia grypa pozostaje przede wszystkim zakażeniem układu oddechowego, ale obejmuje więcej dolnych dróg oddechowych niż zwykle ludzka grypa1. Wynika to z różnic w białku hemaglutyniny i typów reszt kwasu sialowego, do których białko się wiąże1.
Zakażenia ptasią grypą u ludzi mogą być bezobjawowe lub powodować łagodną chorobę, ale mogą również prowadzić do ciężkiego zapalenia płuc, zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), wstrząsu, a nawet śmierci12. Przebieg kliniczny przypadków H5N1 u ludzi charakteryzuje się początkową gorączką i kaszlem, z szybkim postępem do choroby dolnych dróg oddechowych. Objawy górnych dróg oddechowych, takie jak wyciek z nosa i ból gardła, mogą nie być powszechne u wszystkich pacjentów, ale choroba może postępować do niewydolności oddechowej, ARDS i niewydolności wielonarządowej1.
Patogeneza u ssaków
Niedawne badania wykazały, że wysoce patogenny wirus ptasiej grypy H5N1 może zakażać różne gatunki ssaków, w tym bydło, koty i inne ssaki domowe oraz dzikie12. U makaków cynomolgus, które służą jako model zastępczy zakażenia u ludzi, wykazano, że zakażenie donosowe lub dotchawicze może powodować zakażenie ogólnoustrojowe prowadzące do łagodnej i ciężkiej choroby układu oddechowego1.
Badania patogenności u myszy i fretek ujawniły, że HPAI H5N1 pochodzący od krów mlecznych może wywoływać ciężką chorobę po spożyciu doustnym lub zakażeniu dróg oddechowych, a zakażenie drogą doustną lub oddechową może prowadzić do ogólnoustrojowego rozprzestrzeniania się wirusa do tkanek pozaoddechowych, w tym oka, gruczołu sutkowego, strzyku i/lub mięśni2.
Czynniki wpływające na patogenezę
Czynniki genetyczne i mutacje
Wirusy grypy stale się zmieniają w wyniku małych mutacji genetycznych, procesu znanego jako dryf antygenowy. Z czasem mutacje mogą prowadzić do zmiany właściwości antygenowych, tak że przeciwciała gospodarza (nabyte przez szczepienie lub wcześniejsze zakażenie) nie zapewniają skutecznej ochrony, powodując świeży wybuch choroby1.
Segmentowany genom wirusów grypy ułatwia rearanżację genetyczną. Może to nastąpić, jeśli gospodarz jest zakażony jednocześnie dwoma różnymi szczepami wirusa grypy; wtedy wirusy mogą wymieniać materiał genetyczny podczas reprodukcji w komórkach gospodarza1. W ten sposób wirus ptasiej grypy może nabyć cechy, takie jak zdolność do zakażania ludzi, od innego szczepu wirusa2.
Różnice w genach PA, NP, M1, NS1 i PB2 zwykle korelują z ludzkimi szczepami grypy, w tym z ludzkimi zakażeniami ptasią grypą. Funkcjonalna rola tych markerów genetycznych nie została jeszcze określona, ale prawdopodobnie obejmuje zwiększenie replikacji i supresję immunologiczną1.
Adaptacja do ssaków i potencjał pandemiczny
Głównym powodem obaw związanych z wirusem H5N1 jest jego potencjał pandemiczny. Ze względu na wysoką śmiertelność i zjadliwość HPAI A(H5N1), jego obecność na całym świecie, coraz bardziej zróżnicowany rezerwuar gospodarzy i znaczące trwające mutacje, wirus H5N1 jest uważany za największe zagrożenie pandemiczne na świecie1.
Naukowcy zidentyfikowali mutacje, które mogą zwiększać zdolność wirusa do zakażania ssaków. Mutacja (PB2 D701N) została zidentyfikowana w niektórych sekwencjach genetycznych genotypu D1.1 H5N1 od bydła mlecznego i jednego przypadku ludzkiego w Stanach Zjednoczonych. Inna mutacja (PB2 E627K) została zidentyfikowana w pojedynczej sekwencji genotypu B3.13 u krowy mlecznej i w dwóch przypadkach ludzkich. Obie mutacje poprawiają wydajność replikacji w komórkach ssaków i zostały powiązane z adaptacją do ssaków1.
Naukowcy obawią się, że rozprzestrzenianie się na bydło mleczne może wskazywać, że wirus zmienia się w sposób sprzyjający przenoszeniu do innych ssaków, w tym ludzi1. Krytyczną kwestią jest zrozumienie, czy wirus, który znajduje się obecnie u krów mlecznych, nabędzie mutacji, które pomogą mu stać się bardziej przenośnym u ssaków1.
Rola receptorów i czynników gospodarza
Naukowcy zidentyfikowali białko BTN3A3 (Butyrophilina podrodziny 3, członek A3), które działa jako silny inhibitor wirusów grypy ptasiej, ale nie ludzkich wirusów grypy1. Mechanizm działania BTN3A3 działa we wczesnych stadiach cyklu wirusa, hamując replikację wirusowego RNA1. Zmiany, czyli uniknięcie bariery gatunkowej stanowionej przez gen BTN3A3, są kluczowym mechanizmem, który może nadawać potencjał zoonotyczny wirusom ptasiej grypy A2.
Interesujące jest również odkrycie enzymu znanego jako aromataza. Po zakażeniu SARS-CoV-2 jest on nagle produkowany w większych ilościach w płucach. Płuca stają się organem endokrynnym, który przekształca hormony, a dokładniej, testosteron w estradiol. Ta nowo utworzona fabryka hormonów ma dramatyczne konsekwencje, prowadząc do cięższego przebiegu choroby u mężczyzn1. Wirusy ptasiej grypy w szczególności wydają się mieć niebezpieczną zdolność do silnego indukowania aromatazy w płucach, co sugeruje znacznie zwiększone ryzyko długotrwałego uszkodzenia płuc – konsekwencji, która dotychczas była prawie nie badana2.
Drogi transmisji i czynniki ryzyka
Transmisja między ptakami
U drobiu, ptasia grypa jest najczęściej rozprzestrzeniana przez bliski kontakt między zakażonymi ptakami a zdrowymi ptakami. Może być również rozprzestrzeniana pośrednio przez kontakt z zanieczyszczonym sprzętem oraz z wydzielinami biologicznymi i/lub wydalinami zakażonych ptaków1.
Wirus można znaleźć w wydzielinach z nozdrzy, jamy ustnej i oczu zakażonych ptaków oraz w ich odchodach. Kontakt z odchodami zakażonych ptaków jest najczęstszym sposobem przenoszenia wirusa z ptaka na ptaka, chociaż wydzieliny przenoszone drogą powietrzną są innym ważnym sposobem przenoszenia, zwłaszcza w kurnikach1.
Badania wykazały również, że wirus H5N1 może być przenoszony przez wiatr, choć ta droga transmisji wymaga „konstelacji wielu specyficznych warunków” i wymaga dalszych badań123.
Przenoszenie z ptaków na ludzi
Wirusy HPAI mogą przenosić się z ptaków na ludzi w wyniku rozległego bliskiego kontaktu z zakażonymi ptakami, na przykład podczas domowego uboju lub odpierzania zakażonego drobiu1. Głównym czynnikiem ryzyka przenoszenia wirusa z ptaków na ludzi jest bezpośredni lub pośredni kontakt z zakażonymi zwierzętami lub ze środowiskami i powierzchniami zanieczyszczonymi odchodami1.
Zakażenia ludzi wirusem ptasiej grypy mogą wystąpić, gdy wirus dostanie się do oczu, nosa lub ust osoby, lub jest wdychany1. Ludzie mający niezabezpieczony kontakt (brak rękawiczek lub innych środków ochrony osobistej) z zakażonymi zwierzętami lub ich produktami (np. surowe mleko, surowe sery, surowe jaja) są narażeni na zakażenie1.
Przenoszenie między ludźmi
Rozprzestrzenianie się wirusów ptasiej grypy od jednej zakażonej osoby do bliskiego kontaktu jest bardzo rzadkie, a gdy już się zdarzyło, rozprzestrzeniło się tylko na kilka osób1. Wirusy ptasiej grypy nie wydają się łatwo przenosić między ludźmi1.
Jednak główne obawy o zdrowie publiczne koncentrują się wokół potencjału wirusa do mutacji lub łączenia się z innymi wirusami grypy w formę nowego szczepu, który mógłby łatwo rozprzestrzeniać się od osoby do osoby2.
Implikacje kliniczne i leczenie
Objawy kliniczne u ludzi
Kliniczne manifestacje ptasiej grypy A(H5N1) mogą obejmować1:
- Kaszel, gorączka, duszność
- Biegunka (w ciężkich przypadkach)
- Ból głowy, bóle mięśni, ból gardła
- Wyciek z nosa, krwawienie z błon śluzowych
- Zmęczenie, żółtaczka, zapalenie spojówek
Na podstawie dostępnych danych o przypadkach ludzkich, wskaźnik śmiertelności ptasiej grypy A(H5N1) wynosi około 52%. Niewydolność oddechowa jest najczęstszą przyczyną śmierci. Inne powikłania mogą obejmować niewydolność wielonarządową, krwotok płucny, odmę opłucnową, pancytopenię2.
Diagnostyka
Zakażenie wirusem ptasiej grypy u ludzi nie może być diagnozowane wyłącznie na podstawie objawów klinicznych; wymagane są badania laboratoryjne1. Zakażenie wirusem ptasiej grypy jest zwykle diagnozowane przez pobranie wymazu z górnych dróg oddechowych (nos lub gardło) od chorej osoby2. W przypadku pacjentów w stanie krytycznym, pobranie i badanie próbek z dolnych dróg oddechowych może również prowadzić do diagnozy zakażenia wirusem ptasiej grypy3.
Leczenie i profilaktyka
Leki przeciwwirusowe mogą być stosowane do leczenia podejrzewanych, prawdopodobnych lub potwierdzonych przypadków ptasiej grypy A(H5N1)1. Do tej pory nie przeprowadzono badań klinicznych mierzących wynik stosowania leków przeciwwirusowych u osób zakażonych ptasią grypą A(H5N1). Jednakże dane z modeli zwierzęcych i badań obserwacyjnych u ludzi sugerowały korzyść dla chorobowości i śmiertelności wynikającą ze stosowania oseltamiwiru jako środka przeciwwirusowego2.
Oprócz leków przeciwwirusowych, niektóre przypadki mogą wymagać wsparcia oddechowego. Obecnie brak wystarczających dowodów na dodatkowe korzyści z terapii uzupełniających u pacjentów z ptasią grypą A(H5N1) (tj. kortykosteroidy, antybiotyki makrolidowe i terapia immunologiczna bierna)3.
Wirusy HPAI A(H5N1) do tej pory okazały się wrażliwe na inhibitory neuraminidazy, choć kilka wirusów z egipskiego klade wykazało oporność2.
Znaczenie dla zdrowia publicznego
Ptasia grypa pozostaje stosunkowo nową chorobą o słabo poznanej patologii i patogenezie2. Niedawne badania w połączeniu z wcześniejszymi odkryciami stopniowo przyczyniły się do lepszego zrozumienia patologii komórkowej i narządowej powodowanej przez wirusa H5N1, a także tropizmu tkankowego wirusa3.
Ze względu na rozszerzający się zakres gospodarzy i geograficzny tego podtypu wirusa, istnieje pilna potrzeba lepszego zrozumienia wkładu zarówno reakcji wirusa, jak i gospodarza1. Prace badawcze nad ptasią grypą są ukierunkowane na zrozumienie, dlaczego i jak łagodne wirusy stają się wysoce patogenne, opracowanie lepszych testów diagnostycznych i ulepszonych szczepionek oraz wyjaśnienie molekularnych i patologicznych podstaw zjadliwości1.
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.